Разработка аэрозольного электростатического генератора для борьбы с вредителями овощных и плодовых культур

Разнообразные и многочисленные болезни и вредители причиняют огромный вред растениям. Одни из них нападают на почки, прокалывают или съедают их, другие сосут сок листьев и скручивают их, третьи вгрызаются в бутоны и завязи плодов и т. д. Поврежденные плоды теряют вкусовые и товарные качества. Они осыпаются в виде червивой падалицы, заражаются различными грибковыми болезнями и распространяют заболевания на здоровые растения. Даже зимой, когда растения находятся в периоде покоя, им постоянно угрожают мышевидные грызуны и зайцы. Молодые плодовые растения и кустарники нередко гибнут от повреждений, причиненных грызунами.

Поэтому очень важно уметь защитить будущий урожай от появившихся вредителей и болезней, а также предупредить их появление в последующие годы.

Целью научного проекта является расчет и разработка аэрозольного электростатического генератора для борьбы с вредителями плодовых и овощных культур. Полученные результаты могут быть применены для практического использования в хозяйствах. Для реализации поставленной цели мной была изучена литература, описывающая разработку аэрозольного генератора, изучены и описаны существующие методы и технические средства борьбы с вредителями плодовых и овощных культур. Рассчитана потребность в препаратах для борьбы с вредителями, выбраны технические средства борьбы и предложены определенное оборудование по борьбе с вредителями, соответствующие требованиям и условиям техники безопасности.

В результате применения данного способа борьбы сокращается общий расход рабочей жидкости на единицу обрабатываемой площади, и расход действующего вещества без снижения эффекта. При обработке растений, аэрозоль в виде тумана попадает на нижнюю сторону листа, где в основном обитают вредители.

Под методами защиты растений понимают комплекс мероприятий, направленный на предупреждение потерь урожая от вредителей, болезней и сорняков и способствующий росту валовых сборов продукции сельского хозяйства.

На практике применяются следующие методы борьбы: химический, агротехнологический, физический, биологический, механический.

Ядохимикаты, используемые против вредителей и болезней растений (пестициды), относятся к органическим и неорганическим соединениям. Они подразделяются на две основные группы: инсектициды — химические вещества, применяемые против вредных насекомых, и фунгициды—ядохимикаты, применяемые для уничтожения возбудителей грибковых и бактериальных болезней растений.

Классификация способов и технических средств для борьбы с насекомыми вредителями: опрыскивание, опыливание, протравливание семян, аэрозольная обработка.

Опрыскивание растений — наиболее распространенный способ защиты растений. В процессе опрыскивания образуются капли различного размера. При этом добиваются того, чтобы в указанных пределах размеров капель находилось не менее 80% объема распыленной рабочей жидкости. Поэтому, основной резерв повышения производительности опрыскивания и снижения стоимости химических обработок — уменьшение диаметра капель в процессе распыла жидкости. При уменьшении диаметра, количество капель с одного и того же объема жидкости увеличивается в третьей степени. Чем меньше капли, тем большую поверхность можно обработать, что дает возможность снизить нормы расхода рабочей жидкости. Известно также, что крупные капли, концентрируясь по краям листьев и в нижней части плодов, вызывают их ожоги. Размер капель существенно влияет на качество работы опрыскивателя. Учитывая, что для обычного опрыскивания требуется большое количество жидкости, все больше применяют малообъемное и ультрамалообъемное опрыскивание, при котором расход рабочей жидкости за счет повышения ее концентрации уменьшается в несколько раз. Норма расхода ядохимиката в этом случае колеблется от 0,5 до 15 л/г.

Но у данного вида обработки растений от насекомых вредителей имеются недостатки. Из-за неравномерного оседания частиц инсектицида, значительная часть препарата оседает на землю, а не на листья растений, что увеличивает его расход.

Для более эффективной обработки сельскохозяйственных культур от насекомых вредителей, предлагается использовать аэрозольный электростатический генератор. Аэрозольный метод борьбы — состоит в том, что концентрированный раствор ядохимиката превращается в туман (аэрозоль). После выхода из аэрозольного генератора его частицы теряют скорость и оседают на обрабатываемые растения, крону деревьев, стены помещений и т. д. При этом способе образуются частицы жидкого или твердого вещества (размером 20…60 мкм), взвешенные в газовой среде.

Существует целый ряд способов для приобретения электрического заряда аэрозолями. Наиболее эффективным из них является способ зарядки частиц с помощью униполярного коронного разряда, позволяющий достичь предельно допустимых значений заряда. Зарядное устройство, используемое нами для электризации аэродисперсных частиц, подобно устройству, описанному Гевиттом. Его блок-схема изображена на рис. 1. Проволочный коронирующий электрод 1 устройства расположен вдоль оси цилиндрического электрода 2, при этом часть поверхности цилиндра образована металлической сеткой 3, к которой снаружи примыкает канал зарядного объема. Этот канал, в свою очередь, образован изоляционными стенками 4 и электродом вытягивающего поля 5, представляющим собой часть цилиндрической поверхности большего радиуса, расположенной соосно с цилиндрическим электродом 2.

Заряжаемые аэрозоли из генератора аэрозолей 6 поступают в канал зарядного объема, образованный заземленной сеткой 3 и электродом вытягивающего поля 5. Газовые ионы, образующиеся в зоне коронного разряда между электродами 1 и 2, при подаче на них высокого напряжения от источника 8 через заземленную сетку 3 вытягиваются электрическим полем источника 7 в зарядный объем, где вследствие упорядоченного движения ионов происходит зарядка аэрозольных частиц. В схеме использованы следующие приборы: 7 — источник вытягивающего поля (блок питания Б1-4); 8 — источник высокого напряжения (U=1,5 кВ; I=50 мкА типа БП 13-0,5); 9 — микроамперметр коронного разряда.

Рис. 1- Блок-схема устройства для униполярной зарядки аэрозольных частиц

Если напряженность поля в зарядном устройстве не превышает 100 В/см, то осуществляется диффузионный режим зарядки. При напряженностях поля, больших значения 1 кВ/см, осуществляется преимущественно ударный режим зарядки частиц. Время зарядки частиц t определяется экспериментально, как частное от деления длины зарядного устройства на скорость течения аэровзвеси. При ударном режиме зарядки частиц вытягивающее поле должно создаваться источником переменного напряжения, так как в случае постоянного вытягивающего поля большой напряженности неизбежна потеря значительной части заряжаемых аэрозолей, осаждающихся на электроде 5. Концентрация заряженных частиц определяется счетчиком аэрозолей АЗ-5. Заряд частиц контролируется измерителем плотности объемного заряда 10 нашей конструкции.

При зарядке аэрозоля, к основной поперечной скорости движения струи добавляется скорость электростатического рассеяния электроаэрозоля

(3.12)

(1)

где E – напряженность электрического поля генератора, В/м; q – электрический заряд капель электроаэрозоля, Кл; η_в – динамическая вязкость воздуха, Нс/м²; r – радиус капель электроаэрозоля, м.

С учетом электростатического рассеяния расстояние до границы струи определяем по предложенной формуле

(2)

7 (3)

где x – расстояние данного сечения от полюса струи, м; а – опытная константа свободной струи, для упругих сред а = 0,07…0,09; u₀ – первоначальная скорость струи, м/с; r₀ – первоначальный радиус капель электроаэрозоля, м.

-частота следования импульсов зарядки частиц принимается равной 1кГц;

-при напряжении зарядки 1,5кВ и длине струи 7м расстояние до границ струи должно составить 4,7м;

-радиус электроаэрозольного облака при напряжении зарядки частиц 1,5кВ за 120 с достигает 16м, что свидетельствует о высокой производительности генератора.

Для эксплуатации электростатического генератора выбраны следующая аппаратура и провода: провод ППВД 4*2,5; автоматический выключатель АВ 47-10; двигатель серии 4А100S4УЗ, вентилятор серии ВО-4.

Аэрозольный метод оказался высокоэффективным при борьбе с вишневой мухой и некоторыми листогрызущими гусеницами, повреждающими плодовые деревья.

При эксплуатации аэрозольного генератора необходимо соблюдать требования техники безопасности. Расчет технико-экономических показателей использования электростатического аэрозольного генератора показал, что с внедрением аэрозольного электростатического генератора, ожидается увеличение получения зерна. Благодаря системе зарядки аэрозоля инсектицидов, снижаются затраты на количество препаратов борьбы с насекомыми вредителями. Данная установка приносит предприятию большой экономический эффект, годовая экономия от применения аэрозольного генератора в денежном эквиваленте составляет Эг=5184 рубля, при внесении дополнительных капитальных затрат в размере 14080 рублей и, в среднем, окупит их в течение двух лет и семи месяцев.

Рис. 2 – Аэрозольный электростатический генератор для обработки плодовых и овощных культур

P.S.: В Тюменской области пока нет ещё разработок, несколько лет назад в Челябинской ГАА была защита диссертации по разработке генератора, защищал свою разработку Тумуреев Николай Васильевич. Широкого распространения в сельском хозяйстве области генераторы не нашли, несмотря на свою высокую эффективность.

 

Светлана Костелова