Приемники и потребители электрической энергии систем электроснаб. 1. Приемники электрической энергии Введение
 Скачать 5.27 Mb.
|
|
2.2. Оборудование сельского хозяйства Теплицы Название «теплица» говорит о том, что в ней должно быть тепло. Однако некоторые растения, например лук, хорошо растут при 10 ˚С, огурцы любят тепло, а тропические цветы требуют еще большей температуры. Поэтому мы оставим в стороне вопрос отопления, каждый фермер решает его исходя из своих возможностей. Вторым условием хорошего урожая является освещение. Даже комнатные растения, постоянно пребывая в тепле, выраженно реагируют на увеличение светового дня. Внешний вид теплицы представлен на рис. 60. Рис. 60. Наиболее распространенный тип теплицы Конструктивно теплица представляет собой сооружение с прозрачными стенами и потолком. Раньше их строили из стекла, а в последнее время стали применять удобный и дешевый сотовый поликарбонат. Такими теплицами изобилует любой дачный массив. В подавляющем большинстве подобных строений дополнительное освещение отсутствует, поэтому в них собирают только один урожай в год. Тепличные хозяйства используют различные светильники и выращивают овощи круглогодично. Существуют противоречивые мнения о полезности 86 такой сельхозпродукции, но их анализ выходит за рамки изучаемого материала. Солнечное излучение имеет очень широкий спектр. В последнее время многие ученые стали утверждать, что растениям достаточно лишь двух длин волн – 445 и 660 нм. Это соответствует красному и синему цвету. В продаже имеется большое количество соответствующих светильников, которые часто называют фотосинтезными. Экспериментально доказано, что растения при таком освещении растут быстро и выглядят здоровыми. Правда, скептики сомневаются, что вкус и полезность такой продукции соответствуют норме. Но их возражения имеют смысл лишь тогда, когда кроме искусственного освещения нет никакого другого, а в большинстве случаев оно имеет лишь вспомогательное значение. В норме растения лучше всего развиваются при световом дне 12–16 часов, а если он сокращается до 10 часов и меньше, они начинают чахнуть. Однако постоянное освещение недопустимо, растениям нужно около 6 часов отдыха. Дополнительное освещение растений позволяет собирать урожай даже зимой. Для его реализации используют различные источники света и обклеивают непрозрачные участки, если таковые имеются, алюминиевой фольгой. Это позволяет не освещать внешнее пространство. Также для экономии электроэнергии многие используют двухтарифные счетчики и включают искусственное освещение ночью. Растениям это безразлично. Более того, во многих хозяйствах урожай собирают в ночное время, чтобы утром он уже был в магазине. Использование ламп накаливания для освещения теплиц не только неэкономно, но и проблематично с биологической точки зрения. Дело в том, что их спектр сосредоточен в нижней части диапазона, а ультрафиолета в нем практически нет. Из-за этого растения тянутся верх, их листья видоизменяются, и на хороший урожай рассчитывать не приходится. 87 Ртутные лампы ДРЛ, наоборот, дают больше света в верхней части диапазона, а в нижней его не хватает. У натриевых ламп противоположная ситуация: максимум излучения соответствует желтому и оранжевому цвету, а коротковолновый свет практически отсутствует. Стоит заметить, что этот тип ламп является самым энергоэффективным, и если его дополнить источниками синего света, можно получить эффективное освещение. Люминесцентные лампы по спектральным характеристикам хорошо подходят для освещения теплиц. Выпускаются их специальные варианты для растений. Их недостаток – довольно низкая световая отдача. Металлогалогенные лампы обладают еще более подходящим спектром и значительным диапазоном мощности. Их недостатки – малый срок службы и высокая цена. Светодиоды по праву считаются лучшим вариантом. Срок их службы больше, чем у любых других источников света, а цвет излучения самый различный – от инфракрасного до ультрафиолетового. Есть среди них точно соответствующие длинам волн 445 и 660 нанометров. Фитотроны Фитотрон – это специальное устройство в виде шкафа или небольшой комнаты, где создаются идеальные условия для растений. В нем моделируются различные экспериментальные агротехнические ситуации. Фитотроны широко применяются учеными-ботаниками при селекции растений. Дело в том, что искусственные условия позволяют получать, например, три урожая пшеницы в год, а селекционерам нужно, по крайней мере, двадцать раз провести опыты, прежде чем вывести новый сорт. Основными регулируемыми параметрами фитотрона являются освещенность, температура воздуха и влажность почвы. Внешний вид фитотрона показан на рис. 61. 88 Рис. 61. Фитотрон В качестве источников света для фитотрона лучшим вариантом являются светодиоды. Для поддержания оптимальной температуры используются нагреватели и принудительная вентиляция. Иногда принимаются дополнительные меры по снижению температуры воздуха, потому что искусственные источники света выделяют много тепла и в жаркое время года этот параметр может выйти за допустимые пределы. Увлажнение почвы производится обычно по установленной циклограмме с помощью насосов. При этом производится подкормка растений удобрениями. В последнее время используются датчики влажности, управляемые микропроцессором. Инкубаторы Сведения о первых инкубаторах есть еще в древнеегипетских папирусах. Они имели простейшую конструкцию в виде бочки или короба, которые подогревались огнем. В современном виде инкубаторы появились в 19-м веке. В СССР с 1928 года началось их промышленное производство. 89 Для того чтобы цыплята вывелись здоровыми, нужно поддерживать требуемую температуру и влажность, а также периодически переворачивать яйца, чтобы зародыши не прилипли к скорлупе. Конструктивные решения могут быть самыми разными. Наиболее распространенным является вариант шкафа, оборудованного термостатом, регулятором влажности и устройством, переворачивающим кассеты с яйцами. От включения инкубатора до вылупления цыплят проходит 21 день. Температура в это время должна быть 37,8 ˚С, а в последние 3 дня ее понижают на 0,3 ˚С. Чувствительным элементом в термостате может быть терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом – он легко обеспечит нужную точность измерений. Электронная схема строится на компараторах – микросхемах, приспособленных для сравнения двух сигналов. Один из них – от терморезистора, другой – от регулятора температуры. Основное требование к нагревательным элементам – минимальная инерционность, так как в противном случае температура будет колебаться. Для предотвращения усыхания яиц применяются увлажнители воздуха, но влажность выше 55 % тоже нежелательна. Переворачивание кассет осуществляется согласно циклограмме с помощью электродвигателя. Термостаты Потребность в поддержании с требуемой точностью нужной температуры в фермерских хозяйствах не исчерпывается рассмотренным выше инкубатором. В частности, в овощехранилище нельзя допускать замораживания продукции, а также повышать температуру больше, чем предусмотрено условиями хранения. При термообработке продукции нарушение температурного режима может привести к нежелательным последствиям. В зависимости от профиля хозяйства, может потребоваться поддержание температуры в зернохранилищах, всевозможных сушилках и так далее. 90 Любой термостат состоит из блока управления с датчиками и системы нагрева или охлаждения. В большинстве фермерских хозяйств охлаждение сводится к принудительному проветриванию помещений, потому что охладительные элементы слишком дороги. Традиционная компараторная схема является достаточно универсальной, но терморезисторы имеют верхний предел температуры чуть больше 100 ˚С. Есть и более высокотемпературные – примерно до 200 ˚С, но они не обеспечивают высокой точности. Металлические термосопротивления, особенно платиновые, подходят для изготовления термостатов до 1000 ˚С, что тоже может понадобиться в сельском хозяйстве. Выбор нагревательных элементов на первый взгляд прост, но в этом деле есть важные нюансы. Прежде всего, нужно позаботиться о пожарной безопасности. Поэтому открытые спирали считаются худшим вариантом. Популярные трубчатые электронагреватели при неправильном выборе могут нагреваться докрасна, что вполне может привести к пожару. Использовать их для обогрева помещений можно только убедившись, что они не греются выше 250 ˚С. В малых хозяйствах для предотвращения замораживания овощей нередко используют лампы накаливания. Тепло они, конечно, дают, но свет способствует прорастанию. Специальные кабели для теплого пола, пленочные инфракрасные нагреватели и другое современное нагревательное оборудование должны использоваться строго по инструкциям. Термостаты с охлаждением Одной из наиболее болезненных тем для фермера является сохранение урожая. Сложность заключается в том, что традиционные способы хранения не всегда достаточно эффективны, а современные обходятся дорого, хотя впоследствии достаточно быстро окупаются. Основной способ, который принято называть дедовским, заключается в следующем. Строится погреб значительных размеров, потолок которого 91 засыпается опилками или другим рыхлым материалом, после чего покрывается слоем грунта. В конце зимы это помещение загружают снегом, который плотно утрамбовывают и засыпают сверху опилками. Снег медленно тает в течение всего лета, сохраняя прохладу. В таких условиях можно даже не менее двух недель хранить мясо, а после получения урожая овощей и фруктов поддерживать их качество и товарный вид до холодов. Принудительное охлаждение с помощью промышленных кондиционеров эффективно, но дорого. Некоторые умельцы своими руками строят их аналоги из старых холодильников. Это достаточно хороший подход к делу, но он требует определенных знаний и навыков. Для небольших холодильных шкафов можно использовать модули Пельтье́. Эти полупроводниковые устройства представляют собой пластины, которые при протекании тока с одной стороны нагреваются, а с другой охлаждаются. Наиболее мощный из имеющихся в продаже модулей имеет холодовую производительность 113 Вт при потребляемой мощности 144 Вт. Он представляет собой пластину размерами 40×40×4 мм, которую необходимо горячей стороной плотно прижать к массивному алюминиевому радиатору. Если этого не сделать, то существенного охлаждения другой стороны не будет. Электрическая схема такого полупроводникового холодильника довольно проста – нужно лишь сделать защиту от превышения допустимого тока и напряжения. Мельницы Археологами найдено множество древних приспособлений для превращения зерна в муку. В средние века появились мельницы с жерновами – каменными дисками, между которыми и происходил производственный процесс. Небольшие жернова приводились в действие вручную, для более массивных использовалась сила ветра или текущей воды. На современных мукомольных устройствах применяется электропривод. В большинстве фермерских мельниц вместо жерновов применяются вальцы – цилиндры с насечкой, рис. 62. 92 Рис. 62. Вальцы – современный аналог жерновов Они вращаются в одном направлении, но с разной скоростью. Таких пар вальцов обязательно бывает несколько, чтобы измельчение зерна происходило поэтапно. Расстояние между вальцами и размер насечки подбираются таким образом, чтобы сначала отделялись отруби и другие внешние покровы зерна, а затем уже происходил помол. Продвижение размалываемого зерна между парами вальцов осуществляется шнеком, готовая мука подается на специальную конструкцию с весами, на которых наполняются мешки. Кроме собственно помола, мельница приспособлена для подготовки и транспортировки зерна. Для этого применяются сушилки, а при необходимости – увлажнители. Транспортировка обеспечивается как ленточными, так и пневматическими транспортерами. Мукомольная мельница является высокотехнологичным устройством, в котором зерно проходит через множество различных приспособлений, преодолевая путь до 5 км. Пекарни Независимо от производительности пекарни, производственный процесс включает ряд последовательных действий, которые выполняются на соответствующем оборудовании. Будем считать, что мука, дрожжи и вода уже имеются. Тогда первым этапом будет приготовление теста. Вначале готовят опару – жидкое тесто без добавок, в котором должны максимально 93 активизироваться дрожжи. Для этого емкость с опарой выдерживают в термостате при температуре около 30 ˚С от 3 до 5 часов. В готовую опару добавляют сначала соль, сахар, жиры, затем оставшуюся муку и помещают полученную массу в тестомесильную машину. В машине она перемешивается до получения однородной массы. Готовое тесто поступает в бункер делительной машины, в которой оно разделяется на куски весом примерно на 10 % больше веса готового изделия, потому что при выпечке часть воды испарится. Далее тесто подвергается процессу округления с помощью специальной машины – тестоокруглителя. В нем заготовки с помощью вращающегося конуса продвигаются по спиральному желобу и приобретают шаровидную форму с гладкой поверхностью. Если такую заготовку испечь, то выпечка получится недостаточно мягкой, потому что при замешивании и округлении теста из него ушла большая часть углекислого газа. Поэтому тесто подвергают расстойке при обычной температуре и влажности, чтобы в нем вновь образовались пузырьки газа. Поле всех описанных процедур производят выпечку, условия которой зависят от вида, массы изделия и других факторов. Этот этап самый энергоемкий. Применяются духовые шкафы, работающие на газе, дизельном топливе и, конечно, электрические. Готовые изделия упаковываются и отправляются на реализацию. Птицефермы На птицефермах разводят самых разных птиц – от перепелок до страусов, но общие правила организации и оснащения птицефермы практически одинаковы. Для определенности будем говорить в основном о курах. Кроме рассмотренного ранее инкубатора, птицеферма должна иметь помещения для несушек, а при необходимости и для переработки мяса. Особенностью кур является зависимость их яйценоскости от продолжительности дня. Максимальная эффективность достигается при 94 световом дне от 12 до 15 часов, что естественным образом обеспечивается летом. С наступлением осени активность кур снижается, и производство яиц падает. Также на этот процесс влияет понижение температуры. Чаще всего в курятнике устанавливают лампы накаливания, которые не только освещают помещение, но и обогревают его. Многие птицеводы утверждают, что еще лучшие результаты достигаются при использовании красных ламп накаливания. Они хорошо обогревают курятник, а красный цвет, по утверждению зоопсихологов, действует на птиц успокаивающе. Некоторые особенности имеет выращивание водоплавающей птицы, особенно гусей. В первую неделю освещение молодняка должно быть круглосуточным, а потом его ежедневно снижают на 30 минут и доводят до 15 часов. Также обстоит дело и с температурой воздуха. В первую неделю поддерживается от 26 до 28 ˚С, а в каждую последующую ее снижают на 2–3 градуса и доводят до +20 ˚С. Дальнейшее содержание считается несложным. Выращивание индюков стало модным в последние годы не только из-за качественного мяса, но и по причине не слишком хлопотного содержания. Взрослые птицы переносят морозы до –15 ˚С и не требуют особого внимания. Из всех птиц индюшки являются самыми заботливыми родительницами, и инкубатор обычно не требуется. Однако для молодняка в первые недели жизни желательно создать теплые и сухие условия. Молочные фермы Правила содержания коров на фермах крестьянам хорошо известны. Трудности возникают в фермерском хозяйстве при значительном количестве дойных животных, потому что уже невозможно обойтись без технических средств – доильных аппаратов. На рис. 63 изображен один из них. 95 Рис. 63. Доильный аппарат Любой доильный аппарат моделирует отсасывание молока из вымени теленком. Он содержит пульсатор, обеспечивающий соответствующее воздействие на соски коровы, коллектор для сбора молока и емкость. Пульсация обеспечивается масляным или вакуумным насосом. Масляный экономичнее с точки зрения энергопотребления, но существует опасность попадания масла в молоко в случае неисправности. Кроме того, необходимо постоянно контролировать уровень масла и при необходимости доводить его до нормы. Вакуумный насос создает разрежение, которое совместно с атмосферным давлением обеспечивает близкое к естественному воздействие на сосок коровы и качественное доение. Управление процессом дойки осуществляет микропроцессор. Доильные аппараты также используются для дойки коз, они по конструкции практически не отличаются от вышерассмотренных. Кроме дойки, на молочных фермах обеспечивается переработка молока, упаковка и хранение молочных продуктов. Для этого нужно разнообразное оборудование, состав которого определяется конкретно для каждого хозяйства в соответствии с его профилем. Бани Баня является атрибутом деревенской жизни, сохраняя здоровье крестьян и восстанавливая их силы после тяжелого труда. В подавляющем большинстве в фермерском хозяйстве имеется русская баня. Финские сауны и турецкие хама́мы в сельской местности не прижились. 96 В старину бани топили по-черному, когда дым выходил не через трубу, а через дверь. После прогрева каменки огонь заливался, а на горячие камни лили воду для образования пара. Сейчас такая конструкция считается устаревшей. Самая простая русская баня в наше время имеет дровяную печь с железным верхом, на котором разложены камни. Печь может полностью располагаться в парилке, но чаще топку выводят в предбанник. Для нагрева воды рядом с печью устанавливают бак, к которому приварена согнутая труба, заходящая вовнутрь печи. Поблизости располагается бак с холодной водой. Более комфортабельные бани оборудованы водопроводом, позволяющим принимать душ, теплым полом и другими удобствами. Некоторые особенности имеет банное освещение, потому что в парилке высокая температура и на плафон могут попасть брызги воды. Для этих целей выпускаются специальные светильники. Источниками света обычно являются низковольтные лампы накаливания. Если баня рассчитана на значительное число народа, вместо каменки может применяться парогенератор. Он представляет собой котел, обычно автоматический, нагреваемый газом или жидким топливом. Труба с паром выводится в парилку и оборудуется краном. Часто в бане имеется небольшой бассейн, который можно использовать и как емкость для отстаивания воды для полива. Предбанник многие оборудуют в виде комнаты для чаепития. |