Способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур и кавитационный реактор для его осуществления

(51) 01 1/00 (2010.01) 01 5/06 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ находящаяся в каждом семени трансформируется кавитационным реактором в кавитационные микропузыри, которые при своем схлопывании образуют строительный материал субатомного уровня и энергии, необходимой для активного прорастания и оздоровления некондиционных семян. Кавитационный реактор содержит кавитатор 1 двухступенчатого типа, в горловине переменного профиля, с входной стороны которого размещен ступенчатый конфузор 2 с боковым патрубком 3 подачи в камеру смешения 4 семенного материала. В последней установлено центральное сопло 5 с патрубком 6 подвода активной среды, например,сжатого в компрессоре воздуха (на чертеже он не показан). Сопло 5 при нагнетательном проталкивании в кавитатор 1 потока семенного материала, размещено так, как показано на фиг. 1. При необходимости разубоживать, разрыхлять поток оно располагается так как показано на фиг. 2. Активированный обработанный семенной материал через диффузор 7 поступает в сборник семян (на чертеже он не показан). Сжатый воздух в кавитатор 1 поступает через патрубки 8 и 9 в кольцевые камеры 10 и 11, а от них на периферийные сопла 12 первой ступени и 13 второй ступени. Два чертежа продольного разреза кавитационного реактора. При малых диаметрах горловины кавитатора 1,кавитационная работа по активации среды, зерна осуществляется без центрального сопла 5.(76) Аспандияров Булат Билялович Белецкая Наталья Петровна Куликов Николай Федорович Аспандияров Камбар Булатович(54) СПОСОБ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР И КАВИТАЦИОННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к устройствам и способам предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, для повышения урожайности,экологичности выращивания сельскохозяйственных культур. Кроме того, оно может быть использовано для перемешивания,гомогенизации многокомпонентных сред в целлюлозно-бумажной,пищевой химической отрасли, а так же для деструктуризации природных и сточных вод. Главной целью изобретения является повышение урожайности посева, что достигается предпосевной обработкой семян сельскохозяйственных культур за счет использования внутренней влаги для образования кавитационных микропузырей в каждом семени, с помощью кавитационного реактора предлагаемой конструкции и способа. Поставленная цель достигается путем реализации способа,при котором влага, 24961 Изобретение относится к устройствам и способам, используемым в сельском хозяйстве для предпосевной обработки семян с целью повышения урожайности,экологичности выращивания сельскохозяйственных культур. Кроме того оно может быть использовано для перемешивания,гомогенизации многокомпонентных сред,используемых целлюлозно-бумажной, пищевой химической промышленности, а так же для деструктуризации природных и сточных вод. По авторскому свидетельству СССР 1153965 известен статистический смеситель многокомпонентной среды, содержащей трубчатый корпус, в котором установлены смесительные элементы в виде пакетов плоско - параллельных гофрированных пластин с пересекающимися гофрами соседних пластин. Такие пластины выполнены с веерным расположением гофр, при этом в пакете чередуются пластины со сходящимися и расходящимися по ходу потока гофрами. Элементы - пакеты однотипны, каждый из них повернут на 90 вокруг продольной оси корпуса,относительно соседних элементов. В смесителе статистического типа по авторскому свидетельству СССР 1153965 реализован способ смешения путем пропускания потока через ряд последовательно расположенных смесительных элементов. На первом из элементов поток несмешанных текущих сред дробиться на множество мелких потоков, текущих по гофрам каналам следующих за ними пластин. На последних,с одной стороны, происходит рекомбинация мелких потоков, а с другой - частичный обмен материалами между соприкасающимися потоками. Необходимая степень смешения обеспечивается пропусканием потока через ряд элементов. Недостатком смесителя статистического типа является во - первых, использование трубчатого корпуса постоянного сечения, рассчитанного на проталкивание многокомпонентной жидкой среды через каналы гофрированных пластин, обладающих высоким гидравлическим сопротивлением,исключающим достижение в микропотоках высоких скоростей течения. Во-вторых, сходящиеся и расходящиеся гофры по ходу течения потока рождают их взаимодействие между собой при низких скоростях в режиме скольжения, а не удара друг о друга. Из-за малых значений кинетической энергии, соответствующих пониженным скоростям взаимодействия микропотоков с многокомпонентной средой эффективность смешения крайне низка. Тем более, нельзя говорить о кавитационной е активации, что и является основной функцией кавитационного реактора. Таким образом, статистический смеситель не выполняет функции кавитационного реактора,обеспечивающего активацию среды. Кроме того,недостатком способа смешения статистического смесителя является то, что процессу смешения поддаются однородные текущие среды. Они не приспособлены для активации дискретной зерновой среды, содержащей влагу внутри каждого из зерна. Так же известен по авт.свид.1662653 кавитационный реактор,содержащий цилиндрическую камеру с патрубками передачи и отвода обрабатываемого материала и установленный в камере кавитатора. Последний выполнен в виде усеченного конуса с радиальным отверстием - соплом, на его поверхности и патрубком подачи подмешиваемого вещества. В этом кавитационном реакторе реализован способ активации, при котором обрабатываемый материал поступает в проточную камеру, обтекает кавитатор, за которым генерируется поле схлопывающихся кавитационных пузырьков. Отметим, что большая часть кавитационных пузырьков рождаются в пограничном слое на поверхности кавитатора и по поверхности каверны сносится в е хвостовую зону. Подвод жидкости через фиксированное отверстие в теле кавитатора позволяет повысить до определенного уровня эффективность кавитационного воздействия. Этот уровень зависит от максимального количества подводимой жидкости, проходящей через отверстие кавитатора, заданного проходного сечения до наступления эффекта кавитационного запирания. При этом чем меньше размеры отверстия кавитатора, тем раньше в ней развивается кавитация. Недостатком кавитационного реактора является пониженная эффективность его работы. Последнее связано с тем, что схлопывание кавитационных пузырей происходит в массиве плотной среды в выходном патрубке устройства, а не в объеме свободном от среды. Что касается способа, то он не позволяет осуществить процесс кавитационной генерации пузырьков внутри объема каждого зерна семенного материала, содержащего 13 воды (3 по ГОСТу 10467-76 Семена пшеницы сортов и посевного качества). Нами предлагается устройство, в котором эта цель достигается. Устройство кавитационного реактора по авт. свид. 1662653 принято в качестве прототипа. Задачей изобретения является повышение эффективности активационного воздействия на семена сельскохозяйственных культур, что важно для предпосевной их обработки, повышающей урожайность посева,семенной материал необходимо снабдить энергией и строительным материалом субатомного вида, необходимый для деления клеток, образования белков, жиров,углеводов и клетчатки. Энергию и строительный материал каждое зерно может взять из 13(3) собственной влаги, вследствие обработки в кавитационном реакторе предлагаемой конструкции за счет образования кавитационных микропузырей. Последние и являются основой для осуществления эффективного биофизического процесса уже на стадии предпосевной подготовки семян (см. журнал Менеджмент качества 3(33) 2010 г.,Аспандияров Б.Б. Нанотехнологии начинаются с микропузырей стр. 54-57). Другими словами каждое зерно получает энергетическую подпитку сигнал для начала прорастания. Таким образом, поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом кавитационном реакторе реализован способ предпосевной обработки семян сельскохозяйственных культур, позволяющий из влаги, входящей в состав каждого зерна семенного материала,генерировать кавитационные микропузыри. Последние, с одной стороны,позволяют увеличить объем зерен, а с другойпри их схлопывании в массиве семени, образовать в нем радикальные осколки молекул воды, а так - же частицы субатомного размера,служащих строительным материалом для молекул белков,жиров, углеводов и клетчатки, в момент их прорастания, при посадке в почву. Отметим, что этот процесс одновременно сопровождается энергетической подкачкой семенного материала, так как известно, что кавитационный процесс сопровождается излучением, люминесценцией и скачками уплотнения,что способствует оздоровлению некондиционных зерен повышению эффективности всхожести и дружного прорастания и последующего роста. В свете сказанного,очевидно, что семенной материал еще не проснувшийся и оглушенный обработкой сильными химическими протравливателями,применяемый в условиях сложившейся практики,отнимает у каждого зерна жизненные силы. Это является серьезными факторами снижения урожайности, заложенными уже при его посеве. С нашей точки зрения абсурдный подход прочно укоренился в практике выращивания сельскохозяйственных культур. Получается, что у семян отняв жизненные ресурсы, требуем эффективного прорастания и роста. Вывод напрашивается сам,что для повышения эффективности всхожести и прорастания надо использовать внутренние резервы самого семенного материала. Предлагаемый способ активации сыпучих материалов,в частности семян сельскохозяйственных культур сводится к тому,что семенной материал загружается в емкость устройства, при этом в патрубки кавитационного реактора подается сжатый воздух, а обработанные активацией семена собирают в сборнике,размещенном на выходе из диффузора устройства. В кавитационном реакторе осуществляется трехступенчатая,высокоскоростная обработка семенного материала - в первой ступени за счет центрального струйного нагнетательного проталкивания или разубоживания -разрыхления потока, а в двух других за счет струйной откачки периферийного потока семян в пристенной зоне горловины устройства. Все элементы предлагаемого кавитационного реактора нацелены на реализацию процесса струйного ускорения потока семенного материала,вследствие чего скорость течения зерен семян возрастает по всему сечению горловины струйного кавитатора. Это согласно закона Бернулли, ведет к созданию высокого разряжения внутри каждого зерна семенного материала в его зонах, где имеется влага. Последняя, из - за зарождения кавитационных микропузырьков в зерне вспучивает и увеличивает его в объеме. Это происходит на участке горловины переменного профиля сечения,содержащей кольцевые периферийные сопла. Кавитационные микропузыри в диффузоре ступенчатого типа струйного кавитационного реактора схлопывается, а все содержимое, состоящее из радикальных осколков молекул воды, протонов, электронов, а также энергия освобождаемая при этом становятся достоянием всего семенного материала, служащего для оздоровления некондиционных семян,активного дружного прорастания и роста после их высадки в грунт. Рассматривая кавитационный реактор для активации дисперсной среды (в первую очередь для семян сельскохозяйственных культур), состоит из корпуса, выполненного в виде цилиндрической камеры с патрубками подачи и отвода обрабатываемого материала. Внутри корпуса с отверстиями на боковой стороне и патрубком подачи активационной среды размещен кавитационный активатор, образующий из камеры конфузор горловину переменного сечения и диффузор, за которым размещен сборник обработанного материала. Кавитационный реактор содержит в конфузоре устройства камеру смешения с центральным соплом и патрубком подачи семенного материала,горловину переменного сечения двухступенчатого типа в каждой из ступеней которых размещены периферийные сопла равномерно, с определенным шагом по периметру боковой поверхности горловины. Последние снабжены кольцевыми камерами вокруг них, содержащими патрубки подвода к ним среды, например, сжатого воздуха,генерирующими кавитационные пузыри внутри зерен семенного материала. Эти боковые сопла соосно расположены относительно главной оси кавитатора. Периферийные сопла с горловиной и кольцевой камерой, сообщающиеся с каждой ступенью горловины в целом являются кавитационным генератором микропузырей. Центральное сопло, расположенное в камере смешения работает на нагнетательное проталкивание в горловину кавитационного устройства или на процесс разубоживания семенного материала. Устройство представлено продольными разрезами, где на фиг. 1-представлен вариант размещения центрального сопла, работающего в режиме струйного нагнетательного проталкивания протока семенного материала в горловину, где расположен струйный кавитатор двухступенчатого типа. На фиг. 2 - представлен вариант размещения центрального сопла, работающего в режиме разубоживания и разрыхления семенного материала в камере смешения кавитатора. Кавитационный реактор содержит собственно кавитатор 1 в горловине переменного профиля, с входной стороны которого расположен ступенчатый конфузор 2 с боковым патрубком 3 подачи в камеру смешения семенного материала. В камере смешения 4 установлено центральное сопло 3 5 с патрубком 6 подвода активной среды, например сжатого воздуха, для струйного проталкивания в кавитатор 1 потока семенного материала, как это показано на фиг.1 чертежа. На фиг. 2 представлен вариант, при котором центральное сопло 5 направлено наоборот. В этом случае оно служит для разубоживания и разрыхления семенного массива в камере смешения 4. При этом патрубок 6 размещается на боковой поверхности кавитационного реактора и вводится внутрь со стороны ступенчатого диффузора 7. При малых диаметрах горловины кавитатора 1, кавитационная работа по активации среды, зерна осуществляется без центрального сопла 5. Активная среда для ускорения течения потока семенного материала в кавитатор 1 подается через патрубки 8 и 9 в кольцевые камеры 10 и 11 кавитатора 1. Через периферийные сопла 12 первой ступени кавитатора 1 и через периферийные сопла 13 второй ступени кавитатора 1 он в высокоскоростном режиме истечения поступает в горловину переменного сечения устройства, ускоряя течение потока семян зерна в горловине-кавитаторе 1 переменного сечения. Таким образом в кавитаторе 1 происходит двухступенчатое ускорение зерна семенного материала. Суть кавитационной обработки каждого зерна пролетающего с высокой скоростью через горловину -кавитатор 1, состоит в том, что высокоскоростной режим движения зерна создает в горловине высокое разряжение, которое согласно законам Бернулли вызывает объемное вскипание влаги, находящейся массиве каждого зерна семенного материала и вызывает, как уже указывалось его вспучивание изза образования в них кавитационных микропузырей. Последние всхлопываются при снижении скорости потока в ступенчатом диффузоре кавитационного реактора, а все содержимое становится строительным материалом и энергией необходимой для активного,дружного прорастания и увеличения всхожести,повышающих в конечном итоге урожайность посевной культуры, обработанный таким образом семенной материал сбрасывается в сборник (на чертежах он не показан). Кавитационный реактор работает следующим образом устройство подключают к компрессору источнику сжатого воздуха(на чертежах компрессор не показан) к патрубкам 6,8 и 9. Далее загружают сборный бак с зерном к патрубку 3 кавитационного реактора. В случае сухого зерна используют центральные сопла 5, как показано на фиг. 1 в режиме нагнетательного струйного проталкивания в кавитатор 1. В случае если в зерне повышенное содержание влаги, то используют подключение сжатого воздуха, как это показано на фиг. 2. Влажное зерно требует для течения осуществления разубоживания и разрыхления в камере смешения 4. Поступающий в кавитатор 1 горловину переменного профиля поток семенного материала из камеры смешения 4, ускоряется периферийными соплами первой ступени 12 и второй ступени 13 кавитатора 1, через которые происходит его истечение из кольцевых камер 10 и 11, в которые 4 сжатый воздух поступает из компрессора через патрубки 8 и 9, кавитатора 1. Обработанный семенной материал, протекает через ступенчатый диффузор 7, в сборник обработанного материала. Таким образом кавитационный реактор генерирует кавитационные микропузыри в каждом из зерен семенного материала, пролетающего с высокой скоростью через кавитатор 1. В результате собственная влага каждого зерна образует из-за объемного расширения,кавитационные микропузыри. Последние схлопываясь в ступенчатом диффузоре 8 из-за резкого падения скорости схлопываются, а содержимое становится строительным материалом и энергией, повышающей эффективность прорастания и роста. Все это в конечном итоге повышает урожайность посева. Технико-экономические преимущества заявляемого способа предпосевной обработки семян и кавитационного реактора для его осуществления состоят 1.В повышении урожайности посева на 15 - 20,что связано с повышением энергетической готовности семян к всхожести, прорастанию и росту. 2.В простоте обработки - необходимо просто зерно пропустить через кавитатор 1, используя для повышения эффективности, всхожести, прорастания и роста кавитационное микропузырениево внутреннем объеме воды, содержащейся в каждом из зерен. 3.В экономичности предпосевной обработки семян -используется влага, имеющаяся в каждом семени. 4. В малозатратности - кроме кавитационного реактора нужен только компрессор для создания активного потока, ускоряющего поток семенного материала. 5. В исключении различных химикатов из процесса обработки. Зерно надо насыщать энергией,а не убивать на нем вредные процессы, которые сами являются отражением недостаточности энергии. Предлагаемый способ и устройство опробированы для пшеницы Омская - 19, посеянной в ряде хозяйств Северо-Казахстанской области,например, в ТОО Болынемалышенское на площади в 50 га в 2009 г, что указывает на высокую степень готовности к их использованию в сельском хозяйстве ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ активации сыпучих сред, например,семенного материала сельскохозяйственных культур, при котором семена первоначально загружают в емкость устройства, затем в его патрубки подают среду под давлением, например,сжатый воздух в патрубки кавитационного реактора,а обработанные семена собирают в сборнике,размещенном на выходе из устройства,отличающийся тем, что в горловине переменного сечения кавитатора осуществляется последовательно трехступенчатое высокоскоростное ускорение и обработка потока семенного материала - в первой ступени за счет центрального струйного нагнетательного проталкивания или разубоживания потока, а в двух других за счет струйной откачки периферийного потока семян зерна в пристенной зоне горловины устройства. 2. Кавитационный реактор для активации дисперсной среды,например,семян сельскохозяйственных культур, состоящий из корпуса, выполненного в виде цилиндрической камеры, с патрубками подачи и отвода обрабатываемого материала и установленным в камере кавитатором с соплами отверстиями на его боковой поверхности и патрубком подачи подмешиваемого вещества, расположенным на боковой поверхности камеры, так что в камере кавитатора образуется конфузор,горловину переменного сечения и ступенчатый диффузор, за которым размещен сборник обработанного семенного материала, отличающийся тем, что кавитационный реактор содержит в конфузоре камеру смешения с центральным соплом и патрубком подачи семенного материала в горловину переменного сечения двухступенчатого типа в каждой из ступеней,которой размещены периферийные сопла, выполненные из продольных калиброванных каналов по периметру боковой поверхности горловины, а вокруг них установлены кольцевые камеры с патрубками подвода к ним активной среды, например сжатого воздуха, причем периферийные сопла, с одной стороны сообщаются с кольцевыми камерами, а с другой выведены через периферийные сопла внутрь каждой из ступеней горловины.