УДК 613.648:630*852.5

СВЧ УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕЗИНСЕКЦИИ ДРЕВЕСИНЫ

Иванов Игорь Анатольевич1, Тихонов Виктор Николаевич2, Пронина Ольга Эдуардовна3
1ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, Главный специалист
2ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, Научный сотрудник
3ФГБНУ Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии, Научный сотрудник

Аннотация
Данная статья посвящена проблеме дезинсекции древесины. Химические способы дезинсекции деревянных строений во многих случаях неприменимы. В результате исследований разработана технология применения СВЧ-излучения для уничтожения древоточцев и создан опытно-промышленный образец установки.

Ключевые слова: дезинсекция древесины, СВЧ-излучение


MICROWAVE INSTALLATION FOR DISINSECTION OF WOOD

Ivanov Igor Anatolevich1, Tikhonov Viktor Nikolaevich2, Pronina Olga Eduardovna3
1All-Russian Scientific Research Institute of Radiology and Agroecology, Chief Specialist
2All-Russian Scientific Research Institute of Radiology and Agroecology, Researcher
3All-Russian Scientific Research Institute of Radiology and Agroecology, Researcher

Abstract
This article is devoted to the disinsection of wood. Chemical methods of disinsection of wooden buildings are not applicable in many cases. The studies selected technology application of microwave radiation to kill wood-borer and experimental-industrial design installation created.

Библиографическая ссылка на статью:
Иванов И.А., Тихонов В.Н., Пронина О.Э. СВЧ установка для дезинсекции древесины // Современная техника и технологии. 2015. № 8 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2015/08/7713 (дата обращения: 26.05.2017).

Деревянные дома не теряют популярности, а проблема с древоточцами до сих пор не решена во всем мире. Более того, она быстро распространяется и усугубляется с каждым годом.

Точильщики (лат. Coleoptera, Anobiidae) — семейство насекомых из отряда жесткокрылых. Очень полиморфная группа; трудно найти характеристики, описывающие всех членов семейства. Жуки небольших размеров от 1 до10 мм, чаще5 мм. Усики состоят из 8-11-члеников, гребенчатые, пильчатые или с 3 сильно увеличенными вершинными члениками. У личинок ноги, обычно, хорошо развиты; коготки с 2 щетиками. Живут в мёртвой или отмирающей древесине, распространены повсеместно [1-4].

Жук точильщик размножается посредством яйцевой кладки, с наступлением тепла самка откладывает в выгрызенных в дереве отверстиях массу яиц. Для расположения кладки подходят любые ямки в дереве – это и соединительные пазы, и старые трещины и пр. Через 1-2 недели из яиц вылупляются белые личинки, они и начинают портить деревянное покрытие, прогрызая в нем извилистые ходы. Заметить появление личинок можно по характерному для них желтоватому следу пыльцы, который остается в местах их дислокации. Развитие личинки проходит на протяжении года-двух (для некоторых видов до 12 лет), после чего практически выросшая особь превращается в куколку, которая вскоре станет взрослым жуком точильщиком [5].

В стадии личинки вредители успевают прогрызть практически всю толщину дерева, а взрослый жук выгрызает оставшуюся часть и через полученную дырочку вылетает наружу. Диаметр отверстия может составлять несколько мм, однако, так как жучков обычно не один и не два, а значительное количество – больше половины поверхности – будет иметь следы пребывания вредителей, а внутренняя часть деревянной плоскости станет практически полой  [6] (Рис. 1).

Рис. 1 – Древесина, сильно пораженная жуком-точильщиком

Для борьбы с жуком-точильщиком в настоящее время применяются в основном профилактические методы – обработка древесины различными химическими реагентами. В случае уже пораженной древесины такие методы обработки помогают уничтожить лишь взрослые особи, что препятствует повторному заражению древесины, но не уничтожает ювенальные формы насекомых.

Применение химических методов дезинсекции древесины не экологично в жилых строениях, поэтому актуальность приобретает выбор физических методов (СВЧ-облучение) для дезинсекции древесины, позволяющей надежно уничтожать не только имаго, но и ювенальные формы вредителя в глубине древесины.

Материал и методика

Изучение воздействия СВЧ-облучения для разработки способа дезинсекции начинали с прямых экспериментов на рабочем макете. В качестве «макета» жука точильщика были использованы личинки мухи домашней – опарыши. Объекты разместили их по нескольку штук в ячейки пластиковой упаковки и расположили непосредственно под рупором излучателя. Хотя плотность потока мощности при этом достигала величин порядка нескольких Ватт на сантиметр квадратный, личинки чувствовали себя довольно сносно, наблюдалась лишь повышенная двигательная активность вместе с повышением их температуры, однако темпы роста температуры оказались недостаточными для летального исхода доже через 10 минут. Таким образом, при облучении в условиях свободного пространства применение теплового воздействия микроволн на личинки неэффективно – ввиду слишком  малых размеров их по сравнению с длиной волны излучения. Возможно, при этом будут проявляться какие-то биологические эффекты с отдаленными последствиями, но этот вопрос не изучался.

На следующем этапе исследований личинок помещали в просверленные в досках отверстия и оценивали летальность разных режимов облучения. Поскольку личинки погибают при температурах свыше +50оС, зону их обитания желательно прогреть до 50-60оС – для гарантированной гибели.

На рисунке 2 представлено в условных цветах изображение облучаемой доски с экрана тепловизора, там же справа показана масштабная шкала цвет/температура. Можно видеть, что внутри объема древесины, как и проложено при СВЧ воздействии, нагрев идет интенсивнее, чем на поверхности – при температуре поверхности в зоне облучения порядка +54оС, в отверстиях она достигает +80оС и  более.

Рис 2. Тепловизионное изображение облучаемой доски. В отверстиях – личинки

Моделирование условий облучения более толстых деревянных конструкций проводили путем сложения нескольких досок толщиной по 40мм каждая. Разняв две такие сложенные доски, можно наблюдать, что на их внутренних поверхностях температура превышает 70оС, а смола на сучках кипит (рис. 3).

Рис 3. Тепловизионное изображение внутренней поверхности одной из двух разнятых досок сразу после облучения

Результаты исследований

Для данной мощности СВЧ генератора (в нашем случае около 1 кВт), существует оптимальная величина раскрыва излучающего рупора – для большей концентрации энергии в ближней зоне излучения, по нашим расчетам, она должна быть порядка 22х22см. При этом с расстояния 5-10 смпрогрев древесины (две половые доски по 42х100 мм) до +60оС происходит за минуту-полторы, обработанная за раз площадь составляет порядка20 см в поперечнике.

Глубина проникновения СВЧ излучения при данной длине волны в древесину существенно зависит от её влажности: чем меньше влажность – тем больше эффективная глубина обработки. При нормальных условиях эксплуатации, влажность сухой деревянной конструкции должна быть близка к равновесной, а это 12 – 14 процентов. При этом глубина СВЧ обработки (с одной стороны) может достигать 200 –250 мм.

Как отмечалось выше, гарантия эффективности – прогрев конструкции до +60оС. При этом будут истреблены все точильщики, их личинки и, самое главное – грибница, которой они заражают древесину и ею же сами питаются и которая, собственно, и разрушает древесину. Жизненный цикл древесинников является ярким примером симбиотических отношений между насекомым и сопутствующим ему грибком. Жуки расселяют этот грибок, создавая ему особо благоприятные условия для развития внутри своих ходов, грибок же доставляет пищу их личинкам. Т.е. даже если удастся вытравить всех жуков каким-нибудь отравляющим веществом, грибница останется не поврежденной. При этом нужно учесть, что химический метод убивает жуков не на всех стадиях развития особи, и потребуется 3-4 обработки в течение года, а учитывая длительный период развития личинок – то данные обработки придется повторять в течение нескольких лет.

Особенности метода СВЧ-дезинсекции и правила безопасности:

1. Излучение формируется направленно вдоль оcи излучателя, поэтому заглядывать в апертуру рупора при включенном высоком напряжении, запрещено. Однако сбоку, а тем более позади излучателя, уже на расстоянии 0,5 –1 метрСВЧ излучения не обнаруживается. При включенном генераторе нужно находиться в тылу, т.е. в задней полусфере. В передней же полусфере, в т.ч. перед обрабатываемой стенкой, в радиусе 5 -10 метровот излучателя – живых объектов быть не должно.

2. Время непрерывной работы при таком режиме, по-видимому, будет не ограничено, т.к. при перестановке излучателя высокое напряжение должно быть выключено, а вентиляторы охлаждения продолжают работать.

3. Одна из возможных проблем безопасности состоит в наличия мелких и не мелких металлических предметов в поле излучателя, как то: гвозди, электропровод и прочие металлические объекты различного назначения. Они могут спровоцировать переизлучение в непредсказуемом направлении. Хотя уровень переизлученной мощности невелик, но лучше исключить его попадание на живые объекты. Из-за этого пульт дистанционного управления прибором следует вынести на 5 –10 метров.

СВЧ излучатель «Жук-2-02» изготовлен в климатическом исполнении УХЛ при категории размещения 4.2 по ГОСТ 15150-69 и в соответствии с [7], предназначен для использования в закрытых помещениях при следующих климатических условиях:

  • интервал температур от +0оС до +40оС;
  • относительная влажность воздуха 80% при +25оС;
  • атмосферное давление от 86.6 до 106.7 кПа (от 650 до800 мм.рт.ст.).

В текущей комплектации излучатель «Жук-2-02» предназначен, в первую очередь, для уничтожения грибка и личинок древесного жука в деревянных конструкциях и на поверхности. Также он может применяться для противогрибковой обработки и дезинфекции неметаллических элементов складов, строительных сооружений, овощехранилищ, складских контейнеров; для сушки и бактериологической обработки стен, в том числе после штукатурки; для размораживания элементов конструкций и неметаллических трубопроводов; для быстрого высушивания клеевых соединений и др.

Излучатель «Жук-2-02» конструктивно состоит из двух блоков – излучателя и блока питания (Рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид излучателя «Жук-2-02»

Блок питания смонтирован в типовом сварном металлическом корпусе типа ЩМП, покрытие корпуса – порошковая эмаль. Внутренний объем корпуса конструктивно разделен на две части. В нижней части корпуса расположены силовые повышающие трансформаторы, в верхней части – батарея высоковольтных конденсаторов, высоковольтные выпрямительные диоды и контакторы коммутации мощности. Вентиляторы обдува трансформаторов размещены на внутренней боковой стенке корпуса. Угол открытия откидной дверцы – 105о, запирается на замок. С внутренней стороны на дверце расположено реле времени, определяющее продолжительность работы прибора в каждом цикле.

К блоку питания подключен выносной пульт дистанционного управления работой прибора, сетевой кабель питания с вилкой 220В/16А и заземляющим контактом, а также высоковольтный кабель питания блока излучателя с усиленной защитой. На корпусе блока питания расположены две сигнальные лампы: зеленая для индикации наличия сетевого напряжения и красная лампа для индикации включения режима СВЧ генерации.

Блок излучателя смонтирован в типовом сварном металлическом корпусе типа ЩРн, покрытие корпуса – порошковая эмаль. В корпусе располагается СВЧ генератор – магнетрон ОМ-75 Samsung, волноводная система излучателя и два вентилятора охлаждения магнетрона. На корпусе излучателя также расположена красная сигнальная лампа для индикации включения режима СВЧ генерации. Излучающий рупор волноводной системы выведен наружу через торцевую стенку корпуса.

Сверху на обоих блоках прибора расположены откидные ручки для переноски.

Технические характеристики

  • Рабочая частота излучения – 2,45 ГГц
  • Площадь раскрыва излучающего рупора – 22х22 см
  • Излучаемая мощность –  0,8 кВт
  • Режим работы –  повторно-периодический
  • Продолжительность цикла включения – 0,5÷10 мин, регулируется
  • Напряжение питания –  220В,   50-60 Гц
  • Потребляемая мощность,  не более –  1,5 кВт
  • Охлаждение –  воздушное
  • Защита от перегрева –  термореле
  • Габаритные размеры блока питания, вес –  40х22х31 см, 12 кг
  • Габаритные размеры излучателя, вес –  54х24х29 см, 3 кг.

Был разработан и изготовлен опытный образец СВЧ установки для дезинсекции древесины, который прошел технические испытания. При проведении испытательных работ выявились преимущества перед другими установками и способами  дезинсекции древесины.

Так же было разработано ТУ на изготовления  СВЧ установки для дезинсекции древесины (ТУ 3614-001-04684188-2014), получена «Декларация о соответствии» таможенному союзу.


Библиографический список
  1. Ижевский С.С., Никитский Н.Б., Волков О.Г., Долгин М.М. Иллюстрированный справочник жуков — ксилофагов — вредителей леса и лесоматериалов Российской Федерации. — Тула: Гриф и К., 2005. — 220 с.
  2. Bright D.E., Jr., Skidmore R.E. A catalog of Scolytidae and Platypodidae (Coleoptera). Supplement 1 (1990-1994). NRC Research Press,Ottawa, 1997, 368 pp.
  3. Криволуцкая Г.О. Сем. Scolytidae – Короеды // Определитель насекомых Дальнего Востока России. Т. 3., ч. 3. Владивосток: Дальнаука, 1996. С. 312-317.
  4. Pfeffer A. Zentral- und Westpalaearktische Borken- und Kernkaefer (Coleoptera: Scolytidae, Platypodidae) // Entomologica Basiliensia. 1994. Vol. 17. P. 5 – 310.
  5. Старк В.Н. Жесткокрылые. Короеды. М.;Л.: Издательство Академии Наук СССР, 1952. 462 с. (Фауна СССР. Т. 31)
  6. Шевырев Ив. Загадка короедов. Издание третье исправленное и дополненное. Санкт-Петербург, Типография товарищества “Общественная польза”, 1910 (имеется репринтное издание – М., МГУЛ. 2000. – 108 с.).
  7. Электромагнитные поля в производственных условиях. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.2.4.1191-03


Все статьи автора «Иванов Игорь Анатольевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: