Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков

• Название: Свч электротехнологических установок для модификации диэлектриков
• Дата: 01.05.2022
• Размер: 2.15 Mb.
• Имя файла: 1_00676 (1).docx
• Тип: Диссертация; #506934
• страница: 16 из 23

Проектирование камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе

1. Конструкции и характеристики камер лучевого типа и СВЧ установок на их основе

1. КамералучевоготипаиСВЧустановкадля тепловой модификации диэлектриков

Бесспорным преимуществом СВЧ электротермической установки с


КЛТ является возможность тепловой модификации различных диэлектри- ков. Такой возможностью обладает установка, показанная на рис.5.1.

Рис.5.1. СВЧ электротермическая установка с КЛТ для тепловой модификации (1,10 – ис- точник питания; 2 – зона загрузки; 3 – зона сушки горячим воздухом; 4 – зона СВЧ энер- гоподвода; 5 - волноводнощелевые излучатели; 6 – электрокалорифер; 7 – зона вакууми- рования; 8 – вентилятор; 9 – зона выгрузки; 11 – СВЧ генераторы)
Основным элементом установки является КЛТ туннельного типа с че- тырьмя волноводно-щелевыми излучателями 5, расположенными на верхней стенке туннеля параллельно друг другу вдоль оси камеры. Зона тепловой

модификации 4 занимает одну треть длины рабочего пространства КЛТ в его центральной часть.

Для работы в методическом режиме установка снабжена конвейерной системой транспортировки в КЛТ модифицируемого объекта. Лента конвей- ера выполнена из радиопрозрачной синтетической ткани, нагревается в КЛТ мало и только от модифицируемого объекта, а потому обратный ход ленты организован вне КЛТ.

Чтобы в установке можно было проводить сушку влажного объекта, в первую от системы загрузки треть рабочей камеры 3 подается нагретый электрокалорифером 6 воздух, а из последней трети рабочей камеры 7 воз- дух откачивается с помощью мощного вентилятора 8. Такая компоновка по- зволяет с помощью горячего воздуха удалить поверхностную влагу (если её нет, горячий воздух не подается), затем быстро нагреть объект с помощью СВЧ энергоподвода, а затем удалить испаряющуюся влагу в зоне сушки с помощью вакуумирования.

В установке может обрабатывать как твердые, так и сыпучие объекты и в периодическом режиме. В этом случае помещенный на ленту конвейера модифицируемый объект электроприводом конвейерной системы перемеща- ется в зону тепловой модификации КЛТ, конвейер останавливается, включа- ется СВЧ генератор, происходит тепловая модификация объекта, по завер- шению которой электроприводом конвейерной системы объект подается в зону выгрузки.

Установка оснащена четырьмя источниками энергии «Хазер-2Р» по

3,5 кВт СВЧ мощности каждый. Источники энергии имеют источники пита- ния 1, 10 и СВЧ генераторы 11, соединенные кабелями питания. СВЧ гене- раторы выполнены на магнетронах М-147, работающих на частоте

2450 МГц, их мощность может регулироваться с помощью источников пита- ния.

При ширине ленты конвейера 50 см и размещении над ней четырех волноводно-щелевых излучателей возможны потери части СВЧ энергии ге- нераторов в соседних излучателях. По данным кафедры АЭУ СГТУ при мощности генератора3,5 кВт, генерируемой в КЛТ, в соседнюю излучаю- щую систему поступает 70 Вт, что составляет 2%. При четырех СВЧ генера- торах общие потери этого типа 580 Вт, что при общей мощности 14 кВт со- ставило 4,1%. В то же время такое близкое расположение излучателей неко- герентных электромагнитных колебаний позволяет получить достаточно равномерную температуру объекта по ширине ленты Т=38,5 ± 9 С(рис. 5.2).


Рис.5.2. Распределение температуры в модифицируемом объекте

Показанная на рис.5.1 СВЧ электротермическая установка с КЛТ мо- жет быть использована, например, для размораживания мяса или для сушки овощей. В табл. 5.1 приведены диэлектрические параметры и глубина про- никновения электромагнитной волны с частотой 2450 МГц для мяса.

Таблица 5.1

Диэлектрические параметры и глубина проникновения электромагнитной волны для мяса в зависимости от температуры (f=2450 МГц)

Т, С	-20	-15	-10	-3	0	2	3
ε	2,5	3	4	12	50	50	50
tg δ	0,32	0,33	0,38	0,5	0,5	0,48	0,48
δЕ	7,8	6,9	5,2	2,3	1,1	1,2	1,2

Распределение температуры по толщине размораживаемого мяса, рас- считанное по соотношениям и алгоритму, приведенных в п.3, показано на рис. 5.3. Разумеется, более равномерная модификация блока мяса имеет ме- сто при облучении блока с двух сторон. Во всяком случае, время модифика-

ции можно оценить в 125÷150 с и при толщине блока 2−3 см и размора-

живании до −5 ^С
производительность составит 100 кг/час. При двухсто-

роннем СВЧ энергоподводе к блоку мяса производительность увеличится вдвое.

^{Т( )}

₀ 5

-5
-10

z()см

Т( )

0
-5

z()см

⁵ 125с

100с

-15
-20
125с

100с

70с 50с
а

-10
-15
20

70с 50с

б

Рис.5.3. Распределение температуры в блоке размораживаемого мяса по его толщине: а–

облучение с одной стороны блока; б– облучение с двух сторон блока
Параметры моркови, свеклы, массовая доля влаги и время, затрачи- ваемое на их сушку, приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Диэлектрические параметры, глубина проникновения электромагнитной волны, массовая доля влаги и время сушки моркови и свеклы (f=2450 МГц)

Овощи	′	tg δ	Массовая доля вла- ги, %	Доля испа- ряемой влаги, %	δЕ, см
Морковь	62,2	0,23	86,1	10	1,8
Свекла	47,9	0,26	82,6	10	2,2

При СВЧ энергоподводе к слою овощей с двух сторон производитель- ность вырастает за счет возможности модифицировать более толстый слой овощей.

2. КамералучевоготипаиСВЧустановкадля нетепловой модификации диэлектриков

На рис.5.4. показана лабораторная СВЧ электротехнологическая уста- новка нетеплового действия для модификации поликапроамидных нитей. Пучок нитей 4 протягивается в узком зазоре между излучающим 2 и прием- ным 5 рупорами. Источник энергии установки «Хазер-2Р» состоит из источ-

ника питания и СВЧ генератора, способного генерировать СВЧ мощность до

3,5 кВт при частоте 2450МГц.

Защита СВЧ генератора от отраженной волны здесь обеспечивается приемным рупором, нагруженным балластной калориметрической нагруз- кой. Рассеиваемая в проточной воде балластной нагрузки неиспользованная при нетепловой модификации нитей СВЧ энергия составляет невосполни- мые потери.


Рис.5.4. СВЧ электротехнологическая установка нетеплового действия с КЛТ для нетеп- ловой модификации: (1 – источник питания; 2 – излучающий рупор; 3 – СВЧ генератор; 4

– модифицируемый пучок синтетических нитей; 5 – приемный рупор; 6 – балластная ка- лориметрическая нагрузка)
Число параллельных нитей в пучке в зоне с необходимой для модифи-


0
кации нитей напряженностью, которая составляет 50,1 ^В ≤ Е≤ 79,5 ^В
при необходимом для модификации времени пребывании нити в СВЧ элек- тромагнитном поле τ₀ 12с [94] равно 200, а производительность показан- ной на рис.5.4. установки составляет 21,6 м/час.

3. СВЧустановкигибридного типа

СВЧ установки гибридного типа приведены на рис.5.5 и 5.6. В обоих случаях в этих установках используются КЛТ с излучающими и приемными рупорами, между которыми в узком зазоре протягивается модифицируемый пучок синтетических нитей. В этой части установки, показанные на рис.5.5 и 5.6, ничем не отличаются от установки, показанной на рис.5.4, однако в ус- тановках гибридного типа, как указано в п. 4, прошедшая в приемный рупор СВЧ энергия направляется в камеру со стоячей волной (рис.5.5) или в каме-

ру с бегущей волной (рис.5.6), где она используется для тепловой модифи- кации какого − либо объекта.




Рис.5.5. СВЧ установка гибридного типа: (1 – источник питания; 2 – СВЧ генератор; 3 – излучающий рупор; 4 – модифицируемый пучок нитей; 5 – приемный рупор; 6 - направ- ленный ответвитель;7 − измеритель малой мощности; 8 – КСВ для диэлектрического нагрева)




Рис. 5.6. СВЧ установка гибридного типа:(1 – источник питания; 2 – СВЧ генератор; 3 – излучающий рупор; 4 – модифицируемый пучок нитей; 5 – приемный рупор; 6 – волно- водный поворот; 7 – КБВ для диэлектрического нагрева)
. КСВ установка, показанная на рис.5.5, может быть использована для рос- пуска загустевшего меда, а установка с КБВ, показанная на рис.5.6, собрана на отрезках соединенных последовательно прямоугольных волноводов сече- нием 45×90 мм и представляет собой СВЧ сушилку тонких ленточных мате- риалов попутного типа.

Расчет КЛТ для нетепловой модификации синтетических нитей прово- дится по соотношениям, приведенным в п.4, а расчет КСВ, КБВ и математи- ческое моделирование проводимых в них технологических процессов – по алгоритмам и соотношениям, приведенным в [6].