Исследование свч установки вертикального типа

Министерство  общего и профессионального образования

Российской  Федерации 

Саратовский государственный  технический университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ИССЛЕДОВАНИЕ  СВЧ УСТАНОВКИ

ВЕРТИКАЛЬНОГО ТИПА 
 

Методические указания

к выполнению лабораторной работы 5 по курсу

«Электрические установки и системы»

для студентов  специальности 180500 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                    Одобрено

редакционно-издательским советом

                                                                Саратовского государственного

                                                                 технического университета  
 
 
 
 
 
 

Саратов 2011

Лабораторная  работа 5 

ИССЛЕДОВАНИЕ  СВЧ УСТАНОВКИ ВЕРТИКАЛЬНОГО  ТИПА 

     Цель  работы: изучить способ СВЧ термообработки сыпучих диэлектрических материалов в СВЧ электротермических установках вертикального типа и экспериментально исследовать распределение температурного поля материала в нагревательной камере на прямоугольном волноводе. 

Основные  понятия 

     Для реализации методического режима работы СВЧ электротермических установок могут быть использованы различные транспортные системы, которые должны удовлетворять следующему требованию: проходя внутри рабочей камеры, транспортная система не должна поглощать СВЧ энергию, не должна возмущать электромагнитное поле так, чтобы нарушилось эффективное поглощение СВЧ энергии в обрабатываемом материале, а величина излучения СВЧ энергии через входное и выходное окна не должна превышать 10 мкВт/см² при работе на установке полную рабочую смену.

     Обычно  транспортные системы изготавливают  из радиопрозрачных в диапазоне  СВЧ материалов, а для предотвращения излучений на  входе транспортной системы в рабочую камеру и  выходе из нее используют поглощение занавеси, шторы, шлюзы и т.п. Наиболее просто и эффективно осуществить транспорт сыпучего материала, если камеру расположить таким образом, чтобы обрабатываемый материал мог перемещаться в ней сверху вниз под действием силы тяжести. СВЧ электротермические установки в этом случае принято называть установками вертикального типа. Достоинством таких установок является отсутствие движущейся транспортной системы внутри камеры.

     Производительность  такой установки зависит от длины  траектории обрабатываемого материала  в камере, площади поперечного  сечения транспортного канала, по которому перемещается материал, скорости материала на выходе их камеры, мощности СВЧ генератора, диэлектрических свойств материала.

     Камеры  установки можно проектировать  на прямоугольном, круглом или коаксиальном волноводах. В прямоугольном волноводе радиопрозрачными вкладышами (фторопласт, керамика, стекло) для транспорта сыпучего материала выделяют зону Е_max, в круглом волноводе сыпучий материал транспортируется по круглой соосной с волноводом радиопрозрачной трубке, а в коаксиальном волноводе – по кольцевому зазору вокруг центрального или у внешнего проводника. 

     Прежде  чем изучить методику эксперимента:

1. изучите способы транспортировки обрабатываемого материала в камерах СВЧ электротермических установок; [1, 2]
2. изучите конструкцию камеры вертикального типа и определите области их применения; [3]
3. уясните преимущества камер вертикального типа по сравнению с методическими камерами лучевого типа с транспортной лентой при термообработке сыпучих сред. [1,2,3]

 

Методика  эксперимента  

Экспериментальная установка 

     В работе исследуется СВЧ электротермическая установка вертикального типа, блок-схема  которой приведена на рис.1.

     СВЧ генератор выполнен в двух блоках: блок управления и блок магнетрона. В генераторе используется воздушное  охлаждение магнетрона. Выходная СВЧ мощность генератора 600Вт при частоте 2445 МГц (длина волны 12,25 см), сечение выходного фланца 45х90 мм.

     Энергия от СВЧ генератора через поворот  прямоугольного волновода подается на вход рабочей камеры, состоящей  из трех соединенных последовательно отрезков прямоугольных волноводов сечением 45х90 мм. С помощью стойки рабочая камера укреплена вертикально на лабораторном столе. Внутри каждого отрезка волновода вдоль его оси укреплены две фторопластовые пластины, выгораживающие область максимальной напряженности электрического поля волны Н₁₀.

       Из загрузочного бункера сыпучий  материал через рыхлитель, приводится  во вращение электродвигателем,  через шлюз попадает в область  Е_max, под действием силы тяжести перемещается вдоль камеры и через выходной шлюз поступает в приемный бункер. СВЧ энергия, е поглощенная в сыпучем материале, поступает в оконечную нагрузку, в которой по диэлектрической трубе прокачивается вода. В установке используется блок измерении температуры, в который входят измерительный блок на базе цифрового микровольтметра В7-38 и блок термопар, укрепленных на специальной рейке. 
 
 

       
 

     Рис.1. Блок-схема СВЧ установки вертикального  типа: 

  

1. СВЧ генератор; 2- оконечная волноводная водяная нагрузка; 3- загрузочный бункер; 4- электродвигатель; 5- поворот прямоугольного волновода; 6- отрезок прямоугольного волновода; 7- термопара; 8- шлюз для выгрузки материала; 9- приемный бункер; 10- измеритель температуры.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Метод измерений 

     Для измерения температуры материала  термопары вводятся в сыпучий материал после выключения СВЧ генератора через запредельные отверстия в узой стенке волновода, которые при работе генератора закрываются специальными металлическими пробками. Термопару следует вводить в материал так, чтобы ее горячий спай был примерно на середине толщины материала.

     Требования  безопасности труда 

     Чтобы сохранить безопасный режим работы установки, запрещается разбирать  ее или ослаблять в процессе работы крепежные болты на фланцах.

     КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

• включать генератор без наличия проточной воды в оконечной нагрузке,
• работа генератора в отсутствии в камере обрабатываемого материала,
• загружать в камеру и нагревать материалы, не предусмотренные настоящим руководством,
• при работающем генераторе вводить в камеру термопары.

 

Порядок выполнения работы 

     Задание 1 

     Измерение температурного поля сыпучего материала 

     

1. Проверьте соединение узлов установки (см. рис.1). Убедитесь, что резиновый шланг  с выхода оконечной нагрузки опущен в воронку системы водоснабжения  лаборатории.
2. С помощью вентиля подайте воду в оконечную нагрузку. Используя мерную емкость, убедитесь, что расход воды через нагрузку не меньше 4л/мин.
3. С помощью регулировочного винта полностью закройте отверстие выходного шлюза камеры.
4. Засыпьте в приемный бункер сыпучий материал. Ослабив регулировочный винт выходного шлюза, убедитесь, что сыпучим материалом заполнило все рабочее пространство камеры.
5. Вставьте штепсельные вилки блока управления СВЧ генератора и блока измерения температуры в розетки электрической цепи.
6. Измерьте начальную температуру обрабатываемого материала, для чего отвинтите заглушки запредельных волноводов и погрузите термопары в сыпучий материал, включите тумблер «СЕТЬ» измерительного блока и переключателем термопар поочередно подключите термопары к цифровому микровольметру. По показаниям микровольтметра определите температуру вдоль оси вертикальной камеры.
7. Извлеките термопары из волновода. Завинтите заглушки запредельных волноводов.
8. Подготовьте СВЧ генератор к работе, для чего переключатель уровня выходной мощности на блоке управления установите в положение «0%», а сетевой тумблер – в положение «ВКЛ».
9. Включите СВЧ генератор, для чего установите на блоке управления тумблер «100%» переключателя уровня мощности. О подаче высокого напряжения на магнетрон и начале генерирования СВЧ мощности сигнализирует светодиод «СВЧ».

       Одновременно с выключением генератора откройте регулировочный  винт выходного шлюза, включите  электродвигатель рыхлителя и засеките время начала работы генератора.

10. Через 20с после включения СВЧ генератора выключите высокое напряжение, для чего переключатель уровня выходной мощности на блоке управления установите в положение «ВЫКЛ». Одновременно быстро закройте с помощью регулировочного винта отверстие выходного шлюза, отвинтите заглушки запредельных волноводов и введите термопары в сыпучий материал, находящийся в вертикальной камере, и измерьте температуру в местах расположения термопар с помощью измерительного блока. Определите время начала работы генератора.
11. Мерной емкостью измерьте объем сыпучего материала в приемном бункере и определите производительность установки.
12. Повторите пп. 9 и 10 до нагрева сыпучего материала хотя бы в одной точке до 50…80°С.

     ВНИМАНИЕ ! Перед каждым включением СВЧ генератора проверьте наличие необходимого для эксперимента количества сыпучего материала в приемном бункере.

13. Результаты измерений занесите в таблицу 1.

 

Задание 2 

Определение влияния производительности установки  на распределение температуры в  рабочей камере. 

     

1. Выполните задание 1 при различной производительности установки . Измените производительность с помощью регулировочного винта выходного шлюза.
2. Результаты измерений занесите в таблицу 2.

 
 
 
 

Таблица 1 

 

Задание 3

(учебно-исследовательское) 

Определение влияния диэлектрических параметров сыпучего материала на распределение  температуры в рабочей камере 

     

1. В сыпучий  материал, находящийся при комнатной  температуре, добавьте воду в количестве, указанном преподавателем, и с этим материалом выполните задание 1.
2. Повторите п. 1 настоящего задания с другим (по указанию преподавателя) содержанием воды в сыпучем материале.
3. Результаты измерений занесите в таблицу 3.

 

Таблица 2 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Обработка результатов эксперимента  

  

1. По данным таблицы 1 постройте графики распределения  температуры сыпучего материала вдоль камеры, используя время как параметр.
2. По данным таблицы 2 1 постройте графики распределения температуры сыпучего материала вдоль камеры, используя производительность установки и время как параметры.
3. По данным таблицы 1 постройте графики распределения температуры сыпучего материала вдоль камеры, используя процентное содержание воды в сыпучем материале и время как параметры.
4. Сделайте заключение о влиянии времени нагрева, производительности и диэлектрических параметров материала на распределение в нем температуры вдоль камеры.