книги / СВЧ-энергетика. Применение энергии сверхвысоких частот в промышленности
.pdfФ и г . 4. Двухсекционная волноводная сушилка, разработанная Национальным исследовательским со ветом Канады.
ная установка рассчитана на значительно более высокие постоянные затухания, чем другие известные сушилки.
В* случае отпечатка размером 107 х 300 см содержа-
Ф и г. 6. Коэффициент потерь для воды в зависимости от частоты при трех значениях' температуры.
------------ 25 вС; ------------- |
55 °С, |
85 °С. |
ние воды на входе в установку составляет 0,35 кг. Тогда
мощность, необходимая для испарения всей воды из от печатка, поступающего в сушилку со скоростью 38 см/мин, будет 1,87 кет. Измерения дали величину
максимального затухания в волноводе а м = 1.08 неп/м, Рвк = 1,9 кет и Я(/) = 0,4 кет. Все эти параметры приво
дятся в упомянутых выше статьях или рассчитаны по содержащимся в них данным.
Располагая этой информацией, мы можем теперь про анализировать конструкцию данной сушильной установ ки. Заметим, что в пределах допустимого округления
Ръх = |
Ртр= 1,9 кет. Таким образом, нам нужно рассмо |
|
треть |
случай Рвх/Р тр= 1, при |
котором ряд выведенных |
выше соотношений становится |
неопределенным. |
|
1. |
Расчет сушилки при Ртр/Р Вх = Р Для сушилки со |
|
гласного типа (движение энергии и материала происходит в одном направлении) и при ост = 0 мы, используя урав нение (5) и заданные значения параметров, можем найти
а , + = ' п * (1 - Рп7 ^ } =°>227 « « / * , |
(5а) |
где для определения а г из этой экспериментальной вели чины нужно вычесть а т . Учитывая опыт работы с подоб
ными нагрузками, |
положим ат = |
0,02 неп/м, |
что дает |
|
величину а 1 = 0,207 |
неп/м. |
становится |
неопреде |
|
При Рвх/Р тр |
1 |
уравнение (7) |
||
ленным; применяя правило Лопиталя, приходим к выра жению
|
|
°"~ 2а, |
2ам |
|
|
(7а) |
|
|
|
|
|
||
При а, = |
0,207 |
неп/м и а м = |
1,08 |
неп/м уравнение |
||
(7а) дает /0 = |
190 |
см. Чтобы оценить |
отклонение |
/0 от |
||
действительного значения, |
нужно |
рассчитать / |
при |
|||
«т Ф 0.
В случае Р ^ Р Тр = 1 уравнение (10) принимает вид
~ |
1 |
_ 1 |
_ |
“ |
|
« /П |
а Л1 |
|
|
/ = 2 Г " ,П |
|
|
||
1 |
1 |
|
|
|
_ ат |
а |
/ |
_ |
|
и |
при |
ат = |
0,02 |
неп/м, |
а, = |
0,207 яел/л* |
и |
а м = |
= |
1,08 |
неп/м |
мы |
получаем |
из |
него I = 224 |
см. |
Таким |
образом, длина должна более чем вдвое превышать ши
рину 107 см. При конструировании сушильной установки
согласного типа оба уравнения (7а) и (Юа) привели бы к выводу, что рабочая длина установки должна состав
лять две |
ширины. |
переходе к пределу Рт/Ргр -► 1 |
|||
Уравнение (8) при |
|||||
сводится |
к |
|
|
|
|
|
|
Р(г) |
___ |
1 |
(8а) |
|
|
Ртр |
|
1 + 2 |
|
|
|
|
|
||
Для |
рассматриваемой |
сушильной |
установки получаем |
||
Р(2) = |
340 вШу что довольно хорошо согласуется со значе |
||||
нием 400 вт, сообщавшимся в работах [7, 8]. |
|||||
Если |
длину установки |
сделать |
4,22 м> то уравне |
||
ние (8а) даст уменьшение потерь до 190 вт%и к. п. д. про
цесса сушки повысится с 79 до 87%. Расчет оконечной нагрузки облегчается, если при выходе отпечатка из сушилки мощность генератора автоматически будет сни жаться.
К. с. в. н. на выходе генератора можно понизить, если заставить сушильную установку работать по встреч
ной схеме. |
При этом,* |
как |
и |
раньше, |
ат + а 1 = |
|||
= 0,227 неп/Му а т]с = |
0,79. Из уравнения |
(14) находим |
||||||
а (/) = 1,08 |
неп/Му |
а |
из |
уравнения (12) при |
условии |
|||
Рвх/Р тр= 1 |
получим |
/ = |
246 |
см. |
Следовательно, |
умень |
||
шение к. с. в. н. достигается ценой увеличения длины сушилки. Тем не менее такой путь или комбинирование в одной установке согласной и встречной схем работы может оказаться полезным или необходимым при некото рых режимах нагрузки.
2. |
Длина сушилки при Рвх/Р тр= 1. Случай РВх/Ртр= 1 |
|
настолько важен, что, вероятно, есть смысл привести |
||
здесь формулы для длины сушилки и указать пределы их |
||
применимости. При ат = 0 величины ^0, а 1и ам связаны |
||
между |
собой уравнением |
|
|
1 |
(7а) |
|
|
|
2 а М
Это выражение представляет собой одну ветвь гипер болы в прямоугольных координатах. Разность между любыми двумя ординатами (фиг. 7) — это длина, соответ ствующая конкретной выбранной паре (а^, с^). На фиг. 7
приближенно показана максимальная длина, которую может иметь однопроходная сушильная установка с на гревом в поле бегущей волны при условии, что в ней ис пользуются стандартные волноводы и нагружающие ма-
Ф и г. 7. Соотношение между длиной и параметрами |
и а/ при |
|
Заштрихованную область |
Ртр/Ры = I. |
|
обычно не используют без специальных мер, |
||
направленных на |
уменьшение потерь в волноводе. |
|
терналы .имеют а го« 0 ,0 2 . Эта максимальная длина рав
на приблизительно 25 м. |
Если теперь ограничить макси- |
|
мальное значение |
в |
10-сантиметровом диапазоне ве |
личиной 2 нел/М) а[Р(г) величиной ^ 1 кет, то на основании
уравнения (8а) придем к выводу, что такие сушилки мо гут работать с’входными мощностями не более 50—100 кет.
Эта величина*не выходит за предельные мощностные ха рактеристики* волноводов 10-сантиметрового диапазона Таким образом, сушильные установки с нагревом в поле
бегущей |
волны |
лучше |
всего применять, |
когда а от< |
< 0,02 |
неп'/м, |
ам < |
2 неп/м, I < 25 м |
(приблизи |
тельно) |
и РТр < |
(50 н- |
100) кврг, |
|
При ат Ф 0 искомую длину установки определяют из
уравнения
|
|
|
|
|
1 |
_ |
1 |
|
|
|
|
в р М |
- т |
4 |
' |
(Юб) |
|
|
|
|
|
|
ат |
|
а1 |
|
Из уравнения (106) вытекают три случая: |
(7а). |
|||||||
1. |
При |
ат < |
а г |
I = |
/0 согласно уравнению |
|||
2. |
При |
ат < |
-Ь |
/ = / „ / 1 1 — (ат/а,)]. |
|
|||
3. |
Когда условия 1 или 2 не выполняются, |
|
||||||
Из уравнения (10в) следует, что предварительный подо грев материала до того, как он поступает в сушилку, часто может дать уменьшение ам% а значит, и /. Более важное значение имеет то следствие, что если а 1 изменяется об
ратно пропорционально температуре, то требуемая длина должна возрасти. Кроме того, специальная обработка поверхности оконечной нагрузочной секции сушилки в целях уменьшения ат позволит уменьшить / в тех приме
нениях, где а, и ат в прэгизном случае были бы близки друг к другу.
Все рассмотренные выше примеры относятся к конст рукциям, находящимся в эксплуатации. Но многие важ ные для практики особенности были опущены (например, конструкция ленточного конвейера, система удаления влаги и защита от СВЧ-облучения). На фиг. 8 показано, как выглядит типичная половина волноводной секции нагрева дециметрового диапазона без ленточного конвейе ра и системы удаления влаги. На фиг. 9 показана 25-кй- ловагтная сушилка того же диапазона, сконструирован ная и изготовленная отделением «Эймак» фирмы «Вэриан ассошиэйтс». Фотография опытного образца печи мощ ностью 50 кет того же диапазона приведена на фиг. 10.
Эта печь изготовлена фирмой «Рейтеон».
VI. Направления дальнейших разработок
Вышеприведенные примеры касались наиболее мощ ных современных сушильных установок. Они иллюстри руют роль теории в определении параметров печи, гене ратора и нагрузки. В свою очередь теория указывает на необходимость точных измерений или расчета ам и а 1 и на необходимость управления величиной ат. Теория
требует также точного управления скоростью подачи материала. Кроме того, теория указывает нам диапазон частот, в котором в будущем будет наиболее вероятным применение СВЧ-сушилок с нагревом в поле бегущей волны.
В настоящее время конструирование СВЧ-сушилок с бегущей волной производится по предварительным зака зам. Значительная часть работ по совершенствованию та ких конструкций выполняется фирмами, которые не хотят пока раскрывать своих секретов, и поэтому такие работы здесь не описываются. Все работы такого рода можно раз делить на четыре группы: повышение допустимой рабо чей мощности одиночного волновода; создание коррозион ностойких печей; упрощение и совершенствование технологических методов и создание автоматизированных печей для обработки дискретных количеств материала.
В большинстве случаев такие печи (сушилки) проекти руют для обработки какого-либо конкретного продукта, но, как следует из теории, каких-либо серьезных основа ний для такой практики назвать нельзя. Область приме нения СВЧ-сушилок будет расширяться. С помощью СВЧ-энергии можно сушить волокна, ткани и изделия текстильной промышленности. Обработка пищевых про дуктов в сушилках такого типа (с целью исключить при менение консервантов) пока еще не рассматривалась, но такая возможность вполне реальна. То же самое можно сказать и о других биологических применениях, в том числе об обработке почвы для уничтожения вредителей растений и о пастеризации молока. Продолжаются экспери менты по обработке кожи и по многим другим специали зированным применениям СВЧ-энергии. Перечень таких применений слишком длинный, чтобы его стоило здесь приводить.