СВЧ УСТАНОВКА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
MICROWAVE PLANT FOR PROCESSING OF DIELECTRIC MATERIALS

Изобретение относится к области техники СВЧ, а именно к СВЧ обработке диэлектрических материалов.
Известно устройство, содержащее камеру бегущей волны на прямоугольном волноводе для сушки объемных диэлектриков, описанное в [1, с.281-282]. Указанная камера содержит два параллельно расположенных отрезка волноводов, соединенных по широкой стенке и помещенных в кожух, лоток для обрабатываемого диэлектрика, поглотитель, радиопрозрачный диэлектрик, заполняющий верхний отрезок волновода, штуцер, через который подается воздух, продувающий камеру, и кожух. Однако недостатком данного устройства является низкая эффективность использования СВЧ энергии по причине неполного ее поглощения в обрабатываемом материале и рассеянии в поглотителе, а также невозможность получения высоких уровней напряженности электрического поля в камере, необходимых в том числе для нетеплового воздействия на обрабатываемый материал [2].
Известна камера с бегущей волной для термообработки тонких материалов [1, с.284, 2], содержащая прямоугольный волновод, состоящий из последовательно соединенных отдельных волноводных узлов, в широких стенках которых прорезаны щели для ввода тонкого материала, ролики кинематического тракта, служащие для транспортировки тонкого материала. Недостатком данного устройства является низкая эффективность использования СВЧ энергии по причине неполного ее поглощения в обрабатываемом материале и рассеянии в поглотителе, а также невозможность получения высоких уровней напряженности электрического поля в камере, необходимых в том числе для нетеплового воздействия на обрабатываемый материал [3].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для сушки диэлектрического материала с камерой со стоячей волной на короткозамкнутой линии [1, с.295]. Она содержит линию передачи прямоугольного или круглого сечения, короткозамкнутую на концах, электромеханический привод для транспорта обрабатываемого объекта, два генератора СВЧ энергии, соединенных с рабочей камерой отрезками волноводов. Недостатками данного устройства являются малая длина камеры и, следовательно, ограниченная длительность обработки, пространственная неравномерность термообработки обрабатываемого материала за счет использования режима стоячей волны, наличие электромагнитной связи между генераторами при малых потерях в обрабатываемом материале, нарушающей стабильную работу генераторов. Указанные недостатки приводят к снижению эффективности установки в целом.
Задача настоящего изобретения заключается в повышении эффективности СВЧ установки для обработки диэлектрических материалов.
Поставленная задача достигается тем, что в СВЧ установке для обработки диэлектрических материалов, содержащей камеру со стоячей волной, систему загрузки-выгрузки обрабатываемого материала и транспортер для перемещения его внутри камеры, два генератора СВЧ энергии (магнетроны, клистроды, твердотельные генераторы СВЧ энергии), через отрезки волноводов и вводы энергии соединенные с камерой, камера выполнена из волновода, свернутого в кольцо, или из линейных отрезков волновода, соединенных между собой с образованием замкнутого многогранника, длина которого равна целому числу длин волн в камере, а вводы энергии расположены друг от друга на расстоянии, величина которого равна нечетному числу четвертей длины волны, в вертикальной стенке камеры выполнена щель для вращения транспортера, перемещающего обрабатываемый материал внутри камеры. Транспортер может быть выполнен из диэлектрического материала с малыми потерями в виде вращающегося диска.
Отличительными признаками заявляемой установки по сравнению с прототипом являются:
- выполнение камеры со стоячей волной из волновода, свернутого в кольцо, или из линейных отрезков волновода, соединенных между собой с образованием замкнутого многогранника, длина которого равна целому числу длин волн в камере, что позволяет получить высокие уровни напряженности электрического поля в камере за счет резонансного режима работы, а также увеличить длительность обработки диэлектрического материала до двух и более циклов без выемки обрабатываемого материала;
- расположение вводов энергии в камере на расстоянии, величина которого равна нечетному числу четвертей длины волны, дает сдвиг на четверть длины волны двух стоячих электромагнитных волн от каждого генератора (совпадение пространственного максимума (пучности) одной волны с минимумом (узлом) другой), что позволяет получить результирующее действующее значение напряжения от двух генераторов СВЧ энергии практически постоянным и близким к максимальному по всей длине камеры в случае малых потерь, а также сводит к минимуму электромагнитную связь между генераторами;
- выполнение щели в вертикальной стенке камеры для вращения транспортера, перемещающего обрабатываемый материал внутри камеры, что позволяет регулировать длительность процесса обработки с помощью изменения скорости вращения транспортера или в результате непрерывного прохождения двух и более циклов обработки без выемки обрабатываемого материала из камеры;
- выполнение транспортера в виде вращающегося диска из диэлектрического материала с малыми потерями, что позволяет обеспечить непрерывное прохождение двух и более циклов обработки без выемки обрабатываемого материала из камеры, а также регулировать длительность процесса обработки с помощью изменения скорости вращения транспортера.
Указанные отличительные признаки позволяют повысить эффективность установки в целом.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами: на Фиг.1 - схематическое изображение СВЧ установки карусельного типа для обработки диэлектрического материала; на Фиг.2 - распределение СВЧ напряжения вдоль камеры, где 1 - действующее значение СВЧ напряжения, генерируемого первым генератором, 2 - действующее значение СВЧ напряжения, генерируемого вторым генератором, 3 - результирующее действующее значение СВЧ напряжения в камере.
СВЧ установка содержит камеру со стоячей волной 1, выполненную из волновода, свернутого в кольцо, как показано на Фиг.1, или из линейных отрезков волновода, соединенных между собой с образованием замкнутого многогранника (на чертеже не показан). Камера 1 выполнена длиной, равной целому числу длин волн в камере, которая снабжена вводами энергии (на чертеже не показаны), расположенными друг от друга на расстоянии, величина которого равна нечетному числу четвертей длины волны. В камере 1 размещен транспортер диэлектрического материала 3, а в ее вертикальной стенке выполнена щель 4 для свободного вращения транспортера 3, предназначенного для свободного перемещения диэлектрического материала 5, для загрузки и выгрузки которого из камеры имеется система загрузки-выгрузки 6.
В устройстве СВЧ обработки диэлектрических материалов камера стоячей волны 1 на основе волновода прямоугольного сечения 90×45 мм выполнена в виде кольца радиусом 50 см. СВЧ энергия частотой 2450 МГц подается от генераторов СВЧ энергии, в качестве которых могут быть использованы магнетроны, клистроды или твердотельные генераторы СВЧ энергии.
1
m
2
m·
m
Установка работает следующим образом: при подаче СВЧ энергии от генераторов 2 (Фиг.1) в камере 1 происходит процесс резонансного накопления энергии, результатом которого является установление двух стоячих волн максимальной амплитуды 1 и 2 (Фиг.2) от каждого из генераторов. С помощью системы загрузки-выгрузки 6 (Фиг.1) на транспортер 3 помещается обрабатываемый материал 5, который перемещается в камере 1. СВЧ обработка осуществляется в поле двух стоячих электромагнитных волн в резонансном режиме при совпадении пространственного максимума (пучности) одной волны с минимумом (узлом) другой (сдвиг на четверть длины волны). Волны 1 и 2 (Фиг.2) можно описать выражениями: U=U·sinβz и U=Ucosβz, где U - амплитуда волны, β - фазовая постоянная распространения волны, z - продольная координата вдоль волновода. Поскольку вводы энергии расположены на расстоянии, равном нечетному числу четвертей длины волны, результирующее действующее значение напряжения 3 (Фиг.2) от двух несинхронизированных генераторов будет практически постоянным и близким к максимальному по всей длине камеры в случае малых потерь:
В результате обеспечивается равномерность обработки материала в камере. Изменение длительности процесса обработки возможно с помощью изменения скорости вращения транспортера или в результате непрерывного прохождения двух и более циклов обработки без выемки обрабатываемого материала за счет того, что камера выполнена из волновода, свернутого в кольцо, или из линейных отрезков волновода, соединенных между собой с образованием замкнутого многогранника.
Источники информации
1. Архангельский Ю.С. СВЧ электротермия / Архангельский Ю.С. - Саратов: СГТУ, 1998. - С.408.
2. А.с. 448337 (СССР). Устройство для сушки диэлектрических лент, например кинопленки / Ю.С.Архангельский и др. // БИ - 1974. - №40.
3. Калганова С.Г. Создание научных основ модифицирующего нетеплового СВЧ воздействия на полимерные материалы / С.Г.Калганова // Вестник СГТУ / СГТУ. - Саратов, 2006. - Вып.4. №19. - С.98-102.