Сверхвысокочастотная установка с резонатором, образованным между двумя сферами для термомеханического разрушения сырья
MICROWAVE INSTALLATION WITH RESONATOR FORMED BETWEEN TWO SPHERES FOR THERMO-DESTRUCTION OF RAW MATERIALS

Изобретение относится к технологическому оборудованию для термомеханического разрушения и обеззараживания сырья в непрерывном режиме (фуражного зерна, варки мясного фарша и т.п.).
Прототипом является сверхвысокочастотная установка для обеззараживания комбикормов, содержащая сферический резонатор [1].
Технологический результат в предлагаемой конструкции рабочей камеры достигается за счет обеспечения трехстороннего распределенного возбуждения электромагнитного поля сверхвысокой частоты (ЭМПСВЧ) в рабочей камере. Это позволяет увеличить равномерность нагрева сырья по сравнению с односторонним сосредоточенным возбуждением электромагнитного поля, которое применяется в бытовых СВЧ-печах. Распределенная трёхсторонняя система возбуждения электромагнитного поля позволяет увеличить зону активного действия источников, но при этом требуется исключения взаимного влияния источников. Располагая ввод СВЧ-энергии через наружную сферу от трех источников по вершинам равностороннего треугольника и выбирая диаметр внутренней сферы чуть больше вписанной в равносторонний треугольник сферы, решается данная техническая задача. При выполнении таких условий СВЧ-установка с тремя генераторами может надежно работать без специальных средств защиты магнетронов от отраженной мощности.
Технический результат достигается тем, что сверхвысокочастотная установка с резонатором, образованным между двумя сферами для термомеханического разрушения сырья, содержит:
концентрически соосно расположенные сферы из неферромагнитного материала, при этом на наружную сферу установлены СВЧ-генераторы по вершинам условного равностороннего треугольника так, что излучатели направлены в пространство между сферами, средний периметр которого равен кратной половине длины волны,
а внутренняя вращающаяся сфера установлена на вал электродвигателя и выполнена с шероховатой поверхностью, покрытой абразивным материалом, с диаметром чуть больше вписанной сферы в условный равносторонний треугольник, причем к наружной сфере пристыкован шнековый нагнетатель-измельчитель с загрузочным патрубком и выгрузной патрубок с электроприводным ударным элементом, а верхняя и нижняя части сферы перфорированы.
На фиг.1 приведено пространственное изображение сверхвысокочастотной установки с резонатором, образованным между двумя сферами из неферромагнитного материала для термомеханического разрушения сырья:
1 – наружная сфера; 2 – внутренняя сфера с шероховатой поверхностью; 3 – генераторные блоки; 4 – выгрузной патрубок; 5 – ударный элемент с электродвигателем; 6 – электродвигатель привода внутренней сферы; 7 – шнековый нагнетатель-измельчитель; 8 – загрузочный патрубок.
На фиг.2 приведена схема технологического процесса термомеханического разрушения сырья в электромагнитном поле сверхвысокой частоты:
1– наружная сфера; 2 – внутренняя сфера с шероховатой поверхностью, покрытой абразивным материалом; 3 – генераторные блоки; 4 – выгрузной патрубок; 5 – ударный элемент с электродвигателем; 6 – электродвигатель привода внутренней сферы; 7 – шнековый нагнетатель-измельчитель; 8 – загрузочный патрубок.
На фиг. 3 приведено пространственное изображение установки, вид снизу.
Сверхвысокочастотная установка для термомеханического разрушения сырья (фиг. 1) состоит из двух сфер 1, 2 разного диаметра из неферромагнитного материала; из трех СВЧ-генераторов 3; выгрузного патрубка 4 с ударным элементом 5; электропривода внутренней сферы 6; шнекового нагнетателя-измельчителя 7; загрузочного патрубка 8.
Резонаторная камера образована между двумя сферами 1 и 2. Сферы разного диаметра расположены концентрически соосно и выполнены из неферромагнитного материала. Средний периметр пространства между сферами должен быть равен кратной половине длины волны. Сверхвысокочастотные генераторы 3 расположены по вершинам условного равностороннего треугольника на поверхности наружной сферы 1. Причем расстояние между соседними источниками электромагнитных излучений согласовано с длиной волны и с углом падающих лучей с тем, чтобы исключить нарушение работы соседних генераторов от отраженной волны. Внутренняя сфера 2 установлена на вал, вращается от электродвигателя 6 и выполнена с шероховатой поверхностью, покрытой абразивным материалом для дополнительного крошения сырья за счет многократного удара о шероховатую поверхность. Электродвигатель установлен с наружной стороны сферы большого диаметра. К наружной сфере пристыкован шнековый нагнетатель-измельчитель 7 с загрузочным патрубком 8. Нагнетательный шнек 7 в корпусе из неферромагнитного материала ограничивает излучение за пределы наружной сферы 1. Верхняя и нижняя части наружной сферы 1 перфорированы. Нижнее основание наружной сферы 1 перфорировано для выгрузки обработанного продукта через выгрузной патрубок 4, выполняющий функцию запредельного волновода. Мелкоячеистая перфорация в верхней части наружной сферы обеспечивает удаление пара из резонаторной камеры. При этом ударный элемент приводится в движение от электродвигателя 5, что способствует высыпанию измельченного продукта через отверстия перфорированного основания наружной сферы 1.
Технологический процесс термомеханического разрушения сырья происходит следующим образом. Включают электродвигатель 6 для вращения внутренней сферы 2 и электропривод шнека-измельчителя 7. Сырье из загрузочного патрубка поступает в шнековый нагнетатель-измельчитель 7. Частично измельчённое сырье попадает в пространство между двумя сферами 1, 2, т.е. в резонаторную камеру, после чего следует включить СВЧ-генераторы. При этом в резонаторной камере частично измельченное сырье равномерно нагревается в электромагнитном поле сверхвысокой частоты и дополнительно дробится за счет многократного удара о шероховатую поверхность внутренней сферы 2. Испаренная влага удаляется через мелкоячеистую перфорацию в верхней части наружной сферы 1. Измельченное сырье в резонаторной камере находится в режиме завихрения, что также повышает равномерность диэлектрического нагрева продукта по всему объему. Диаметр отверстий перфорации дна наружной сферы согласован с размерами частиц готового продукта, длиной волны, так как общая живая площадь отверстий снижает собственную добротность резонатора и радиогерметичность. Для исключения забивания отверстий перфорации включают электропривод ударного элемента 5, обеспечивающий сепарирование частиц продукта. При обеспечении напряженности электрического поля выше 1,5 кВ/см происходит достаточное снижение микробиологической обсемененности. Конструкционно-технологические параметры согласованы с режимом работы установки (со скоростью вращения внутренней сферы, частотой колебания ударного элемента, скоростью вращения нагнетательного шнека, мощностью СВЧ-генераторов, объемом загрузки сырья и его влажности). Энергозатраты зависят от физико-механических и диэлектрических параметров сырья.
Источники информации
1. Патент №. 2535146 РФ, МПК А23N 17/00. СВЧ-установка для обеззараживания комбикормов / Г.Л. Долгов, М.В. Белова, Т.В. Шаронова, Г.В. Новикова; заявитель и патентообладатель ЧГСХА (RU). – № 2013121131/13; заявл. 07.05.2013. Бюл. № 34 от 10.12.2014. − 8 с.