Перспективы внедрения СВЧ-установок в различных отраслях промышленности

Развитие промышленности технически развитых зарубежных стран, а также потребности народного хозяйства России в новых технологиях обуславливают перспективы внедрения СВЧ-установок в такие области, как массовое производство высококачественной продукции тяжелой индустрии, сравнительно ограниченное по объему производства уникальных по физико-техническим и химическим характеристикам материалов, сушка основных сельскохозяйственных зерновых продуктов до влажности, необходимой для длительного хранения или для возвращения им потребительских свойств, утраченных при хранении, приготовление экологически чистых пищевых продуктов типа концентратов как животного, так и растительного происхождения, сушка лекарственных трав.

Применение СВЧ нагрева для вулканизации резины

Характерным примером внедрения СВЧ-энергетики является шинное производство, как автомобильное, так и авиационное. Только в России годовой объем достигает многих миллионов изделий.

Самым энергозатратным в шинном производстве является процесс вулканизации сформированных изделий, продолжительность которого определяет производительность всего технологического цикла. Вулканизация шин потребляет около 70% всей тепловой энергии, необходимой для их производства, длительность ее для обработки средних и тяжелых шин составляет 1 – 2 ч, а для сверхтяжелых – до 2 – 4 ч.

Время вулканизации крупных шин и КПД передачи им тепловой энергии определяется в основном низким коэффициентом теплопроводности резины. При использовании СВЧ-облучения происходит переход на объемное тепловыделение, что дает определяющее преимущество по сравнению с традиционными методами.

В России сконструирован и испытан на опытном заводе Миннефтехимпрома первый в мировой практике СВЧ-вулканизатор шин для грузового автотранспорта. Результаты испытания показали, что качество шин полностью соответствует установленным нормативам, а общий энергетический КПД процесса СВЧ-вулканизации равен 20 – 25% по сравнению с 3 – 6%, получаемыми при использовании традиционных технологий.

СВЧ-энергия так же используется для предварительного нагрева покрышек в специальной установке с последующей их загрузкой в вулканизатор обычного типа. За счет сокращения времени вулканизации повышается эффективность процесса, а общий энергетический КПД растет за счет более эффективного нагрева покрышки.

СВЧ-установка, с помощью которой предварительно нагреваются покрышки, в отличие от СВЧ-вулканизатора имеет более простую конструкцию, представляющую собой многомодовую камеру, в которую с помощью рупорных антенн от магнитрона передается СВЧ-энергия. Равномерный нагрев обеспечивается за счет вращения покрышки и перемещения ее в вертикальной плоскости вдоль оси камеры. Предварительный нагрев шин позволяет повысить производительность действующих вулканизаторов до 30%, снизить общие энергозатраты на производство шин на 20%, обеспечить более легкое формирование покрышек на форматоре, реализовать процесс вулканизации при высоких температурах без перевулканизации покровных слоев покрышки.

Испытания установки предварительного нагрева шин позволили обнаружить еще один положительный эффект, характерный для СВЧ-технологий: объемное нагревание в условиях многослойной системы повышает прочность связи в резинокордовых элементах на 10 – 15%, значительно увеличивая качество готового изделия.

Применение технологий СВЧ в сельском хозяйстве

Без сомнения, большие перспективы имеет внедрение СВЧ-сушильных аппаратов в сельскохозяйственную отрасль, где потери при хранении зернопродуктов от гниения и вредителей составляют до 30%. Стационарные сушильные установки элеваторного типа с производительностью десятки тонн за сутки могут быть выполнены по типу волноводных конвейерных установок. Для фермерских хозяйств целесообразней разрабатывать малогабаритные установки с резонаторными рабочими камерами, оборудованными  системой рекуперативного обдува подогретым воздухом, имеющие производительность 20 – 50 кг/сутки. Конструкция таких СВЧ-сушилок во многом схожа с бытовыми СВЧ-печами.

Большой практический интерес представляют разработки аналогичных СВЧ-зерносушилок, которые можно было бы применить, например, для просушивания муки, так как при некачественном хранении она насыщается влагой до 20 – 25%. Диэлектрические характеристики муки приблизительно такие же, как у древесины. При определенных условиях можно осуществить просушку муки в мешках, предназначенных для ее хранения и имеющих достаточно большую пористость для выхода паров воды. Для обеспечения равномерного тепловыделения по объему конструкцию СВЧ-сушилки можно снабдить устройством для вращения и перемещения мешков в поле облучения антенны. Такой тип сушилок может использоваться на судах, находящихся в длительном плавании и имеющих штатное СВЧ-оборудование мощностью несколько кВт для питания радара.

Отдельное внимание стоит уделить малогабаритным СВЧ-установкам для просушивания зернопродуктов высокой потребительской стоимости или экзотических плодов. Например, СВЧ-сушилка для кофейных зерен или земляных орехов могла бы иметь следующую конструкцию. Рабочая камера представляет собой цилиндрический резонатор, внутри которого располагается диэлектрический цилиндр, обладающий малыми потерями. Через полую ось из бункера в цилиндр подаются зерна или ядра орехов, обдуваются потоком воздуха, имеющего температуру, равную температуре нагретых СВЧ-облучением зерен. Вращение цилиндра с небольшой угловой скоростью при выбранном угле наклона его поверхности к горизонту обеспечивает перемешивание зерен для равномерного обдува. Высушенное зерно ссыпается из торца цилиндра, а воздух отводится из зарешеченного окна резонатора. Предварительные расчеты показывают, что время сушки составляет 3 – 5 минут, а производительность зависит от мощности используемого магнетрона или тетрода. КПД передачи СВЧ-энергии зернам может доставлять 80% и более.

СВЧ-энергетика для сушки и стерилизации

Кроме повышения энергетического КПД и производительность процесса СВЧ-сушка улучшает качество продукта, а также может давать другие дополнительные положительные эффекты, основанные на объемном тепловыделении поглощенной энергии и большим тепловыделением в местах с повышенным влагосодержанием. Одним из таких эффектов может стать стерилизация от насекомых-вредителей и их личинок.

СВЧ-установки для сушки при пониженном атмосферном давлении можно эффективно использоваться при приготовлении сублимированных мясных продуктов и для быстрого размораживания различных пищевых продуктов. Продукты, подвергнутые сублимационной сушке, при соответствующей упаковке и незначительном весе имеют неограниченный срок хранения без охлаждения, сохраняют свой аромат и витамины, чувствительные к нагреванию. Процессу сублимационной сушки могут быть подвергнуты не только мясные продукты, но и фрукты, ягоды, овощи. Спрос на такие продукты будет расти  как в России, так и за ее пределами.

Очевидная трудность при разработке и конструировании технологических СВЧ-установок заключается в обеспечении равномерности СВЧ-облучения материала. Однако теоретические изыскания и техника СВЧ имеют массу наработок, с помощью которых можно решить эту проблему. Например, использовать рабочие камеры в виде радиальной линии передачи для обработки изделий кольцевой формы. При просушке ленточных изделий в установках волноводного типа можно использовать полосковую линию передач, обеспечивающую более равномерное облучение ленты в сравнении с прямоугольным волноводом.

Неравномерность облучения вещества в рабочих камерах резонаторного типа можно исключить посредством перемещения образца перпендикулярно его продольной оси и выбора призматической формы камеры.

Применение СВЧ технологий для обработки керамических материалов

Непрерывная СВЧ-энергетика имеет явные преимущества перед традиционными технологиями обработки материалов – несовершенных диэлектриков, – к которым можно отнести электротехнические изделия, изделия резиновой промышленности, большинство продуктов питания. Увеличение средней мощности используемых СВЧ-генераторов до 1МВт значительно расширяет возможности СВЧ-энергетики.

СВЧ-технология применяется для выпаривания и остекловывания радиоактивных отходов: она позволяет получить из жидких радиоактивных отходов остеклованный материал безо всяких перегрузок. Сначала выпаривается вода, а потом оставшийся порошковый продукт при нагреве остекловывается. При этом можно заключить, что прочность остеклованного продукта будет выше, чем при обычном спекании. А это означает, что можно увеличить срок безопасного хранения таких отходов, что является важным фактором для их эффективного захоронения. Такая технология может быть полезна и в процессе изготовления тепловыделяющих элементов методом порошковой металлургии.

Наши контакты

Раб. тел/факс: (812) 493-20-71
Электронная почта: info@vritm.ru
Открыть контакты и реквизиты компании