RU152448U1

RU152448U1 - UNIT FOR PROCESSING SURFACES BY ELECTROMAGNETIC MICROWAVE FIELD

Info

Publication number: RU152448U1
Application number: RU2014139370/03U
Authority: RU
Inventors: Юрий Михайлович Егоров; Вячеслав Всеволодович Сербин; Аднан Саидович Эльдарханов
Original assignee: Аднан Саидович Эльдарханов
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-05-27

Abstract

Агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ полем, включающий транспортное средство с пультом управления в кабине, дизель-генератор, установленный в кузове, и СВЧ устройство, отличающийся тем, что СВЧ устройство выполнено навесным и состоит из системы подвески и регулировки высоты, двухуровневой платформы, на верхнем уровне которой расположены блоки питания, а на нижнем - блок волноводных резонаторов с установленными на них магнетронами и согласующего элемента с размещёнными по его периметру пирамидками СВЧ защиты.A unit for surface treatment with an electromagnetic microwave field, including a vehicle with a control panel in the cab, a diesel generator installed in the body, and a microwave device, characterized in that the microwave device is mounted and consists of a suspension and height adjustment system, a two-level platform, the upper level of which contains power supplies, and at the lower level - a block of waveguide resonators with magnetrons installed on them and a matching element with microwave protection pyramids placed around its perimeter.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к устройствам, предназначенным для обработки электромагнитным СВЧ полем горизонтальных диэлектрических поверхностей. Предлагаемое решение может быть использовано для укладки и ремонта дорожного покрытия, для устранения сцепления льда с асфальтовыми, бетонными и другими покрытиями с целью очистки, для укрепления поверхностей асфальтовых, бетонных, грунтовых и других покрытий, а также в иных областях, удовлетворяющих условиям эксплуатации агрегата.The invention relates to the field of mechanical engineering, in particular to devices designed for treating horizontal dielectric surfaces with an electromagnetic microwave field. The proposed solution can be used for laying and repairing pavement, to eliminate ice adhesion to asphalt, concrete and other coatings for the purpose of cleaning, to strengthen the surfaces of asphalt, concrete, soil and other coatings, as well as in other areas that satisfy the operating conditions of the unit.

В настоящее время использование источников электромагнитного излучения нашло широкое применение в различных сферах хозяйственной деятельности. Появлению новых областей применения мощной СВЧ электроники способствует ряд специфических свойств электромагнитных колебаний этого диапазона частот, которые позволяют создать неосуществимые ранее технологические процессы или значительно их улучшить. К ним относятся, например, создание сверхчистой плазмы с широким интервалом температур; возможность серийного изготовления простых по конструкции и удобных в эксплуатации мощных генераторов СВЧ энергии, с помощью которых могут осуществляться полимеризация и упрочнение различных изделий и материалов, в частности шин и лакокрасочных покрытий, упрочнение грунтов, стабилизация параметров полупроводников и т.д. Все более широкое применение получают нагрев и сушка с помощью СВЧ различных материалов, в частности приготовление пищи, пастеризация молока и т.п.Currently, the use of electromagnetic radiation sources has found wide application in various fields of economic activity. The emergence of new fields of application of high-power microwave electronics is facilitated by a number of specific properties of electromagnetic waves in this frequency range, which make it possible to create previously impossible processes or significantly improve them. These include, for example, the creation of ultrapure plasma with a wide temperature range; the possibility of serial production of powerful microwave generators simple in design and easy to use, with the help of which polymerization and hardening of various products and materials, in particular tires and coatings, hardening of soils, stabilization of semiconductor parameters, etc. can be carried out. Heating and drying using microwave ovens of various materials, in particular cooking, pasteurization of milk, etc., are gaining wider application.

Однако использование электромагнитного СВЧ поля в коммунальном хозяйстве, в частности для укладки и ремонта дорожного покрытия, для устранения льда с дорожных покрытий, малоизвестно. В патенте RU2520731 (дата публикации 27.06.2014, Е01Н 5/00) описано изобретение, предназначенное для превращения снежной массы в жидкую фазу. Сущность решения заключается в том, что устройство выполнено в виде передвижной самодвижущейся установки с баком или цистерной, оснащенными нагревательными элементами, датчиками температуры и уровня жидкости. Устройство снабжено насадкой для сбора полужидкой снежной фракции, насосом для перекачки полужидкой снежной фракции в емкость, манипулятором с гидронасосом для управления насадкой, силовым агрегатом для автономного питания нагревательных элементов. Для ускорения процесса перевода полужидкой снежной массы в жидкую фазу в закрытой цистерне или баке, соединенные с силовым агрегатом и пультом оператора установлены СВЧ излучатели с магнетронами или клистронами. Недостатком данного решения является сложность конструкции. Изобретение может быть реализовано лишь путем производства установки, что требует значительных материальных, трудовых и временных затрат. Кроме того, известное устройство предназначено лишь для уборки снега и льда и не может быть использовано для других целей.However, the use of electromagnetic microwave fields in utilities, in particular for laying and repairing pavement, to remove ice from pavements, is little known. Patent RU2520731 (publication date 06/27/2014, E01H 5/00) describes an invention for converting snow mass into a liquid phase. The essence of the solution lies in the fact that the device is made in the form of a mobile self-propelled unit with a tank or tank equipped with heating elements, temperature and liquid level sensors. The device is equipped with a nozzle for collecting a semi-liquid snow fraction, a pump for pumping a semi-liquid snow fraction into a container, a manipulator with a hydraulic pump to control the nozzle, and a power unit for autonomous power supply of heating elements. To accelerate the process of transferring semi-liquid snow mass to the liquid phase in a closed tank or tank, microwave emitters with magnetrons or klystrons are connected to the power unit and the operator console. The disadvantage of this solution is the design complexity. The invention can be realized only by production of the installation, which requires significant material, labor and time costs. In addition, the known device is intended only for cleaning snow and ice and can not be used for other purposes.

Задачей настоящей полезной модели является разработка устройства на основе использования СВЧ энергии широкого спектра применения. Следующая задача заключается в том, чтобы устройство было выполнено в виде рабочего органа, устанавливаемого на транспортное средство, что значительно снизило бы затраты на его производство. Осуществление поставленной задачи обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении технологичности конструкции.The objective of this utility model is to develop a device based on the use of microwave energy in a wide range of applications. The next task is to make the device in the form of a working body mounted on a vehicle, which would significantly reduce the cost of its production. The implementation of the task ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the manufacturability of the design.

Указанный технический результат достигается за счет того, что агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ полем, включает транспортное средство с пультом управления, расположенном в кабине, дизель-генератор, установленный в кузове, и СВЧ устройство, согласно полезной модели СВЧ устройство выполнено навесным с возможностью крепления к раме под кузовом транспортного средства и состоит из системы подвески и регулировки высоты, двухуровневой платформы, на верхнем уровне которой расположены блоки питания, а на нижнем - блок волноводных резонаторов, с установленными на них магнетронами, вентиляторами охлаждения и согласующего элемента, с размещенными по его периметру пирамидками СВЧ защиты.The specified technical result is achieved due to the fact that the unit for surface treatment with an electromagnetic microwave field includes a vehicle with a control panel located in the cab, a diesel generator installed in the body, and a microwave device, according to a utility model, the microwave device is mounted with a mount to the frame under the vehicle’s body and consists of a suspension and height adjustment system, a two-level platform, on the upper level of which there are power supplies, and on the lower level there is a vol ovodnyh resonators mounted with magnetrons, cooling fans and a matching element, with placed around the perimeter of pyramids microwave protection.

Предлагаемая полезная модель поясняется графическими материалами. На фиг. 1 представлен общий вид агрегата; На фиг. 2 - навесное СВЧ устройство.The proposed utility model is illustrated by graphic materials. In FIG. 1 shows a General view of the unit; In FIG. 2 - mounted microwave device.

Агрегат для обработки поверхностей электромагнитным СВЧ полем состоит из транспортного средства 1, в кузове которого размещен дизель-генератор 2. Под кузовом к раме 3 крепится навесное СВЧ устройство 4 с возможностью регулировки расстояния h до обрабатываемой поверхности 5. В кабине водителя расположен пульт управления 6, с которого осуществляется включение СВЧ устройства и выбор режимов его работы в зависимости от решаемой задачи. Навесное СВЧ устройство (фиг. 2) представляет собой матрицу размером 1,5 м × 1,0 м, и состоит из системы 7 подвески и регулировки высоты h, которое крепит навесное СВЧ устройство к раме транспортного средства 1; двухуровневой платформы, на верхнем уровне которой расположены блоки питания 8, а на нижнем - блок волноводных резонаторов 9, с установленными на них магнетронами 10; согласующего элемента 11, с размещенными по его периметру пирамидками СВЧ защиты 12.The unit for surface treatment with an electromagnetic microwave field consists of a vehicle 1, in the back of which a diesel generator 2 is placed. Under the body, a mounted microwave device 4 is attached to the frame 3 with the possibility of adjusting the distance h to the surface to be processed 5. There is a control panel 6 in the driver's cab from which the microwave device is turned on and the modes of its operation are selected depending on the problem being solved. Mounted microwave device (Fig. 2) is a matrix measuring 1.5 m × 1.0 m, and consists of a suspension system 7 and height adjustment h, which fastens the mounted microwave device to the frame of the vehicle 1; a two-level platform, at the upper level of which there are power supplies 8, and at the lower level - a block of waveguide resonators 9, with magnetrons 10 installed on them; matching element 11, with placed on its perimeter pyramids of microwave protection 12.

Для начала работы из кабины водителя с пульта управления включают СВЧ устройство и выбирают режим его работы. Затем транспортное средство начинает перемещаться с заданной скоростью или остается неподвижным в соответствии с технологическим процессом обработки поверхности.To start work from the driver’s cab, the microwave device is turned on from the control panel and the mode of its operation is selected. Then the vehicle begins to move at a given speed or remains stationary in accordance with the technological process of surface treatment.

Предложенная конструкция агрегата с навесным СВЧ устройством, как было сказано выше, имеет широкую область применения. Ниже полезная модель иллюстрируется подробным описанием конкретных, но не ограничивающих настоящее решение, примеров его использования.The proposed design of the unit with a mounted microwave device, as mentioned above, has a wide scope. The utility model is illustrated below with a detailed description of specific, but not limiting, solutions of this solution.

Пример 1. Устранение сцепления льда с поверхностью асфальтовых, бетонных и других покрытий при их очистке.Example 1. The elimination of adhesion of ice to the surface of asphalt, concrete and other coatings during their cleaning.

Для устранения сцепления льда с поверхностью агрегат с включенным СВЧ устройством перемещается по поверхности льда с заданной постоянной скоростью. При этом СВЧ поле проникает через лед без затухания (лед не нагревается) и начинает нагревать асфальт. Как только температура поверхности асфальта достигнет 0°С, сцепление льда с асфальтом исчезнет, и лед можно будет убирать любым известным способом. Проведенные исследования показали, что устраняется сцепление льда с поверхностью, независимо от его толщины, а скорость перемещения транспортного средства составляет около 1,0 м/мин при следующих технических характеристиках устройства:To eliminate ice adhesion to the surface, the unit with the microwave device turned on moves along the ice surface at a given constant speed. In this case, the microwave field penetrates the ice without attenuation (the ice does not heat up) and begins to heat the asphalt. As soon as the surface temperature of the asphalt reaches 0 ° C, the adhesion of ice to asphalt will disappear, and the ice can be removed in any known manner. The studies showed that the adhesion of ice to the surface is eliminated, regardless of its thickness, and the speed of the vehicle is about 1.0 m / min with the following technical characteristics of the device:

1. Размер матрицы (площадь захвата обрабатываемой поверхности) - - 1,5 м × 1,0 м.1. The size of the matrix (grip area of the treated surface) - - 1.5 m × 1.0 m

2. Мощность СВЧ излучения - 20 кВт.2. The power of microwave radiation is 20 kW.

3. Частота излучения - 2450 МГц.3. The radiation frequency is 2450 MHz.

4. Источник питания - 220 В, 50 Гц, 30 кВт. (синхронный 3-х фазный генератор с самовозбуждением)4. Power supply - 220 V, 50 Hz, 30 kW. (synchronous 3-phase generator with self-excitation)

5. Величина неиспользуемого СВЧ излучения на расстоянии 0,5 м от поверхности устройства не более 10 мкВт/см2.5. The value of unused microwave radiation at a distance of 0.5 m from the surface of the device is not more than 10 μW / cm2.

Пример 2. Нагрев асфальта при укладке и ремонте дорожных покрытий.Example 2. Heating of asphalt during the laying and repair of road surfaces.

Основную часть при ремонте дорожных покрытий составляет ямочный ремонт. Традиционный ямочный ремонт состоит в том, что горячий асфальт засыпается в ямку и укатывается. При этом температура стенок ямки в несколько раз ниже температуры горячего асфальта, в результате чего адгезия между старым холодным асфальтом и горячим новым асфальтом не обеспечивает достаточной прочности соединения. Такая «заплатка» быстро выбивается колесами автомобилей из ямки. Применение предлагаемого устройства позволяет нагреть старый асфальт по периметру ямки до температуры нового горячего асфальта. Как результат - адгезия максимальная, которая приводит к повышению прочности соединения между старым и новым асфальтом в несколько раз.The main part in the repair of road surfaces is patching. The traditional patching consists in the fact that hot asphalt is poured into the pit and rolled away. The temperature of the walls of the pit is several times lower than the temperature of the hot asphalt, as a result of which the adhesion between the old cold asphalt and the hot new asphalt does not provide sufficient bond strength. Such a “patch” is quickly knocked out of the pit by the wheels of cars. The application of the proposed device allows you to heat the old asphalt around the perimeter of the pit to the temperature of the new hot asphalt. As a result, maximum adhesion, which leads to a several-fold increase in the bond strength between old and new asphalt.

Для решения этой задачи агрегат устанавливают над ямкой так, чтобы СВЧ устройство своим согласующим элементом 6 полностью перекрывало ямку. СВЧ устройство включается с пульта управления из кабины водителя на время, обеспечивающее нагрев асфальта до требуемой температуры. После чего транспортное средство перемещается, открывая ямку для засыпки ее горячим асфальтом и укатки.To solve this problem, the unit is installed above the pit so that the microwave device with its matching element 6 completely overlaps the pit. The microwave device is turned on from the control panel from the driver’s cab for a while, ensuring the asphalt is heated to the required temperature. After that, the vehicle moves, opening a hole for filling it with hot asphalt and rolling.

Для проведения испытаний было выбрано дорожное покрытие с глубиной выбоин (разрушений) до 40 мм, площадь ремонтируемого покрытия в одном месте до 0,5 м² (0,5×1,0 м). Ремонт асфальтобетонных покрытий выполняют в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5°С. Разогрев асфальтобетонных покрытий производят до температуры 100-120°C с применением СВЧ устройства, которое устанавливают над ремонтируемой поверхностью. Время разогрева асфальтобетона определяется мощностью СВЧ устройства и составляет примерно 30 минут. Предельную степень разогрева определяют по появлению синего дыма над поверхностью покрытия, что указывает на начало выгорания вяжущего.To conduct the tests, a pavement with a pothole (damage) depth of up to 40 mm was selected, the area of the repaired pavement in one place was up to 0.5 m ² (0.5 × 1.0 m). Repair of asphalt concrete pavements is carried out in dry weather at an air temperature of at least 5 ° C. Heating of asphalt concrete pavements is carried out to a temperature of 100-120 ° C using a microwave device, which is installed over the surface to be repaired. Asphalt concrete warm-up time is determined by the power of the microwave device and is approximately 30 minutes. The maximum degree of heating is determined by the appearance of blue smoke above the surface of the coating, which indicates the beginning of burnout of the binder.

Таким образом, предлагаемое решение имеет преимущества, заключающиеся в том, что навесное СВЧ устройство крепиться к раме снизу кузова имеющегося транспортного средства. Устройство является многофункциональным, и может быть использовано для разных целей.Thus, the proposed solution has advantages in that the mounted microwave device is attached to the frame from the bottom of the body of an existing vehicle. The device is multifunctional, and can be used for different purposes.

Claims

A unit for surface treatment with an electromagnetic microwave field, including a vehicle with a control panel in the cab, a diesel generator installed in the body, and a microwave device, characterized in that the microwave device is mounted and consists of a suspension and height adjustment system, a two-level platform, the upper level of which contains power supplies, and at the lower level - a block of waveguide resonators with magnetrons installed on them and a matching element with microwave protection pyramids placed around its perimeter.