RU220458U1

RU220458U1 - Installation for processing materials with a microwave field

Info

Publication number: RU220458U1
Application number: RU2023114381U
Authority: RU
Inventors: Мидхат Ильфатович Тухватуллин; Рустам Сагитович Аипов
Filing date: 2023-05-31
Publication date: 2023-09-14

Abstract

Полезная модель относится к деревообрабатывающей и другим отраслям промышленности, в частности к сушильному оборудованию, и может быть использована для сушки древесины и других капиллярно-пористых материалов. Установка для обработки материалов СВЧ-полем содержит камеру, установленную горизонтально, снабженную конечным выключателем, процессор, поддон для высушиваемого материала. Магнетроны установлены на боковых противоположных друг другу стенах камеры в шахматном порядке и по торцам камеры. Установка снабжена системой циркуляции воздуха, калорифером и вентилятором. Между поддоном и боковыми стенами размещены вертикальные перегородки из радиопрозрачного влагопроницаемого материала. Высушиваемый материал размещен на поддоне в раме с горизонтальной осью вращения посредством электропривода, установленного за камерой. В камере со стороны торцов штабеля древесины перед магнетронами установлены дополнительные устройства подачи и приема поликапроамидных нитей, которые пересекают оси антенн излучения упомянутых магнетронов, причем устройства приема установлены жестко на валу электропривода. Техническим результатом является расширение возможностей применения установки путем рационального использования электромагнитного поля магнетронов для тепловой и одновременно нетепловой обработки материалов. 2 ил. The utility model relates to woodworking and other industries, in particular to drying equipment, and can be used for drying wood and other capillary-porous materials. The installation for processing materials with a microwave field contains a chamber mounted horizontally, equipped with a limit switch, a processor, and a tray for the material to be dried. Magnetrons are installed on the side walls of the chamber opposite each other in a checkerboard pattern and along the ends of the chamber. The unit is equipped with an air circulation system, a heater and a fan. Between the pallet and the side walls there are vertical partitions made of radio-transparent, moisture-permeable material. The material to be dried is placed on a pallet in a frame with a horizontal axis of rotation by means of an electric drive installed behind the chamber. In the chamber, at the ends of the wood stack in front of the magnetrons, additional devices for feeding and receiving polycaproamide threads are installed, which intersect the axes of the radiation antennas of the said magnetrons, and the receiving devices are mounted rigidly on the electric drive shaft. The technical result is to expand the possibilities of using the installation through the rational use of the electromagnetic field of magnetrons for thermal and at the same time non-thermal processing of materials. 2 ill.

Description

Полезная модель относится к деревообрабатывающей и другим отраслям промышленности, в частности к сушильному оборудованию, и может быть использована для сушки древесины и других капиллярно-пористых материалов.The utility model relates to woodworking and other industries, in particular to drying equipment, and can be used for drying wood and other capillary-porous materials.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является установка для сушки древесины, содержащая камеру, установленную горизонтально, снабженную конечным выключателем, магнетроны, размещенные на боковых противоположных друг к другу стенках камеры в шахматном порядке, процессор, поддон для высушиваемого материала, магнетроны закреплены таким образом, что оси антенн излучения магнетронов взаимно перпендикулярны и расположены под углом 45° к вертикали, установка снабжена системой циркуляции воздуха, включающей поддон для высушиваемого материала в виде короба с отверстиями на боковых стенках, диаметр которых не превышает 0,1 длины волны излучения магнетронов, расположенными на расстоянии 1/4 длины волны излучения магнетронов, полость которого соединена с установленным в верхней части камеры воздуховодом с отверстиями на днище, по размерам и расположению идентичными отверстиям на стенках поддона, калорифером и вентилятором, а между поддоном и боковыми стенками размещены вертикальные перегородки из радиопрозрачного влагопроницаемого материала, причем высушиваемый материал размещен на поддоне в раме с горизонтальной осью вращения посредством электропривода, установленного за камерой, на камере со стороны торцов штабеля древесины установлены магнетроны, оси антенн излучения которых параллельны горизонтальной оси вращения высушиваемого материала (патент RU 217156 U1, 21.03.2023 г. бюл. №9).The closest in technical essence to the proposed one is an installation for drying wood, containing a chamber installed horizontally, equipped with a limit switch, magnetrons placed on the side walls of the chamber opposite to each other in a checkerboard pattern, a processor, a tray for the material to be dried, the magnetrons are fixed in such a way that the axes of the magnetron radiation antennas are mutually perpendicular and located at an angle of 45° to the vertical, the installation is equipped with an air circulation system, including a tray for the dried material in the form of a box with holes on the side walls, the diameter of which does not exceed 0.1 wavelength of the magnetron radiation, located on at a distance of 1/4 of the radiation wavelength of the magnetrons, the cavity of which is connected to an air duct installed in the upper part of the chamber with holes on the bottom, identical in size and location to the holes on the walls of the pan, a heater and a fan, and between the pan and the side walls there are vertical partitions made of radio-transparent moisture-permeable material, and the dried material is placed on a pallet in a frame with a horizontal axis of rotation by means of an electric drive installed behind the chamber; magnetrons are installed on the chamber at the ends of the wood stack, the axes of the radiation antennas of which are parallel to the horizontal axis of rotation of the dried material (patent RU 217156 U1, 03/21/2023 city bul. No. 9).

Недостатком прототипа является ограниченная возможность применения.The disadvantage of the prototype is its limited applicability.

Технической задачей полезной модели является расширение возможностей применения установки путем рационального использования электромагнитного поля магнетронов для тепловой и одновременно нетепловой обработки материалов.The technical objective of the utility model is to expand the possibilities of using the installation through the rational use of the electromagnetic field of magnetrons for thermal and at the same time non-thermal processing of materials.

Техническая задача достигается тем, что в установке для обработки материалов СВЧ-полем, содержащей камеру, установленную горизонтально, снабженную конечным выключателем, магнетроны, размещенные на боковых противоположных друг к другу стенках камеры в шахматном порядке, процессор, датчик измерения вредного потока СВЧ-энергии, измеритель мощности СВЧ-энергии, поддон для высушиваемого материала, магнетроны закреплены таким образом, что оси антенн излучения магнетронов взаимно перпендикулярны и расположены под углом 45° к вертикали, установка снабжена системой циркуляции воздуха, включающей поддон для высушиваемого материала в виде короба с отверстиями на боковых стенках, диаметр которых не превышает 0,1 длины волны излучения магнетронов, расположенными на расстоянии 1/4 длины волны излучения магнетронов, полость которого соединена с установленным в верхней части камеры воздуховодом с отверстиями на днище, по размерам и расположению идентичными отверстиям на стенках поддона, калорифером и вентилятором, а между поддоном и боковыми стенками размещены вертикальные перегородки из радиопрозрачного влагопроницаемого материала, высушиваемый материал размещен на поддоне в раме с горизонтальной осью вращения посредством электропривода, установленного за камерой, на камере со стороны торцов штабеля древесины установлены магнетроны, оси антенн излучения которых параллельны горизонтальной оси вращения высушиваемого материала, в камере со стороны торцов штабеля древесины перед магнетронами установлены дополнительные устройства подачи и приема поликапроамидных нитей, которые пересекают перпендикулярно оси антенн излучения упомянутых магнетронов, причем устройства приема установлены жестко на валу электропривода.The technical problem is achieved by the fact that in an installation for processing materials with a microwave field, containing a chamber mounted horizontally, equipped with a limit switch, magnetrons placed on the side walls of the chamber opposite to each other in a checkerboard pattern, a processor, a sensor for measuring the harmful flow of microwave energy, microwave energy power meter, tray for the dried material, magnetrons are fixed in such a way that the axes of the magnetron radiation antennas are mutually perpendicular and located at an angle of 45° to the vertical, the installation is equipped with an air circulation system, including a tray for the dried material in the form of a box with holes on the sides walls, the diameter of which does not exceed 0.1 wavelength of magnetron radiation, located at a distance of 1/4 wavelength of magnetron radiation, the cavity of which is connected to an air duct installed in the upper part of the chamber with holes on the bottom, identical in size and location to the holes on the walls of the pan, heater and fan, and between the pallet and the side walls there are vertical partitions made of radio-transparent, moisture-permeable material, the material to be dried is placed on the pallet in a frame with a horizontal axis of rotation by means of an electric drive installed behind the chamber, magnetrons are installed on the chamber from the ends of the wood stack, the axes of the radiation antennas parallel to the horizontal axis of rotation of the dried material, additional devices for feeding and receiving polycaproamide threads are installed in the chamber at the ends of the wood stack in front of the magnetrons, which intersect perpendicular to the axis of the radiation antennas of the said magnetrons, and the receiving devices are mounted rigidly on the electric drive shaft.

На фиг. 1 схематически изображена установка для обработки материалов СВЧ-полем (продольный разрез); на фиг. 2 - разрез по А-А по фиг. 1.In fig. 1 schematically shows an installation for processing materials with a microwave field (longitudinal section); in fig. 2 - section along A-A in Fig. 1.

Установка для обработки материалов СВЧ-полем содержит камеру 1 прямоугольного сечения с двухстворчатой дверью 2, снабженную конечным выключателем 3. Магнетроны СВЧ-излучения 4 расположены в шахматном порядке на боковых противоположных друг к другу стенках камеры 1, соединены с волноводами 5 и антеннами излучения 6, по которым СВЧ-энергия поступает в камеру 1. Каждый магнетрон 4 имеет блок питания 7. Установка содержит систему циркуляции воздуха, состоящую из поддона 8, выполненного в виде короба с отверстиями 9 диаметром не более 0,1 длины волны излучения магнетронов, находящимися на расстоянии 1/4 длины волны излучения магнетронов, что исключает проникновение СВЧ-излучения за пределы камеры 1. Полость поддона 8 соединена с воздуховодом 10, расположенным в верхней части камеры, и вместе с калорифером 11 и вентилятором 12 образуют систему циркуляции горячего воздуха. В днище воздуховода 10 выполнены отверстия, по размерам и расположению идентичные отверстиям на боковых стенках поддона 8. В воздуховоде 10 закреплены датчики температуры 13 и датчик-электровлагомер 14. Полость воздуховода 10 соединена с вентиляционной трубой 15, предназначенной для выброса горячего и влажного воздуха из камеры 1 через обратный клапан 16 с помощью вентилятора вытяжки 17. В воздуховоде имеется люк забора свежего воздуха 18. Между стенками камеры 1 и поддоном 8 для высушиваемого материала на равном расстоянии от них размещены вертикальные перегородки 19 из полиэтилена. Они предназначены для защиты магнетронов от влаги и теплоизоляции штабеля.The installation for processing materials by a microwave field contains a chamber 1 of rectangular cross-section with a double-leaf door 2, equipped with a limit switch 3. Microwave magnetrons 4 are located in a checkerboard pattern on the side walls of the chamber 1 opposite to each other, connected to waveguides 5 and radiation antennas 6, through which microwave energy enters chamber 1. Each magnetron 4 has a power supply 7. The installation contains an air circulation system consisting of a tray 8, made in the form of a box with holes 9 with a diameter of no more than 0.1 wavelength of radiation from magnetrons located at a distance 1/4 of the magnetron radiation wavelength, which prevents the penetration of microwave radiation beyond the chamber 1. The cavity of the tray 8 is connected to the air duct 10 located in the upper part of the chamber, and together with the heater 11 and the fan 12 form a hot air circulation system. There are holes in the bottom of the air duct 10, identical in size and location to the holes on the side walls of the pan 8. Temperature sensors 13 and an electric moisture meter sensor 14 are fixed in the air duct 10. The cavity of the air duct 10 is connected to a ventilation pipe 15, designed to exhaust hot and humid air from the chamber 1 through a check valve 16 using an exhaust fan 17. The air duct has a fresh air intake hatch 18. Between the walls of the chamber 1 and the tray 8 for the material to be dried, vertical partitions 19 made of polyethylene are placed at an equal distance from them. They are designed to protect magnetrons from moisture and thermal insulation of the stack.

Высушиваемый материал размещен на поддоне 8 в раме по горизонтальной оси камеры 1. Рама представляет собой горизонтальный вал 20 с закрепленными посредством крестовин 21 кольцами 22. Крестовины 21 жестко соединены с валом 20 и кольцами 22. Кольца 22 подвижно установлены с возможностью вращения на роликах 23, смонтированными на поддоне 8 под каждым кольцом. Вал 20 проходит через отверстие в двухстворчатой двери 2 и жестко соединен с редуктором 24. Электродвигатель 25 имеет возможность вращения вала 20 через редуктор 24. Редуктор 24 и электродвигатель 25 размещены за камерой 1.The material to be dried is placed on a pallet 8 in a frame along the horizontal axis of chamber 1. The frame is a horizontal shaft 20 with rings 22 secured by means of crosses 21. Crosses 21 are rigidly connected to the shaft 20 and rings 22. Rings 22 are movably mounted with the possibility of rotation on rollers 23, mounted on a tray 8 under each ring. The shaft 20 passes through the hole in the double door 2 and is rigidly connected to the gearbox 24. The electric motor 25 has the ability to rotate the shaft 20 through the gearbox 24. The gearbox 24 and the electric motor 25 are located behind the chamber 1.

На противоположных друг к другу стенках камеры 1 со стороны торцов штабеля древесины установлены магнетроны СВЧ-излучения 28 и 31, соединенные с волноводами 27 и 30 и антеннами излучения 26 и 29 для подачи СВЧ-энергия в камеру 1. Причем оси антенн излучения 26 и 29 параллельны оси вращения высушиваемого материала.Microwave magnetrons 28 and 31 are installed on opposite walls of chamber 1 at the ends of the wood stack, connected to waveguides 27 and 30 and radiation antennas 26 and 29 to supply microwave energy to chamber 1. Moreover, the axes of radiation antennas 26 and 29 parallel to the axis of rotation of the material being dried.

Устройства подачи поликапроамидных нитей 32 и 33 содержат бобины 34 и 35. Устройства приема 36 и 37 поликапроамидных нитей 32 и 33 установлены жестко на валу 20 электропривода.The feeders for polycaproamide threads 32 and 33 contain bobbins 34 and 35. The receiving devices 36 and 37 for polycaproamide threads 32 and 33 are mounted rigidly on the shaft 20 of the electric drive.

Установка для обработки материалов СВЧ-полем работает следующим образом.The installation for processing materials with a microwave field operates as follows.

Перед загрузкой перегородки из полиэтилена 19 фиксируют в поднятом состоянии, чтобы не препятствовать загрузке материала. На раме укладывается высушиваемый материал в виде штабеля. Для лучшего прохождения СВЧ-энергии через штабель используют прокладки толщиной 5-6 мм. Уложив штабель, перегородки 19 опускают. Поликапроамидные нити 32 и 33 наматывают на бобины 34 и 36, 35 и 37 и закрывают двухстворчатую дверь 2 камеры 1. Подают напряжения на блоки питания 7 магнетронов 4, 28, 31 и двигатель 25. СВЧ-энергия через волноводы 5, 27, 30 и антенны излучения 6, 26, 29 от магнетронов 4, 28, 31 подается в камеру 1. Двигатель 25 через редуктор 24 вращает высушиваемый материал, размещенный в раме на поддоне.Before loading, polyethylene partitions 19 are fixed in a raised state so as not to interfere with loading the material. The material to be dried is placed in a stack on the frame. For better passage of microwave energy through the stack, spacers with a thickness of 5-6 mm are used. Having laid the stack, the partitions 19 are lowered. Polycaproamide threads 32 and 33 are wound on bobbins 34 and 36, 35 and 37 and close the double door 2 of chamber 1. Voltages are supplied to the power supplies 7 magnetrons 4, 28, 31 and the motor 25. Microwave energy through waveguides 5, 27, 30 and Radiation antennas 6, 26, 29 from magnetrons 4, 28, 31 are supplied to chamber 1. Motor 25, through gearbox 24, rotates the dried material placed in a frame on a pallet.

Поликапроамидные нити 32 и 33 протягиваются между бобинами 34 и 36, 35 и 37 со скоростью транспортировки нити 0,9 см/с перед антеннами излучения 26 и 29 и перпендикулярно их оси, по которым СВЧ-энергия поступает в камеру 1.Polycaproamide threads 32 and 33 are pulled between bobbins 34 and 36, 35 and 37 with a thread transport speed of 0.9 cm/s in front of the radiation antennas 26 and 29 and perpendicular to their axis, along which microwave energy enters chamber 1.

За счет прохождения СВЧ-энергии от магнетронов 28 и 31 через волноводы 27 и 30 происходит нетепловая модификация поликапроамидных нитей 32 и 33, а СВЧ-энергия подается дальше в камеру 1 для тепловой обработки древесины.Due to the passage of microwave energy from magnetrons 28 and 31 through waveguides 27 and 30, non-thermal modification of polycaproamide threads 32 and 33 occurs, and the microwave energy is fed further into chamber 1 for thermal treatment of wood.

Оси антенн излучения 6 смежных магнетронов взаимно перпендикулярны и расположены под углом 45° к вертикали. При этом улучшается развязка между магнетронными генераторами, исключается «затягивание» частоты при одновременной работе магнетронов и обеспечивается более равномерное распределение электромагнитного поля относительно высушиваемого материала. Этому способствует и вращение высушиваемого материала относительно излучения магнетронов. Происходит лучшее проникновение СВЧ-энергии в древесину за счет большей вероятности совпадения поляризации падающей электромагнитной волны с волокнами древесины. В зависимости от необходимого режима сушки обеспечивают требуемую мощность излучения, которая может регулироваться включением в работу всех магнетронов или включением в работу магнетронов, размещенных только на одной стороне или изменением скважности работы магнетронов 4, 28, 31, а также изменением скорости вращения высушиваемого материала относительно электромагнитного поля. Режим сушки выбирается исходя из породы, толщины, влажности материала и степени загрузки камеры.The axes of the radiation antennas of 6 adjacent magnetrons are mutually perpendicular and located at an angle of 45° to the vertical. This improves the isolation between the magnetron generators, eliminates frequency “dragging” during simultaneous operation of the magnetrons, and ensures a more uniform distribution of the electromagnetic field relative to the material being dried. This is also facilitated by the rotation of the dried material relative to the magnetron radiation. There is a better penetration of microwave energy into wood due to the greater probability of coincidence of the polarization of the incident electromagnetic wave with the wood fibers. Depending on the required drying mode, the required radiation power is provided, which can be regulated by turning on all magnetrons or turning on magnetrons placed only on one side or by changing the duty cycle of magnetrons 4, 28, 31, as well as by changing the rotation speed of the material being dried relative to the electromagnetic fields. The drying mode is selected based on the rock, thickness, moisture content of the material and the degree of loading of the chamber.

На первом этапе происходит разогрев материала. С началом сушки влажный и теплый воздух от штабеля древесины поднимается в верхнюю часть камеры 1, попадает в воздуховод 10, откуда с помощью вентилятора 12 подается в полость поддона 8 и через отверстия в боковых стенках возвращается в нижнюю часть камеры 1. В процессе сушки происходит периодическое включение и отключение калорифера 11 для поддержания заданной температуры воздуха. В случае превышения температуры по данным датчиков 13 через процессор происходит отключение блоков питания 7 всех магнетронов и калорифера 11. При снижении температуры ниже требуемой все магнетроны и калорифер 11 включаются. Одновременно с контролем и регулированием температуры с помощью электровлагомера 14 поддерживается заданная влажность воздуха в камере 1. При превышении заданного уровня влажности происходит включение вентилятора вытяжки 17, расположенного в вентиляционной трубе 15. Воздух вместе с лишней влагой выбрасывается наружу через обратный клапан 16. При достижении заданного уровня влажности воздуха вентилятор вытяжки 17 отключается. При достижении требуемой влажности материала отключают подачу электрической энергии всей установки, выключается электродвигатель 25, открывают дверь 2 камеры 1 и выгружают сухой материал.At the first stage, the material is heated. With the start of drying, moist and warm air from the stack of wood rises to the upper part of chamber 1, enters the air duct 10, from where, using a fan 12, it is supplied to the cavity of the tray 8 and returns through the holes in the side walls to the lower part of chamber 1. During the drying process, periodic turning on and off heater 11 to maintain the set air temperature. If the temperature exceeds the data from sensors 13, the power supply units 7 of all magnetrons and heater 11 are switched off through the processor. When the temperature drops below the required value, all magnetrons and heater 11 are turned on. Simultaneously with monitoring and regulating the temperature using an electric moisture meter 14, the specified air humidity in chamber 1 is maintained. When the specified humidity level is exceeded, the hood fan 17 located in the ventilation pipe 15 is turned on. The air, along with excess moisture, is discharged outside through the check valve 16. When the specified value is reached air humidity level, the hood fan 17 is switched off. When the required moisture content of the material is reached, the electrical power supply to the entire installation is turned off, the electric motor 25 is turned off, the door 2 of chamber 1 is opened and the dry material is unloaded.

Полезная модель позволяет расширить возможности применения установки путем рационального использования электромагнитного поля магнетронов для тепловой и одновременно нетепловой обработки материалов. Установка обеспечивает сокращение продолжительности и повышение качества сушки древесины и обработки поликапроамидных нитей за счет равномерного распределения электромагнитного поля, воздействующего на древесину и поликапроамидные нити.The utility model allows you to expand the possibilities of using the installation through the rational use of the electromagnetic field of magnetrons for thermal and at the same time non-thermal processing of materials. The installation reduces the duration and improves the quality of drying wood and processing polycaproamide threads due to the uniform distribution of the electromagnetic field affecting wood and polycaproamide threads.

Claims

An installation for processing materials by a microwave field, containing a chamber installed horizontally, equipped with a limit switch, magnetrons placed on the side walls of the chamber opposite to each other in a checkerboard pattern, a processor, a sensor for measuring the harmful flow of microwave energy, a power meter for microwave energy, a tray for the material to be dried, the magnetrons are fixed in such a way that the axes of the magnetron radiation antennas are mutually perpendicular and located at an angle of 45° to the vertical, the installation is equipped with an air circulation system, including a tray for the dried material in the form of a box with holes on the side walls, the diameter of which does not exceed 0 ,1 wavelength of radiation from magnetrons located at a distance of 1/4 wavelength of radiation from magnetrons, the cavity of which is connected to an air duct installed in the upper part of the chamber with holes on the bottom, identical in size and location to the holes on the walls of the pan, a heater and a fan, and between the pan and on the side walls there are vertical partitions made of radio-transparent moisture-permeable material, the dried material is placed on a pallet in a frame with a horizontal axis of rotation by means of an electric drive installed behind the chamber, magnetrons are installed on the chamber at the ends of the wood stack, the axes of the radiation antennas of which are parallel to the horizontal axis of rotation of the dried material, characterized in that additional devices for feeding and receiving polycaproamide filaments are installed in the chamber at the ends of the wood stack in front of the magnetrons, which cross perpendicular to the axis of the radiation antennas of the said magnetrons, and the receiving devices are mounted rigidly on the electric drive shaft.