Министерством промышленности и торговли РФ технологии создания изделий сверхвысокочастотной электроники отнесены к критичным технологиям (стратегическая программа от 17.12.2012 г) [1]. СВЧ установки отличаются по физическому принципу действия и конструкции. За рубежом разрабатывают СВЧ установки на основе источников, мощностью от 25 до 50 кВт, с водяным охлаждением, при этом достичь равномерного нагрева сырья сложно. Стоимость установленной мощности оценивается до 3 тыс. долларов за 1 кВт. Анализ разработок производителей СВЧ установок в России позволяет выявить основные тенденции и перспективы развития устройств различного функционального назначения, в том числе для гранулирования сырья. Поэтому для реализации необходимых электродинамических и эксплуатационных характеристик нами разрабатываются новые конструкции объемных резонаторов с маломощными магнетронами и способы, совмещающие микроволновую технологию с процессом гранулирования многокомпонентного сырья. Это позволит улучшить физико-механические свойства гранул.
Условия, материалы и методы исследований. В исследованиях базировались на теории диэлектрического нагрева и теории формования гранул из многокомпонентного сырья. Исследование параметров электродинамической системы сверхвысокочастотного генератора проводили в программе CST Microwave Studio [2]. Оценка технических характеристик установки проводилась с помощью современных цифровых приборов и методик. Трехмерные моделирования конструктивного исполнения СВЧ установок выполнены в программе Компас-3D V17.
Анализ и обсуждение результатов исследований. Разработаны и анализированы конструкционные исполнения объемных резонаторов с точки зрения реализации требований, предъявляемых установкам с источниками энергии электромагнитных излучений и грануляторам, предназначенным для использования в фермерских хозяйствах. Ниже описаны разработанные две установки: 1) с тороидальным резонатором и дисковой матрицей; 2) с эллипсоидными резонаторами и зубчатыми кольцевыми матрицами.
1. Установка с тороидальным резонатором и дисковой матрицей для гранулирования обезвоженных непищевых отходов убоя животных в процессе диэлектрического нагрева.
Известны квазистационарные резонаторы, у которых резко выраженное пространственное разъединение электрического и магнитного полей, что позволяет рассматривать такие резонаторы как соединение сосредоточенных емкости и индуктивности [3, 4]. В тороидальном резонаторе, в малом зазоре между стенками резонатора сосредоточена энергия электрического поля. Этот зазор может рассматриваться как плоский конденсатор. На этом принципе построена конфигурация предлагаемого тороидального резонатора при сохранении достаточно большого объема и его собственной добротности.
Рабочая камера установки (рисунок 1) представлена в виде тороидального резонатора 1 с прямоугольным сечением тора. Тороидальный резонатор выполнен из коаксиально расположенных неферромагнитных цилиндров 2,3, расположенных вертикально и имеющих разную высоту. Нижним основанием внутреннего цилиндра 3 с меньшей высотой служит неферромагнитная решетка 11 от измельчителя. Функцию нижнего основания наружного цилиндра 2 выполняет вращающаяся от мотора-редуктора матрица 5 из неферромагнитного материала с множеством конусообразных отверстий [5]. В пространстве между решеткой и вращающейся матрицей расположены прижимные диэлектрические ролики 6 с ребристой поверхностью. Они прижаты к вращающейся матрице за счет специального винта, позволяющего регулировать расположения диэлектрической оси роликов. Верхнее основание наружного цилиндра 2 закрыто кольцевой поверхностью. Во внутреннем цилиндре расположен нагнетательный шнек 10, вращающийся нож 9 измельчителя, а решетка является основанием. Измельчитель имеет лоток для приема сырья. СВЧ генераторы 4 вводят энергию в резонатор из тороидальной части, т.е. магнетроны и волноводы расположены на образующей наружного цилиндра. Под вращающейся матрицей 5 имеется нож 12 , расположенный стационарно, для срезания гранул, которые выводятся за пределы установки через отверстие выгрузного корпуса. Вращение матрицы осуществляется с помощью мотора-редуктора. Под вращающейся матрицей имеется выгрузной корпус с отверстием.
