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微波知识 Microwave knowledge

工业微波设备抑制器的设计原理

工业微波设备抑制器的设计原理

    工业微波设备做为一种新型、节能降耗的设备,符合国家低碳经济的要求,越来越受到企业的喜爱,近年得到了非速的发展。

    隧道式工业微波是把多个箱型微波加热器串接起来组成隧道式微波加热设备,在设备的两端设置连续传送物料的出入口,由于高效率的工业化生产使得出入料口的尺寸往往比较大,这就产生了出入料口的尺寸与微波能泄漏之间的矛盾,泄漏出来的微波能一方面不利于能量的有效利用;另一方面如果泄漏量过大,工作人员长期操作会有损操作人员的身体健康,所以,能否有效抑制隧道式工业微波加热设备的微波能泄漏是设备的重要技术指标。

    工业微波设备生产没有国标,只有企业标准。而微波泄漏量国家是有规定的,具体的量:在距离设备5cm处,微波泄漏≤5mW/cm2(2450MHz)和微波泄漏≤1mW/cm2(915MHz)。

    随着原材料、人工的价格上降,市场竟争越来越激烈,很多微波设备厂家只有尽可能的降低成本,牺牲设备的主要技术招标,维持低价竟争。

    东莞市齐协微波设备有限公司长其以来,以产品品质为核心,坚持技术革新,以人为本。致力发展设备的稳定性,安全性。根据我公司的经验,就微波抑制器的设计与大家分享。

    一、抑制器的概述

    目前,一般微波设备出入口处大多采用截止波导式漏能抑制器、1/4波长波导槽抑制器来防止微波的泄漏。这些方法的缺点在于:只对几个主要高次模进行了抑制,防泄漏能力较差;体积庞大,均需改进。微波抑抑器的设计应根据微波的传输特性、微波加热设备的传动形式以及加工物料要求等多方面来设计。

    二、抑制方法选择原则

    抑制微波能的泄漏有很多方法,根据不同原理可分为电抗性漏能抑制器、电阻性漏能抑制器、屏蔽式漏能抑制器3种。电抗性漏能抑制器根据抑制器形状有梳状板式和1/4波长波导槽式等抑制器;电阻性漏能抑制器根据吸收材料有角锥式泡沫材料、硅橡胶材料、液态水等抑制器。屏蔽式漏能抑制器有防微波炉门和防微波布帘门等抑制器。

    食品工业多用隧道式工业微波加热设备进行干燥、杀菌,其设备结构是一边为入料口,一边为出料口,这样有利于连续自动化生产。

    食品工业要求被加工的食品物料不能受到干燥过程中的污染,这样就对微波能泄漏的抑制有更高的要求。由于屏蔽式漏能抑制器不能使微波加热设备实现连续化生产,因此其抑制效果虽最好,但作为隧道式工业微波加热设备却不是最理想的。

    电抗性漏能抑制器可对微波的几种主要传输模式进行抑制,若要对各种模式都有抑制作用,则要求抑制器的长度要足够长,设备占地空间大;电阻式漏能抑制器如铁氧体、石墨或活性碳、水等属于耗散性衰减材料,对各种工作频率模式的微波均能起吸收作用,抑制器会吸收微波能,不利于设备的高效、节能由于水具有经济、清洁、可循环利用、取用方便等特性,所以用水作为微波能泄漏的抑制器材料适合于各类企业尤其是食品企业的生产实际要求。但若要求水对所有传输模式进行抑制,则需要大量的水作为负载,这样给水负载设备制造与加工带来困难。

    故由上可知,理想的抑制器应为以电抗性漏能抑制器为主,电阻式漏能抑制器为辅,电抗性漏能抑制器可把部分微波能量反射回加热器中,部分耗散在加热器的皮导壁上。如果还有部分能量泄漏,可在抑制器末端放置电阻式漏能抑制器,直到漏能在安全标准以内为止。

    三、抑制器的设计原理

    1、抑制器的设计

    1)电抗式漏能抑制器(1/4长波导槽抑制器设计)。由电磁场辐射理论可知,当切断(诸如,在波导上开槽或者开孔,又或者是加热器箱体周围的接缝不严密等)壁面电流的通路时,将引起波导内能量向外辐射。利用这个特性,常在波导壁上适当位置开槽或开孔,以达到微波能量激励或耦合轼能。对于各特定的场型模式,在端口的宽边上加上一组短路波导槽(抗流片、柱),其长度为该模式的1/4波长,可使微波能量传播呈现开路状态。对于1/4长波导槽抑制器,应首先确定传输模式及其截止波长:

    由波导传输理论可知,波导中波型只有TE波和TM波,空矩形波导的TEmn各TMmn模式截止波长由式(1)求解:λe=2/

    式中:a—输入、输出口截面尺寸的宽度;b—输入、输出口截面尺寸的高度。

    再根据公式进一步计算输入、输出通道中所能传输的各模式的波导波长λgmn的求解公式为:λgmn=λ0

    因为我们实验用的微波干燥设备一般备采用2450MHz的频率,所以式中的求解,由式(1)计算:λ0=c/¦

    其中c=3×108m/s,可知λ0= c/f= =122.4mm

    以现有生产设备为例,计算出波导中各模式相应的波长数值以及其截止波长,设备的输入、输出口截面尺寸的宽度a=410mm,高度b=120mm。计算的结果如表1。由于在实际应用中通道常被物料部分填表充,因此所得估算数据应作适当修正。为分析简便起见,作空波导近似处理。

    由表1可知,如果限不同的波导波长λg组面一系列λg/4深度的波导槽,可对不同的模式进行衰减,起到抑制漏能作用,但根据设备实际输入、输出口的情况,只能选择小于40mm的波导槽。因为若要对全部模式进行抑制,则进出料口的尺寸将很小,料筐无法通过。

    表1 波导中各模式相的波长数值

    Tab.1 Wavelength value of different mode in waveguide

    模式 λe λg λg/4

    TE10,TM10 820.0 123.8 30.9

 

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