Анкета научной компетенции


Разработка и исследование компьютеризированной СВЧ-установки для термообработки и улучшения эксплуатационных свойств сыпучих и гранулированных материалов, применяемых в сельском хозяйстве, строительстве и защите окружающей среды.

Предполагается реализовать управление распределением удельной плотности тепловых источников в рабочей камере непосредственно в процессе нагрева. С помощью данной установки возможно осуществлять сушку, термообработку и нетепловую модификацию материалов с различными тепловыми и электрофизическими характеристиками. Также немаловажным достоинством предложенной установки является ее полная автоматизация, что позволяет не прерывать цикл производства и исключает дополнительную рабочую силу.

Приоритетные направления развития

Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика.

Перечень критических технологий РФ

Технологии создания энергосберегающих систем транспортировки, распределения и использования энергии.

Длительность проведения исследования

5 лет

Аннотационное описание сущности

Данный проект направлен на решение задачи совершенствования технологии производства и обработки различных сыпучих и гранулированных материалов, таких как сорбенты, удобрения, строительные, теплоизоляционные материалы и т.д., а также специальных полимеров, изготовление которых требует нетеплового воздействия (модификации) СВЧ-излучения на обрабатываемый объект, при этом значительно улучшаются эксплуатационные свойства материалов.

Технология производства сыпучих и гранулированных материалов, как правило, включает в себя высокотемпературную обработку, которая необходима для получения механически прочных, устойчивых к влажности материалов, стабильных в жидкой среде.

При использовании традиционного поверхностного нагрева решающее значение для качества термообработки имеет отношение поверхности образца к его объему. Высокое значение данного показателя трудно осуществить при большом количестве обрабатываемого материала, следовательно, при интенсивном поверхностном нагреве (например, в муфельной печи) возникает высокий градиент температур в объеме обрабатываемого материала, что существенно влияет на эксплуатационные характеристики материалов. Снижение интенсивности термообработки приводит к увеличению времени, необходимого для достижения заданных характеристик нагреваемых материалов, а также к увеличению непроизводительных потерь тепла.

Применение СВЧ-излучения для термообработки сыпучих и гранулированных материалов позволит обеспечить поглощение энергии по всему объему образца, а за счет этого минимизацию потерь на нагрев среды и значительное снижение времени термообработки и потребляемой мощности.

Что касается нетепловой модификации, то получаемые уникальные свойства некоторых материалов возможны только при использовании СВЧ-излучения (См., например: Архангельский Ю.С., Калганова С.Г. Рабочая камера СВЧ электротехнологической установки для модификации полимерных волокон / Ю.С. Архангельский, С.Г. Калганова // Вестник СГТУ (Энергетика и электротехника). - 2004. - № 1 (2). - С. 86-90.)

Также необходимо отметить, что равномерно распределенное электромагнитное поле в рабочей камере СВЧ-установки позволяет осуществлять быструю и качественную сушку фруктовой и овощной продукции, тем самым повышая ее срок хранения и возможность выгодной реализации.

В данном проекте впервые предложена специальная СВЧ-установка нового поколения, в которой возможно управлять распределением удельной плотности тепловых источников в объеме обрабатываемого материала путем вариации технологических параметров непосредственно в процессе термообработки.

Опубликованные результаты научного исследования

Объекты ИС - Правообладатель ООО "Интерс":

- Патент РФ на полезную модель № 120756 «Устройство для сушки диэлектрических материалов» (Дополнительные файлы); 

Программа для ЭВМ «Магнетрон», свидетельство № 2014616498 (Дополнительные файлы); 

- Программа для ЭВМ «Магнетрон V.2», свидетельство № 2015116693 (Дополнительные файлы);

- Программа для ЭВМ "Магнетрон  V.3»,  свидетельство № 2017664133 (Дополнительные файлы);

- НОУ-ХАУ «Повышение однородности термообработки путем введения дополнительного поглотителя СВЧ-мощности» - разработано в 2015 году.

Сведения о наиболее близких исследованиях

В настоящее время известны разработки СВЧ-установок, проводимые по данному направлению. Например, установка, находящаяся филиале ОАО "Инвестиционно-строительный концерн "Атомстрой" "Научно-исследовательском и конструкторском институте монтажной технологии" (НИКИМТ) (патент РФ № 1823383). Данная установка не осуществляет управления распределением удельной плотности тепловых источников в рабочей камере, а значит, температурный режим не контролируется, что, в конечном счете, влияет на качество обрабатываемого материала. Кроме того, данная установка не обладает высокой производительностью при достаточно большой мощности, что делает термообработку материала энергозатратной.

В лаборатории СВЧ Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского (СГУ) существует установка, на которой осуществляется термообработка некоторых гранулированных материалов циклически небольшими количествами, при фиксированном распределении удельной плотности тепловых источников в рабочей камере.

В лаборатории Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А. (СГТУ) существует волноводная установка для нетепловой модификации полимерных материалов, однако она не является универсальной, а также обладает низким КПД из-за относительно небольшой поглощаемой энергии при нетепловой модификации.

В 2008 году в ОАО «Тантал», г. Саратов была разработана СВЧ-установка с возможностью управления структурой электромагнитного поля в рабочей камере в заранее заданном режиме (периодическое включение/выключение щелей возбуждения, патент РФ № 2329617), что делает качество термообработки сильно зависимым от вида материала. Кроме того, в данной установке термообработка материала может осуществляться лишь циклически и небольшими партиями.

В 2010 году в компании «Росиндуктор» г. Челябинск была создана специальная промышленная СВЧ-печь для термообработки сыпучих материалов в непрерывном режиме (http://www.rocinduktor.ru/catalog/static_99.html). Однако данная установка не позволяет осуществлять высокотемпературную обработку материалов вследствие невысокой мощности. Она применяется в основном для удаления сорбционной воды из пористых материалов.

Таким образом, в настоящий момент не существует СВЧ-установок непрерывного действия, в которых осуществлялось управление распределением удельной плотности тепловых источников непосредственно в процессе термообработки, а также была возможность нетепловой модификации благодаря дополнительному поглотителю СВЧ-мощности.

Форма передачи и организация внедрения результатов исследования

Создание и регистрация объектов ИС, а также НОУ-ХАУ

Возврат к списку