基本信息
- 項目名稱：
- 開口型多模式電磁加熱器
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為了能實現(xiàn)裝備表面涂層修復區(qū)原位的快速固化，提高裝備的維修保障效率，保障打贏未來信息化局部戰(zhàn)爭的能力，研制設計了本開口型多模式電磁加熱器。該設備采用微波諧振腔理論設計，可以直接對物體表面進行原位加熱，避免了將裝備構件拆卸后進行烘干固化的繁雜過程，同時，由于微波加熱過程是對涂層進行整體加熱，所以效率更高，加熱速度更快，再加上設備的操作簡單，便于攜帶，可以大大增強我軍裝備的維修保障能力。
- 詳細介紹：
- 本發(fā)明所要解決的技術問題是，研制一種能對軍事裝備的修復涂層原位地實現(xiàn)快速固化，且固化后的涂層質量可靠，切實可行，適用面廣，攜帶方便，操作簡便而安全的涂層固化設備。為解決這一問題，研制設計了本開口型多模式電磁加熱器，它主要由加熱腔、電器電路、微波加熱器件、紅外電熱器件、控制面板等幾部分組成，其主要包括微波和紅外兩大加熱系統(tǒng)。其中微波加熱系統(tǒng)由磁控管、波導、波形攪拌器、加熱器和金屬背底共同構成的微波諧振腔及開口處的扼流槽組成；紅外加熱系統(tǒng)的核心部件是一個紅外電熱器件，其供電電路與微波器件共用一個電源。 在微波加熱模式下，磁控管電源把交流電轉化為直流電為磁控管供電，磁控管是產生微波的核心部件，它將直流電能轉化為微波輻射能。磁控管產生微波后，通過波導將微波能量輸出到加熱器和金屬背底共同構成的微波諧振腔空間。同時，在爐腔頂部設置微波攪拌器來干擾微波在爐腔內的傳播，使涂層加熱均勻，從而在實現(xiàn)涂層快速固化的同時保證固化質量。這主要基于兩條機理：其一是，涂層材料中的極性分子在微波電磁場的作用下，從原來的無規(guī)則熱運動狀態(tài)轉為跟隨微波電磁場的交變而排列取向（如，本設備磁控管產生的微波頻率為2450兆赫，極性分子就會產生24.5億次交變），分子間會因激烈摩擦為升溫，微波能量迅速轉變?yōu)橥繉拥臒崮?；其二是，金屬材料對微波具有強反射性，對于金屬材料微波不能透入內部而是被反射回來，這樣涂層的金屬基底就會與設備的不銹鋼內壁，形成微波諧振腔。這些機理保證了微波致熱具有熱慣性小，穿透力好，加熱均勻，能量利用率高等優(yōu)點，可使涂層介質瞬間升溫，實現(xiàn)裝備后修復涂層的快速固化。 在紅外加熱模式下，紅外電熱器件通電后發(fā)射出高能流密度的近紅外輻射，同時，由于近紅外光的波長短，具有很強的滲透性，直入涂層，使涂層溫度迅速升高產生自發(fā)熱效應，涂層中的水分由內向外揮發(fā)，還能提高涂層內分子的交聯(lián)聚合幾率，實現(xiàn)涂層的快速固化。由于涂層物理性質的不同，兩種加熱方法的加熱效率及過程溫度變化也有所差異，設備可以根據(jù)被加熱涂層的物理性質選擇最佳的加熱模式。 另外，為能對某些對溫度要求苛刻的表面涂層，設計了加熱器自帶的表面溫度傳感器。該溫度傳感器置于被加熱涂層表面，監(jiān)測涂層的表面溫度，防止因溫度過高損害表面涂層。同時，基于溫度傳感器的包括溫度信息的采集、傳輸、接收、反饋控制和報警等多個子系統(tǒng)，也嵌入到設備的加熱控制系統(tǒng)中，保證涂層固化的高質量。 基于上述機理和措施，本發(fā)明能夠對裝備表面的修復涂層進行快速、可靠、優(yōu)質、高效的加熱固化，原位、方便地對裝備表面涂層進行快速修復，實現(xiàn)了對武器裝備表面涂層的外場“快速搶修”的目的。因此，必將進一步提高我軍在未來戰(zhàn)爭中裝備的快速維修保障能力。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 目的：為了能實現(xiàn)裝備表面涂層修復區(qū)原位的快速固化，提高裝備的維修保障效率，保障打贏未來信息化局部戰(zhàn)爭的能力。 基本思路：加熱器與被加熱涂層的金屬背底共同構成了一個微波諧振腔，分別調整加熱器工作在微波和紅外兩個頻段，以適應不同場合的需要。用表面溫度傳感器放置在被加熱涂層表面，監(jiān)測涂層的表面溫度。 創(chuàng)新點： 1、多種工作模式 2、加熱過程可控 3、扼流槽設計 技術關鍵： 1、根據(jù)涂層的不同損耗機理，對微波諧振腔的震蕩模式進行調節(jié)，使烘干過程處在最合理的狀態(tài)上； 2、使用微波加熱和紅外加熱兩種可選頻段； 3、使用表面溫度傳感器，監(jiān)測涂層的表面溫度 主要技術指標： 1、體積：467mm（寬）×277mm（高）×382mm（深） 2、爐膽尺寸：298mm（寬）×219mm（高）×325mm（深） 3、爐膽容積：20L 4、重量：約13.6 kg； 5、電壓：220V～50Hz 6、輸入功率：400W 7、輸出功率：200W 8、微波頻率：2450MHz 9、微波泄漏：≤1mW/c㎡ 10、加熱均勻性：≥70%
科學性、先進性
- 科學先進性： 開口型多模式電磁加熱器，采用成熟先進的軟、硬件技術，符合國內外該領域的主流思想，在一定的時間內不落后；同時符合我軍有關技術體制和規(guī)范要求，在涂層加熱質量和安全上有保障。 按照開口型多模式電磁加熱器主要功能，其中的微波和紅外的加熱發(fā)生裝置是設備的核心，它的設計和制作既要滿足在各自的加熱模式下的有效工作，又要保障在兩種模式下切換時穩(wěn)定可靠,并嚴格按照軍工產品的要求進行樣機研制和測試。 對不同涂層物理性質的不同，我們設計了兩套方案，即使用微波加熱和紅外加熱系統(tǒng)。為了避免表面涂層因溫度過高而損害，我們設計了加熱器自帶的表面溫度傳感器，以適時檢測涂層表面溫度。包括溫度信息的采集、傳輸、接收、反饋控制和報警等多個子系統(tǒng)，該溫度檢測與反饋系統(tǒng)可以十分方便地嵌入到設備的加熱控制系統(tǒng)中。 為方便使用者攜帶該電磁加熱設備，我們設計制作了專用設備箱，設備所有的附件均可裝入設備箱中，設備箱還起到保護設備的作用。我們選用了密度較低的材料，使整體重量大大降低，減輕了使用時的重量。
獲獎情況及鑒定結果
- 無
作品所處階段
- 生產階段
技術轉讓方式
- 簽訂轉讓協(xié)議
作品可展示的形式
- 實物、產品和現(xiàn)場演示
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 使用說明： 使用環(huán)境：不要放在高溫或潮濕的位置，不要暴曬或淋雨，注意使用環(huán)境的通風； 使用前檢查：使用前檢查設備有無破損，被加熱表面是否平整，扼流槽有無明顯變形，以防微波泄漏； 接地要求：選擇合適的三腳插座，保證底線可以接地，并使用時可以順利拔出，以防止意外發(fā)生時能夠及時斷開電源； 技術特點和優(yōu)勢： 1、原位加熱性能力強 2、加熱效果好 3、安全性好 4、實用性強 適用范圍及推廣前景： 開口型多模式電磁加熱器主要應用于對金屬結構表面涂層進行原位加熱，也可推廣用于對非金屬基材表涂層的加熱固化。 市場分析及經濟效益預測： 不僅可在裝備領域提高我軍的裝備維修及再制造水平，還可應用于軍事工程的建設和戰(zhàn)時搶修搶建，由于目前同類設備還很少，市場前景廣闊。
同類課題研究水平概述
- 利用微波和紅外加熱實現(xiàn)涂層的快速固化，國內在這方面的研究已比較多，應用也比較成熟但主要是運用于工件在生產過程中的涂層涂覆，因此這些電磁固化設備往往體形龐大，操作過程復雜。在軍事裝備維修領域，國內已出現(xiàn)的實現(xiàn)裝備快速修復的便攜式設備是南京航空航天大學研制的飛行器結構損傷復合材料快速修復技術與設備。 該設備由可控自藕變壓器、整流電路、控制電路和磁控管所組成的微波功率源與由轉接器、同軸饋線、輻射天線所組成的微波施加器所構成，能在數(shù)十秒或數(shù)分鐘內對飛機結構或其他飛行器結構損傷部進行局部快速加溫，對損害部位周圍結構不產生任何影響，從而達到快速、高效、優(yōu)質、可靠地修復損傷部位的目的，實現(xiàn)對飛機結構或其他飛行器結構損傷部位的外場快速修復的目的。 南京航空航天大學研制的飛行器結構損傷復合材料快速修復技術與設備，主要用在裝備結構損傷的復合材料修復，特別是裝備的在線和場外修復，實現(xiàn)了修復的外場化和設備的便攜化。但對于裝備的表面涂層的修復，還沒有一種快速完成原位修復的便攜設備，往往需要將相應構件拆卸后，送到有專門的快速固化設備出才能實現(xiàn)修復涂層的快速固化，過程復雜，很難滿足對裝備修復速度日益提高的要求。同時微波與紅外加熱這兩種能有效加快固化速度的新技術，也沒能實現(xiàn)在一臺便攜設備上的結合。 從以上概述中我們不難看出，本項目無論從設計思路、技術路線還是需求背景上，在國內同類領域內都有其獨到的理論見解和技術創(chuàng)新。該項目的成功研制開發(fā)和廣泛應用必將使我軍裝備維修能力邁上一個新的臺階，為保障打贏未來信息化戰(zhàn)爭奠定堅實基礎。
