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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 開口型多模式電磁加熱器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 為了能實(shí)現(xiàn)裝備表面涂層修復(fù)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(shè)計(jì)了本開口型多模式電磁加熱器。該設(shè)備采用微波諧振腔理論設(shè)計(jì)，可以直接對(duì)物體表面進(jìn)行原位加熱，避免了將裝備構(gòu)件拆卸后進(jìn)行烘干固化的繁雜過程，同時(shí)，由于微波加熱過程是對(duì)涂層進(jìn)行整體加熱，所以效率更高，加熱速度更快，再加上設(shè)備的操作簡單，便于攜帶，可以大大增強(qiáng)我軍裝備的維修保障能力。
- 詳細(xì)介紹：
- 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，研制一種能對(duì)軍事裝備的修復(fù)涂層原位地實(shí)現(xiàn)快速固化，且固化后的涂層質(zhì)量可靠，切實(shí)可行，適用面廣，攜帶方便，操作簡便而安全的涂層固化設(shè)備。為解決這一問題，研制設(shè)計(jì)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(dǎo)、波形攪拌器、加熱器和金屬背底共同構(gòu)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(gè)紅外電熱器件，其供電電路與微波器件共用一個(gè)電源。 在微波加熱模式下，磁控管電源把交流電轉(zhuǎn)化為直流電為磁控管供電，磁控管是產(chǎn)生微波的核心部件，它將直流電能轉(zhuǎn)化為微波輻射能。磁控管產(chǎn)生微波后，通過波導(dǎo)將微波能量輸出到加熱器和金屬背底共同構(gòu)成的微波諧振腔空間。同時(shí)，在爐腔頂部設(shè)置微波攪拌器來干擾微波在爐腔內(nèi)的傳播，使涂層加熱均勻，從而在實(shí)現(xiàn)涂層快速固化的同時(shí)保證固化質(zhì)量。這主要基于兩條機(jī)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)為跟隨微波電磁場的交變而排列取向（如，本設(shè)備磁控管產(chǎn)生的微波頻率為2450兆赫，極性分子就會(huì)產(chǎn)生24.5億次交變），分子間會(huì)因激烈摩擦為升溫，微波能量迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橥繉拥臒崮?；其二是，金屬材料?duì)微波具有強(qiáng)反射性，對(duì)于金屬材料微波不能透入內(nèi)部而是被反射回來，這樣涂層的金屬基底就會(huì)與設(shè)備的不銹鋼內(nèi)壁，形成微波諧振腔。這些機(jī)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(diǎn)，可使涂層介質(zhì)瞬間升溫，實(shí)現(xiàn)裝備后修復(fù)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(shí)，由于近紅外光的波長短，具有很強(qiáng)的滲透性，直入涂層，使涂層溫度迅速升高產(chǎn)生自發(fā)熱效應(yīng)，涂層中的水分由內(nèi)向外揮發(fā)，還能提高涂層內(nèi)分子的交聯(lián)聚合幾率，實(shí)現(xiàn)涂層的快速固化。由于涂層物理性質(zhì)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(shè)備可以根據(jù)被加熱涂層的物理性質(zhì)選擇最佳的加熱模式。 另外，為能對(duì)某些對(duì)溫度要求苛刻的表面涂層，設(shè)計(jì)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(shí)，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(bào)警等多個(gè)子系統(tǒng)，也嵌入到設(shè)備的加熱控制系統(tǒng)中，保證涂層固化的高質(zhì)量。 基于上述機(jī)理和措施，本發(fā)明能夠?qū)ρb備表面的修復(fù)涂層進(jìn)行快速、可靠、優(yōu)質(zhì)、高效的加熱固化，原位、方便地對(duì)裝備表面涂層進(jìn)行快速修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)武器裝備表面涂層的外場“快速搶修”的目的。因此，必將進(jìn)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：為了能實(shí)現(xiàn)裝備表面涂層修復(fù)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(gòu)成了一個(gè)微波諧振腔，分別調(diào)整加熱器工作在微波和紅外兩個(gè)頻段，以適應(yīng)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(diǎn)： 1、多種工作模式 2、加熱過程可控 3、扼流槽設(shè)計(jì) 技術(shù)關(guān)鍵： 1、根據(jù)涂層的不同損耗機(jī)理，對(duì)微波諧振腔的震蕩模式進(jìn)行調(diào)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(shù)指標(biāo)： 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(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)先進(jìn)性： 開口型多模式電磁加熱器，采用成熟先進(jìn)的軟、硬件技術(shù)，符合國內(nèi)外該領(lǐng)域的主流思想，在一定的時(shí)間內(nèi)不落后；同時(shí)符合我軍有關(guān)技術(shù)體制和規(guī)范要求，在涂層加熱質(zhì)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(shè)備的核心，它的設(shè)計(jì)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(shí)穩(wěn)定可靠,并嚴(yán)格按照軍工產(chǎn)品的要求進(jìn)行樣機(jī)研制和測試。 對(duì)不同涂層物理性質(zhì)的不同，我們設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)了加熱器自帶的表面溫度傳感器，以適時(shí)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(bào)警等多個(gè)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(shè)備的加熱控制系統(tǒng)中。 為方便使用者攜帶該電磁加熱設(shè)備，我們設(shè)計(jì)制作了專用設(shè)備箱，設(shè)備所有的附件均可裝入設(shè)備箱中，設(shè)備箱還起到保護(hù)設(shè)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(shí)的重量。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 生產(chǎn)階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 簽訂轉(zhuǎn)讓協(xié)議
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品和現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)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(fēng)； 使用前檢查：使用前檢查設(shè)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(shí)可以順利拔出，以防止意外發(fā)生時(shí)能夠及時(shí)斷開電源； 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢： 1、原位加熱性能力強(qiáng) 2、加熱效果好 3、安全性好 4、實(shí)用性強(qiáng) 適用范圍及推廣前景： 開口型多模式電磁加熱器主要應(yīng)用于對(duì)金屬結(jié)構(gòu)表面涂層進(jìn)行原位加熱，也可推廣用于對(duì)非金屬基材表涂層的加熱固化。 市場分析及經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測： 不僅可在裝備領(lǐng)域提高我軍的裝備維修及再制造水平，還可應(yīng)用于軍事工程的建設(shè)和戰(zhàn)時(shí)搶修搶建，由于目前同類設(shè)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(shí)現(xiàn)涂層的快速固化，國內(nèi)在這方面的研究已比較多，應(yīng)用也比較成熟但主要是運(yùn)用于工件在生產(chǎn)過程中的涂層涂覆，因此這些電磁固化設(shè)備往往體形龐大，操作過程復(fù)雜。在軍事裝備維修領(lǐng)域，國內(nèi)已出現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)裝備快速修復(fù)的便攜式設(shè)備是南京航空航天大學(xué)研制的飛行器結(jié)構(gòu)損傷復(fù)合材料快速修復(fù)技術(shù)與設(shè)備。 該設(shè)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(zhuǎn)接器、同軸饋線、輻射天線所組成的微波施加器所構(gòu)成，能在數(shù)十秒或數(shù)分鐘內(nèi)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)或其他飛行器結(jié)構(gòu)損傷部進(jìn)行局部快速加溫，對(duì)損害部位周圍結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生任何影響，從而達(dá)到快速、高效、優(yōu)質(zhì)、可靠地修復(fù)損傷部位的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)或其他飛行器結(jié)構(gòu)損傷部位的外場快速修復(fù)的目的。 南京航空航天大學(xué)研制的飛行器結(jié)構(gòu)損傷復(fù)合材料快速修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，主要用在裝備結(jié)構(gòu)損傷的復(fù)合材料修復(fù)，特別是裝備的在線和場外修復(fù)，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)的外場化和設(shè)備的便攜化。但對(duì)于裝備的表面涂層的修復(fù)，還沒有一種快速完成原位修復(fù)的便攜設(shè)備，往往需要將相應(yīng)構(gòu)件拆卸后，送到有專門的快速固化設(shè)備出才能實(shí)現(xiàn)修復(fù)涂層的快速固化，過程復(fù)雜，很難滿足對(duì)裝備修復(fù)速度日益提高的要求。同時(shí)微波與紅外加熱這兩種能有效加快固化速度的新技術(shù)，也沒能實(shí)現(xiàn)在一臺(tái)便攜設(shè)備上的結(jié)合。 從以上概述中我們不難看出，本項(xiàng)目無論從設(shè)計(jì)思路、技術(shù)路線還是需求背景上，在國內(nèi)同類領(lǐng)域內(nèi)都有其獨(dú)到的理論見解和技術(shù)創(chuàng)新。該項(xiàng)目的成功研制開發(fā)和廣泛應(yīng)用必將使我軍裝備維修能力邁上一個(gè)新的臺(tái)階，為保障打贏未來信息化戰(zhàn)爭奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
