污泥微波处理设备毕业设计

1、 目录摘要第一章 绪论1.1 课题背景与研究目的和意义1.2 微波加热设备国外的研究现状1.3 微波与杀菌原理1.4.1微波简介1.4.2 微波的杀菌原理第二章 微波杀菌设备的总体方案设计2.1 微波杀菌设备的主要技术参数要求2.2 微波杀菌设备的总体方案设计第三章 微波杀菌设备的总体结构设计3.1 设备的总体结构与介绍3.2 微波源功率的估算与磁控管的布置3.3 进出口电器密封性与观察窗的设计3.4 物料输送机构的设计3.5温度控制的实现第四章 总结4.1 设备的特点与不足4.2 改进方法结束语参考文献附录第一章 绪论1.1 毕业设计课题背景与研究目的和意义我的毕业设计的题目是污泥微波处理设

2、备设计，属工程设计类型，来至于教师科研题。下面就污泥微波处理设备的应用背景与研究的目的和意义大致做一下说明。1.1.1背景本世纪头二十年是我国发展的重要战略机遇期，“十一五”即将过去，“十一五”是承前启后的重要时期，做好“十二五”期间的城镇污泥减量与无害化处理设施的规划建设工作，必将对我国环卫行业与人居环境的未来和发展起到至关重要的作用。城镇自来水厂、给水厂和污水处理厂与其管网系统，在对原水或污水进行处理时，会产生大量沉渣，这种沉渣称为污泥。污泥中有机物含量高，容易腐化发臭。污泥颗粒较细，成发泡状，因而密度较小，含水率高，且水分不易去除。污泥中还含有氮、磷、钾等植物营养素，可以作为肥料。干燥的

3、污泥具有较高热值，可以燃烧。由于城市污水中混有医院排水和某些工业废水，污泥中常常含有大量的寄生虫卵、大肠杆菌、细菌等微生物和重金属等有害有毒物质。一般情况下，1万m3城市污水可产生15-25吨沉淀物（絮凝物），即含水97-99.5%的污泥，经现有的处理方法即浓缩、消化、机械过滤等方法处理后，变成8-10吨湿污泥（湿基含水率约80%）。该污泥含有有机物、无机化合物、微生物、细菌、重金属等各种有害物质，具有一定的流动性，并有强烈臭味。污泥不仅含水量高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量病原菌、寄生虫卵以与铬、汞等重金属和多氯联苯、二恶英等难以降解的有毒有害以与致癌物。如果未经严格处理随意排放或进行填

4、埋，经过雨水的侵蚀和渗漏作用，极易对地下水、土壤等造成二次污染，直接危害人类的身体健康。污泥处理的主要目的有三个方面。(1) 是减少污泥的体积与质量，即降低含水率，为后续处理、利用、运输创造条件，并减少污泥最终处置前的容积。(2) 使污泥无害化、稳定化。污泥中常含有大量的有机物，也可能含有多种病原菌，有时还含其他有毒有害物质，必须消除这些会散发恶臭、导致病害与污染环境的因素。(3) 通过处理改善污泥的成分和某种性质，以利于应用并达到回收能源和资源的目的。传统的污泥处理方法，一般是采用浓缩、消化与化学调理、干化、焚烧，再进行污泥的综合利用，如生产堆肥、复，建筑材料应用、填埋；或将污泥投海，或能源

5、回收利用（如用污泥生产沼气、通过焚烧回收热量发电、低温热解 ）等，但从转运、加工到最终处置，均存在不同程度的二次污染问题。在实际操作运行中，主要是直接卫生填埋，很难杀菌、难以脱除重金属、无法清除强烈臭气，也很难再降低其含水率。填埋要占用大量土地，耗费巨大的转运费和填埋费，并造成严重的二次污染。但是以上现有污泥处理的方法与处理后污泥的综合利用，难以满足现实社会发展和科技进步的需要，无法完全达到现有行业或国家标准的要求。随着世界节能减排、环保人居与低碳经济的不断发展，全球出现了城镇污泥总量将超过城镇生活垃圾总量的趋势，发达国家以与发展中国家的许多城镇出现了污泥处理问题正考验世界环保出路的事实。1.

6、1.2 目的此次设计的“污泥微波处理设备”来至于，污泥处理新工艺的一部分。用于污泥酸化后的加热杀菌阶段。属于污泥处理工艺中的关键步骤之一，经过此环节后，最大限度的杀死污泥中所包含的细菌。使细菌中吸收的水分和重金属彻底的释放出来，为下一步的污泥的干燥和去除重金属做好准备工作，并且能消除污泥所散发的恶臭。污泥微波杀菌工艺也是也在此污泥处理工艺中具有独创兴。1.1.3 意义“污泥微波杀菌设备”与旧设备相比能够较彻底的杀死污泥中细菌，使细胞中水分和重金属彻底的释放出来。很好的解决了污泥的干燥难和伴随恶臭的问题。且相比之下能耗较低。这样就能以最低的能耗解决最棘手的问题，而且经过此工艺处理后，能有效实现污

7、泥的资源化处理。这在我国污泥处理方面，具有重要的意义。1.2 微波设备的国外研究现状微波是今年来得到迅速发展与应用的一门新技术。最早它是随着军事上的需要而出现的，先是应用在通讯方面，如雷达、导航、遥感、多路通讯和电视等。利用微波的奇妙特性，作为一种新的能源对材料进行加热。1966年在加拉大设立了国际微波功率学会，标志了微波能实用广阔发展的新阶段。到70年代初已出现了全新的局面。我国从1974年开始研究，发展较快，至今也已取得许多重要的成果，小型微波炉目前已进入千家万户。发展之所以快，其主要原因是由于微波加热技术有明显的节能特点，且为各方面所接受。现在微波加热技术在许多领域的应用得到了迅速发展。

8、现在，微波加热在食品工业中应用的最广。在美国、日本、和西欧等国家，家庭微波灶已得到了很快的普与，利用微波加热已成功制成膨化干燥体，成为理想的方便食品。此外，在食品防霉，杀菌，解冻，发酵和烘烤点心等方面也得到 广泛的应用。微波加热在轻纺工业中应用面也较广，如皮革干燥，彩色印刷上光干燥，印花手帕固色等，都取得了理想的效果。微波化学和微波等离子体，也用来足进某些化学反应，在大规模集成电路生产中已发挥了作用。微波等离子体还用于光谱分析的应用。微波生物效应与医疗应用方面，由于微波比红外线穿透能力大得多，因而使微波“热图形”探癌和微波治癌的研究十分活跃。微波加热在橡胶工业硫化工艺中的应用，以与在铸造工业中

9、用来烘烤泥芯，融模脱蜡；在制药工业中用作药品的干燥、灭菌；在农业、林业种子处理与产品加工等方面也有广泛用处。因此微波加热是一门前景广阔的新技术，将要进一步迅猛发展。现在微波加热器的种类主要有箱型微波加热器、隧道式箱型微波加热器、圆柱波导加热器和管道式液料微波加热装置等。目前国微波设备生产与国外存在一定的差距，大部分设备需人工按顺序操作，且整个设备功率分布围不宽，单个磁控管功率还有待提高。随着单片机、PLC技术和微波发生元器件的发展，未来微波加热设备必向自动控制、智能化方和大功率向前进。1.3 微波与杀菌原理1.4.1 微波简介微波是一种频率由300MHz至300GHz的电磁波，其对应的波长为m

10、m至dm（10-3-10-1m）的数量级，比光波、红外波的波长长，属于高频段的电磁波。微波又可细分为如下波段：分米波，UHF，超高频 300-3000MHz厘米波，SHF，特高频 3-30GHz毫米波，EHF，极高频 30-300GHz亚毫米波，超级高频，300-3000GHz我国对工业微波加热设备常用的固定专用频率有二种：915MHz和2450MHz。其波段名称和中心频率、波长如表1-4-1所示。频率（MHz）波段名称中心波长（m）91525L0.327245050S0.122580075C0.05222125125K0.008表1-4-1 工业微波设备规定使用的频率和波长奇妙的微波以它的独

11、特功能开拓了微波加热新技术。那么，微波能是怎么产生的呢？微波能的产生来自微波源。它是由产生微波能的心脏微波管和为微波管提供必要工作条件的电源所组成。微波能是由微波管发射出来的，它随着微波加热技术的发展，微波管也得到了迅速的发展。微波管器件主要有电真空器件和半导体器件两大类。由于半导体器件所获得的微波功率要比电真空器件相差三个数量级，除了在微波测量等小功率源方面采用外，用于大功率源时，只能采用电真空器件。能产生大功率的微波管，有磁控管，多腔调速管，微波三、四极管，正交场器件以与回旋管等许多种。在微波加热领域中，国外普遍采用的是连续波磁控管。国外也已应用了大功率的连续波调速管。由于国 微波加热中仅

12、应用磁控管，故其它微波管不再予以介绍。连续波磁控管简介：在微波加热设备中绝大多数是采用连续波磁控管。因为这种管子价格较低，电压低，频率高。有时在失配的情况下还能稳定的工作。下图1.4.1是磁控管的基本结构。磁控管在工作时，阳极和阴极间加上几百伏甚至几万伏的直流电压。 图1.4.1 磁控管结构通常磁控管由管芯和磁钢（或电磁铁）组成。从图1.4.1可以看出它包括三个主要部分：阴极与其引线；阳极块；能量输出器。阴极是磁控管发射电子的心脏部分，一般采用钍钨或纯钨材料制成。为了防止回轰引起阴极过热而损坏，通常在磁控管振荡后，采用降低灯丝加热功率来保护阴极，以增加寿命。阳极块由高导电率的无氧铜制成，有扇形

13、腔和扇槽型腔等。如图1.4.2所示，每个小腔构成一个谐振回路，由许多谐振回路相互耦合在一起形成一个复杂的谐振回路。图1.4.2 磁控管阳极块能量输出器的作用是把微波管所产生的高频功率输送到负载去。大功率管采用轴向能量输出器。磁控管的工作原理由于磁控管的阳极块是有很多个谐振腔组成的，每个谐振腔相当于高频发射机中电感线圈与电容器所组成的谐振回路。当磁控管工作时，相邻谐振腔感应的高频电场的方向就相反，其翼片上两侧电场方向也相反。从而使两相邻谐振腔之间产生180的相位差，通常称之为磁控管的模振荡。由于腔存在着交变的高频电磁场，如图1.4.3所示。图1.4.3 振荡腔模振荡原理图阴极面上所发射的电子，如

14、果处于正电场的翼片为负的位置，电子就比没有高频场慢，当电子受到磁场的作用而绕反时针方向旋转时，正高频场附近出发的电子将会追赶负高频场附近出发的电子。相反，负高频场附近出发的电子则由于减速，而似乎在等待追上来的电子。电子在作用空间进行圆周运动的同时，还会出现“群聚”现象，形成象风扇叶片那样的“电子云”，这种群聚的电子云沿阴极轴心而旋转着。当“电子云”的旋转达到一定的速度，就可维持高频振荡，这就是要加阳极直流同步高压来使电子获得这一速度。当电子旋转到处于负高频场的谐振腔翼片处，则对电子呈拒斥而使电子速度降低，电子由于降速而丧失的能量实际上激励了高频场，从而将能量交给了高频场。好像自由落下的乒乓球弹

15、回空间，然后在落下变成动能一样，电子的能量交换进行着，直到电子把直流场中得到的能量全部交出来变成高频后，才落到阳极上，产生了电流，这就是产生了微波的全过程。另外，从阴极出发的电子，有两种情况；一种是电子可以和高频电场进行能量交换，这种电子称为有利电子；另一种高电子是不能交换能量的，这叫不利电子，它会返回来轰阴极，使阴极温度升高。因此磁控管在起振后要适当地降低灯丝电压，以延长管子寿命。1.4.2 微波的杀菌原理微波加热杀菌原理；在生物与医学领域已有许多研究表明，微波加热与传统加热不同，它不需要由表与里的热传导，而是通过微波产生的温度场与电磁场，可以直接而有效地在整个物料部产生热量，促进细菌的分子

16、高速运动，根据物料性质（电导率、磁导率、介电常数）的不同，加热在物料部的能量耗散来直接加热物料，微波加热加速其细胞膜的挤压而破裂达到杀菌的目的。含有大量水分的污泥分子即微生物与其细胞被“瞬间粉碎”而析出水分。微波产生的电磁场是细菌致死的主要因素，特别是在较低温度时。实验给人们一种启示，充分利用变化的电磁场将能获得一种新的、在较低温度下杀菌的手段和技术，开创有效杀菌途径。电磁场在杀菌过程中表现出来的“非热因素成为细菌致死的主导因素”打破了常规加热杀菌的格局，细菌欲生存而需抗争的对象改为“电磁力”。脉冲电磁的杀菌机理主要表现在以下两个方面：电场作用：分子主要生物学的研究表明，生物体的大多数分子和原

17、子是具有极性（等效电偶极子）和磁性（分子电流模型）的，因此外加电磁场必然会对生物产生影响或作用。在外加电磁场的作用下，电偶极子和分子电流会随着电磁场的方向取向。在静电磁场中，只是建立一个新的终极状态；但在时变电磁场中，电偶极子和分子电流会随着电磁场的变化而振动。显然，不同强度分布的外加电磁场对不同生物的影响程度是不同的。医学界在研究中发现细胞体在电磁场中有异常表现，典型的表现是对电磁波的应答现象。这种生物应答现象发生在远离平衡状态，生物体对满足一定条件的电磁场的影响是非线性的，并表现出频率特异性功能和功率特异性。效应的能源有时来自生物系统部，外部电磁场只是起到触发作用。细胞是最基本的生命单元，

18、在细胞中，细胞膜是研究得最多的部分。每个细胞膜外都有一定的电位差，在外加电场的作用下，膜外的电位差会增大，通透性会增加，细胞发生渗透，继续适度处理，当电磁场达到一定值（EEO,HHO）时，细胞膜就发生不可修复的破裂，这种现象称为电穿孔。同时，由于电磁场是变化的，在极短的时间，电磁场的频率、强度都会发生极大的变化，在细胞膜上产生振荡效应。不可逆的电穿孔和激烈的振荡效应能使细胞破裂，这种破裂导致细胞结构紊乱，从而达到杀死细胞的目的，进而杀死细菌。电离作用:变化电磁场的介电阻断性对食品的微生物具有抑制作用。在外加电磁场的作用下，污泥空间中的带电粒子将产生高速运动，撞击污泥分子，使污泥分子分解，产生阴

19、、阳离子，同时，电解质电解出阴、阳离子。这些阴、阳离子在强电磁场的作用下极为活跃，穿过本来就已提高通透性的细胞膜，与微生物的生命物质如蛋白质、RNA作用，因而阻断了细胞正常生化反应和新代的进行。另外，电磁场能够使水分子的氢氧键断裂，在水中生成过量的超氧阴离子自由基、过氧化氢与自由质子。而过氧化氢有强烈的氧化作用，作用于生物分子，会破坏DNA，导致细胞死亡。液体介质中电离作用产生的臭氧同样有强烈的氧化作用，能与细胞物质发生一系列反应。以上两种作用的联合构成了杀死细菌体的主要因素。第二章 微波杀菌设备的总体方案设计2.1 微波杀菌设备的主要技术参数要求主要技术参数：（1）微波工作频率：245050

20、MHZ（2）控制温度0900C（3）电源:三相380V（4）物料输出温度：850C（5）物料输送方式：连续（6）物料输送能力：10t/h由主要技术参数可知要实现物料的连续处理，所以初步确定采用隧道式箱型加热器为总体设计方案。2.2 微波杀菌设备的总体方案设计隧道式微波加热设备主要由物料输送机构、直流电源、微波管、连接波导、加热器、冷却系统与控制系统等几个部分组成。其方块示意图如图2.1.1所示：图2.2.1 微波加热设备方块示意图其工作过程为物料输送系统将物料连续的输入、输出到加热其中；微波管由直流电源提供高压并转换成微波能量；微波能量通过连接波导传输到加热器，对被加热的物料进行加热；冷却系统

21、用于对微波管的腔体与阴极部分进行冷却。控制系统实现对整个加热过程的控制。各个部分的结构、功能介绍如下：物料输送机构：采用带式输送机构实现物料的连续输送。带式输送机由输送带、驱动装置、改向滚筒、托辊、紧装置、清扫装置等部分组成。驱动装置实现动力的输出和速度的控制。输送带和托辊负责承载和输送物料。改向滚筒和清扫装置负责物料的传动带的该向和物料的卸载。紧装置用来紧输送带和调节输送带的跑偏。微波发生装置：微波发生装置实现微波能的产生。磁控管将由三相电整流而来的直流高压转换为2450MHz的微波能量，并由连接波导输送到加热器中对物料实行加热。微波发生装置附有冷却系统，大功率微波发生装置一般采用水冷，可实

22、现能量的回收利用。加热器:物料经过加热器中和微波能相互作用实现加热。隧道式箱型微波加热器由多个矩形箱串联而成，共同组成微波的谐振器，能实现多模共存对物料均匀加热。控制系统：控制系统能实现加热过程的实时监控，能对一些紧急情况自动处理。好的控制系统能简化启动过程，对温度实行实时控制。外形示意图如图2.2.2所示。图2.2.2 隧道式加热器示意图第三章 微波杀菌设备的总体结构设计3.1 设备的总体结构与介绍由于本设备要实现物料的连续处理，所以在结构上采用隧道式箱型加热器。其结构如图3.1.1所示：图3.1.1 隧道式箱型加热器示意图主要部分由微波加热箱、微波源、漏能抑制器、传输机构、控制柜等组。（1

23、） 微波加热箱共四个，串联，组成流水线。箱体壁尺寸是1060x810x530mm。输入、输出开口宽810mm、高140mm，出入口由漏能抑制装置。（2） 微波源主要由32只CK-612连续波磁控管与其电源控制部分组成。工作频率为245050MHz，每只管子输出功率10Kw。（3） 漏能抑制器在加热器的进出口装有梳形抑制器和水负载，能有效防止进出口出微波的泄露。（4） 传输机构由传输带、电机、变速箱、滚轮、紧装置等组成。传输带采用耐高温、低损耗的玻璃纤维胶带可在200下连续工作。炉壁材料的选择：受到与被加热产品Q值有关的总效率与其他因素，诸如卫生学和耐用性的限制。对于有载Q值小于100的负载，最

24、好的金属是采用非磁性的不锈钢。它质地坚硬而且不怕腐蚀。然而当有载Q值超过200时，壁电流会使不锈钢严重的发热，导致了效率过度降低或温度过分升高。这时就需要采用低电阻率的材料，如铝或铜。Q值的计算公式如下： （公式3-1-1）式中 介电常数损耗因子由微波加热技术基础一书可查的25时，水的Q值如下：95时，水的Q值如下：可知水在25到90时Q值均小于100.因为污泥含水率80%以上，所以与水的性质非常接近，所以选用非磁性不锈钢0Cr18Ni9为炉壁的材料，此材料具有良好的耐腐蚀与耐晶间腐蚀性能，为化学工业用的良好耐蚀材料。厚t=1mm。3.2 微波源功率的估算与磁控管的布置3.2.1 微波源功率的

25、估算微波加热设备对处理能力的要连续处理，处理量10t/h；出口温度85。由于处理污泥的含水率高达80%以上，所以用水来代替污泥进行近似计算。由公式 (公式3-2-1)式中 加热效率 P磁控管总功率，W t加热时间，S C比热，4.2x103J/KgM质量，KgT进出口温差，（公式3-2-1）可化为下式 （公式3-2-2）由于P和T多是未知的，取P=300x103W，估算T的值。代入数据到（公式3-2-2）有得T=24.2，取T=25，反过来计算总功率，有为了便于磁控管的选取，取P=320KW。单个磁控管的功率取10kw，则一共需要32磁控管并联，共同为加热器提供能量。由T=25与出口温度85可

26、进口温度为65。可知在微波加热杀菌之前温度还需经过其他加热处理。这样也可降低微波加热设备的功率损耗和成本。3.2.2 微波发生器的选择与布置由功率的初步估算值，本设备采用CK-612磁控管发生器，功率为10Kw。一共用32个CK-612磁控管并联，分四个加热区间，每个加热区间8个磁控管，共同组成微波发生装置。其布置如图3.2.1所示：图3.2.1 磁控管的布置磁控管通过连接波导将微波导入加热器中，物料通过加热器是被逐渐加热。CK-612磁控管电源电路图下图是国产连续波磁控管CK-612的实用电路图。这种电路在大功率微波加热器中已经被普遍采用。图3.2.2 2450MHz、10Kw磁控管线路图其

27、元器件一览表如表3-2-1所示：表3-2-1 CK-612元件一览表磁控管电路图共分为3个部分：大功率电源：采用三相全波整流电路。这种电路避免了三相电网负荷不均匀，影响供电。磁场电源：大功率磁控管的磁场一般采用电磁铁，采用单相桥式整流电路，它为电磁铁提供一直流电压。灯丝电源：磁控管的灯丝电源都采用交流供电，通过调压器和灯丝变压器提供灯丝电压。为防止高频能量从灯丝线路中泄露出来，在灯丝回路上加一高频滤波电路。CK-612磁控管电源电路的操作顺序（1）开机a.开冷却装置 阴极引出部分输出窗用风冷，管体用水冷。b.开电磁铁电源并调到截止磁场时的电磁铁电流。c.预热灯丝，电流42A，15秒后即可加上阳

28、极高压。d.用降低电磁铁电流的方法调节阳极电流使输出功率达到所需电流值，同时，需要相应降低灯丝电流至工作时灯丝电流36A（2）中途停机a.关阳极高压。b.电磁铁电流加至截止磁场时的数值。c.灯丝电流加热至42A。（3）关机a.关阳极高压。b.关灯丝电源。c.关电磁铁电源。d.等1-2分钟后关闭冷却水和风。3.3 进出口电器密封性与观察窗的设计微波对人体的影响主要来自微波的热效应。所谓热效应是微波的能量作用于物体，一部分被吸收，一部分被反射，被吸收的能量大部分转化为分子的动能，形成温度升高。当微波对生物体产生加热以与由于加热足以伤害作用和生理影响时，统称为微波热效应。从表3-1-1中可以看到随着

29、频率的升高，微波透过生物体时被吸收而发热。表3-3-1 微波对生物体的主要效应通过动物实验证明，在高强度的微波照射下，主要对机体引起中枢神经系统的机能障碍以与交感神经乏紧为主的植物神经紧失调。另外，微波对眼睛与睾丸有较明显的影响，会引起白障，一般认为眼睛因为没有脂肪层覆盖，水晶体没有血管散热，因此受微波加热的作用大，致使凝固水晶体蛋白质。另外，从一些生化研究结果来看，还可能有更复杂的酶系统的代障碍。但一般说，微波对机体的作用主要是机能性改变，具有可复性的特点，当停止接触微波数周后即可恢复正常，但个别在大强度长期照射下，会持续较久，甚至有进行性的倾向。在微波加热器的设计中，一般对设计和加工都尽可

30、能使微波能的泄露最小，使之加热效率高，成本低和操作安全，但是由于多种元婴，微波从加热设备中总要或多或少泄露出来，向空间辐射，这种泄露的辐射能量称为漏能。对这样的漏能我们只要采取有效的防护措施和遵守操作规程，懂得防护知识，完全可进行安全操作。连续流水高频系统它的设计中引入一个进口和一个出口，通过这些进出口被处理的材料进入和流出加热器。一般这些口子比较大，这就难免有漏能泄出，所以这些口子必须适当地抗流以吸收从加热器辐射出来的剩余能量。下面介绍本设备的抑制进出口微波泄漏的抑制器结构。1.梳型片状抑制器结构这是一种对直波导、隧道式、组合波导、平板波导等各类加热器的常用漏能抑制器。这种结构制造方便，效果

31、较好。图3.3.1所示是2450MHz频率的一种梳型抑制器的实际尺寸。图3.3.1 梳型抑制器这种抑制器一般用薄铝板根据比进出口的长度稍长一些的尺寸，剪成板条，每10mm左右开1mm小缝形成梳状。其高度根据工作频率2450MHz取29mm左右，略小于/4（约等于30.6mm）。另一边窄边，只要能固定在地板上即可。梳型片直角板间的间距可在10-15mm之间变化，梳型抑制器片的系数越多，抑制漏能的能力愈大，一般可根据进出口大小与漏能的大小来决定。本设备中，取梳型片直角板间的间距为15mm，高度为29mm，长度取510mm。窄边宽度取5mm。2.电阻性抗流器梳型片状抑制器是一种电抗性的抑制器，它保证

32、对漏出的微波能量产生严重的失配，并使其返回加热器中。然而，未被电抗性抗流器抑制的辐射可以进一步被安置在电抗性抗流器末端处微波吸收材料所吸收，用于电阻性抗流器中的材料有碳和水等。本设备采用一个由有机玻璃制成的夹层的矩形箱体，在其中灌满水以吸收微波辐射。这种装置被称为水负载。由这两种装置混合就形成了包括有电阻性与电抗性的混合抗流装置，如图3.3.2所示：图3.3.2 电抗性和电阻性混合型抑制器有机玻璃夹层的外尺寸为60mm30mm，厚1mm。3.观察窗的设计通过观察窗可以察看加热设备的处理过程，与时发现设备运行中的突发状况。但是对于观察窗的设计有特殊的要求，如果处理不好很容易导致微波能的泄露，危害

33、操作人员的人身健康。观察窗的一般设计是在一块薄金属板上打很多规则排列的小孔，将观察窗布置在加热器壁面的适当位置或炉门上。这些孔阵不仅要求满足不同功能要求，还要有良好的微波屏蔽特性，以便使这些部位的微波能泄露控制在允许的安全围。观察窗孔一般以60交叉形和90正方形的孔阵排列。下面以60交叉形孔阵为例介绍观察窗的设计过程。形式如图3.3.3所示：图3.3.3 观察窗60交叉形孔阵排列图对于垂直入射平面电磁波来说，图中的薄壁金属板上排列的小孔阵的作用相当于TEM（横电磁波）摸传输线上的分路感性电纳。若不计孔阵的电阻损耗，则归一化分路电纳为： (式3-3-1)式中 、b表示X和Y轴向的孔间距； d孔径

34、；自由空间波长，而d1.6120011001100 表3-4-4 托辊间距参数由上表选取上托辊间距为1200mm；下托辊间距一般为取为3000mm。头部滚筒到第一组槽形的间距可取为上托辊间距的1-1.3倍。尾部滚筒到第一组托辊间距上托辊间距。由于设备尺寸的限制，此处没有给出具体数值，由托辊的布局间接算出。托辊旋转部分质量：ISO标准将承载带和回程带所用托辊旋转部分质量（kg/m）以下式表示：qRU公式（3-4-1）式中，qRU承载托辊单位长度旋转部分质量 qRO 公式（3-4-2） 式中，qRO回程托辊单位长度旋转部分质量表3-4-5中给出了槽形托辊和平行托辊的旋转部分质量：托辊形式带宽（mm

35、）500650800100012001400160018002000槽形承载托辊铸铁座111214222547507277冲压座89111720回程托辊、平形托辊铸铁座81012172039（V）42（V）61（V）65（V）冲压座79111518托辊直径（mm）89108133159轴承型号204305406407表3-4-5托辊回转部分质量（kg）由表3-4-5确定：承载带托辊旋转部分质量=8kg回程带托辊旋转部分质量=7kg则有：qRUkg/m （3-4-3）qROkg/m （3-4-4）由设备的尺寸，一共布置了6个槽形上托辊，和3个平行下托辊。其中6个槽形中中部布置一个前倾托辊起到调节

36、输送带偏移的作用。结构如图3.4.5所示：图3.4.5 托辊布置 单位：mm3.4.4 滚筒的选择滚筒是带式输送机的重要部件。按其结构与作用的不同分为传动（驱动）滚筒、电动滚筒、外装式电动滚筒和改向滚筒。1.传动滚筒传动滚筒用来传递牵引力或制动力。传动滚筒有钢制光面滚筒、包胶滚筒和瓷滚筒等。钢制光面滚筒主要缺点是表面摩擦系数小，所以一般常用于短距离输送机中。在本设备中，由于运送量相对较小，只有10t/h。所以，可选择摩擦系数相对较小的光面滚筒。由机械设计手册，选择传动滚筒结构如图3.4.6所示：图3.4.6 传动滚筒的基本结构根据带宽可确定基本参数如表3-4-6所示：B/mmD/mm许用转矩/

37、kN.m许用合力/kN轴承型号基本尺寸/mm图号ALL1dKMQPHhh1bd0n5005002.7492231685060049570140703504101203374.520M20250A105Y(Z)表3-4-6 传动滚筒基本参数3.该向滚筒改向滚筒有钢制光面滚筒和光面包胶滚筒。包胶的目的是为了减少物料在其表面的黏结以防输送带的跑偏与磨损。滚筒的轴承有布置在侧与外侧两种形式。改向滚筒的结构形式如图3.4.7所示：图3.4.7 该向滚筒基本结构有带宽，根据机械设计手册，查的尺寸参数如表3-4-7所示：B/mmD/mm许用合力/kN轴承型号基本尺寸/mm图号ALL1QPHhMNd0n500

38、400922210850600945260320903370-M16250B102（G）表3-4-7 改向滚筒基本参数3.4.5 圆周力与功率的计算圆周力等于传动滚筒的牵引力。其表达式为：Fu （3-4-5）式中，-承载带总阻力-回程带总阻力承载带总阻力之和为：A=gL（qB+qRO+qm）f1 （3-4-6）式中，g-重力加速度，m/s2 L -带式输送机长度，m qB -输送带单位长度质量，kg/m qRO -承载托辊旋转部分质量，kg/m qm -输送物料单位长度质量，kg/m f1-承载托辊运行阻力系数，在一般情况下取0.04回程带总阻力之和为: B=gL(qB+qRU)f3 (3-4

39、-7)式中，g -重力加速度，m/s2 L -带式输送机长度，m qB -输送带单位质量，kg/m qRU -回程托辊旋转部分质量，kg/m f3-回程托辊运行阻力系数，一般情况下取0.035以上参数中输送物料单位长度质量（qm）是未知的。又有，输送量QT=3.6qmV=3.6SV (3-4-8)上式中，QT每小时的输送量，等于10t/h qm单位长度物料的质量，kg/m S输送物料最大截面积，m2物料密度，kg/m3 V带速，m/s由上式可得： qm= S （3-4-9） V=m/s（3-4-10）由机械设计手册，输送带上允许的物料最大截面积S可查得，取托辊槽角=35，动堆积角=0，B=50

40、0mm时， S=0.0162 m3取水作为计算介质，则 qm= S=0.01621.0103=16.2kg/m （3-4-11）由输送带参数，（3-4-3），（3-4-6），（3-4-10）可得A=gL（qB+qRO+qm）f1=104.0 N 由输送带参数，（3-4-4），（3-4-7），可得B=gL(qB+qRU)f3=26.2 N 由（3-4-5）可得圆周力 Fu=104.0+26.3=130.2 N则，传动功率 PA= FuV （3-4-12）=130.2x0.17=22.1 W电动机的功率PM表达式为 （3-4-13）式中，-传动效率，围0.78-0.95，此处取0.8计算 W3.4

41、.6托辊间最小挠度允许的输送带最小力的计算为了使物料平稳的运输，保证不使物料从输送带两侧溢出，输送带允许的最大垂度通常是受到限制的。间接反映在输送带有一个最小力的限制。1.对于承载分支 （3-4-14） 式中， -承载段最小力，N -承载段托辊间距，m -输送带单位长度质量，kg/m -输送物料单位长度质量，kg/m -输送带允许的最大垂度，通常取为0.01 -重力加速度，m/s2带入数据得 N最小力发生在尾部改向滚筒绕出处。3.对于回程分支 （3-4-15）式中， -回程段最小力，N -输送带单位长度质量，kg/m -重力加速度，m/s2 -允许的最大垂度，通常取为0.01 -回程段托辊间距

42、，m带入数据得 N回程段发生在传动滚筒绕出处，应等于T2（传动滚筒绕出处拉力）。为了保证最小挠度，对于回程段有T2=2250 N对于承载段有 T1=+A=3330+104.0=3434.0 N式中，T1-传动滚筒绕入处拉力因为，所以取输送带最大力Tmax为3434.0N。3.4.7 输送带强度的校核 Tmax=3434.0 N 式中，B带宽，mm带芯拉断强度，N/mm n输送带安全系数，一般取10所以输送带符合强度要求。3.4.8 紧装置的选择与布置紧装置是带式输送机必不可少的部件，具有以下四个主要作用：使输送带有足够的力，以保证输送带与滚筒间产生必要的摩擦力并防止打滑；保证输送带各点的力不低

43、于一定值，以防止输送带在托辊之间过分松弛而引起撒料和增加运动阻力；补偿输送带的塑性伸长和过渡工况下弹性伸长的变化；为输送带重新接头提供必要的行程。在带式输送机的总体布置时，选择合适的拉紧装置，确定合理的安装位置，是保证输送机正常运转、起动和制动时输送带在传动滚筒上不打滑的重要条件，通常确定拉紧装置的位置时须考虑以下三点：拉紧装置应尽量安装在靠近传动滚筒的空载分支上，以利于起动和制动时不产生打滑现象，对运距较短的输送带可布置在机尾部，并将机尾部的改向滚筒作为拉紧滚筒；拉紧装置应尽可能布置在输送带力最小处，这样可减小拉紧力；应尽可能使输送带在拉紧滚筒的绕入和绕出分支方向与滚筒位移线平行，且施加的拉

44、紧力要通过滚筒中心。本设备采用螺旋紧装置，布置在改向滚筒处，不仅能起到紧的作用还能投调节皮带的跑偏。与具体结构如图3.4.8所示：图3.4.8 螺旋紧装置 3.4.9 电动机和减速器的选择1.传动滚筒转速的计算由前述容可知：传动滚筒直径D=0.5m； 传动滚筒线速度V=0.17m/s。由线速度和角速度的关系可得 （公式3-4-16）式中 传动滚筒角速度，rad/s。又有 （公式3-4-17）式中 n传动滚筒转速，r/min。由公式（3-4-16）和公式（3-4-17）可得3.电动机和减速器的选择由于电动机的功率由前计算不是很大，所以主要考虑输出转速的问题。而一般的电动机转速多很高（有1000r

45、/min和1500r/min等），如果选用一般电动机，则需专门配减速器，成本将增高。由机械设计手册1查的德国SEW公司的R系列(斜齿轮减速电机)能满足转速的输出要求，所以选择斜齿轮减速电机作为动力输出部分。德国SEW公司的R系列斜齿轮减速电机采用模块组合设计，有极其多组合装配型式，功率和转矩围宽，选用方便。其R系列斜齿轮减速电机装配型式和主要技术特征如表3-4-8所示：表3-4-8 SEWR系列电动机直连减速器装配型式与主要技术特征由表可知其输出功率和传动比变化围多较大，下面将一输出转速n=6.5r/min为标准选择斜齿轮减速电动机。由SEW R系列斜齿轮减速电机承载能力表可查的所需减速器型号和电动机型号组合。如表3-4-9所示：表3-4-9 SEW R系列斜齿轮减速电机承载能力由上表确定选择的减速器型号为RF107，电动机型号为DV100M6。其外形如图3.4.9所示：图3.4.9 斜齿轮减速电机外形减