Результат интеллектуальной деятельности: МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СУШИЛЬНО-ВЫТЯЖНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к области техники для восстановительного ремонта сложных технических систем на местах их дислокации с применением мобильных ремонтно-диагностических комплексов (РДК).

Известны технические решения по организации рабочих мест для электрорадиомонтажных работ и работ по восстановлению влагозащитных лакокрасочных покрытий и маркировки сменных элементов радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах.

Примером могут служить технические решения по организации указанных рабочих мест в составе технологической мастерской передвижной ремонтной базы (ПРБ) «48Ш6» (RU 72664, кл. B60P 3/14, 2007).

Недостатками данных технических решений являются необходимость использования для указанных работ нескольких рабочих мест (рабочее место электрорадиомонтажника, рабочее место для нанесения влагозащитных покрытий и маркировки), необходимость применения нескольких комплектов технологического оборудования (несколько устройств местной вытяжки, отдельный сушильный шкаф), что требует выделения существенного пространства в рабочих отсеках известной ПРБ.

Указанный недостаток устранен в техническом решении по патенту на полезную модель RU 93810, кл. D06F 58/10, 2009.

Устройство по патенту RU 93810 содержит в своем составе отсек сушки, нагревательный отсек с входящими в его состав нагревателем, вентилятором, терморегулятором с вынесенным термодатчиком, установленным на внутренней боковой стенке отсека сушки, выключателем, установленным на передней панели нагревательного отсека, и вытяжной отсек, содержащий вентилятор, установленный на задней стенке вытяжного отсека напротив вытяжного отверстия в стенке корпуса технологического отсека РДК, выключатель вентилятора, установленный на передней панели нагревательного отсека, и гибкий шланг местной вытяжки, подсоединенный к отверстию в боковой стенке вытяжного отсека. Устройство конструктивно размещается на боковой стенке технологического отсека мобильного РДК над поверхностью стола рабочего места электрорадиомонтажника.

Достоинствами устройства по патенту RU 93810 является компактность и функциональная полнота, включающая реализацию вытяжки с рабочего места электрорадиомонтажника и сушку влагозащитных покрытий отремонтированных печатных плат.

Недостатком устройства по патенту RU 93810, принимаемому за ближайший аналог, является неравномерность полимеризации влагозащитных покрытий из-за неравномерности воздушных потоков в отсеке сушки вследствие конструкции устройства, а также вследствие неравномерности воздушных потоков в рабочем объеме отсека сушки при неполностью занятом пространстве отсека.

Для расчета параметров воздушных потоков, циркулирующих в рабочем пространстве отсека сушки, можно воспользоваться методом крупных частиц (МКЧ) для решения системы уравнений Эйлера.

Рассмотрим алгоритмы решения полной системы уравнений вихревого движения сплошной среды с учетом сжимаемости в наиболее общем пространственно-трехмерном нестационарном случае МКЧ.

Для решения задач нестационарных уравнений Эйлера используем систему уравнений, записанную в безразмерном виде:

где E=J+(u²+v²)/2 - полная удельная энергия, p - давление, ρ - плотность, J - внутренняя энергия единицы массы среды, W - вектор скорости, u, v - компоненты вектора скорости воздушного потока по осям ОХ и OY соответственно, t - время, γ - показатель адиабаты газа. В системе уравнений записаны: закон сохранения массы, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, уравнение состояния совершенного газа.

Идея МКЧ состоит в расщеплении по физическим процессам исходной нестационарной системы уравнений Эйлера. Весь процесс вычисления состоит из многократного повторения шагов алгоритма по времени. Расчет каждого временного шага, в свою очередь, разбивается на три этапа: эйлеров, лагранжев и заключительный.

Используем разностную схему МКЧ первого порядка точности.

Область интегрирования покрывается фиксированной в пространстве расчетной сеткой в декартовой системе координат с прямоугольными ячейками (размерами Δx и Δy) и разбивается на N1×M1 ячеек, где N1, M1 - число ячеек по осям OX, OY соответственно.

Эйлеров этап. На этом этапе в исходной системе уравнений учитывается только действие сил давления и не учитываются конвективные члены. Из системы уравнений (1) получим:

Аппроксимируя систему уравнений (2), получим следующие разностные уравнения:

Здесь - величины для n-го слоя по времени t в ячейке с номером (i, j), где i=1, 2, 3, …, N1 - индекс по направлению оси ОХ; j=1, 2, 3, …, M1 - по направлению оси OY; Δt, Δx, Δy - сеточные параметры соответственно по t, x, y; Х={u, v, E}; - плотность; - давление; n - индекс по времени, tⁿ=nΔt, n=0, 1, 2, … Величины с дробными индексами относятся к границам между ячейками (i, j) и (i±1, j) (левая или правая граница), (i, j) и (i, j=±1) (нижняя или верхняя граница). Величины на правых и верхних границах рассчитываются по следующим формулам:

Величины для левой и нижней границы определяются аналогично.

Лагранжев этап. На этом этапе определяются потоки массы через границы эйлеровых ячеек за время Δt по формулам первого порядка точности.

На правой границе:

На верхней границе:

Здесь и - потоки массы через границы эйлеровых ячеек. Потоки массы и на левой и нижней границах соответственно определяются аналогично. Значение плотности определяется в зависимости от направления потока, то есть берется значение плотности в той ячейке, откуда течет поток, выполняется транспортное свойство разностных схем.

Заключительный этап. Вычисляются окончательные поля параметров потока ρ, u, ν, E и p на фиксированной эйлеровой сетке в момент времени tⁿ⁺¹=tⁿ+Δt. Для определения направления потока используется функция , где m=1, 2, 3, 4 - пронумерованные направления потока в ячейке. Притом значение функции принимает 1, если поток втекает в ячейку, 0, если поток вытекает из ячейки.

Параметры потока ρ и X={u, v, E} для рассматриваемой ячейки будут следующими (формулы 7):

,

В процессе расчета нестационарной задачи организуется цикл по времени t от начального значения до конечного с шагом Δt (выбирается из соображений устойчивости численного решения). Количество шагов (циклов) по времени определяется исходя из установившегося режима потока. Поток считается установившимся, если во всем поле течения (во всех расчетных ячейках области) выполняется неравенство

где f={ρ, E, u, ν, w}, а величины ρ, E, u, ν, w - плотность, полная удельная энергия, компоненты скорости по координатным осям, ε - некоторая малая константа, характеризующая точность (для большинства расчетов принимается ε=10^-5).

Используя данный метод расчета, можно смоделировать воздушные потоки и определить характеристики воздушных потоков с течением времени в рабочем объеме отсека сушки устройства-аналога.

На фиг.1 показаны результаты моделирования движения воздушных потоков в устройстве-аналоге; на фиг.2 - принцип действия отсека сушки с установленными в нем дополнительными элементами, обеспечивающими равномерность распределения воздушного потока в рабочем пространстве отсека сушки при разной нагрузке; на фиг.3 - свободные участки в пространстве рабочего объема отсека сушки, образованные при неполной загрузке отсека сушки объектами сушки; на фиг.4 - конструктивное исполнение выходных каналов распределителя воздушного потока.

Из фиг.1 следует, что наблюдается значительная неравномерность распределения воздушных потоков, циркулирующих в рабочем пространстве отсека сушки устройства-аналога, следствием чего является неравномерность полимеризации влагозащитных покрытий объектов ремонта.

Целью заявленного технического решения является повышение качества сушки и равномерности полимеризации влагозащитных покрытий объектов ремонта (в частности - сменных элементов радиоэлектронной аппаратуры на печатных платах).

Указанный технический результат достигается тем, что в сушильно-вытяжное устройство, содержащее отсек сушки, нагревательный отсек с входящими в его состав нагревателем, вентилятором, терморегулятором, вытяжной отсек, содержащий вытяжной вентилятор, гибкий шланг местной вытяжки дополнительно введен распределитель входного воздушного потока, установленный на внутренней стороне боковой стенки отсека сушки, входом подсоединенный к выходу нагревательного отсека, а выходами направленный в сторону объектов сушки, помещаемых во внутреннее пространство отсека сушки, имитаторы объектов сушки, размещаемые в свободных местах внутреннего пространства отсека сушки, не занятых объектами сушки, с обеспечением постоянного равномерного сопротивления воздушному потоку от выходов распределителя воздушного потока, и многоканальный воздухосборник, установленный на противоположную от распределителя воздушного потока внутреннюю стенку отсека сушки, входы каналов воздухосборника ориентированы навстречу соответствующим выходным каналам распределителя входного воздушного потока, а выход воздухосборника подсоединен ко входу нагревательного отсека таким образом, чтобы обеспечивалась непрерывная циркуляция воздуха между нагревательным отсеком и пространством отсека сушки, через который производится забор возвратного воздушного потока из отсека сушки.

Радиоэлектронная аппаратура органов управления нагревом и циркуляцией воздуха конструктивно может быть изолирована от воздействия нагретым воздухом, циркулирующим через нагревательный отсек, путем помещения этой аппаратуры в автономный корпус.

Равномерность нагретого воздушного потока, как показано на фиг.2, и равномерность полимеризации покрытий обеспечивается следующими взаимосвязанными конструктивными решениями:

1) нагретый воздух поступает во внутреннее пространство отсека 1 сушки не снизу отсека 1 сушки (из выходного отверстия 2 нагревательного отсека 3) как в устройстве-аналоге, а из выходных каналов распределителя воздушного потока 4. Выходные отверстия (каналы) 5 распределителя воздушного потока 4 распределяются равномерно по высоте боковой стенки отсека 1 сушки. При этом размеры выходных отверстий (каналов) 5 распределителя воздушного потока 4 увеличиваются по мере удаления от выхода нагревательного отсека 3 таким образом, чтобы интенсивность парциальных нагретых воздушных потоков по всему сечению внутреннего пространства отсека 1 сушки (на всех уровнях относительно нагревательного отсека 3) была одинаковой;

2) парциальные воздушные потоки, исходящие из каждого выходного канала распределителя воздушного потока 4, перехватываются на противоположной стороне соответствующими входными каналами воздухосборника 6, расположенного на внутренней стороне противоположной стенки отсека 1 сушки, и вытягиваются из отсека 1 сушки через входное отверстие 7 нагревательного отсека 3. Входные отверстия (каналы) 8 воздухосборника 6 расположены симметрично выходным отверстиям (каналам) 5 распределителя воздушного потока 4 (см. фиг.2а). Этим обеспечивается равномерность парциальных воздушных потоков на всех уровнях отсека 1 сушки, исключается завихрение воздушных потоков и создаются условия для равномерной сушки и полимеризации покрытий во всем объеме отсека 1 сушки;

3) для выравнивания сопротивления воздушным потокам при неполностью занятом пространстве отсека 1 сушки на свободные места рабочего объема перед началом сушки помещаются конструктивные (габаритные) имитаторы 9 объектов сушки (в виде габаритных макетов, размещаемых в подвешенном состоянии аналогично реальным объектам сушки на свободные участки пространства рабочего объема отсека сушки с обеспечением равномерного сопротивления входному воздушному потоку по всему поперечному сечению объема отсека сушки). Свободные участки в пространстве рабочего объема отсека 1 сушки могут образоваться при неполной загрузке этого объема объектами сушки 10 из-за меньшего количества помещаемых объектов сушки 10 и из-за различных размеров объектов сушки 10, приводящих к образованию локальных свободных объемов (см. фиг.3). В эти места перед сушкой помещаются технологические приспособления (имитаторы 9 объектов сушки), представляющие собой конструктивные элементы (вырезки из фанеры, текстолита и т.п.) разных размеров по ширине, высоте и толщине - исходя из толщины объектов сушки 10.

Имитаторы 9 объектов сушки подвешивают так же, как и реальные объекты сушки 10, и размещают на свободные места в одной плоскости с малоразмерными объектами сушки 10 (обеспечивается равномерное заполнение сечения пространства отсека 1 сушки). В результате обеспечиваются одинаковые условия для прохождения нагретых парциальных воздушных потоков (одинаковое сопротивление воздушному потоку) по всему сечению отсека 1 сушки, создаются условия для равномерной циркуляции воздушных потоков и для равномерной полимеризации влагозащитных покрытий по всему объему отсека 1 сушки.

Таким образом, введение указанных новых конструктивных элементов и конструктивных связей обеспечивает реализацию заявленного технического эффекта.

Конструктивная реализация заявленного технического решения.

1. Базовая конструкция устройства реализуется так же, как и устройство-аналог по патенту RU 93810.

2. Распределитель воздушного потока и воздухосборник изготавливаются, например, из тонкой жести или термоустойчивой пластмассы и крепятся к внутренним сторонам боковых стенок отсека сушки. В целях упрощения изготовления, конструкции воздухосборника и распределителя воздушного потока могут быть идентичными (с зеркальным расположением отверстий навстречу друг друга) - фиг.2а.

3. Выходные каналы распределителя воздушного потока могут быть выполнены в виде вытянутых прямоугольных отверстий или представлять собой группу круглых отверстий малого диаметра (3-10 мм), расположенных в несколько рядов, что позволит подавать приточный воздух в виде единого воздушного потока (слияние приточных струй происходит на расстоянии, не превышающем 5 диаметров отверстий) - фиг.4.

4. Имитаторы объектов сушки могут представлять собой вырезки из многослойной фанеры или текстолита, единовременно покрытые слоем лака. Наборы габаритных размеров имитаторов объектов сушки определяются исходя из вариантов размеров ожидаемых свободных мест при сушке. В качестве имитаторов объектов сушки могут использоваться бракованные реальные объекты сушки (например, печатные платы с установленными на них электрорадиоэлементами), не подлежащие дальнейшему использованию по назначению.