Результат интеллектуальной деятельности: Микроволновая установка с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме

Предполагаемое изобретение относится к сверхвысокочастотному оборудованию и может быть использовано в кролиководческом хозяйстве, например для сбора волосяного покрова со шкур кроликов.

Известен способ снятия пуха со шкурок кроликов, для чего шкуры предварительно отволаживаются путем натирания с мездровой стороны теплым раствором соли (4%), после чего отделение пуха от мездры осуществляется на щипальных машинах [1].

Известно, что в электромагнитном поле сверхвысокой частоты многокомпонентное сырье можно избирательно нагреть. Поэтому разрабатываем микроволновую установку, резонаторная камера которой обеспечивала бы нагрев кожи в процессе вымачивания в растворе соли (рассоле) для разрушения волосяных луковиц, освобождающих волосяной покров от дермы.

В предлагаемой сверхвысокочастотной установке непрерывного режима работы происходит ослабление силы удерживаемости волосяного покрова в дерме кожи, в процессе передвижения эллипсоидных резонаторов (без верхних сегментов) со шкурами на правилках, мездровая сторона которых увлажняется рассолом, залитым в диэлектрический корпус, в виде усеченного конуса. Рассол в электромагнитном поле сверхвысокой частоты смягчает кожу, расширяет поры, разрушает волосяные луковицы и освобождает волосяной покров от дермы. Сбор освобожденного волосяного покрова обеспечивается с помощью пневмонасоса.

Известно, что если отсутствуют потери на излучение и объемный резонатор обладает высокой собственной добротностью, то потери сверхвысокочастотной энергии, идущие на нагрев стенок, уменьшаются, а КПД установки увеличивается [2]. В связи с этим разрабатываем микроволновую установку с резонаторной камерой, обладающей достаточно высокой собственной добротностью, высокой напряженностью электрического поля, обеспечивающей непрерывность технологического процесса воздействия электромагнитного поля со скважностью меньше или равной 0,5 (отношение продолжительности воздействия к продолжительности цикла). Это позволит выровнить температуру и давление в объеме кожи, т.е. исключить неравномерный нагрев.

Известно, что самой максимальной добротностью обладают сферические резонаторы, но при большом габарите правилки для кожи, в больших сферических объемах обеспечить высокую напряженность электрического поля затруднительно, а в сплющенном эллипсоиде вращения напряженность электрического поля будет достаточно высокой, позволяющий обеззараживать волосяной покров шкуры. При расположении сплющенных резонаторов, с малой осью по траектории их перемещения, и расстоянием между ними больше, чем длина малой оси, можно обеспечить скважность меньше, чем 0,5, т.е. радиальный угол между эллипсоидами вращения должен быть меньше, чем радиальный угол, куда размещен сплющенный эллипсоид вращения.

Проанализируем, при каких конструкционных размерах сплющенного эллипсоида вращения можно сохранить высокую собственную добротность и как обеспечить непрерывность технологического процесса. Если сегмент сплющенного эллипсоида вращения отделить и установить стационарно, внутрь поместить излучатель от магнетрона сверхвысокочастотного генератора, а основную часть эллипсоида передвигать, то образуется резонаторно-лучевая электродинамическая система, обеспечивающая диэлектрический нагрев сырья.

Собственную добротность резонатора, выполненного в виде эллипсоида вращения, можно приблизительно рассчитать и определить эффективные размеры. Собственная добротность резонатора - это удвоенное отношение объема, в котором запасается энергия электромагнитного поля, к объему, в котором она расходуется, т.е. к объему, занимаемому поверхностным слоем во всех стенках резонатора [2]: (1)

где V - объем резонатора, м³; S - площадь внутренней поверхности стенок резонатора, м²; Δ - толщина поверхностного слоя, м; К - геометрический множитель, учитывающий снижение добротности резонатора из-за щели между сегментом и передвижной частью эллипсоида, и окна зашторенного сеткой из неферромагнитного материала.

Для неферромагнитных материалов толщина поверхностного слоя при изготовлении резонатора из алюминия определяется по формуле [2]:

, (2)

где f - частота электромагнитного поля, Гц; σ - удельная проводимость алюминия, См/м; - удельная проводимость меди, См/м.

Сплюснутый эллипсоид вращения получается вращением эллипса вокруг малой оси. У сплюснутого эллипсоида вращения две большие (2a) оси и одна малая (2b) ось.

Площадь поверхности сплюснутого сфероида при эффективных размерах полуосей:

(3)

Объем сплюснутого сфероида:

Собственная добротность резонатора в виде эллипсоида вращения с учетом потерь энергии через щели:

(4)

Исследования показывают, что при таком же объеме собственная добротность сферического резонатора может составить 10000, но габаритные размеры всей установки намного увеличатся, поэтому разрабатываем резонаторы, в виде сплюснутого эллипсоида вращения (пустотелый эллипсоид). Реальное значение собственной добротности резонатора будет чуть ниже расчетного значения, из-за шероховатости его внутренней поверхности резонатора. Как видим собственная добротность эллипсоида вращения меньше собственной добротности сферы на 20%.

Технической задачей изобретения является разработка микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами, обеспечивающей ослабление силы удерживаемости волосяного покрова в дерме шкур кроликов, мездровая сторона которых увлажняется рассолом в процессе воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты и сбор пуха в непрерывном режиме.

Микроволновая установка с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме характеризуется тем,

что внутри вертикально расположенного цилиндрического экранирующего корпуса по периферии установлены сплющенные эллипсоиды вращения без верхних сегментов с большой осью в вертикальной плоскости, так что между собой и валом электродвигателя связаны с помощью шарнирных крепежей для обеспечения их передвижения и опрокидывания,

а радиальный угол между эллипсоидами вращения больше, чем радиальный угол размещения эллипсоида вращения, причем верхние сегменты расположены стационарно под верхним основанием экранирующего корпуса, содержащим загрузочное отверстие с двухстворчатой крышкой, размером сечения сегмента, патрубки для отвода пуха и подачи рассола в корпуса, куда помещаются правилки с шкурами, мездровой стороной наружу, причем правилки и корпуса выполнены из диэлектрического материала в виде усеченных конусов с прямоугольным сечением,

при этом в некоторые сегменты помещены излучатели от магнетронов сверхвысокочастотных генераторов, расположенных на верхнем основании экранирующего корпуса, а к некоторым сегментам прикреплены патрубки для отвода пуха и подачи рассола, причем на образующей цилиндрического экранирующего корпуса имеется окно, размером с вертикальное сечение эллипсоида по малой оси, зашторенное с помощью металлосеточной пленки.

Эллипсоид вращения вместе с сегментом, содержащим излучатель от магнетрона сверхвысокочастотного генератора, образует эллипсоидный резонатор.

На фиг. 1 приведено пространственное изображение микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме (в разрезе):

1 - цилиндрический экранирующий корпус;

2 - правилки из диэлектрического материала в виде усеченных конусов с прямоугольным сечением;

3 - корпуса из диэлектрического материала в виде усеченных конусов с прямоугольным сечением;

4 - верхние сегменты эллипсоидов вращения из неферромагнитных материалов, расположенные в радиальной плоскости;

5 - верхнее основание цилиндрического экранирующего корпуса из неферромагнитного материала;

6 - патрубок для подачи рассола;

7 - вал электродвигателя;

8 - излучатели от магнетронов сверхвысокочстотных генераторов;

9 - патрубки для отвода пуха;

10 - эллипсоиды вращения без верхнего сегмента (сплюснутые, сфероиды) из неферромагнитного материала, расположенные в вертикальной плоскости;

11 - шарнирные крепежи;

12 - направляющий ободок с направляющей дугой для выгрузки правилки;

13 - штора, экранирующая из металлосеточной пленки

На фиг. 2 приведено пространственное изображение микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме (без загрузочного отверстии и шторы).

На фиг. 3 приведено пространственное изображение микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме (с опрокинутым корпусом на направляющий ободок).

На фиг. 4 приведено пространственное изображение микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме (без верхнего основания экранирующего корпуса, без шторы, без ободка).

На фиг. 5 приведено пространственное изображение микроволновой установки с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме с ободком и шторой (без верхнего основания):

На фиг. 6 приведено пространственное изображение эллипсоида вращения из неферромагнитного материала, без верхнего сегмента.

На фиг. 7 приведено пространственное изображение эллипсоида вращения (сплюснутого) без сегмента, внутри которого соосно расположен корпус 3 с правилкой 4 из диэлектрического материала.

На фиг. 8 приведено пространственное изображение сегмента эллипсоида вращения.

На фиг. 9 приведено пространственное изображение корпуса из диэлектрического материала в виде усеченного конуса с прямоугольным сечением.

На фиг. 10 приведено пространственное изображение правилки из диэлектрического материала в виде усеченного конуса с прямоугольным сечением, со сплошными основаниями.

На фиг. 11 приведено пространственное изображение нижнего основания экранирующего корпуса с валом для перемещения эллипсоидов вращения (без верхних сегментов), связанных между собой с шарнирными крепежами.

На фиг. 12 приведено пространственное изображение шарнирного крепежа, обеспечивающего связь между эллипсоидами вращения и валом электродвигателя.

Микроволновая установка с эллипсоидными резонаторами для отделения волосяного покрова со шкур кроликов в непрерывном режиме (фиг. 1 - 12) содержит: цилиндрический экранирующий корпус 1; диэлектрические правилки 2; диэлектрические корпуса 3; верхние сегменты эллипсоидов вращения 4; верхнее основание цилиндрического экранирующего корпуса 5; патрубок для подачи рассола 6; вал электродвигателя 7; излучатели 8; патрубки для отвода пуха 9; сплюснутые эллипсоиды вращения без верхнего сегмента 10; шарнирные крепежи 11; направляющий ободок с направляющей дугой для выгрузки правилки 12; штора, экранирующая из металлосеточной пленки 13.

Установка содержит следующие узлы:

- цилиндрический экранирующий корпус 1 с металлосеточной шторой 13 на окне, вырезанном на его боковой поверхности, установленный на монтажном каркасе, где расположен электродвигатель для привода связанных между собой эллипсоидов 10 вращения (без сегментов 4), а также пневмонасос и емкость с рассолом;

- эллипсоиды вращения 10 (без верхних сегментов 4), связанных через шарнирные крепежи 11 между собой и с валом 7 электродвигателя, обеспечивающего их передвижение, соприкасаясь с ободком 12 с направляющей дугой, обеспечивающей поочередное опрокидывание эллипсоида для выгрузки правилки 2 с кожей через зашторенное 13 окно;

- верхнее основание 5 цилиндрического экранирующего корпуса 1, имеющее загрузочное отверстие, закрытое двухстворчатой крышкой, с внутренней стороны корпуса стационарно прикреплены сегменты эллипсоидов вращения 5, куда помещены излучатели 8 от магнетронов, а сквозь основания 5 экранирующего корпуса установлены патрубки 9 и 6 для отвода пуха и подачи рассола.

Внутри вертикально расположенного цилиндрического экранирующего корпуса 1 по периферии установлены эллипсоиды вращения 10 (сплющенные). Они 10 установлены так, что одна большая ось эллипсоида в вертикальной плоскости, вторая большая ось в радиальной плоскости цилиндрического экранирующего корпуса, а малая ось - со стороны образующей цилиндрического экранирующего корпуса 1. Эти эллипсоиды вращения 10 связаны между собой и валом электродвигателя 7 с помощью шарнирных крепежей 11 для обеспечения их передвижения.

Верхние сегменты 4 эллипсоидов вращения прикреплены стационарно под верхним основанием 5 экранирующего корпуса 1. На верхнем основании имеется отверстие, закрытое двухстворчатой крышкой, размером сечения сегмента 4, для загрузки правилки 2 со шкурой кролика, а также патрубки 9, 6для отвода пуха с помощью пневмонасоса и подачи рассола в пространство между кожей и корпусом 3 в виде усеченного конуса прямоугольным сечением из диэлектрического материала. Внутрь корпуса 3 из диэлектрического материала укладывают правилки 2 с шкурой. Правилки 2 из диэлектрического материала выполнены в виде усеченных конусов с прямоугольным сечением, причем основания каждого усеченного конуса закрыты сплошной плоскостью, для ограничения доступа рассола в внутрь шкуры (со стороны пуха).

Некоторые сегменты 4 эллипсоидов вращения содержат излучатели 8 от соответствующих магнетронов сверхвысокочастотных генераторов, расположенных на верхнем основании 5 экранирующего корпуса 1. К другим сегментам 4 эллипсоидов вращения прикреплены патрубки для отвода пуха 9 и подачи рассола 6.

На образующей цилиндрического экранирующего корпуса 1 имеется окно, зашторенное с помощью металлосеточной пленки 13, размером вертикального сечения эллипсоида вращения 10 по малой оси. Это окно предназначено для выгрузки из корпуса 3 правилки 2 с кожей. С внутренней стороны образующей экранирующего корпуса 1 установлен ободок 12 с направляющей дугой, так что обхватывает эллипсоиды вращения 10 с периферийной стороны, кроме одного эллипсоида, опрокинутого на направляющую дугу от ободка 12. Направляющая дуга размещена около шторы 13, внутри экранирующего корпуса 1, так, чтобы из опрокинутого эллипсоида вращения 10 могла выгрузиться правилка 2 с кожей.

Технологический процесс сбора волосяного покрова со шкур кроликов в микроволновой установке с эллипсоидными резонаторами, обеспечивающей ослабление силы удерживаемости пуха в волосяных луковицах за счет избирательного диэлектрического нагрева кожи, мездровая сторона которой вымачивается в рассоле, происходит следующим образом.

Натянуть на правилки 2 шкуры кроликов. Включить электродвигатель, вал 7 которого связан с шарнирными крепежами 11 для передвижения эллипсоидов вращения 10 без их верхних сегментов. Направить правилки 2 со шкурой в внутрь корпуса 3 из диэлектрического материала через загрузочное отверстие, закрытое двухстворчатой крышкой на верхнем основании 6 цилиндрического экранирующего корпуса 1. При продавливании правилкой 2 двухстворчатая крышка раздвигается вниз, правилка размещается в корпусе 3, после чего крышка возвращается в исходное положение. В процессе передвижения эллипсоидов вращения 10 в цилиндрическом экранирующем корпусе 1, поочередно загрузить через загрузочное отверстие корпуса 3 из диэлектрического материала правилки, с натянутыми шкурами кроликов.

Включить насос для подачи рассола через патрубок 6 в промежуток между корпусом 3 и кожей. При этом в рассоле вымачивается мездровая сторона шкуры, а просачивание рассола внутрь правилки ограничено, из-за сплошных оснований конусообразных правилок 2. Далее включить сверхвысокочастотные генераторы, при этом излучатели 8, расположенные в верхних сегментах 4, направленные внутрь эллипсоидов вращения, обеспечивают электромагнитное поле сверхвысокой частоты в резонаторах, образованных при стыковке сегментов 4 с излучателями и эллипсоидов вращения 10. При многократном воздействии электромагнитного поля сверхвысокой частоты на вымоченную в рассоле кожу, через паузу между резонаторами, кожа смягчается, в ней расширяются поры, разрушаются волосяные луковицы и волосяной покров освобождается от дермы. Пауза обеспечивает выравнивание температуры в каждой элементарной частице кожи, исключает коробление.

Освобожденный от дермы волосяной покров пневмонасосом через сегмент связанный с патрубком 9 отводится в циклон, а правилка 2 с кожей без меха выпадает в процессе опрокидывания эллипсоида вращения 10, когда переместится до направляющей дуги на ободке 12. Шарнирные крепежи 11 обеспечивают опрокидывание эллипсоидов. Штора 13, выполненная из металлосеточной пленки ограничивает излучение через выгрузное окно. Процессы загрузки правилки со шкурой, залив рассола, воздействие электромагнитного поля сверхвысокой частоты, отсос волосяного покрова, выгрузка правилки с кожей повторяются в непрерывном режиме. Падающие и отраженные волны вне резонаторов поглощаются рассолом, залитым на нижнее основание экранирующего корпуса, так как патрубок 9 для залива рассола между резонаторами не перекрывается. Это снижает излучение за пределы установки через загрузочное окно и штору 12.

Источники информации:

1. А.С. № 40499, http://www.findpatent.ru/patent/4/40499.html.

2. Пчельников, Ю.Н. Электроника сверхвысоких частот / Ю.Н. Пчельников, В.Т. Свиридов. - М.: Радио и связь, 1981. - 96 с.