卷煙薄片微波烘箱使用現(xiàn)狀分析與改進(jìn)

【摘要】薄片微波烘箱在煙草薄片線上的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段，設(shè)備運(yùn)行可靠性差，部分元器件容易燒毀。本文對(duì)某一卷煙廠薄片微波烘箱使用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】薄片；微波烘箱；微波加熱；磁控管；散熱；冷卻系統(tǒng)；分析；改進(jìn)

1、微波干燥的基本原理概述

微波加熱技術(shù)是利用電磁波把能量傳播到被加熱物體內(nèi)部，加熱達(dá)到生產(chǎn)所需求的一種新技術(shù)。常用的微波頻率有915MHz和2450MHz?！?〕由于具有高頻特性，它以每秒數(shù)十億次的驚人速度進(jìn)行周期變化，物料中的極性分子（典型的如水分子、蛋白質(zhì)、核酸、脂肪、碳水化合物等）吸收了微波能以后，它們?cè)谖⒉ǖ淖饔孟鲁史较蛐耘帕械内厔?shì)，改變了其原有的分子結(jié)構(gòu)。當(dāng)電場(chǎng)方向發(fā)生變化時(shí)，亦以同樣的速度做電場(chǎng)極性運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起分子的轉(zhuǎn)動(dòng)，致使分子間頻繁碰撞而 產(chǎn)生了大量的摩擦熱，以熱的形式在物料內(nèi)表現(xiàn)出來，從而導(dǎo)致物料在短時(shí)間內(nèi)溫度迅速升高、加熱或熟化。〔2〕

微波加熱具有以下幾個(gè)顯著特點(diǎn)：（1）加熱速度快。（2）低溫滅菌，保持營(yíng)養(yǎng)。（3）加熱均勻。微波加熱時(shí)，物體各部位不論形狀如何，通常都能均勻滲透微波產(chǎn)生熱量。因此均勻性大大改善。可避免外焦內(nèi)生、外干內(nèi)濕現(xiàn)象，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。（4）加熱干燥具有自動(dòng)平衡能力。微波對(duì)不同性質(zhì)的物料有不同的作用，因?yàn)樗肿訉?duì)微波的吸收最好，所以含水量高的部位，吸收微波功率多于含水量較低的部位；物料中水比干物質(zhì)吸收微波的能力強(qiáng)，故水受熱高于干物質(zhì)，這有利于水分溫度上升，促使水分蒸發(fā)，也有利于干物質(zhì)發(fā)生過熱現(xiàn)象，這對(duì)減少營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味破壞極為有利。（5）節(jié)能高效。微波對(duì)不同物質(zhì)有不同的作用，微波加熱時(shí)，被加熱物一般都是放在金屬制造的加熱室內(nèi)，加熱室對(duì)微波來說是一個(gè)封閉的空腔，微波不能外泄；外部散熱損失少，只能被加熱物體吸收，加熱室的空氣與相應(yīng)的容器都不會(huì)發(fā)熱，沒有額外的熱能損耗，所以熱效率極高；同時(shí)，工作場(chǎng)所的環(huán)境也不會(huì)因此升高，環(huán)境條件明顯改善。所以節(jié)能、省電，一般可節(jié)省30%—50%。（6）易于控制。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)微波加熱干燥設(shè)備只要操作控制控制旋紐即可瞬間達(dá)到開停的目的。（7）改善勞動(dòng)條件，節(jié)省占地面積。微波加熱設(shè)備無余熱、無產(chǎn)品污染問題，容易滿足食品衛(wèi)生要求，本身又不發(fā)熱、不輻射熱量，所以大大改善了勞動(dòng)條件，而且設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，節(jié)省廠房面積。

2、現(xiàn)有微波烘箱系統(tǒng)存在的問題及原因分析

2.1存在的問題

卷煙廠薄片微波烘箱系統(tǒng)存在的一些主要問題：磁控管易損壞，高壓變壓器易燒壞，元器件更換頻率高；且設(shè)備線路布局混亂，空間狹小，維修難度大。

2.2原因分析

（1）磁控管損壞。磁控管是一種用來產(chǎn)生微波能的電真空器件。實(shí)質(zhì)上是一個(gè)置于恒定磁場(chǎng)中的二極管。管內(nèi)電子在相互垂直的恒定磁場(chǎng)和恒定電場(chǎng)的控制下，與高頻電磁場(chǎng)發(fā)生相互作用，把從恒定電場(chǎng)中獲得能量轉(zhuǎn)變成微波能量，從而達(dá)到產(chǎn)生微波能的目的。

一般情況下磁控管損壞的主要原因有以下幾點(diǎn)：其一、散熱不好。冷卻是保證磁控管正常工作的條件之一，工作時(shí)磁控管會(huì)出現(xiàn)電壓相對(duì)很高，電流很大，溫度很高的情況，如果冷卻不良，將使管子過熱而不能正常工作，嚴(yán)重時(shí)將燒壞管子。卷煙廠微波烘箱裝置，安裝磁控管空間狹小，環(huán)境溫度較高（一般超過60℃），磁控管陽(yáng)極雖然采用了水冷卻方式，但冷卻效果不夠理想，因此散熱不好是問題原因之一。其二、負(fù)載匹配不好。無論什么設(shè)備都要求磁控管的輸出負(fù)載盡可能做到匹配，也就是它的電壓駐波比應(yīng)盡可能的小。駐波比大不僅反射功率大，使被處理物料實(shí)際得到的功率減少，而且會(huì)引起磁控管跳模和陰極過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞管子。負(fù)載的匹配度與高壓變壓器、電容、二極管、磁控管等的參數(shù)息息相關(guān)，對(duì)于烘箱系統(tǒng)現(xiàn)在的匹配情況來看，還可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。其三、陰極過熱。合理調(diào)整陰極加熱功率。磁控管起振后，由于不利電子回轟陰極使陰極溫度升高而處于過熱狀態(tài)，陰極過熱將使材料蒸發(fā)加劇，壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)將燒壞陰極。防止陰極過熱的辦法是按規(guī)定調(diào)整降低陰極加熱功率。根據(jù)卷煙廠現(xiàn)在存在問題來看，我們需要對(duì)控制系統(tǒng)做進(jìn)一步的優(yōu)化，合理調(diào)整陰極加熱功率。

（2）變壓器損壞。微波變壓器不同于一般的變壓器，它是一種升壓變壓器，也就是說，它的輸入電壓也叫初級(jí)電壓是較低的，一般是220V，而它的輸出電壓也叫次級(jí)高壓很高，一般在2100V左右，也就是說微波變壓器的次級(jí)繞組線圈匝數(shù)多，線徑細(xì)。容易出問題的就集中在次級(jí)這一邊，然后我們來分析變壓器到底是怎么燒壞的？微波變壓器在工作時(shí)，由于線圈里有電流通過，那么在硅鋼片內(nèi)部就會(huì)有渦流現(xiàn)象產(chǎn)生，渦流導(dǎo)致發(fā)熱，這個(gè)熱量是變壓器做功的過程當(dāng)中不可避免的，現(xiàn)代技術(shù)要做的是要在材料的選用當(dāng)中來盡可能的減輕渦流，但是不能消除。如果要維持變壓器的持續(xù)穩(wěn)定工作，產(chǎn)生的這個(gè)熱量要及時(shí)散發(fā)掉，保持元件本身的溫度不能過高，否則的話，變壓器繞組表層的絕緣層分解，從而喪失絕緣性能，造成匝間短路，一旦產(chǎn)生匝間短路，溫升會(huì)急劇升高，導(dǎo)致變壓器損毀，這就是我們平時(shí)所說的燒壞變壓器。由此看出，變壓器的散熱很重要，微波還有另外一個(gè)特性，就是元器件的溫度越高，持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)，輸出的效率越低，因此如果溫度一直很高，即使變壓器不會(huì)燒壞，也會(huì)造成輸出效率下降，這個(gè)時(shí)候，耗電沒有減少，做功卻大打折扣。從車間微波烘箱現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)高壓變壓器置于設(shè)備底層，空間狹窄，工作時(shí)環(huán)境溫度一直處于高溫狀態(tài)，因此必須改變變壓器的工作環(huán)境溫度條件。

3、微波烘箱系統(tǒng)的改造方案設(shè)計(jì)及實(shí)施

通過上述分析可知，造成煙廠微波烘箱系統(tǒng)高壓變壓器和磁控管易壞，更換頻率高的主要原因是磁控管冷卻效果差，電器件環(huán)境溫度高，微波系統(tǒng)負(fù)載匹配參數(shù)和控制系統(tǒng)需進(jìn)一步優(yōu)化等。因此，我們需要對(duì)微波烘箱系統(tǒng)做以下幾個(gè)方面的改造設(shè)計(jì)，來達(dá)到徹底解決問題的目的。

3.1增加專門的冷卻系統(tǒng)裝置

現(xiàn)在微波烘箱的水冷卻系統(tǒng)基本上是自然冷卻，當(dāng)環(huán)境溫度較高或微波工作一段時(shí)候后，水溫較高，對(duì)磁控管陽(yáng)極的冷卻效果大打折扣，甚至有時(shí)還要靠人為的強(qiáng)制停機(jī)來降溫，因此，增加一個(gè)專門的水冷卻系統(tǒng)是必要的。一旦有專門的冷卻系統(tǒng)以后，我們可以將磁控管循環(huán)冷卻水控制在35～40℃以下，完全能滿足微波磁控管的冷卻要求。

3.2重新設(shè)計(jì)磁控管的負(fù)載匹配參數(shù)

在新的改造方案中，需采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)的磁控管，并對(duì)與之組合的變壓器、硅堆、高壓電容等進(jìn)行匹配，使整套系統(tǒng)達(dá)到最佳的匹配度，將磁控管的工作效率達(dá)到最大，保持整個(gè)微波系統(tǒng)持續(xù)高效的運(yùn)行。

3.3增加系統(tǒng)強(qiáng)風(fēng)冷卻裝置

對(duì)于原系統(tǒng)空間存在的環(huán)境溫度過高的問題，增加強(qiáng)風(fēng)冷卻裝置，在烘箱底層加裝10套左右的專業(yè)冷卻風(fēng)扇，以降低高壓變壓器的工作溫度；對(duì)烘箱上層的磁控管安裝空間進(jìn)行改造，將水管、線槽等進(jìn)行上移，擴(kuò)大上層的內(nèi)部空間，以方便設(shè)備的維修和保養(yǎng)，同時(shí)也增加強(qiáng)風(fēng)冷卻裝置，安裝專業(yè)冷卻風(fēng)扇，以達(dá)到進(jìn)一步降低磁控管工作溫度的目的。

3.4重新設(shè)計(jì)控制方案并整理控制線路

原微波烘箱系統(tǒng)磁控管的高壓采用的半波整流的方式，這樣不僅磁控管的脈動(dòng)電流大，而且電能的利用率低。采用全波整流的設(shè)計(jì)方案，可以大大的提高電能利用率及設(shè)備的有效作業(yè)率。另外，原線路紊亂，需重新整理，特別是電纜與磁控管接頭的連接，原系統(tǒng)采用的直插式，接觸不牢，加之磁控管陽(yáng)極電流大，磁控管的管腳易被燒糊或燒壞，因此，對(duì)接線方式重新設(shè)計(jì)，使之連接既牢固安全，又維護(hù)、更換方便。

3.5控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)原控制系統(tǒng)的部分程序進(jìn)行優(yōu)化，以進(jìn)一步提高設(shè)備的利用率和設(shè)備的效能，并達(dá)到延長(zhǎng)各個(gè)元器件的使用壽命，整個(gè)系統(tǒng)效能得到最大化發(fā)揮的目的。

4、微波烘箱系統(tǒng)改造后的效果

微波烘箱系統(tǒng)經(jīng)改造后，可以取得如下的顯著效果：

整個(gè)系統(tǒng)的散熱能力提高，完全達(dá)到微波控制的環(huán)境與工作溫度要求，各個(gè)元器件性能更加穩(wěn)定，設(shè)備的使用壽命更長(zhǎng)；整個(gè)微波系統(tǒng)負(fù)載匹配度高，微波性能更加穩(wěn)定可靠，系統(tǒng)的效率更高；顯著減少元器件的更換頻次，極大地降低了設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)因設(shè)備的局部改造而大大降低了工人維修設(shè)備和保養(yǎng)設(shè)備的勞動(dòng)強(qiáng)度；改造不影響設(shè)備的布局，系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的工藝加工質(zhì)量得到提高，微波的烘烤效果更加穩(wěn)定可靠；全波整流方式提高了電能的利用率，對(duì)企業(yè)的節(jié)能降耗也起到了一定的作用。

5、結(jié)束語(yǔ)

薄片微波烘箱在煙草薄片線上的應(yīng)用正大幅增加，但設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定，部分元器件容易燒毀。因其能源利用效率高、加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)對(duì)提高煙草薄片產(chǎn)品質(zhì)量有極大的作用，開展其使用現(xiàn)狀分析與改進(jìn)，提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，提高設(shè)備效率，降低設(shè)備維護(hù)成本有著重大意義。