История электротехники

На начало 1966 г. в СССР было изготовлено свыше 12 тыс. высокочастотных установок для диэлектрического нагрева общей колебательной мощностью около 30 МВт. Единичные мощности установок диэлектрического нагрева непрерывно возрастали от единиц до сотен киловатт.

В 80-е годы ВНИИТВЧ разработал высокочастотные установки диэлектрического нагрева периодического действия для сушки различных материалов с питанием от лампового генератора мощностью 60 кВт и частотой 13,56 МГц с использованием для перемещения материала вращающегося кольцевого дна из фторопласта или ленточного транспортера из металлической сетки. Были разработаны также технологические процессы и оборудование для диэлектрического нагрева пористых материалов (пенополистирола, пенополиэтилена, пористых резин) и высокочастотной сварки термопластичных материалов (полихлорвинилов, полистирола, полиакрилатов, искусственных кож).

Нагрев на сверхвысоких частотах (микроволновый нагрев). Нагрев на сверхвысоких частотах (СВЧ) стал применяться после изобретения магнетрона в 40-х годах. В США в 1947 г. появилась первая СВЧ-плита «Радарэндж» с рабочей частотой 2400 МГц (длина волны 12,5 см), установленная в вагоне-ресторане и предназначенная для размораживания и подогрева предварительно приготовленных и замороженных блюд. В начале 70-х годов в США использовалось около 2 млн. бытовых микроволновых печей, в Японии — около 500 тыс.

С 1961 г. в Москве на ВДНХ демонстрировалась печь, созданная ВНИИТВЧ. Ленинградский завод торгового машиностроения изготовил опытно-промышленную серию подобных печей с использованием магнетронов непрерывного действия мощностями 600 и 1600 Вт.

В начале 60-х годов проводились опытные работы по промышленному применению нагрева на сверхвысоких частотах, в частности для разрушения горных пород (США, Япония) и получения плазменного факела (США, ФРГ). У нас в стране работы по измельчению твердых горных пород проводил в 60-х годах Институт горного дела имени А.А. Скачинского, но из-за экономических показателей этот способ оказался неконкурентоспособным.

В конце 80-х годов фирма «Линн» (Австрия) разработала высокотемпературную СВЧ-установку для спекания оксидов (температура до 2000 °С), в которой использованы футеровка и водоохлаждение резонатора.

В последние годы в нашей стране выпускается ряд промышленных СВЧ-установок для диэлектрического нагрева мощностью 0,5–60 кВт. 

7.7.5. ПЛАЗМЕННЫЙ НАГРЕВ

Начальный период. Начало работ по плазменному нагреву относится к 20-м годам XX в. Сам термин «плазма» ввел И. Ленгмюр (США), а понятие «квазинейтральная» — В. Шоттки (Германия). В 1922 г. X. Гердиен и А. Лотц (Германия) провели опыты с плазмой, полученной при интенсивном охлаждении электрической дуги путем применения металлической диафрагмы и тангенциальной подачи воды. Затем в течение ряда лет проводились исследования физических свойств электрической дуги и плазмы, и только в 50-х годах начались разработки промышленных плазмотронов и плазменных технологических процессов.

Рис. 7.9. Плазмотрон с дугой, горящей в парах воды

1 — вода; 2 — катод; 3 — изоляция; 4 — плазма

Дуговые плазмотроны. В 1954 г. Т. Петерс (США) создал плазмотрон, представляющий собой камеру, в которой дуга горит в парах воды при давлении до 500 МПа (рис. 7.9). На выходе из сопла получены высокие сверхзвуковые скорости плазмы.

Фирмы США («Линде», «Плазмадин») с 1955 г. стали применять плазмотроны для нанесения покрытий (алюминий, вольфрам), а также для резки и сварки металлов.

В СССР развитие плазменного нагрева началось в конце 50-х — начале 60-х годов. Под руководством М.Я. Смелянского работы по применению плазменного нагрева велись на кафедре электротермических установок МЭИ. Во ВНИИ-ЭТО (Н.И. Бортничук, В.А. Хотин) в 1961 г. была запущена первая плазменная печь — стенд мощностью 30 кВт, а затем была создана лабораторная плазменная печь для плавки сталей и тугоплавких металлов (1965 г.). В 1970 г. пущена в эксплуатацию плазменная печь для плавки стали в керамическом тигле емкостью 3,5 т (г. Челябинск) и созданы дуговые плазмотроны и источники питания для плавильных печей на токи 1, 3 и 6 кА.

Исследования по промышленному применению плазменного нагрева велись в Институте металлургии АН СССР (Н.Н. Рыкалин, А.В. Николаев), Институте тепло- и массообмена АН БССР (О.И. Ясько), Московском авиационном институте (И.С. Паневин), Институте нефтехимического синтеза и неорганической химии АН СССР (Л.С. Полак) и ряде других организаций.