Техніка НВЧ

1.

ВВЕДЕНИЕ

.

1.1 Техніко-економічне обгрунтування проекту.

Загальний кризовий стан всієї економіки нашої країни ще більшою мірою належить до техніки НВЧ, оскільки він переважно харчувалася військовими замовленнями. Тож у час основним завданням цій галузі техніки є розвиток застосувань їх у мирних цілях. Ці застосування може бути пов’язані з переробкою інформації (телебачення, зв’язок, нові напрями у медицині та біології) і з перетворенням енергії (прискорювачі заряджених частинок, нагрівання плазми, діелектриків, перетворення сонячної енергії). Найважливішим зараз є застосування, створені задля розвиток нових технологій і нових виробництв. Це насамперед стосується використання НВЧ для нагріву діелектриків у різних цілях.

Найбільш широка сферу застосування техніки НВЧ — її використання у побутових цілях, наприклад виробництво магнетронов для побутових мікрохвильових печей. Однак у області іноземні фірми пішли далеко уперед і без серйозних вкладень наша промисловість зможе із нею конкурувати.

У умовах доцільніше представляється розвиток технологічних застосувань потужніших приладів НВЧ (більш кВт), у створенні й виробництві яких Україна займає передові позиції. Для різноманітних технологічних процесів (сушіння, розмороження, вулканізації, пастеризації, спечення, руйнації твердих речовин, випалу і багатьох інших) потрібно потужність від одиниць до сотень кіловатів на безупинному режимі. Застосування мікрохвиль дозволяє оптимізувати технологічний процес, досягти високої якості продукту при мінімальних енерговитратах і меншою металоємності технологічного устрою. Використання електроенергії дозволяє доцільно і ефективно витрачати природні енергоресурси (газ, нафту, вугілля), не завдаючи додаткового екологічного шкоди. Найбільш економічно застосування більш короткохвильового діапазону, оскільки потужність, що виділятимуться при нагріванні диэлектрика пропорційна частоті.

Специфічним вимогою до приладам для промислового застосування відповідають потужні магнетроны безперервного дії. Пропорції відносно дешеві, мають високим ККД, порівняно прості в експлуатації і стійкі до змін погодження з навантаженням. Однак у короткохвильовому діапазоні (12.5см) і за потужностях понад 1кВТ вони мають ряд недоліків, обумовлених особливістю його роботи. У згаданому діапазоні довжин хвиль не випускають магнетроны потужністю понад 10 кВт. Обмеження за проектною потужністю в магнетронах пов’язані про те, що втрати виділяються безпосередньо на аноді і катоді, що утворюють простір взаємодії. Розміри простору взаємодії обмежені довжиною хвиль. У результаті зворотної бомбардування катода скорочується термін їхньої служби приладу. При потужностях понад 1кВТ необхідно водне охолодження. Це створює незручності в експлуатації і скорочує термін їхньої служби через вихід з експлуатації каналів охолодження.

У зв’язку з зазначеним недоліком магнетронов для технологічних цілей стали розробляти многорезонаторные клістрони. У клистронов подовжній розмір колектора не пов’язані з довжиною хвиль. Тому, за потужностях до 10 кВт можна використовувати повітряний охолодження. Застосування повітряного охолодження краще також у про те, що гаряче повітря використовується для додаткового підігріву продукту. Розроблювані клістрони мають потужність 25−50 кВт при КПД=45−50% буде в діапазоні 2450 МГц [1]. Найбільші успіхи були досягнуті у створенні многолучевых клистронов. Клістрони, розроблені вітчизняної промисловістю дозволили досягти великих б у зниженні ускоряющего напруження і вартості. У порівняні з магнетронами многолучевые клістрони дозволяють приймати значно більшу довговічність і вихідну потужність в короткохвильовому діапазоні (12.5см) за ті самі, як і в магнетронов, величинах ККД і напругах. Але навіть многолучевые многорезонаторные клістрони поступаються магнетронам за габаритами, вазі, вартості. Ці недоліки пов’язані з велику кількість резонаторів. Багато в чому кількість резонаторів визначається прагненням отримати великі значення коефіцієнта посилення і шпальти, а разі автогенератора їх кількість то, можливо зменшено.

Для технологічних цілей можливо застосування автогенераторов замість підсилювачів. У цьому вимоги смуги і цілком посилення відпадають уже й стає доцільною розробка автогенераторных клистронов малим числом резонаторів та очі великою ККД. Також автогенераторы дитини будуть позбавлені згаданих недоліків проти магнетронами, а зазначені вище переваги клистронов тоді яскравіше виявляються. Проте випущені досі однеі двухрезонаторные клістрони мають у своєму кращому разі ККД близько тридцяти%, а зазвичай значно нижчі від.

У зв’язку з сказаним виникає завдання замінити застосовуваний у багаторезонаторних клистронах процес перетворення постійного електричного струму в перемінний з допомогою каскадного групування іншим ефективним процесом, які потребують великої кількості резонаторів.

Ефективне групування може статися внаслідок взаємодії електронів з полем резонатора на великих кутках польоту і великих амплітудах напруги. У цьому замість значної частини резонаторів можна використовувати усього дві і навіть один резонатор, що дозволяє знизити габарити, масу чуток і вартість приладів.

До цього часу відсутні відомості про створенні хоча б експериментальних приладів, використовують довгі простору взаємодії резонаторах. Для таких приладів, спеціалісти кафедри електронних приладів у перебігу останніх, було проведено розрахунок і аналіз електронних процесів на великих кутках прольоту.

Основне завдання цих робіт полягає у підвищенні приблизно двічі (на 25−30%) ККД однорезонатарных і двухрезонаторных клистронов і доведення ККД приблизно до 60%.

Відповідно до сказаним визначаються такі основні етапи справжньої роботи:

Проведення аналітичного огляду по опублікованим роботам і проведених кафедрі електронних приладів.

Ознайомлення з методами розрахунку електронних електродинамічних процесів, внесення уточнень під час виборів обчислювальних параметрів та розвитку цих методів у зв’язки й з виникаючими завданнями.

Розрахунок і аналіз електронних процесів, що основним завданням проекту.

Розгляд принципів побудови генераторів і эскизное проектування приладу.

За сучасних умов розробка нових приладів має проводитися із використанням максимальної числа вже розроблених вузлів і деталей, тому проектування приладу ведеться з урахуванням розробленої до НДІ «Джерело «многолучевой электронно-оптической системи. Останні обставина визначило дані проектованого приладу. Подводимая потужність визначається параметрами двадцатичетырехлучевой ЕОС з микропервеансом одного променя Рм=0.3 мкА/В3/2 і напругою U0=8 кВ, Р0=41 кВт. Оскільки загальний ККД щонайменше 55% вихідна потужність становить 22−25 кВт. Діаметр пролетного каналу 3.5 мм, коефіцієнт заповнення 0.6 при ідеалізованих умовах перетворюється на пролетном каналі. Розрахунок проводився на частоті 2450 МГц.

Дипломний проект носить суто дослідницький характер, тому кількісно визначити економічний ефект неможливо.

2. АНАЛІТИЧНИЙ ОБЗОР.

2.1. Взаємодія електронного потоку з вхідним резонатором.

На цьому висловлювання слід, що краще взаємодія відбуватиметься при? близький до нулю. Розгляд процесів з погляду здійснення приладу загалом призводить до висновку, що бажано отримання максимального величини М2?, де — характеристична опір резонатора. Майже у всіх приладах, у яких відбувається взаємодія електронів з полем зазору, використовуються кути прольоту ?1??/2, бо за цьому величина М близька до 1, а М2?? mах на рис. 2.1 позначена область I значень ?, зазвичай застосовуваних приладах.

Але параметр М перестав бути єдиним, яким слід визначати робочу область. Дуже важлива відносна величина першої гармоніки конвекційного струму I1max/I0. Треба прагнути отримати це значення найбільшим щоб одержати хорошого ККД приладу. Також важливим чинником є ККД зазору, який пропорційний електронної провідності зі зворотним знаком. Особливо очевидно для схем автогенераторов, у яких перший резонатор самовозбуждается. Надалі, мабуть, доцільніше використовувати інші параметри, що характеризують електронний струм та її взаємодію Космосу з НВЧ полем. Можна також використовувати коефіцієнт якості, до складу якого відносну величину мінімальної.

Також, згрупований потік можна характеризувати розподілом струму I і швидкостей електронів v всередині потоку рис. 2.2. Цю методику враховуватиме як ступінь групування електронів, а й швидкісний розподіл електронів серед. Ця обставина дуже важливо, позаяк ефективність гальмування електронів в вихідному зазорі краще, якщо спочатку йдуть повільні електрони, та був швидкі. Таке розподіл дозволяє рівномірно загальмувати електрони без викидання частини електронів тому.

Ще сорокових роках у деяких робіт зазначалося можливість підвищення електронного струму за наявності широкого вхідного зазору разом із великий амплітудою напруги у цьому зазорі. Отже, крім галузі I на рис. 2.1 можливо сміливо використовувати ще області II і III найперспективніші створення приладів. До цього часу ці області до створення приладів не використовувалися і завдання справжньої праці полягає у дослідженні електронних процесів у цих галузях і проектування нових приладів з їхньої основі.

Збільшення I1max/I0 клистрона відбувається за зміні форми кривою, через яку повідомляється швидкісна модуляція електронів. Якби швидкості змінювалися за синусоидальному закону, а лінійно, можна було б зібрати щодо одного сечении все електрони з періоду й тоді ККД було б близький до 100%. Однак одержати пилообразное напруга на зазорі резонатора не можна. Можна наблизитися до цього закону, якщо електронну потік впливати напругою першої та другої гармонік. На рис. 2.3 приведено діаграма напруги на зазорі у перших двох гармонік та його суми. З малюнка видно, що область фаз ефективного групування для двухчастотной модуляції значно більше, аніж за одночастотной модуляції. Ця ідея може бути різними способами.

Було створено многорезонаторные клістрони, мають одну чи дві резонатора, налаштованих другу гармонику.

Рис. 2.3. До опису електронного потоку з допомогою розподілу струму і скоростей.

Рис. 2.3 Зміна швидкостей електронів при взаємодії з полями першої і друге гармонік та його суммы.

? — область фаз ефективного взаимодействия.

Можна створити такий резонатор, в якого були б дві власні частоти, рівні першої та другої гармоніці електронного струму.

Інший спосіб, досліджуваний у цій роботі доки знайшов практичного застосування грунтується у тому, що з перемінному напрузі на вхідному зазорі, більшому постійної напруги, тоді швидкісна модуляція вже буде несинусоидальная і має другу гармонику.

Поява другий гармоніки можна пояснити з закону збереження енергії :

При Um1.35 ККД мало збільшується, навіть за великих ?.

На рис. 2.12 представлені ще результати розрахунку взаємодії цього ж згустку з полем зазору при ?=1.6 щодо різноманітних ?n в кинематическом наближенні (крива 5).

На рис. 2.13 наведено залежності ?n і ?е від? створені за даним рис. 2.12. Криві 1−4 мають хоча б сенс. У цьому малюнку нанесена крива, відповідна часто використовуваної оцінці ?n=1/М, де Мкоефіцієнт взаємодії бессеточного зазору, розташовану приблизно 0.1ниже кривою 4 при змінах? від 1 до 2. На рис. 2.13 відтворені також узяті з книжки Варнека і Генара крива 5, вище за яку з’являються відбиті електрони і пряма 6, вище за яку частина електронів викидається з зазору тому. Заштрихованная між тими лініями область нерішучих електронів не збігаються з відповідної областю між кривими 1 і 2. Це є наслідком зневаги просторовим зазором і розподілом швидкостей. Облік розподілу швидкостей у межах кінематичного розгляду призводить до зміщення вниз області нерішучих електронів (криві 7,8). Отже, часто застосовуваний оцінка ?n=1/М близька до значенням, відповідним ?еmax, проте фізичні причини, обмежують амплітуду напруги на зазорі, інші. Не перше поява нерішучих чи що викидаються тому електронів. Максимальна амплітуда встановлюється як викидання електронів з зазору у результаті балансу енергії, отдаваемой швидкими електронами і відібраної електронами, які отримали ще одне рух. З цього погляду якість групування слід судити за швидкості самого повільного електрона, а, по усредненному значенням певній його частині повільних електронів. Залежність ?е від? вважатимуться пропорційної М3/2, відхилення у своїй вбирається у 1%. Вище сказане дозволяє запропонувати нове вираз показника якості, що дозволяє оцінювати якість групування і електронний ККД.

Це найкращий результат із усіх варіантів для «?" — виду резонатора. Але у перерахунку за точнішою моделі результат знизився. Для обчислювальної моделі ST результат приведено у таб.3.4 варіант 2. Як бачимо результати істотно знизилися, тому розрахунок із вихідним зазором не проводився. Більше прискіпливе дослідження навколо цього варіанту за моделлю ST не проводився через великі витрат машинного часу однією варіант і низького струму I1max/I0 .

Другий варіант має параметры:

d1=15.5 мм., d2=11.5 мм., d3=4 мм., ?1=1.5, ?2=-1.5, ?3=1.3, L12=27.5 мм., L23=15.25 мм., B2/U0=140, ?=-0.2861. За цих параметрах отримуємо результати представлені у таб.3.5 варіант1. Розрахунок проводився по обчислювальної моделі T. На підтвердження коректності результатів оптимальна точка була пересчитана з більш точної моделі ST (таб.3.5 варіант 2).

Таблиця 3.5.

Результати розрахунку клистрона з "? «-резонатором.

№.

Модель.

I1max/I0.

Zopt.

?е12.

?е3.

?е?

T.

1.6307.

0.027.

0.6162.

0.643.

ST.

1.6159.

0.020.

0.6314.

0.651.

Це остаточне результатом. На рис. 3.17 і 3.11. представлені ряд залежностей до різних параметрів клистрона навколо оптимальної точки.

З урахуванням втрат надходжень у вихідному резонаторе вихідний ККД буде набагато меншою електронного ККД третього зазору? е3 .При ККД резонатора? р=0.95 (див. додаток) вихідний ККД буде равен.

?3=?е3*?р=0.6314*0.95=0.59 983.

Рис. 3.167(а). Залежність максимуму струму від амплітуди.

другою зазоре.

Рис. 3.17.(б). Залежності максимуму струму I1max/I0 і ККД першого резонатора? е12 від відстані між зазорами L12.

Рис. 3.17.(в). Залежність вихідного ККД? е3 від амплітуди на вихідному зазорі ?3.

2.4. Опис програми розвитку й вибір обчислювальних параметрів.

Розрахунок клистрона у цьому дипломному проекті проводився за програмою розробленої спеціалісти кафедри ЭП. У ньому використовується модель потоку з дефформированных елементів і конечно-разностная схема розрахунку всіх електричних полів. У наближенні аксиальной симетрії електричних і магнітних полів програма позволяет:

* Моделювати реальне умова роботи клистронов в динамічному режиме;

* Досліджувати рух електронів від катода до їх осідання на коллектор;

* Розраховувати зовнішні статичні електричні поля і полі просторового заряду у системі електродів довільній формы;

* Вираховувати перемінні електричні поля однеі многозазорных резонаторів із довільною формою поперечного перерізу зазоров;

* Моделювати процес порушення резонаторів електронним потоком і швидкісну модуляцію електронів полями цих резонаторов;

* Досліджувати роботу клистрона як заданих амплітуд й у самосогласованном режиме;

* Моделювати процеси в клистронах, мають резонатори, настроєні частоти, кратні вхідний частоте;

* Аналізувати динамічні процеси в багатоступінчастих колекторах з рекуперацией залишкової енергії электронов.

Рівняння руху контрольних електронів по подовжньої Z і радіальної R координатам вирішуються методами Рунге-Кутта. Швидкість азимутального обертання v0 розраховується з допомогою теореми Буша. Поля високочастотних проміжків визначаються раз на квазистатическом наближенні при одиничної різниці потенціалів і за зберігаються у окремих масивах. Ці поля використовуються при обчисленні наведених струмів в резонаторе по теоремі Шокли-Рамо. Напруженості високочастотних полів при підстановці в рівняння руху множаться на амплітудні і тимчасові множники. Амплітуди і фази напруг у самосогласованном режимі розраховуються через наведені струми і параметри холодних резонаторів. Складові зовнішнього неоднорідного магнітного поля визначаються по експериментальним даним. Докладно програма описано на [13,14].

Щоб будь-який обчислювальний експеримент давав коректні результати необхідно підібрати обчислювальні параметри, які б прийнятну точність обчислень. У цьому програмі кілька обчислювальних параметрів, які впливають на точність видавали результатів. Розглянемо найважливіші з них.

1.ЕТ — критерій встановлення значення швидкостей електронів при розрахунку рівняння руху кожному кроці інтегрування. Для визначення впливу критерію ЕТ на точність експерименту провели кілька розрахунків двухзазорного резонатора з незмінними параметрами до різних значень ЕТ. Вплив ЕТ оцінювалося за стабільністю значень I1max/I0 і ?е12 за зміни ЕТ від 0.001 до 0.1. Графік залежності представлений рис. 3.1. Як очевидно з графіка вплив ЕТ на точність замало, й вже за часів ЕТ=0.0005 практично цілком відсутня. Тому точні розрахунки робити при ЕТ=0.0005, а грубі можна зробити і за ЕТ=0.001.

2.ЕF — критерій встановлення значень потенціалу до вузлах разностной сітки при розрахунку поля. Для визначення впливу точність цього параметра було проведено розрахунки, аналогічні попередньому пункту. Результати представлені на рис. 3.2. Крива струму стає пологою при ЕF=0.5 й подальше зменшення ЕF втрачає сенс. Крива ККД при ЕF=0.5 також прийнятне положиста.

3.FPER — число рядів електронів на дискретному ділянці електронного потоку у період. Залежність точності від FPER представлена на рис. 3.3. Очевидно, що FPER на точність досить великий і стабільне. Для точних розрахунків треба використовувати FPER = 30?42.

4.FBUF — число початкових буферних періодів. Результат слабко від рівня цього параметра (рис. 3.4.). Тому можна брати параметр FBUF=2.

5.FHR — число разностных клітин по осі. Надає найсильніше впливом геть результат (рис. 3.5.). Тому бажана брати великі значення. Але у великих значеннях дуже різко зростає час расчета.

6.FL — число верств електронів серед серед. цей параметр не змінювався і він дорівнює FL=5.

З викладених міркувань було сформовано кілька груп обчислювальних параметрів, іменованих надалі обчислювальними моделями (див. таблицю 3.1). Найбільш груба модель G використовувалася для приблизних розрахунків. З її допомогою шукалися найперспективніші області для подальших розрахунків. З допомогою моделі Т досліджувалися знайдені області й шукалися екстремальні точки. Усі експериментальні результати наведені у дипломі отримано з допомогою моделі Т, а то й обумовлено інше Для великий достовірності результатів точки з максимальними показниками перераховувались за точної моделі ST.

Розрахунки здійснювалися на IBM сумісних машинах з процесорами 80 386, 80 486 і PENTIUM. Середнє час розрахунку одного варіанту в машині з процесором 80 486 составляет:

за моделлю G — 4 мин.

за моделлю Т — 10 мин.

за моделлю ST — 35 мин.

3. ВЫВОДЫ.

У такий спосіб попередні роботи, проведених спеціалісти кафедри ЭП досліджені електронні процеси, що відбуваються при взаємодії електронів з полями резонаторів на великих кутках прольоту, відповідних областям II і III на рис. 2.1. Водночас у другий області отримані значення I1max/I0=1.53, а третьої області I1max/I0=1.42 при рівномірному полі, і I1max/I0=1.6 при нерівномірному. Проведені розрахунки різних варіантів клистронов, містять два високочастотних зазору, показали, що електронний ККД становить від 52 до 57%. У цьому загальний ККД клистронов очікується близько 50%, тобто. приблизно 2 разу вищу, ніж в клистронов з цими двома звичайними зазорами. Досягнута величина ККД перебувати лише на рівні розроблюваних багаторезонаторних клистронов (45−50%) [1].

Разом про те бажано підвищення загального ККД рівня 60%. У зв’язку з цим виникає завдання розрахувати і спроектувати двухрезонаторный клістрон із трьома просторами взаємодії. Перший резонатор двухзазорный «0 «чи »? «типу з широкими зазорами. Він самовозбуждаться що забезпечить стабільність роботи за зміні навантаження. І тому в нього може бути ККД буде не гірший 2−3%.

Вихідний резонатор є простим однозазорным. У вихідному резонаторе частина енергії витрачатиметься на втрати у самому резонаторе. При ККД резонатора близько 95% це завжди буде знижувати вихідний ККД проти електронним поки що не 3−4%.

Отже, з урахуванням втрат надходжень у вихідному резонаторе і гіркоту втрат на самозбудження у вхідному резонаторе, необхідно спроектувати клістрон з такими даними :

ККД приладу 60−65%.

електронний ККД вихідного зазору 63%.

ККД контуру вихідного резонатора 94−95%.

вхідного резонатора 2−3%.

У цьому загальний електронний ККД перетворення потужності електронного потоку в НВЧ потужність (надалі загальний електронний ККД) може бути? е?=65−66%.

4. ДВУХРЕЗОНАТОРНЫЙ КЛІСТРОН З РЕЗОНАТОРОМ «0 «ВИДУ І З ?1?3?

5. АНАЛІЗ ЕЛЕКТРОННИХ ПРОЦЕСІВ, ЩО ВІДБУВАЮТЬСЯ ПРИ ВЗАЄМОДІЇ У ШИРОКОМУ ЗАЗОРЕ.

Електронні процеси в зазорі розраховуються з допомогою ЕОМ. Проте доцільно ці розрахунки порівняти з аналітичними формулами, що в дальнейшем:

1) Запровадити поправки до вказаних формулам щодо попередніх оціночних расчетов.

2) Аналізуючи проведені розрахунки глибше зрозуміти фізичні процессы.

Були досліджені електронні процеси у вхідному широкому зазорі протяжністю d1 =6?18 мм при параметрах ЕОС: U0=8 кВ, Р?=0.30 мкА/В3/2, 2а=3.5 мм., b=1.05 мм., b/a=0.6. Змінне напруга на резонаторе змінювалося не більше ?1=1.1?2.4.

Як відомо при широких зазорах і великих амплітудах взаємодія половіючі жита із електронами має свої особливості. Зокрема електронна провідність і коефіцієнт електронного взаємодії звертаються до нуль при деяких кутках прольоту.

Розрахунки проведені на ЕОМ дають значення, у якому електронні ККД і струм I1max/I0 наближається до нуля, однакову приблизно 19 мм рис. 3.6. У цьому видно, що ширина зазору d1 коли він ?е = 0 зі збільшенням амплітуди ?1 зміщується вправо. Але амплітуда усунення невеличка дорівнює 0.4 мм. Під них припадає 2.1% від ширини зазору за зміни амплітуди ?1 від 0.5 до 2.4. Тож у першому наближенні можна знехтувати на цю залежність і прийняти, що розі прольоту рівному 2? відповідає ширина зазору рівна 19 мм.

Також зазначалося, що з збільшенні діаметра каналу точка нульового ККД зміщується вліво. На рис. 3.6 представлена одна крива відповідна діаметру пролетного каналу 2а=5.5 при ?1 = 0.5 та інші рівних умов. Це усунення можна пояснити, тим, що з ширшому каналі збільшується провисання поля була в каналі і електрони взаємодіють із полем більшому протяжении.

А на цьому малюнку представлені криві ККД ще двох значень микропервианса Р?=0.2 мкА/В3/2 і Р?=0.4 мкА/В3/2. Більшого значенням первианса відповідає сімейство скинуте вліво. Це усунення можна пояснити, мабуть впливом щільності струму і провисання напруги в канал на ефективний кут прольоту. При невеличкому первеансе таке скорочення кута залежить від того, що діюча величина зазору більше відстані між краями прогонних труб на дві ділянки, відповідних провисанию поля була в канали. При збільшенні первеанса збільшується провисання потенціалу до зазорі вследствии збільшення просторового заряду. Тому ефективний кут прольоту збільшується. Збільшення первеанса на 0.1мкА/В3/2 викликає усунення точки відповідної Gе=0 при ??2? на 0.8 мм. Підвищення? від 1.2 до 2 зрушує зазначену точку вправо приблизно 0.3, тобто. впливає меншою степени.

Вдруге електронний ККД наближається до нуля при d1 =23 мм, що він відповідає розі прольоту ?=2.86?. Очевидно що і у випадку величина d1 коли він КПД=0 слабко залежить від ?1 і вже цим у першому наближенні можна пренебречь.

Це умова є необхідною, але недостатнім. При великих амплітудах, із якими працює даний резонатор великій ролі грає неоднорідність електронного потоку. У першій наближенні ця неоднорідність тим більша, що стоїть перемінні швидкості електронів. Змінні швидкості електронів у першому наближенні пов’язані з координатою Zopt, де струм I1max/I0 стає максимальним. Чим більший Zopt, тим менше перемінні швидкості електронів, отже менше нерівномірність швидкостей електронів. Як далі побачимо прийнятні результати по? е3 для резонатора "? «-виду виходять при Zopt? 56 мм. З іншого боку при Zopt.

Вплив різних чинників на групування електронного потока.

Для початкового визначення області оптимізації резонатора можна скористатися графіками на рис. 3.7. Процес вибору області оптимізації є емпіричним, проте його можна сформулювати кілька рад, які можуть опинитися допомогти під час виборів зазоров:

Перший зазор повинен мати наскільки можна більший струм I1max/I0 при найменшому негативному ККД. Максимум струму I1max/I0 повинен посідає Zopt =56−60 мм. У цьому слід враховувати, що відстань L (см. рис.3.7(б)) відрізняється від Zopt на відстань де міститься середина першого зазору. Треба також ураховувати що спотворює другого зазору електронну потік, тому підсумкове значення L може відрізнятиметься від розрахованого по рисунку.

Максимум струму від другого зазору повинен збігатися у просторі з максимумом від першого зазору. Відстань від центру першого до центру другого зазору становить перша зони коливань "? «-резонатора близько (1.25?1.5)2?, що становить L12=26?28 мм. З огляду на це згусток від другого резонатора повинен групуватися на 26?28 мм ближе.

Амплітуда змінного напруги ?12 повинно перевищувати 1.5, бо за менших амплітудах зникає чинник великих амплітуд і модуляцію наближається до синусоидальной. Але у дуже більший амплітудах зростає розкид швидкостей электронов.

Тепер на докладніше вплив різних чинників працювати резонатора:

Протяжність і амплітуда напруги першого зазору. Графіки на рис. 3.7 ілюструють залежності параметрів характеризуючих електронний потік від першого зазору. Робочої є область з d1 =15?1 мм. Це визначається необхідністю мати Zopt > 56 мм, що ні характеризується d1 < 14 мм. При великих значеннях d1 зазор не забезпечує достатня великого струму I1max/I0. Недоліком цій галузі є велика крутість струму I1max/I0 і ККД по ширині зазору d1. Фактично струм залежить немає від самої ширини зазору, як від кута прольоту в зазорі. Тому, за флюктуациях ускоряющего напруги U0 відбуватиметься зміна струму і ККД. Тому треба робити жорстку схему стабілізації ускоряющего потенциала.>

Відстань між центрами проміжків. Графік який відбиває вплив L12 на струм I1max/I0 і ККД другого зазору представлений рис. 3.9. У цьому малюнку представлена залежність для резонатора «0» — типу. Але оскільки фізичні принципи взаємодії однакові резонаторів «0» і «?» — виду, то основні закономірності можна розгледіти і тому графіку. Зі збільшенням L12 зростає конвекційний струм I1max/I0 і зменшується позитивне ККД другого зазору. Пояснити це явище можна, якщо звернутися до рис. 3.10. У цьому малюнку представлені два крайніх випадку. Рис. 3.10(а). відповідає короткій пролітної трубі, тобто. малому L12. У цьому електрони потрапляють у максимум гальмуючого поля другого зазору. Вони сильно гальмуються, віддають багато енергії і тому ККД другого зазору високий. Та заодно згусток стає більш пухким і розвалюється. Через війну конвекційний струм виході з резонатора стає маленьким. Рис. 3.10(б). відповідає довгою пролітної трубі. Згусток потрапляє на прямолінійний ділянку синусоїди. Це подальшому гуртування електронів та підвищення конвекційного струму. У цьому електрони віддають лише малу частину своєї енергії полю резонатора і тому ККД другого зазору стає маленьким.

Це два крайніх випадку. При розрахунках де вони зустрічаються, але з допомогою можна наочно пояснити вплив L12 на струм і ККД. Але слід зазначити, що механізм який завжди виявляється справедливим, зокрема, надалі досліджували одне з точок, де струм I1max/I0 постійно зменшуватиметься і зі збільшенням, і за зменшенні L12 .

Протяжність і амплітуда напруги другого зазору. Найскладнішим з вивчення впливу групування є другий зазор. Дуже важко виділити вплив цієї чинника в чистому вигляді. Цьому перешкоджає та обставина. що з зміні вхідного зазору на другий зазор надходить змінений електронний потік і тому взаємодію Космосу з ним носити інші результаты.

Тому вплив ширини другого зазору електронну потік, який із першого резонатора, розглядатимемо при незмінних параметрах першого зазору і відстані між перших вражень і другим зазорами. Результати досліджень наведено на рис. 3.11. При великих d2 зменшення ширини зазору призводить до збільшення електронного ККД? е12 і максимуму струму I1max/I0, і навіть до зменшення Zopt. Це можна пояснити найкращим взаємодією електронного потоку при зменшенні зазору .При великих d2 електронний потік гуртується далеко, що добре з причин, описаним выше.

При подальшому зменшенні ширини зазору d2 зменшується спочатку струм I1max/I0, та був і електронний ККД? е12. Зменшення струму можна пояснити, тим, що згусток від другого зазору гуртується ближче, ніж згусток від першого. Тому відбувається розмивання максимуму струму і він снижается.

Зниження електронного ККД відбувається за менших значеннях d2, ніж зниження струму I1max/I0. Це тим, що ККД залежить від цього яку частина енергії віддадуть електрони з зазор. Вона то більше вписувалося, що більше коефіцієнт взаємодії, тобто. що менше зазор. Тому, за зменшенні d2 електронний ККД зростає. Причиною його падіння при подальшому зменшенні d2 є нерішучих електронів у другому зазорі, але ці відбувається за малих d2, які мають практичного применения.

Вплив амплітуди другою зазорі ?2 аналогічно впливу ширини зазору d2. У першому наближенні збільшення амплітуди схоже за своєю дією із зменшенням зазору. Вплив амплітуди ?2 краще розглянути з прикладу резонатора «0» — типу, позаяк у резонаторе «?» — типу змінювати амплітуду лише з другому зазорі неможливо. Залежності параметрів електронного потоку від ?2 представлені на рис. 3.12. Очевидно, що зміна амплітуди значно менше менше впливає електронні процеси, ніж зміна ширини зазору, тому може бути на довершення оптимізації прибора.

Підсумовуючи сказане про друге зазорі треба вкотре підкреслити, що його параметри треба обирати з міркувань високого струму I1max/I0 й прийнятного ККД? е12 =2?3%, а й підбираючи Zopt > 56 мм. для клистрона з резонатором «?» — типа.

5.1.2. Розрахунок процесів в вихідному резонаторе.

Вихідний резонатор має забезпечити максимально ефективне, рівномірний гальмування всіх електронів. У цьому не бажано мати назад викинуті электроны.

Другий резонатор треба розташовувати на 1?4 мм. ближче максимуму струму I1max/I0. У цьому досягається максимальний ККД. Типове взаємне розташування струму і ККД у просторі представлене рис. 13. Необхідність ставити резонатор на місці де струм не сягає максимуму, пояснюється лише тим, що у максимумі відбувається перегін. При перегоні швидкі електрони наздоганяють і переганяють повільні. До перегону повільні електрони йшли попереду швидких і тому входили в зазор коли напруга на не досягало мінімуму, а швидкі потрапляли в мінімум напруги. Це дозволяло рівномірно загальмувати все електрони. При перегоні і швидкі, і повільні електрони гальмуються одним напругою. Тому або повільні выбросятся їх зазору, або швидкі загальмуються недостатньо эффективно.

Вихідний резонатор звичним вузьким з кутом прольоту менше ?/2. З точки зору ефективності взаємодії краще брати, максимально вузький зазор. Але мінімальна ширина зазору обмежується величиною ємності зазору. За таких суперечливих вимог щодо даному дипломі використовується вихідний зазор шириною 4 мм.

Амплітуда напруги на вихідному зазорі підбирається у разі емпірично по найбільшому ККД. Треба намагатися зробити максимальну амплітуду, але щоб уникнути зворотних електронів. Збільшення амплітуди на 0.1 збільшує вихідний ККД приблизно за 0.5% (рис. 3.14) до того часу доки з’являться обратновыброшенные електрони. На рис. 3.14 точка, А відповідає появі обратновыброшенных электронов.

5.2. Електронні процеси в резонаторе «0 «типа.

5.3. Вплив магнітного поля до процесів в клистроне.

Як відомо магнітне полі використовується обмеження поперечного розміру електронного пучка, що дозволяє токопрохождение, як наслідок знизити нагрівання і потужності. Разом з цим сильне магнітне полі погіршує характеристики клистрона. Було виявлено, зменшення напруги магнітного поля збільшує конвекційний струм першої гармоніки I1max/I0 і відстань від у якому цей струм стає максимальним Zopt. На рис. 3.19 представлені залежності I1max/I0 і Zopt від магнітного поля B2/U0. Збільшення струму I1max/I0 і відстані Zopt дозволяє ККД приладу. Зі сказаного вище зрозуміло що з отримання оптимальних параметрів приладу магнітне полі має бути мінімальним, але забезпечувати прийнятне токопрохождение.

У процесі вироблення приладу використовувалося полі величиною B2/U0=70−180. Це досить сильний полі особливо в B2/U0>100. Він дуже тяжко впливає електронний потік. Варто сказати, що з початковому радіусі пучка 1.05 мм через 10 мм прольоту в резонаторе його радіус стає рівним 0.1 мм. У цьому коефіцієнт пульсацій сягає 10.5.

Розмір поля який буде необхідний фокусування залежить переважно від двох чинників: напруженості поля і сили расталкивания просторового заряду. Напруженість електричного поля була в вихідному зазорі в вихідному зазорі у кілька разів більше ніж під вхідному, т.к. вхідні зазори широкі, а вихідні вузькі.

Виходячи з цього за початку приладу використовувати менше магнітне полі, та був збільшити його номінального. Було розраховане кілька варіантів такий схеми. Найбільш хороший результат дав варіант, із резонатором "? «-виду з параметрами: d1=15.5 мм, d2=10 мм, L12=27 мм, ?1=1.5, ?2=-1.5, на інтервалі 0−30 мм полі одно B2/U0 =84, а далі полі одно B2/U0=140. Отримані результати наведені у табл.3.11. Порівняйте там-таки наведено результати для такої ж клистрона, але з рівномірним магнітним полем. Отриманий I1max/I0 кращий за період розрахунку. Очевидно, що з рівномірним полем результат гірше як у току і за відстанню Zopt .

Отримані результати слід розглядати, як прикидочные, т.к. малий обсяг розрахунків Демшевського не дозволяє говорити, що було досягнуть максимум. Швидше за все можна отримати роботу ще більшу струм. Але оскільки отримання неоднорідного магнітного поля викликає ускладнення конструкції було вирішено поки зупинитися на варіанті з рвномерным магнітним полем. До того ж аналізованих нерівномірне магнітне полі має нереальне розподіл по Z як сходинки. Тому отримані результати лише показують можливість поліпшення параметрів клистрона шляхом застосування неоднорідного магнітного поля.

6. ОПИС КОНСТРУКЦІЇ КЛИСТРОНА.

Клістрон виконується многолучевым, використовує розроблену для підприємства ЕОС з 24 променями, зосередженими у центрі резонатора, у якому використовується основний вид коливань.

Прилад складається з чотирьох основних вузлів: резонаторная система, катодний вузол, коллекторный вузол та виведення енергії.

Резонаторная система клистрона є два резонатора. Перший резонатор має дві високочастотних зазору. Трубка дрейфу підтримується металевим стрижнем. На внутрішньої стінці резонатора розташовуються виступи, щоб одержати заданої структури поля. Вони добором розмірів прогонних труб. Другий резонатор однорезонаторный з вузьким зазором. Для ефективного відводу тепла корпус резонатора, трубка дрейфу і власник виготовляються з міді типу МБ. Вихідний резонатор має отвір для з'єднання з висновком енергії банкового типу, який вакуумно уплотнен діелектричним пластиною з кераміки марки 22ХС. Вхідний резонатор має висновок енергії з низькою зв’язком як петлі зв’язку. Це дозволяє контролювати роботу генератора. Для фокусування електронного потоку в приладі застосована фокусирующая система із постійних магнітів. І тому на вході і виході резонаторного блоку припаиваются магнітні полюси зі сталі, куди вдягаються кільцеві постійні магніти.

Катодний і коллекторный вузли та виведення енергії взято від готового приладу, розроблюваного промисловістю. Катодний вузол має многолучевую гармату з импергированным катодом, виконаним як окремих спресованих таблеток, фокусуючий електрод і ніжку. Фокусуючий електрод має власний висновок. Підігрівник гармати виготовляється з вольфраму, інші деталі з нікелю і сплаву марки 47НКД. Усі діелектричні деталі виготовляються з кераміки марки .

Розміри резонаторів (протяжність першого і другого проміжків, довжина трубки дрейфу, виступи) вибираються по розрахунковим даним, з оптимального ККД.

Колектор, вживаний у даному приладі призначений це про людське 40 кВт потужності втрат з водяникам охолодженням.

Катодний вузол, колектор та виведення енергії поєднано з аналітичними резонатором з допомогою аргоно-дуговой зварювання, що дозволяє легко змінювати дані вузли на виході з ладу без заміни інших вузлів резонатора.

7. ЕКОНОМІЧНА ЧАСТЬ.

7.1. Календарний план розробки.

Планування дослідницької роботи залежить від складанні календарного плану проведення дослідницької роботи. Він відбиває перелік робіт з етапах, сувору черговість у виконанні окремих етапів роботи, терміни виконання, кількість і кваліфікацію осіб, зайнятих розробки теми.

Як методу календарного планування обраний стрічковий графік, наведений на рис. 5.1. Шифр проведених робіт дано в таблиці 5.1.

Всі роботи, що проводилися хід виконання НДР можна розділити втричі періоду:

підготовчий период.

експериментальне дослідження електронних процесів в приборе.

підбиття підсумків.

У цьому дипломному проекті проводиться чисельний експеримент, тобто розрахунок електронних процесів на ЕОМ.

У першому етапі було проведено такі роботи: — впорядкування і узгодження ТЗ — добір вивчення літератури — вивчення особливостей програми розрахунку електронних процесів.

Під час другого етапу: — підготовка вихідних даних — розрахунок електронних процесів на ЕОМ — побудова графіків — аналіз отриманих результатів — оптимізація параметрів на ЕОМ.

Під час третього етапу: — вивчення конструкції приладу — вивчення технології виготовлення приладу — оформлення графічної частини — оформлення, узгодження і складання звіту.

7.2. Кошторис витрат за розробку.

У видатки проектування входять:

1. вести ІТП — додаткова плата ІТП (15% основної ЗП).

2. відрахування на соціальні потреби (40.5% від суми ЗП).

3. видатки експлуатацію ЕОМ у розрахунку 5000 рублів протягом години машинного часу.

4. накладні витрати, складові 100% від суми зарплати, соціальних відрахувань, витрат за експлуатацію ЕОМ.

5. прибуток становить 20% від суми попередніх статей.

6. ПДВ становить 20% від суми попередніх статей.

Заробітну плату вираховується за формулою:

ЗП = ti * Tдн * q,.

де ti — трудомісткість в днях.

Tднденна тарифна ставка.

q — кількість виконавців.

Денна ЗП інженера = 9397 крб.

Денна ЗП старшого інженера = 17 417 руб.

Додаткова ЗП = Основна ЗП * 0.15.

Витрати на ЗП наведені у таблиці 5.2.

Відрахування на соціальні потреби = (ЗПосн+ЗПдоп) * 0.405 = (638 672+95801) * 0.405 = 297 462 руб.

Витрати на машинне час = кількість відпрацьованих годин * вартість однієї години машинного часу = 160 * 5000 = 800 000 крб. Витрати на експлуатацію ЕОМ наведені у таблиці 5.3.

Накладні витрати = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр) * 1.00 =366 387.

Прибуток = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр + НАКЛрас) * 0.2.

ПДВ = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр + НАКЛрас + ПРИБ) * 0.2.

Кошторис витрат — в таблиці 5.4.

7.3. Висновки за паливною ефективністю дипломного проекту.

Оскільки тема даного дипломного проекту має теоретически-исследовательский характер, то вважати в грошах і остаточному вигляді економічний ефект неможливо. Але й дати попередню оцінку.

Проведення розрахунків на ЕОМ дозволяє скоротити термін розробки приладів, число розробників. Розрахунок геометрії на ЕОМ дозволило мінімізувати кількість експериментальних макетів і зменшити трудомісткість експериментальних досліджень.

Отже, використання ЕОМ у процесі проектування приладів дає підстави очікувати ефективність робіт через скорочення витрат за стадії разработки.

Витрати на експлуатацію ЕОМ можна знизити з допомогою більш детальної підготовки вихідних даних до розрахунку, ретельного продумування напрями подальшого розрахунку з допомогою використання ЕОМ з великим быстродействием.

8. БЕЗПЕКА І ЕКОЛОГІЧНІСТЬ ПРОЕКТА.

Аналіз умов праці оператора обчислювальної техники.

з оцінкою тяжкості і напруги труда.

Відповідно до ГОСТ 12.0.002−74 небезпечним виробничим чинником вважається чинник, вплив якого призводить до травмі. Шкідливий виробничий чинник — чинник, вплив якого на працюючого призводить до заболеванию.

Оператори ЕОМ, оператори з підготовки даних, програмісти та інші працівники ПЦ (обчислювального центру) зіштовхуються з впливом таких небезпечних і шкідливих виробничих чинників, як електричний струм, підвищений рівень шуму, підвищена температура довкілля, відсутність чи недолік природного світла, недостатня освітленість робочої зони, психофізичні чинники (напруга зорових і слухових аналізаторів, розумовий напруга) і др.

У ГОСТ 12.0.003−74 дається класифікація небезпечних і шкідливих виробничих чинників, котрі за природі впливу діляться на следующие:

физические;

химические;

биологические;

психофизиологические.

До перших трьом належить ряд небезпечних факторов.

а) Високе значення напруги в електричної цепи.

Експлуатація устаткування машинного залу пов’язані з застосуванням змінного електричного струму напругою 220 В, частотой 50 Гц. Струм саме такий частоти найнебезпечніший життю людини. Електричний струм, проходячи через організм, надає термічне, электролитическое і біологічне вплив, викликаючи місцеві і спільні электротравмы. Місцеві травми поділяються на: електричні опіки, електричні знаки, металлизацию шкіри, механічні ушкодження, электро-офтальмию. Загальні электротравмы чи електричні удари по тяжкості діляться чотирма степени:

1 ступінь — судорожне скорочення м’язів без втрати созна-ния;

2 ступінь — скорочення м’язів із утратою свідомості, але з що зберігся диханням і клубною роботою сердца;

3 ступінь — непритомність і порушення серцевої діяльності чи дихання (або ще чи іншого сразу);

4 ступінь — клінічна смерть.

б) Підвищений рівень статичного электричества.

Електризація — це комплекс фізичних і хімічних процесів, що призводять до поділу у просторі зарядів протилежних знаків або до нагромадженню зарядів одного знака. Суть электризации у тому, що нейтральні тіла, не виявляють у стані електричних властивостей, за умов негативного контакту чи взаємодії стають электрозаряженными. На аналізованому робоче місце оператора ЕОМ електризація (підвищений рівень статичного електрики) виникає лежить на поверхні екранів відеомоніторів при тривалої роботі і анодном електроді електронно-променевих трубок цих пристроїв. Статична напруга ними може становити 11 кВ. Статична електрику надає шкідливий вплив на організм людини, причому як за безпосередньої контакту з зарядом, але й рахунок дії електричного поля, виникає навколо заряджених поверхностей.

в) Підвищений рівень шуму робочому месте.

Галасом називається всякий несприятливо діючий на людини звук. Зазвичай шум поєднанням звуків різної частоти і інтенсивності. Вимоги ні галасу визначаються СНиП 11−12−77 і СН-512−78. У приміщеннях програмістів і операторів відеотерміналів рівень звуку ні перевищувати 50дБа. Численними дослідженнями встановлено, що шум є общебиологическим подразником й у певних умов впливає усі органи й системи організму людини. Дослідженнями останніх встановлено, що під впливом шуму наступають зміни у органах зору человека (снижается стійкість ясного бачення і гострота зору, змінюється чутливість до різним квітам та інших.) і вестибулярном апараті; порушуються функції шлунково-кишкового тракту; підвищується внутрічерепне тиск; відбуваються в обмінних процесах організму, що т.п. На аналізованому місце роботи оператора ЕОМ нею діє непостійний переривчастий шум, вироблений такими пристроями: кондиціонери повітря, вентилятори систем охолодження апаратури, принтери. Такий шум погіршує точність виконання робочих операцій, утрудняє приймання і сприйняття інформації (стеження, збирати інформацію, мышление).

р) Підвищена температура довкілля, влажность.

Система кондиціонування, вентиляції і опалення має відповідати ГОСТ 12.1.005−88, СНиП 11−33−75 і СН-512−78.Система кондиціонування машинного залу ПЦ повинна бути розрахована забезпечення в теплий період року температуры23−25 градуси, вологості 40−60 відсотків і швидкість руху повітря 0,1−0,2 м/с. У холодну пору року температура повинна бути менше 22−24 градуси. Підвищена температура повітря і вологість можуть призвести до нагріванню тіла людини, як цього виникає швидка стомленість, запаморочення. Джерелом підвищеної температури є різноманітна аппаратура.

буд) Відсутність чи недолік природного світла, і недостатня освітленість робочої зоны.

Система висвітлення на ПЦ має відповідати вимогам СНиП 11−4-79. Рекомендується користуватися системою комбінованого штучного висвітлення з допомогою люмінесцентних ламп типу ЛБ і світильників відображеного чи розсіяного светораспределения (тип УСП-5.2×40, УСП-35−2×40, ЛВ003−2×40−002), розміщених у рівномірному прямокутному порядку. Аномальне висвітлення робочого місця можуть призвести до їх зниження зору, головного болю, передчасному стомленню. Джерелом цього є неправильне розташування джерел света.

8.1. Наслідки психофізичних перевантажень оператора.

Психофізіологічні небезпечні й шкідливі виробничі чинники характером їхні діяння поділяються на фізичні і нервово-психічні перевантаження. На робоче місце оператора ЕОМ діють у основному лише на нервово-психічні перегрузки.

а) Розумові й емоційні перевантаження. Обумовлені специфікою праці оператора ЕОМ. При розумової роботі, проти фізичної, споживання кисню мозком збільшується в 15−20 раз. Якщо розумової праці потрібно значне нервово-емоційна напруга, можливі зміни кров’яного тиску, пульсу. Тривала праця такої характеру можуть призвести до захворювань, зокрема серцево-судинних деяким другим.

б) Перенапруження аналізаторів. На робоче місце оператора ЕОМ можливо перенапруження органів зору, викликаного застосуванням дисплеїв з низьким дозволом, не відрегульованих за яскравістю і контрастності, і навіть неправильної їх установкою щодо вікон та освітлювальних приладів. У зв’язку з цим, чимале значення має завдання планування процесу праці, із єдиною метою недопущення перенапруги органів почуттів, що може призвести до стрессам.

8.2. Пожежна безпеку обчислювальних центрах.

Джерелом пожежі у приміщенні, де знаходиться ПЕОМ, то, можливо коротке замикання, перевантаження з'єднувальних дротів мережі, виникнення великих перехідних опорів. При короткому замиканні і перевантаження температура переходу струму з однієї дроти в інший підвищується, і відбувається запалення ізоляції. Межі вогнестійкості будівельних конструкцій, евакуаційні шляху, конструктивно-планировочные рішення регламентовані в СП і П 2−01.02−85. Винятково важливого значення задля унеможливлення электротравматизма має правильна організація обслуговування діючих електроустановок, чітка й своєчасне проведення ремонтних і профілактичних работ.

8.3. Вибір системи кондиціювання та розрахунок числа кондиционеров.

Дипломний проект був написаний приміщенні 4 ПЕОМ. Близько вхідних дверях перебуває вуглекислий вогнегасник. Для опалення приміщення у холодний період року передбачена водяний систем опалювання. Поруч із природним освітленням в темну пору доби застосовується люмінесцентна система висвітлення. Для кондиціонування у приміщенні з ПЕОМ необхідні кондиционеры.

Для кондиціонування використовуються побутові кондиціонери БК. Їх встановлюють вікон й повітря подається у помещение.

Мінімальна кількість зовнішнього повітря, подаваного до приміщення, має не меншим необхідного по санітарних норм подачі одну годину, що становить 30 кг/ч. У зв’язку з цим мінімальне необхідну кількість зовнішнього повітря GHmin=30*n кг/ч, n-число робочих (n=4).

Ghmin = 30*4 = 120 кг/ч.

У розглянутим схемою організації воздухообмена все повітря, проходить через кондиціонер, вважається зовнішнім. Зовнішнє повітря із розрахунковою температурою tн=28.50С відповідає кондиціонером до tк, та був нагрівається до tвн — температури приміщення. При розрахунку числа кондиціонерів слід вирішити систему уравнений:

3600*Qэвм=N*r*Gк*Cк*(tвн-tк).

3600*Qк=r*Gк*Cк*(tн-tк).

де N-число кондиціонерів, r-средний розрахунковий питому вагу повітря, r=1.2 кг/м3 Gк — продуктивність кондиціонера повітрям, м3/ч Ск — середня теплоємність охлаждающегося повітря, кДж/кг*0С.

Ск=1.005+1.8d.

де d=623*fк*рк/(В-fк*рк), рк — пружність насиченого пара за нормальної температури tк.

Залежність р від t приведено в таблиці, де fк — відносна вологість в частках, В=993 Гпа — повне барометричне тиск, Сп вибирається аналогічно Ск при рн і fн.

Вибираємо за таблицею кондиціонер БК-1500. Він Gк=400 м/ч, Qк=1.74 кВт. QЭВМ — результуюче тепловиділення в машинному залі. Потужність коштів обчислювальної техніки із технічної документації становить 7.5 кВт. Тепловиділення людини 75 Вт. Загальне тепловиділення n*75=300 Вт. Тепловиділення від джерел висвітлення становить n*65 Вт, де n-количество джерел висвітлення, n=16, загальне тепловиділення 65*16=1040 Вт. Знаходимо QЭВМ:

QЭВМ=7.5+0.3+1.04=8.34 кВт.

Параметри tвн, fвн визначаються з урахуванням ГОСТ 12.1.005−88.

Приймемо tвн=240C, fвн=50%, tк задається з огляду на те, що перепад температур ЕОМ ні перевищувати 150С. Відносна вологість fк мусить бути порядку 75−80%. Розрахункова температура зовнішнього повітря для теплого періоду року становить tн=28.50С.

Розрахунок числа кондиціонерів виконується до трьох значень відносної вологості зовнішнього повітря fн-40, 60, 80%.

По формулам (7.3) і (7.4) визначається Ск:

Ск=1.005+1.8*(623*0.75*23.38/993−0.75*23.38)=21.16 кДж/кг*0C.

Аналогічно визначається значення Сн.

Для f=40% :

Cн=1.005+1.8*(623*0.4*38.91/993−0.4*38.91)=18.86 кДж/кг*0C.

Для f=60% Cн=28.004 кДж/кг*0C.

Для f=80% Cн=37.29 кДж/кг*0C.

Необхідну число кондиционеров.

N=int{3600*Qэвм/1.2Gк*Cк (tвн-tк)}+1.

При tн=28.50C приймаємо tк=200C, tвн=240C, fк=75%, fк=50%.

Cк=1.005+1.8(623*0.75*23.38/993−0.75*23.38)=21.16 кДж/кг*0C.

N=int{3600*Qэвм/1.2Gк*(tвн-tк)}+1=1.73,.

отже, N=1.

Кількість кондиціонерів має забезпечити необхідну продуктивність за холодом Qк.

Qк=r*Gк*Cн (tн-tк)/3600.

Визначаємо Qк: fн=40%, Сн=18.86.

Qк=12*400*18.861(28.5−20)/3600=21.375 кВт,.

fн=60%, Cн=28.004 Qк=31.73 кВт.

fн=80%, Cн=37.28 Qк=42.26 кВт.

В усіх трьох випадках виконується умова Qк>Qктабл Qктабл=1.74 кВт. Перевіримо відповідність кількості зовнішнього повітря санітарних норм. Продуктивність по воздуху.

Gн=N*Gк=1*400=400 м3/ч.

Умова Gн>Gн хв (Gн мин=240 кг/ч) виконується, отже, число БК-1500 можна взяти рівним 1.

Побутовий кондиціонер БК-1500 використовується для ПЕОМ і СМЭВМ. Встановлюється вікон і подає оброблений зовнішнє повітря у зал.

У процесі виконання НДР необхідно, щоб діяльність людини не супроводжувалася шкідливим впливом на середовище проживання. З цією метою необхідно уникнути потрапити в зовнішню середу відходів виробництва та шкідливі речовини. І тому необхідно забезпечити герметичне зберігання шкідливі речовини. Відходи виробництва збирати у спеціальні контейнери і вивозити доречно переробки чи знищення. За наявності великої кількості шкідливих парів, які виникають при пайку, вентиляційні отвори і шахти мали бути зацікавленими обладнані спеціальними фільтрами, задерживающими проникнення парів в навколишнє середовище. У окремих випадках треба використовувати хімічні нейтрализаторы.

Наприкінці треба сказати, що це дипломний проект є безпечною в плані за дотримання необхідних норм безпеки під час роботи з ПЕОМ і периферійними пристроями технічно нескладне небезпеку життя оператора ЕОМ. З іншого боку використовувані під час проектування технічні засоби не призводять до забруднення довкілля й загостренню екологічної обстановки. Важливе значення попередження потенційно небезпечні життя чинників залежить від правильної роботи на ЕОМ, в своєчасному обслуговуванні діючих электроустановок.

9.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Розрахований і спроектований автогенераторный клістрон з електронним ККД в вихідному зазорі рівним ?е3=0.62 й загальним електронним ККД? е?=0.65. Для двухрезонаторного клистрона із трьома зазорами це є гарним результатом. Це на 30−35% більше, ніж в приладів випущених промисловістю. Разом про те досі залишаються змогу наступного підвищення ККД.

Швидше за все вони пов’язані з дослідженнями широкого зазору з ?1?3? з нерівномірним електричним полем. Результати отримані при розрахунку електронного струму подають надію для підвищення ККД.

Цікаві перспективи відкриваються під час використання неоднорідного магнітного поля. Вже розрахований прилад з I1max/I0=1.75 й загальним ККД? е?=0.7. Але ускладнення конструкції викликане неоднорідним магнітним полем змусило доки вважати її як основного варіанта. Надалі згадані конструкції будуть дорабатываться.

10.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

.

1. Артюх І. Р. Потужні мікрохвильові электровакуумные прилади для систем зв’язку й промислового застосування // Електронна промисловість — 1991. — № 6 — 57 c.

2. Gebauer R. Wiss. Voroff. d. Texhnixhen Hochxhule Darmstadt. — 1, 65 (1947); 1, 97, 1949.

3. Клістрони. Переклад з англійської - М: Радянське радіо. — 1952. — 129 c.

4. Solimar L. Extension on the one-dimension (klistron) Solution to finite gaps // J. Electron Contr. — 1961. — V11, № 5. — p.361−383; 1962. — V12, № 4. — p.313−314.

5. Хайков А. З. Клистронные підсилювачі. — М.: Зв’язок, 1974. — 392 с.

6. Федяєв У. До. Розрахунок групування електронів в клистронах з довгими зазорами // Вісті ЛЭТИ — 1966 — Вип. 62. с.287−300.

7. Канавец У. І., Лопухін У. П., Сандалів А. П. Нелинейные процеси в потужних тногорезонаторных клистронах і оптимізація їх порпметров // Лекції з електроніки НВЧ. Книжка 7. Вид. Саратовського університету, 1974.

8. Панов У. П., Сметанина Л. Ю., Юркін У. І. Розрахунок електронних процесів в двухрезонаторном клистроне із широкою вхідним зазором // Електроніка. Рязань: РРТИ, 1978. с.3−6.

9. Костиенко А. І., Пирогов Ю. А. Взаємодія електронного потоку з полем НВЧ у широкому пласкому зазорі, порушену на вищому типі коливань // Радіотехніка і електроніка. 1962 — Вип. 2 — з. 332−338.

10. Дослідження процесів, що з взаємодією електронів з НВЧ полем широкого вхідного зазору на великих амплітудах. Научн.рук. Панов В. П. Звіт / РГРТА. — Рязань. — 1994. — 36 с.

11. Дослідження процесів взаємодії електронів з полем резонатора при часи прольоту, перевищують період коливань й можливості створення нових генераторів НВЧ. Наук. рук. Панов У. П. Звіт / РГРТА. — Рязань. — 1994. — 22 с.

12. Взаємодія сгруппированного електронного потоку з полем високочастотного зазору // Панов В. П., Буланкин В. А., Кутузова І.В., Юркін В.И.

13. Федяєв У. До. Двомірна модель електронного потоку з деформируемых елементів // Вакуумна і плазменная електроніка: Межвуз. рб. / Рязань: РРТИ — 1986 — з. 96−100.

14. Федяєв У. До., Юркін У. І. Програма аналізу двомірних динамічних процесів в клистронах // Вакуумна і плазменная електроніка: Межвуз. рб. / Рязань: РРТИ — 1986 — з. 101−105.

15. Кацман Ю. А. Прилади НВЧ. — М.: Высш. шк., 1983. — 368 c.

16. Панов У. П. Напрями розвитку та особливості клистронов // Методичні вказівки. Рязань: РРТИ — 1991. — 36 с.

17. Лебедєв М. У. Техніка і прилади НВЧ, т. 2. — М.: Енергія, 1964. — 375 с.

18. Панов У. П. Просторовий заряд в клистронах // Методичні вказівки. Рязань: РРТИ — 1990. — 24 с.

19. Панов У. П., Кутузова І. У. Взаємодія несгруппированного електронного потоку з ВЧ полем зазору // Електронні прилади: Межвуз. рб. / Рязань: РРТИ — 1992 з. 93−96.

20. Панов У. П., Кутузова І. У., Юркін У. І. Коефіцієнт електронного взаємодії вихідного зазору клистрона // Електронні прилади: Межвуз. рб. / Рязань: РРТИ — 1992 — з. 91−93.

21. Панов У. П., Соломенников Р. У., Погорільська М. М. Дипломне проектування // Методичні вказівки. Рязань: РРТИ — 1989. — 28 з.

22. Панов У. П., Федяєв У. До., Шишков А. А. Розробка нових конструкцій, методів і програм розрахунку клистронов // Электросвязь 1992; № 4 — з. 39−40.

23. Розрахунок і исследованиелектронных процесів в динамічному режимі роботи приладів: Звіт про НДР / РРТИ; Керівник У. П. Панов. — № 423 834. УДК 621.385.624. — Рязань, 1975. — 87 c.