無焰加熱器的結(jié)構(gòu)及其機(jī)理分析
陳磊，侯云鵬，程樹康
(哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江哈爾濱150001)
摘要：分析了軍隊(duì)野戰(zhàn)食品加熱方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了無焰加熱器的結(jié)構(gòu)，并介紹了其工作原理。對無焰加熱器實(shí)心鐵心中的磁滯和渦流熱功率及短路繞組中的短路電流熱功率進(jìn)行了理論分析，給出了計(jì)算方法。結(jié)合具體樣機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，表明該無焰加熱器的可行性。
關(guān)鍵詞：無焰加熱器；結(jié)構(gòu)；熱功率
0 引 言
不論是作戰(zhàn)，還是野外工作，人們都需要進(jìn)食，因此對野戰(zhàn)食品或方便食品的加熱是必不可少的。目前單兵野戰(zhàn)口糧熱食化主要通過兩條途徑。一種是通過固體燃料產(chǎn)生熱量來實(shí)現(xiàn)日糧的加熱。，這種方式有明火產(chǎn)生。但有些條件下加熱食品不能使用明火，例如在戰(zhàn)場上使用明火會暴露目標(biāo)，造成不必要的人員和裝備損失；在森林或化工廠等危險(xiǎn)場合使用咀火會引起火災(zāi)或爆炸等。另一種是通過化學(xué)反應(yīng)放熱來實(shí)現(xiàn)口糧的加熱，這種方式不產(chǎn)生明火，又稱“無火化學(xué)加熱”。無火口糧加熱器主要由化學(xué)反應(yīng)劑和激活劑組成，平時(shí)化學(xué)反應(yīng)劑和激活劑相互隔離，使用時(shí)通過一定的方式使兩者接觸，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并放出熱量。熱量以熱傳導(dǎo)和輻射的方式對口糧進(jìn)行加熱。具有代表性的化學(xué)反應(yīng)劑主要有生石灰、鐵、鋁、鎂等，激活劑主要是水和氧氣。但是這種食品加熱方法也存在先天不足，首先是化學(xué)藥劑發(fā)熱量低，且是一次性使用，極大地增加了后勤運(yùn)力和士兵攜行負(fù)擔(dān)；其次是加熱食品時(shí)需要使用水，而水在戰(zhàn)場上彌顯珍貴；第三是化學(xué)藥劑受潮后會失效，要求在生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲存過程中嚴(yán)格密封，給后勤保障帶來許多不便，并增加了制造成本，第四是大量使用后會造成環(huán)境污染。因此，尋找一種能完全無煙、無焰、無污染的野戰(zhàn)加熱食品的方法成了當(dāng)今的熱點(diǎn)。
電加熱技術(shù)是一種無煙、無焰、無二次污染的加熱技術(shù)。有別于傳統(tǒng)的電加熱方式，從電機(jī)損耗與溫升的反問題出發(fā)考慮，利用電磁理論中旋轉(zhuǎn)電機(jī)損耗的概念和成因，采用適當(dāng)?shù)牟牧稀⒔Y(jié)構(gòu)和方法，將輸入的能量完全地充分地轉(zhuǎn)換為熱能，得到了動態(tài)電磁感應(yīng)加熱的概念。其利用永磁體和鐵磁物質(zhì)相對運(yùn)動切割磁力線，在閉合線圈中感應(yīng)旋轉(zhuǎn)電勢的電流效應(yīng)，和旋轉(zhuǎn)磁場中的塊狀鐵心的渦流效應(yīng)及磁滯效應(yīng)綜合加熱。無焰電磁加熱裝置(專利號cN200410044061．4)是一種可重復(fù)使用的無火焰、無煙、無污染的電磁食品加熱器。這種加熱器是由人工手搖提供能量，利用磁滯、渦流和二次感應(yīng)電流發(fā)熱原理加熱食品，同戰(zhàn)士的飯盒組合在一起，可以重復(fù)使用，加熱食品的速度和溫度可隨意控制，使用方便，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，可靠性高。
1無焰加熱器的結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1為無焰電磁加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖，它由保溫筒、無焰加熱器和增速機(jī)構(gòu)組成。保溫筒由內(nèi)外壁及填充在內(nèi)外壁之間的保溫材料構(gòu)成，食品可放置在保溫筒和無焰加熱器上板之間的空腔內(nèi)加熱。增速機(jī)構(gòu)中四個(gè)直齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)增速，兩個(gè)傘齒輪與搖把實(shí)現(xiàn)運(yùn)動方向轉(zhuǎn)向90o。這樣，通過手搖搖把，增速機(jī)構(gòu)將輸入轉(zhuǎn)速提高，帶動無焰加熱器發(fā)
熱，從而將保溫筒內(nèi)的食品加熱。
圖2為無焰加熱器的裝配圖，它由上定子部件、下定子部件、轉(zhuǎn)子部件、軸承和機(jī)殼構(gòu)成。定子部件由實(shí)心鐵心和繞組構(gòu)成，其中繞組由銅線繞制，并首尾相接成短路狀態(tài)；轉(zhuǎn)子部件由轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體和軸構(gòu)成，轉(zhuǎn)子鐵心為實(shí)心結(jié)構(gòu)，永磁體呈環(huán)形鑲嵌在轉(zhuǎn)子鐵心，相鄰磁鋼N、s極交錯(cuò)排列(如圖3所示)，轉(zhuǎn)子鐵心同定子鐵心同軸配置，中間形成軸向氣隙。其熱量是當(dāng)外力作用于軸，轉(zhuǎn)子部件旋轉(zhuǎn)，定子鐵心切割磁力線，在定子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢形成的短路電流以及定子鐵心中產(chǎn)生的磁滯和渦流而產(chǎn)生。
2無焰加熱器的機(jī)理分析
忽略機(jī)械和雜散損耗的熱功率，電機(jī)損耗一般可分為鐵心中的磁滯和渦流損耗以及繞組中的銅損。無焰加熱器作為電機(jī)損耗與溫升的反問題，對應(yīng)電機(jī)的損耗，其熱源主要有三部分構(gòu)成：實(shí)心鐵心中的磁滯和渦流熱功率，以及短路繞組中的短路電流熱功率。下面分別討論。
2 1鐵心中的磁滯熱功率
磁滯損耗是交變磁場中鐵磁材料受到周期性的反復(fù)磁化作用引起的鐵磁物質(zhì)磁疇取向改變或磁疇壁移動的結(jié)果。磁滯損耗的大小與磁滯回環(huán)的面積成正比，而磁滯回環(huán)的面積隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的增加而增加，很容易理解磁滯損耗與交變磁化的頻率、磁場強(qiáng)度和鐵心材 |
