ток первой гармоники
I1max/I0 и расстояние на котором этот ток становится максимальным Zopt . На
рис.3.19 представлены зависимости I1max/I0 и Zopt от магнитного поля
B2/U0 . Увеличение тока I1max/I0 и расстояния Zopt позволяет увеличить
КПД прибора. Из вышесказанного понятно что для получения оптимальных
параметров прибора магнитное поле должно быть минимальным, но обеспечивать
приемлемое токопрохождение.
[pic]Рис.3.19. Зависимость I1max/I0 и Zopt от магнитного поля B2/U0
В процессе разработки прибора использовалось поле величиной B2/U0=70-
180. Это достаточно сильное поле особенно при B2/U0>100. Оно очень сильно
влияет на электронный поток. Достаточно сказать, что при начальном радиусе
пучка 1.05 мм через 10 мм пролета в резонаторе его радиус становится равным
0.1 мм. При этом коэффициент пульсаций достигает 10.5.
Величина поля необходимого для фокусировки зависит в основном от двух
факторов: напряженности поля и силы расталкивания пространственного заряда.
Напряженность электрического поля в выходном зазоре в выходном зазоре в
несколько раз больше чем во входном, т.к. входные зазоры широкие, а
выходные узкие.
Исходя из этого можно в начале прибора использовать меньшее магнитное
поле, а затем увеличить его до номинального. Было рассчитано несколько
вариантов такой схемы. Наиболее хороший результат дал вариант с резонатором
"("-вида с параметрами: d1=15.5 мм, d2=10 мм, L12=27 мм, (1=1.5, (2=-1.5,
на интервале 0-30 мм поле равно B2/U0 =84, а дальше поле равно B2/U0=140.
Полученные результаты приведены в табл.3.11. Для сравнения там же приведены
результаты для такого же клистрона , но с равномерным магнитным полем.
Полученный I1max/I0 является лучшим за весь период расчета. Видно, что с
равномерным полем результат хуже как по току так и по расстоянию Zopt .
Таблица 3.11.
Сравнительные результаты при неравномерном и равномерном магнитном поле
|Маг.поле |I1max/I0|Zopt |(е12 |(е3 |(е( |
|Неравномер. |1.7523 |58 |0.091 |0.6185 |0.708 |
|Равномерное |1.6623 |54 |0.089 | | |
Полученные результаты надо рассматривать, как прикидочные, т.к. малый
объем расчетов не позволяет говорить о том, что был достигнут максимум.
Вероятнее всего можно получить еще больший ток. Но поскольку получение
неоднородного магнитного поля вызовет усложнение конструкции было решено
пока остановиться на варианте с рвномерным магнитным полем. К тому же
рассматриваемое неравномерное магнитное поле имеет нереальное распределение
по Z в виде ступеньки. Поэтому полученные результаты лишь показывают
возможность улучшения параметров клистрона за счет применения неоднородного
магнитного поля.
В
1
0.6
0
30 Z
Рис.3.20. Схематическое изображение двухрезонаторного клистрона
с резонатором "(" - вида с (1(3/2(, с неоднородным магнитным полем
Зависимость угла пролета от ширины зазора.
|Угол пролета ( |Ширина реального |Теоретическая |Отклонение, % |
| |зазора, мм |ширина зазора, мм | |
|0 |0 |0 |0 |
|1.116( |10 |12.05 |20.5 |
|2( |19 |21.6 |13.7 |
|2.394( |21.5 |25.86 |20.3 |
|2.86( |23 |30.89 |34.3 |
угол пролета зазора для характерных точек; во втором столбике ширина
реального зазора, соответствующего данному углу пролета; и в третьем
столбике ширина зазора, соответствующая данному углу пролета, рассчитанная
теоретически по формуле: d=(v/(
На рис.3.8. изображен график зависимости эквивалентного угла пролета от
ширины зазора, построенный по данным таблицы 3.2. Пользуясь этим графиком
можно ориентировочно определять угол пролета и электронный КПД зазора. Для
этого для исходной ширины зазора определяется эквивалентный угол по графику
на рис.3.8 . Затем по формуле:
[pic]
определяется электронная проводимость, а по формуле:
[pic]
определяется электронный КПД зазора. На рис.3.7(б) пунктиром нанесена линия
КПД, рассчитанная по такой методике для (1 =1. Погрешность составляет 1-2%,
что говорит о возможности применения данной методики для оценочных
расчетов.
Аналогично по формуле:
[pic]
можно оценить значение коэффициента взаимодействия.
6. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ КЛИСТРОНА
Клистрон выполняется многолучевым, использует разработанную на
предприятии ЭОС с 24 лучами, сосредоточенными в центре резонатора, в
котором используется основной вид колебаний.
Прибор состоит из четырех основных узлов: резонаторная система,
катодный узел, коллекторный узел и вывод энергии.
Резонаторная система клистрона представляет собой два резонатора.
Первый резонатор имеет два высокочастотных зазора. Трубка дрейфа
поддерживается металлическим стержнем. На внутренней стенке резонатора
располагаются выступы, для получения заданной структуры поля. Они
образуются подбором размеров пролетных труб. Второй резонатор
однорезонаторный с узким зазором. Для эффективного отвода тепла корпус
резонатора, трубка дрейфа и держатель изготавливаются из меди типа МБ.
Выходной резонатор имеет отверстие для соединения с выводом энергии
баночного типа, который вакуумно уплотнен диэлектрической пластиной из
керамики марки 22ХС. Входной резонатор имеет вывод энергии с небольшой
связью в виде петли связи. Это позволяет контролировать работу генератора.
Для фокусировки электронного потока в приборе применена фокусирующая
система из постоянных магнитов. Для этого на входе и выходе резонаторного
блока припаиваются магнитные полюса из стали, на которые одеваются
кольцевые постоянные магниты.
Катодный и коллекторный узлы и вывод энергии взяты от готового
прибора, разрабатываемого промышленностью. Катодный узел имеет многолучевую
пушку с импергированным катодом, выполненным в виде отдельных спрессованных
таблеток, фокусирующий электрод и ножку. Фокусирующий электрод имеет свой
вывод. Подогреватель пушки изготавливается из вольфрама, остальные детали
из никеля и сплава марки 47НКД. Все диэлектрические детали изготавливаются
из керамики марки .
Размеры резонаторов (протяженность первого и второго зазоров, длина
трубки дрейфа, выступы) выбираются по расчетным данным, исходя из
оптимального КПД.
Коллектор, используемый в данном приборе предназначен для отвода 40
кВт мощности потерь с водяным охлаждением.
Катодный узел, коллектор и вывод энергии соединяются с резонатором с
помощью аргоно-дуговой сварки, что позволяет легко менять данные узлы при
выходе из строя без замены остальных узлов резонатора.
7. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
7.1. Календарный план разработки
Планирование исследовательской работы заключается в составлении
календарного плана проведения исследовательской работы. Он отражает
перечень работ по этапам, строгую очередность в выполнении отдельных этапов
работы, сроки выполнения, количество и квалификацию лиц, занятых при
разработке темы.
В качестве метода календарного планирования выбран ленточный график,
приведенный на рис.5.1. Шифр проводимых работ дан в таблице 5.1.
Все работы, проводимые в ходе выполнения НИР можно разделить на три
периода:
подготовительный период.
экспериментальное исследование электронных процессов в приборе.
подведение итогов.
В данном дипломном проекте проводится численный эксперимент, то есть
расчет электронных процессов на ЭВМ.
На первом этапе были проведены следующие работы: - составление и
согласование ТЗ - подбор и изучение литературы - изучение особенностей
программы расчета электронных процессов
Во время второго этапа: - подготовка исходных данных - расчет
электронных процессов на ЭВМ - построение графиков - анализ полученных
результатов - оптимизация параметров на ЭВМ
Во время третьего этапа: - изучение конструкции прибора - изучение
технологии изготовления прибора - оформление графической части -
оформление, согласование и сдача отчета
7.2. Смета затрат на разработку
В затраты на проектирование входят:
1. заработная плата ИТР - дополнительная плата ИТР (15% от основной ЗП)
1. отчисления на социальные нужды (40.5% от суммы ЗП)
1. затраты на эксплуатацию ЭВМ в расчете 5000 рублей за 1 час машинного
времени
1. накладные расходы, составляющие 100% от суммы заработной платы,
социальных отчислений, затрат на эксплуатацию ЭВМ
1. прибыль составляет 20% от суммы предыдущих статей
1. НДС составляет 20% от суммы предыдущих статей
Заработная плата рассчитывается по формуле:
ЗП = ti * Tдн * q,
где ti - трудоемкость в днях
Tдн- дневная тарифная ставка
q - количество исполнителей.
Дневная ЗП инженера = 9397 руб.
Дневная ЗП старшего инженера = 17417 руб.
Дополнительная ЗП = Основная ЗП * 0.15
Затраты на ЗП приведены в таблице 5.2.
Отчисления на социальные нужды = (ЗПосн+ЗПдоп) * 0.405 =
(638672+95801) * 0.405 = 297462 руб.
Затраты на машинное время = количество отработанных часов * стоимость
одного часа машинного времени = 160 * 5000 = 800000 руб.
Затраты на эксплуатацию ЭВМ приведены в таблице 5.3.
Накладные расходы = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр) * 1.00 =366387
Прибыль = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр + НАКЛрас) * 0.2
НДС = (ЗПосн + ЗПдоп + СОЦотч + МАШвр + НАКЛрас + ПРИБ) * 0.2
Смета затрат - в таблице 5.4.
7.3. Выводы по эффективности дипломного проекта
Так как тема данного дипломного проекта имеет теоретически-
исследовательский характер, то посчитать в денежном выражении и в
окончательном виде экономический эффект не представляется возможным. Но
можно дать предварительную оценку.
Проведение расчетов на ЭВМ позволяет сократить срок разработки
приборов, число разработчиков. Расчет геометрии на ЭВМ позволило свести к
минимуму количество экспериментальных макетов и значительно уменьшить
трудоемкость экспериментальных исследований.
Таким образом, использование ЭВМ в процессе проектирования приборов
дает основание ожидать высокую эффективность работ из-за сокращения затрат
на стадии разработки.
Затраты на эксплуатацию ЭВМ можно снизить за счет более детальной
подготовки исходных данных для расчета, тщательного продумывания
направления дальнейшего расчета и за счет использования ЭВМ с большим
быстродействием.
8. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА
Анализ условий труда оператора вычислительной техники
с оценкой тяжести и напряженности труда
Согласно ГОСТ 12.0.002-74 опасным производственным фактором считается
фактор, воздействие которого приводит к травме. Вредный производственный
фактор - фактор, воздействие которого на работающего приводит к
заболеванию.
Операторы ЭВМ, операторы по подготовке данных, программисты и другие
работники ВЦ (вычислительного центра) сталкиваются с воздействием таких
опасных и вредных производственных факторов, как электрический ток,
повышенный уровень шума, повышенная температура окружающей среды,
отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность
рабочей зоны, психофизические факторы (напряжение зрительных и слуховых
анализаторов, умственное напряжение) и др.
В ГОСТ 12.0.003-74 дается классификация опасных и вредных
производственных факторов, которые по природе воздействия делятся на
следующие:
физические;
химические;
биологические;
психофизиологические.
К первым трем относится ряд опасных факторов.
а) Высокое значение напряжения в электрической цепи.
Эксплуатация оборудования машинного зала связана с применением
переменного электрического тока напряжением 220В,частотой 50Гц. Ток именно
такой частоты наиболее опасен для жизни человека. Электрический ток,
проходя через организм, оказывает термическое, электролитическое и
биологическое воздействие, вызывая местные и общие электротравмы. Местные
травмы подразделяются на: электрические ожоги, электрические знаки,
металлизацию кожи, механические повреждения, электро-офтальмию. Общие
электротравмы или электрические удары по тяжести делятся на четыре степени:
1 степень - судорожное сокращение мышц без потери созна-ния;
2 степень - сокращение мышц с потерей сознания, но с сохранившемся дыханием
и работой сердца;
3 степень - потеря сознания и нарушение сердечной деятельности или дыхания
(или того и другого сразу);
4 степень - клиническая смерть.
б) Повышенный уровень статического электричества.
Электризация - это комплекс физических и химических процессов,
приводящих к разделению в пространстве зарядов противоположных знаков или к
накоплению зарядов одного знака. Суть электризации заключается в том, что
нейтральные тела, не проявляющие в нормальном состоянии электрических
свойств, в условиях отрицательного контакта или взаимодействия становятся
электрозаряженными. На рассматриваемом рабочем месте оператора ЭВМ
электризация (повышенный уровень статического электричества) возникает на
поверхности экранов видеомониторов при длительной их работе и на анодном
электроде электронно-лучевых трубок этих устройств. Статическое напряжение
на них может достигать 11 кВ. Статическое электричество оказывает вредное
воздействие на организм человека, причем не только при непосредственном
контакте с зарядом, но и за счет действия электрического поля, возникающего
вокруг заряженных поверхностей.
в) Повышенный уровень шума на рабочем месте.
Шумом называется всякий неблагоприятно действующий на человека звук.
Обычно шум является сочетанием звуков различной частоты и интенсивности.
Требования к шуму определяются СНиП 11-12-77 и СН-512-78. В помещениях
программистов и операторов видеотерминалов уровень звука не должен
превышать 50дБа. Многочисленными исследованиями установлено, что шум
является общебиологическим раздражителем и в определенных условиях может
влиять на все органы и системы организма человека. Исследованиями последних
лет установлено, что под влиянием шума наступают изменения в органах зрения
человека(снижается устойчивость ясного видения и острота зрения, изменяется
чувствительность к различным цветам и др.) и вестибулярном аппарате;
нарушаются функции желудочно-кишечного тракта; повышается внутричерепное
давление; происходят нарушения в обменных процессах организма и т.п. На
рассматриваемом месте работы оператора ЭВМ на него действует непостоянный
прерывистый шум, производимый следующими устройствами: кондиционеры
воздуха, вентиляторы систем охлаждения аппаратуры, принтеры. Такой шум
ухудшает точность выполнения рабочих операций, затрудняет прием и
восприятие информации (слежение, сбор информации, мышление).
г) Повышенная температура окружающей среды, влажность.
Система кондиционирования, вентиляции и отопления должна
соответствовать ГОСТ 12.1.005-88, СНиП 11-33-75 и СН-512-78.Система
кондиционирования машинного зала ВЦ должна быть рассчитана на обеспечение в
теплый период года температуры23-25 градуса, влажности 40-60 процентов и
скорости движения воздуха 0,1-0,2 м/с. В холодный период года температура
не должна быть меньше 22-24 градуса. Повышенная температура воздуха и
влажность может привести к нагреву тела человека, как следствие этого
возникает быстрая утомленность, головокружение. Источником повышенной
температуры является разнообразная аппаратура.
д) Отсутствие или недостаток естественного света и недостаточная
освещенность рабочей зоны.
Система освещения на ВЦ должна удовлетворять требованиям СНиП 11-4-
79. Рекомендуется применять систему комбинированного искусственного
освещения с использованием люминесцентных ламп типа ЛБ и светильников
отраженного или рассеянного светораспределения (тип УСП-5.2х40, УСП-35-
2х40, ЛВ003-2х40-002), расположенных в равномерном прямоугольном порядке.
Аномальное освещение рабочего места может привести к снижению зрения,
головной боли, преждевременному утомлению. Источником этого является
неправильное расположение источников света.
8.1. Последствия психофизических перегрузок оператора
Психофизиологические опасные и вредные производственные факторы по
характеру их действия подразделяются на физические и нервно-психические
перегрузки. На рабочем месте оператора ЭВМ действуют в основном только
нервно-психические перегрузки.
а) Умственные и эмоциональные перегрузки. Обусловлены спецификой
труда оператора ЭВМ. При умственной работе, по сравнению с физической,
потребление кислорода мозгом увеличивается в 15-20 раз. Если для умственной
работы требуется значительное нервно-эмоциональное напряжение, то возможны
изменения кровяного давления, пульса. Длительная работа такого характера
может привести к заболеваниям, в частности сердечно-сосудистым и некоторым
другим.
б) Перенапряжение анализаторов. На рабочем месте оператора ЭВМ
возможно перенапряжение органов зрения, вызываемое применением дисплеев с
низким разрешением, не отрегулированных по яркости и контрастности, а также
неправильной их установкой относительно окон и осветительных приборов. В
связи с этим, немаловажное значение имеет задача планирования процесса
труда, с целью не допустить перенапряжения органов чувств, которое может
привести к стрессам.
Таблица
Матрица опасности для выявленных опасных и вредных производственных
факторов представлена в таблице.
|источник |Повыш.|статич. |Шум |умств. и |Перенапр.|
|опасности |Напряж|Эл-во | |эмоц-ные |органов |
| |ение | | |перегруз. |чувств |
|сеть |# | | | | |
|электропитания | | | | | |
|Принтеры | | |# | | |
|Кондиционеры | | |# | | |
|Вентиляторы | | |# | | |
|Видиомониторы | |# | | |# |
|Специфика труда | | | |# | |
8.2. Пожарная безопасность в вычислительных центрах
Источником пожара в помещении, где находится ПЭВМ, может быть
короткое замыкание, перегрузка соединительных проводов сети, возникновение
больших переходных сопротивлений. При коротком замыкании и перегрузке
температура перехода тока с одного провода на другой повышается и
происходит воспламенение изоляции. Пределы огнестойкости строительных
конструкций, эвакуационные пути, конструктивно-планировочные решения
регламентированы в СН и П 2-01.02-85. Исключительно важное значение для
предотвращения электротравматизма имеет правильная организация обслуживания
действующих электроустановок, четкое и своевременное проведение ремонтных и
профилактических работ.
8.3. Выбор системы кондиционирования и расчет числа кондиционеров
Дипломный проект был написан в помещении 4 ПЭВМ. Около входной двери
находится углекислый огнетушитель. Для отопления помещения в холодный
период года предусмотрена водяная система отопления. Наряду с естественным
освещением в темное время суток применяется люминесцентная система
освещения. Для кондиционирования в помещении с ПЭВМ необходимы
кондиционеры.
Для кондиционирования используются бытовые кондиционеры БК. Их
устанавливают в окнах и воздух подается непосредственно в помещение.
Минимальное количество наружного воздуха, подаваемого в помещение,
должно быть не менее необходимого по санитарным нормам подачи на 1 час, что
составляет 30 кг/ч. В связи с этим минимальное необходимое количество
наружного воздуха GHmin=30*n кг/ч, n-число рабочих (n=4).
Ghmin = 30*4 = 120 кг/ч.
В рассмотренной схеме организации воздухообмена весь воздух,
проходящий через кондиционер, считается наружным. Наружный воздух с
расчетной температурой tн=28.50С охлаждает кондиционером до tк, а затем
нагревается до tвн - температуры помещения. При расчете числа кондиционеров
следует решить систему уравнений:
3600*Qэвм=N*r*Gк*Cк*(tвн-tк)
3600*Qк=r*Gк*Cк*(tн-tк)
где N-число кондиционеров, r-средний расчетный удельный вес воздуха, r=1.2
кг/м3 Gк - производительность кондиционера по воздуху, м3/ч Ск - средняя
теплоемкость охлаждающегося воздуха, кДж/кг*0С
Ск=1.005+1.8d
где d=623*fк*рк/(В-fк*рк), рк - упругость насыщенного пара при температуре
tк.
Зависимость р от t приведена в таблице, где fк - относительная
влажность в долях, В=993 Гпа - полное барометрическое давление, Сн
выбирается аналогично Ск при рн и fн.
Выбираем по таблице кондиционер БК-1500. Для него Gк=400 м/ч, Qк=1.74
кВт. QЭВМ - результирующее тепловыделение в машинном зале. Мощность средств
вычислительной техники по технической документации составляет 7.5 кВт.
Тепловыделение человека 75 Вт. Общее тепловыделение n*75=300 Вт.
Тепловыделение от источников освещения составляет n*65 Вт, где n-количество
источников освещения, n=16, общее тепловыделение 65*16=1040 Вт. Находим
QЭВМ:
QЭВМ=7.5+0.3+1.04=8.34 кВт.
Параметры tвн, fвн определяются на основе ГОСТ 12.1.005-88.
Примем tвн=240C, fвн=50%, tк задается с учетом того, что перепад
температур ЭВМ не должен превышать 150С. Относительная влажность fк должна
быть порядка 75-80% . Расчетная температура наружного воздуха для теплого
периода года составляет tн=28.50С.
Расчет числа кондиционеров выполняется для трех значений
относительной влажности наружного воздуха fн-40, 60, 80%.
По формулам (7.3) и (7.4) определяется Ск:
Ск=1.005+1.8*(623*0.75*23.38/993-0.75*23.38)=21.16 кДж/кг*0C
Аналогично определяется значение 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.
Требуемое число кондиционеров
N=int{3600*Qэвм/1.2Gк*Cк(tвн-tк)}+1
При tн=28.50C принимаем 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,
следовательно, N=1.
Число кондиционеров должно обеспечить необходимую производительность
по холоду Qк
Qк=r*Gк*Cн(tн-tк)/3600
Определяем 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
Во всех трех случаях выполняется условие Qк>Qктабл Qктабл=1.74 кВт.
Проверим соответствие количества наружного воздуха санитарным нормам.
Производительность по воздуху
Gн=N*Gк=1*400=400 м3/ч
Условие Gн>Gн мин (Gн мин=240 кг/ч) выполняется, следовательно, число
БК-1500 можно принять равным 1
Бытовой кондиционер БК-1500 используется для ПЭВМ и СМЭВМ.
Устанавливается в окнах и подает обработанный наружный воздух
непосредственно в зал.
В процессе выполнения НИР необходимо, чтобы деятельность человека не
сопровождалась вредным воздействием на среду обитания. Для этой цели
необходимо избежать попадания во внешнюю среду отходов производства и
вредных веществ. Для этого необходимо обеспечить герметичное хранение
вредных веществ. Отходы производства собирать в специальные контейнеры и
вывозить к месту
|
