Надежность технических систем на примере микроволновой печь

ВВЕДЕНИЕ

Микроволновая печь первый раз дошла до потребителей как  побочный продукт экспериментальной  технологии. В 1946 году, Доктор Перси  Спенсер, инженер в Корпорации “Raytheon”, тестировал устройство, называемое как магнетрон. По счастливому случаю, он осознал, что кусок конфеты в кармане его пальто нагрелся. Любопытствуя об этом феномене, он положил несколько зернышек попкорна рядом с трубкой, и они поджарились.

Raytheon быстро начал развивать потребительскую продукцию и подал заявление на патент до конца 1946 года. В 1947 году первый коммерческий продукт, чтобы попасть на рынок, был протестирован на кухне Бостонского ресторана. Первые единицы продукции были только 1,8 метров в высоту, весили около 1,5 тонны и стоили 1000 долларов.

Начальные реакции на микроволновую печь были предусмотрительными. Этот продукт был громоздким и охлаждался водой. Усовершенствования, которые имели место в последующих годах, особенно воздухо-охлаждающий магнетрон, гарантировал признание микроволновой печи на современной кухне.

В следующие 20 лет микроволновая  печь медленно начала развиваться от размера с холодильник к более  маленьким формам. На сегодня выстраиваются  различные модели микроволновой  печи. Приобретение “AMANA Company” Корпорацией “Raytheon”, которые представили первую марку ведущей микроволной печи, создали идею 100 ватт в одном приборе, что было более безопасно и более эффективно, чем когда-либо.

В 70-х годах был невероятный  успех у микроволновой печи, и  количество мифов об опасностях микроволновой  печи стало популярно. Покупатели боялись, что микроволновая печь могла  служить причиной для радиации, импотенции или слепоты. В то время как  микроволновая печь становилась  более популярной, опасения о микроволновой  печи исчезали. Ни один человек не приобрел ни одну из предполагаемых болезней, которые могли быть вызваны электромагнитными волнами микроволновой печи.

В 1975 году продажи микроволновой  печи достигли поворотного пункта в  истории, что превышало продажи  газовых плит. В японских домах было намного больше микроволновых печек, чем в американских. К 1976 году микроволновые печки стали более популярными, по сравнению с посудомоющими машинами в американской кухне. В 1976 году они стали пребывать в около 60% кухнях американских домов.

Сегодня микроволновая печь революционизировала способ приготовления  американской еды. Микроволновая печь стала развиваться в разнообразных  формах, чтобы удовлетворить различные  нужды американского дома и бизнеса. Сегодняшний покупатель может выбрать  из ассортимента подобного кулинарной конвекции, кулинарному зонду и  кулинарному датчику. Экономность  энергии времени принесли большое  удобство американской кухне. В то время  как считалось, что микроволновая  печь – это роскошь, быстрые темпы  американской жизни сделали ее необходимым  прибором в любом доме. 

Основной целью курсовой работы является изучить надежности и безопасности микроволновой печи. Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Изучить устройство  и принцип работы

2. Выявить его достоинство и недостатки

3. Вывить его часто встречаемые неисправности

          4.Изучить системы безопасности и методику оценки надежности

 

 

1.Устройство и  принцип работы микроволновой печи.

1.1. Принцип работы микроволновой печи.

Микроволновая печь (или  СВЧ-печь) устроена так, что в ней  электрическая энергия преобразуется  в энергию электромагнитных волн, которая направляется в камеру приготовления  пищи через верхнее отверстие  печи. Высокочастотные микроволны не могут проникать наружу через  металлические стенки печи, но свободно проникают сквозь материалы, из которых  сделана посуда для приготовления  пищи (стекло, фарфор, бумага и др.).

Проникая сквозь стенки посуды, микроволны заставляют колебаться молекулы воды, содержащейся в пище, в резонанс с собственной частотой, тоесть несколько миллиардов колебаний в секунду. Колебания молекул с такой высокой частотой вызывают интенсивный нагрев пищи как бы "изнутри". Благодаря этому пища в микроволновке готовится очень быстро по сравнению с газовыми или электрическими печами, при этом не пригорая, не обезвоживаясь и сохраняя все витамины и питательные вещества.

Кроме этих достоинств, печь не греется, не потребляет тепло сама, не загрязняет воздух различными газами - все это обусловило широкое распространение  микроволновых печей. Один из важных моментов микроволновой кулинарии  заключается в возможности размораживания продуктов или разогрева заранее  приготовленного блюда. Вынутую  из холодильника и разогретую в печи пищу практически невозможно отличить от только что приготовленной, а порой она даже оказывается вкуснее.

Принципиальное различие микроволновых печей заключается  в способе обеспечения равномерности  прогрева продуктов в рабочей  камере печи. Существует - два основных метода: первый, когда во время приготовления  блюдо вращается на специальной  подставке-поддоне из стекла или  керамики, и второй, когда продукты неподвижны, а в конструкции печи применено специальное устройство - фазовращатель-стирер.

При правильной настройке  оба способа достаточно эффективны, однако в варианте с вращающимися поддоном равномерность прогрева несколько лучше, хотя и усложнена конструкция, что, естественно, приводит к определенному удорожанию печей этого типа.

Рисунок 1.,Микроволновые  печи.

 

1.2. Основные элементы  микроволновой печи.

Дляначало наглядно покажем элементы микроволновой печи как они выглядят на самом деле.

Рисунок 2.,Панель управления.

 

 

 

 

Рисунок 3.,Защитныемикровыключатели.

Главным элементом микроволновой печи является магнетрон.

Магнетрон представляет собой  герметичную металлическую камеру, в которой размещается катод  — тонкая нить, испускающая при  нагревании электроны. Анодом, положительным  электродом, являются стенки магнетрона. Внутри магнетрона формируется сильное  магнитное поле, которое закручивает  электроны, движущиеся от катода к аноду. Есть и специальные полости, являющиеся резонансными камерами. Их размер и  форма задают частоту генерируемых волн.

Рисунок 4.,Магнетрон в поперечном сечении. Иллюстрация из патента № 2 408 235 от 24 сентября 1946 года. Уже получив 8 октября 1945 года патент на микроволновые печи, Перси Спенсер продолжал совершенствовать наиболее важную их деталь.

Любая микроволновая печь позволяет владельцу задать мощность, необходимую для выполнения той  или иной функции: от минимальной  мощности, достаточной для поддержания  пищи подогретой, до полной мощности, которая  нужна для приготовления пищи в загруженной продуктами печи.

Особенностью магнетронов, применяемых в большинстве микроволновых  печей, является то, что они не могут  «гореть вполнакала». Поэтому, чтобы  печь работала не на полной, а на уменьшенной  мощности, можно лишь периодически выключать магнетрон, прекращая  на какое-то время генерацию микроволн.

Когда печь работает на минимальной  мощности (пусть это будет 90 Вт, при  этом пища в полости печи поддерживается в подогретом состоянии), магнетрон включается на 4 с, затем отключается на 17 с, и эти циклы включения-выключения все время чередуются.

Увеличим мощность, скажем, до 160 Вт, если нам нужно разморозить  продукты. Теперь магнетрон включается на 6 с, а отключается на 15 с. Прибавим мощность: при 360 Вт длительность циклов включения и выключения почти  сравнялась - это 10 с и 11 с соответственно.

Заметим, что суммарная  длительность циклов включения и  выключения магнетрона остается постоянной (4 + 17, 6 + 15, 10 + 11) и составляет 21 с.

Наконец, если печь включена на полную мощность (в нашем примере  это 1000 Вт), магнетрон работает постоянно, не отключаясь.

В последние годы на отечественном  рынке появились модели микроволновых  печей, в которых питание магнетрона осуществляется через устройство под  названием «инвертор». Производители  этих печей («Panasonic», «Siemens») подчеркивают такие преимущества инверторной схемы, как компактность узла излучения микроволн, позволяющего увеличить объем полости при неизменных внешних габаритах печи и более эффективное преобразование потребляемой электроэнергии в энергию микроволн.

Инверторные системы питания  широко применяются, например, в кондиционерах  воздуха и позволяют плавно менять их мощность. В СВЧ-печах инверторные  системы питания дают возможность  плавно менять мощность источника излучения, вместо того чтобы отключать его  каждые несколько секунд.

Благодаря плавному изменению  мощности излучателя микроволн в  печах с инвертором температура  также меняется плавно, в отличие  от традиционных печей, где из-за периодического выключения  магнетрона время от времени прекращается подвод излучения. Впрочем, будем справедливы к традиционным печам: эти колебания температуры не столь уж сильны и вряд ли сказываются на качестве приготовленной пищи.

Так же, как в случае кондиционеров, микроволновки с инверторной  системой питания стоят дороже, чем  с традиционной.

1.3. Разновидности микроволновой печи.

Существует три основных типа микроволновых печей - печи с  микроволнами, с микроволнами и грилем, а также печи с микроволнами, грилем и конвекцией. Самый простой тип - печь с микроволнами, которая предназначена  только для разогрева блюд. Если вы хотите иногда еще и готовить в своей СВЧ-печи, то советуем выбрать  микроволновую печь более дорогой  модели - микроволновую печь с функцией гриля. Гриль бывает двух типов - ТЭНовый и кварцевый. ТЭНовая спираль расположена вверху рабочей камеры (в некоторых моделях и внизу). Она может двигаться и поворачиваться по мере необходимости. Это позволяет равномерно прогреть продукты. Кварцевый гриль расположен в верхней части микроволновки. Он неподвижен и более экономичен. Работает быстрее, но имеет меньшую мощность.

Переходим к следующей  ступеньке «развития» микроволновых  печей. Больше кулинарных задач можно  решать с помощью печек с грилем. Что такое гриль, наверняка, всем известно. Освежим в памяти: гриль  — это способ приготовления пищи с помощью нагревательного элемента. Продукт при этом приобретает  красивую поджаристую корочку. В  современных микроволновых печах  гриль может быть двух типов: тэновый и кварцевый. И тот и другой конструктивно довольно просты. В большинстве моделей микроволновых печей гриль размещается в верхней части продуктовой камеры. Но есть и такие печки, в которых его положение можно менять: поднимать, опускать или размещать у задней стенки. Это удобно, поскольку продукты, которые нужно поджарить могут быть разной формы и размеров. Отличный пример такой печки — модель Samsung PG878KSTR серии «Supergrille». Её мощность в режиме микроволн — 800 Вт, а в режиме гриля — 1200 Вт. Внутренний объём — 23 л. У печки есть автоматические программы приготовления пищи, разогрева и разморозки. Управление электронное, сенсорное, есть дисплей. Предусмотрена блокировка «от детей». Рабочая камера покрыта биокерамической эмалью. Это покрытие прочное и гладкое (легко чистится), его сложно царапать, на нем почти не остается нагара. Кроме того в продуктах, приготовленных в такой печи сохраняется значительно больше витаминов С и F.

Кварцевый гриль — это  туго свитая проволока из жаростойкого сплава никеля и хрома, расположенная  в трубке из кварцевого стекла. Такой  гриль крепится неподвижно в верхней  части печи, прямо над рабочей  камерой. Он не занимает рабочего пространства печки, кроме того, считается более  экономичным, быстрее нагревается, и его проще чистить. Модели с  кварцевым грилем весьма распространены. Из тех, что появились в магазинах  не так давно, можно отметить Panasonic NN-GD577WZPE. Полезный объём печки — 27 л. Диаметр поворотного стола — 340 мм. Внутренне покрытие рабочей камеры — из нержавеющей стали. Оно очень прочное, красивое, выдерживает любые температуры, но ухаживать за ним сложнее. Жир с «нержавейки» удаляется с трудом, при этом нельзя пользоваться абразивными губками или порошками, так как они оставляют царапины. Мощность прибора в режиме «микроволны» — 1100 Вт, при работе гриля — 1300 Вт. Естественно, возможна обработка пищи и в комбинированном режиме «микроволны + гриль». У этой модели инверторное управление мощностью микроволн. Это позволяет лучше сохранить текстуру продуктов, их питательные свойства, влагу. Принцип прост: инвертор плавно уменьшает или увеличивает выходную мощность магнетрона. СВЧ-энергия проникает в пищу непрерывно, «мягко». В обычных же печах источник микроволн периодически выключается, а затем снова включается — работает «рывками».

В этой печке предусмотрено  «автоменю» популярных русских блюд, а также автоматический (сенсорный) разогрев. Последний работает с помощью специального инфракрасного сенсора нагрева. Это позволяет разогревать, к примеру, чай до той степени, которая нужна пользователю: можно самостоятельно установит нужную температуру. Есть авторазмораживание.

1.4. Основные неисправности микроволновой печи и пути их исправления.

1. По окончании установленного  времени микpоволноваяпeчь продолжает работать. Это может означать одно: в редукторе таймера могла сломаться шестерня или вышел из строя двигатель таймера. В первом случае необходимо заменить сам таймер или отрeмонтировать шестерню. Так, если в шестерне сломался зубчик, то на его место можно впаять небольшую металлическую вставку (кусочек скрепки). Главное, чтобы он подходил по диаметру. При поломке двигателя таймера его необходимо заменить.

2. Если при работе микpоволновки перегревается её корпус, значит неисправность микроволновки в вентиляторе: его лопасти прокручиваются на валу. Возможно, вышел из строя двигатель вентилятора. Во втором случае лопасти вентилятора закрепляют, скажем, при помощи клея. Если вентилятор не работает по другим причинам, то просто разберите его. Дело в том, что причиной подобных поломок становятся вышедшие из строя подшипники, перекос между статором и ротором и т.д. Более точно выявить причину вы сможете, разобрав вентилятор. Иногда одного этого достаточно, чтобы все детали встали на своё место. Ну а в случае нахождения неисправности, её следует устранить или заменить вышедшую из строя деталь на новую. Иногда бывает необходимо заменить двигатель.