Използва се за измиване на части и възли на различно оборудване, заваряване различни материали. Ултразвукът се използва за производство на суспензии, течни аерозоли и емулсии. За получаване на емулсии, например, се произвежда смесител-емулгатор UGS-10 и други устройства. Методи, базирани на отразяване на ултразвукови вълни от интерфейса между две среди, се използват в устройства за хидролокализация, откриване на дефекти, медицинска диагностика и др.

От другите възможности на ултразвука трябва да се отбележи способността му да обработва твърди крехки материали до даден размер. По-специално, ултразвуковата обработка е много ефективна при производството на части и дупки със сложна форма в продукти като стъкло, керамика, диамант, германий, силиций и др., чиято обработка е трудна по други методи.

Използването на ултразвук при възстановяване на износени части намалява порьозността на отложения метал и повишава неговата здравина. Освен това се намалява изкривяването на заварени удължени части, като коляновия вал на двигателя.

Ултразвуково почистване на части

Ултразвуковото почистване на части или предмети се използва преди ремонт, монтаж, боядисване, хромиране и други операции. Използването му е особено ефективно за почистване на части със сложна форма и труднодостъпни места под формата на тесни процепи, прорези, малки дупки и др.

Издания за индустрията голям бройинсталации за ултразвуково почистване, различаващи се характеристики на дизайна, капацитет на баните и мощност, например транзисторни: UZU-0,25 с изходна мощност 0,25 kW, UZG-10-1,6 с мощност 1,6 kW и др., тиристор UZG-2-4 с изходна мощност от 4 kW и UZG-1-10/22 с мощност 10 kW. Работната честота на блоковете е 18 и 22 kHz.

Ултразвуков блок UZU-0.25 е предназначен за почистване на малки части. Състои се от ултразвуков генератор и ултразвукова вана.

Технически данни на ултразвуковия блок UZU-0.25

Честота на мрежата - 50 Hz

Консумирана мощност от мрежата - не повече от 0,45 kVA

Работна честота - 18 kHz

Изходна мощност - 0,25 kW

Вътрешните размери на работната вана - 200 х 168 мм с дълбочина 158 мм

На предния панел на ултразвуковия генератор има превключвател за включване на генератора и лампа, сигнализираща за наличието на захранващо напрежение.

На задната стена на шасито на генератора има: държач за предпазители и два щепсела, чрез които генераторът е свързан към ултразвуковата вана и електрическата мрежа, клема за заземяване на генератора.

Три пакетни пиезоелектрични преобразувателя са монтирани в дъното на ултразвуковата вана. Пакетът от един преобразувател се състои от две пиезоелектрични пластини, изработени от материал TsTS-19 (оловен цирконат-титанат), две честотно редуциращи слоя и централен прът от неръждаема стомана, чиято глава е излъчващият елемент на преобразувателя.

На корпуса на ваната има: фитинг, дръжка за кран с надпис "Източване", клема за заземяване на ваната и щепсел конектор за свързване към генератор.

Фигура 1 показва принципа електрическа схемаултразвуков блок UZU-0.25.

Ориз. 1. Принципна схема на ултразвуков блок UZU-0.25

Първият етап е този, който работи на транзистор VT1 по схема с индуктивна обратна връзкаи осцилираща верига.

Електрическите трептения с ултразвукова честота 18 kHz, възникващи в главния осцилатор, се подават на входа на предварителния усилвател на мощност.

Предварителният усилвател на мощност се състои от два етапа, единият от които е сглобен на транзистори VT2, VT3, а вторият - на транзистори VT4, VT5. И двата етапа на предварително усилване на мощността са сглобени съгласно последователна схема на натискане-дърпане, работеща в режим на превключване. Ключовият режим на работа на транзисторите позволява да се получи висока ефективност при достатъчно висока мощност.

Основи на схемата на транзистори VT2, VT3. VT4, VT5 са свързани към отделни намотки на трансформатори TV1 и TV2, свързани в противоположни посоки. Това осигурява пуш-пул работа на транзисторите, тоест алтернативно превключване.

Автоматичното отклонение на тези транзистори се осигурява от резистори R3 - R6 и кондензатори C6, C7 и C10, C11, включени в базовата верига на всеки транзистор.

Променливото напрежение на възбуждане се подава към базата чрез кондензатори C6, C7 и C10, C11, а постоянната съставка на базовия ток, преминаваща през резисторите R3 - R6, създава спад на напрежението върху тях, което осигурява надеждно затваряне и отваряне на транзисторите.

Четвъртият етап е усилвателят на мощността. Състои се от три push-pull клетки на транзистори VT6 - VT11, работещи в режим на превключване. Напрежението от предварителния усилвател на мощността се подава към всеки транзистор от отделна намотка на трансформатора TV3, като във всяка клетка тези напрежения са противофазни. От транзисторните клетки променливото напрежение се подава към трите намотки на трансформатора TV4, където се добавя мощността.

От изходния трансформатор напрежението се подава към пиезоелектричните преобразуватели AA1, AA2 и AAZ.

Тъй като транзисторите работят в режим на превключване, изходното напрежение, съдържащо хармоници, има правоъгълна форма. За изолиране на първия хармоник на напрежението върху преобразувателите, намотка L е свързана последователно с преобразувателите към изходната намотка на трансформатора TV4, чиято индуктивност се изчислява по такъв начин, че със собствения капацитет на преобразувателите образува осцилаторна верига, настроена на 1-ви хармоник на напрежението. Това ви позволява да получите синусоидално напрежение на товара, без да променяте енергийно благоприятния режим на транзисторите.

Устройството се захранва от променливотокова мрежа с напрежение 220 V с честота 50 Hz с помощта на силовия трансформатор TV5, който има първична намотка и три вторични, едната от които служи за захранване на главния осцилатор, а другите две служат за захранване на останалите етапи.

Главният осцилатор се захранва от изправител, сглобен според (диоди VD1 и VD2).

Захранването на предварителните усилвателни стъпала се осъществява от токоизправител, сглобен по мостова схема (диоди VD3 - VD6). Втората мостова верига на диоди VD7 - VD10 захранва усилвателя на мощността.

В зависимост от естеството на замърсяването и материалите трябва да се избере почистващата среда. При липса на тринатриев фосфат, калцинираната сода може да се използва за почистване на стоманени части.

Времето за почистване в ултразвукова вана варира от 0,5 до 3 минути. Максимално допустимата температура на измиващата среда е 90 ° C.

Преди да смените течността за измиване, генераторът трябва да бъде изключен, предотвратявайки работата на преобразувателите без течност във ваната.

Частите се почистват в ултразвуковата вана в следната последователност: превключвателят на захранването е поставен в положение „Изключено“, изпускателният клапан на ваната е настроен в положение „Затворено“, измиващата среда се излива в ултразвуковата вана до ниво 120 - 130 мм, щепселът на захранващия кабел се включва в електрически контактни мрежи с напрежение 220 V.

Инсталацията е тествана: включете превключвателя в положение „Включено“, докато сигналната лампа трябва да светне и да се появи работен звук на кавитиращата течност. За появата на кавитация може да се съди и по образуването на малки подвижни мехурчета върху преобразувателите на ваната.

След тестване на инсталацията, тя трябва да бъде изключена от електрическата мрежа, заредена в замърсените части във ваната и да започне обработка.

Ултразвукови инсталации, предназначени за обработка на различни части с мощно ултразвуково акустично поле в течна среда. Агрегатите UZU4-1.6/0 и UZU4M-1.6/0 позволяват решаване на проблемите с финото почистване на филтрите на горивни и хидравлични маслени системи от въглеродни отлагания, катранени вещества, продукти за коксуване на нефт и др. Почистените филтри всъщност придобиват втори живот. Освен това те могат да бъдат подложени на ултразвукова обработка многократно. Предлагат се и инсталации ниска мощностСерия UZSU за почистване и ултразвукова повърхностна обработка на различни части. Процесите на ултразвуково почистване са необходими в електрониката, приборостроенето, авиационната, космическата и ракетната индустрия и навсякъде, където се изискват високотехнологично чисти технологии.

UZU 4-1.6-0 и UZU 4M-1.6-0 единици

Ултразвуково почистване на различни самолетни филтри от смолисти вещества и продукти от коксуване.

Основата на този метод на обработка е механичното въздействие върху материала. Нарича се ултразвуков, тъй като честотата на удара съответства на обхвата на нечуваните звуци (f = 6-10 5 kHz).

Звуковите вълни са механични еластични вибрации, които могат да се разпространяват само в еластична среда.

Когато звукова вълна се разпространява в еластична среда, материалните частици извършват еластични трептения около своите позиции със скорост, наречена вибрационна.

Кондензацията и разреждането на средата в надлъжна вълна се характеризира с излишък, т. нар. звуково налягане.

Скоростта на разпространение на звукова вълна зависи от плътността на средата, в която се движи. Когато се разпространява в материална среда, звуковата вълна носи енергия, която може да се използва в технологични процеси.

Предимства на ултразвуковата обработка:

Възможност за получаване на акустична енергия чрез различни технически методи;

Широка гама от приложения на ултразвука (от обработка на размери до заваряване, запояване и др.);

Лесна автоматизация и работа;

недостатъци:

Повишена цена на акустичната енергия в сравнение с други форми на енергия;

Необходимостта от производство на генератори на ултразвукови вибрации;

Необходимостта от производство на специални инструменти със специални свойства и форма.

Ултразвуковите вибрации са придружени от редица ефекти, които могат да се използват като основни за развитието на различни процеси:

Кавитация, т.е. образуване на мехурчета в течността и тяхното спукване.

В този случай възникват големи локални моментни налягания, достигащи 10 8 N/m2;

Поглъщане на ултразвукови вибрации от вещество, при което част от енергията се превръща в топлина, а част се изразходва за промяна на структурата на веществото.

Тези ефекти се използват за:

Разделяне на молекули и частици с различна маса в нехомогенни суспензии;

Коагулация (уголемяване) на частици;

Разпръскване (раздробяване) на вещество и смесването му с други;

Дегазиране на течности или стопи поради образуването на големи изскачащи мехурчета.

1.1. Елементи на ултразвукови инсталации

Всяка ултразвукова инсталация (САЩ) включва три основни елемента:

Източник на ултразвукови вибрации;

Акустичен скоростен трансформатор (хъб);

Подробности за прикачения файл.

Източниците на ултразвукови вибрации (УЗ) могат да бъдат два вида - механични и електрически.

Механично преобразува механичната енергия, например скоростта на течност или газ. Те включват ултразвукови сирени или свирки.

Електрическите източници на ултразвуково тестване преобразуват електрическата енергия в механични еластични вибрации с подходяща честота. Преобразувателите са електродинамични, магнитострикционни и пиезоелектрични.

Най-разпространени са магнитострикционните и пиезоелектричните преобразуватели.

Принципът на действие на магнитострикционните преобразуватели се основава на надлъжния магнитострикционен ефект, който се проявява в промяна в дължината на метално тяло, изработено от феромагнитни материали (без промяна на техния обем) под въздействието на магнитно поле.

Магнитострикционният ефект на различните материали е различен. Никел и пермендур (желязо-кобалтова сплав) имат висока магнитострикция.

Пакетът на магнитострикционния преобразувател представлява сърцевина, изработена от тънки пластини, върху която е поставена намотка за възбуждане на променливо високочестотно електромагнитно поле в нея.

Принципът на действие на пиезоелектричните преобразуватели се основава на способността на определени вещества да променят своите геометрични размери (дебелина и обем) в електрическо поле. Пиезоелектричният ефект е обратим. Ако пиезоелектрична плоча е подложена на деформация на натиск или опън, тогава на нейните лица ще се появят електрически заряди. Ако пиезоелектричният елемент е поставен в променлива електрическо поле, тогава той ще бъде деформиран, вълнуващ в заобикаляща средаултразвукови вибрации. Осцилираща пластина, изработена от пиезоелектричен материал, е електромеханичен преобразувател.

Широко се използват пиезоелементи на базата на бариев титан, оловен цирконат-титан.

Акустични скоростни трансформатори (концентратори на надлъжни еластични вибрации) могат да имат различна форма(фиг. 1.1).

Ориз. 1.1. Форми на главина

Те служат за съгласуване на параметрите на преобразувателя с натоварването, за закрепване на осцилаторната система и въвеждане на ултразвукови вибрации в зоната на обработвания материал. Тези устройства са пръти с различни сечения, изработени от материали с устойчивост на корозия и кавитация, устойчивост на топлина, устойчивост на агресивни среди.

1.2. Технологична употребаултразвукови вибрации

В индустрията ултразвукът се използва в три основни области: силови ударина материал, интензификация и ултразвуков контролпроцеси.

сила върху материала

Заявява се за механична обработкатвърди и свръхтвърди сплави, получаване на стабилни емулсии и др.

Най-често се използват два вида ултразвукова обработка при характерни честоти от 16-30 kHz:

Обработка на размери на машини с помощта на инструменти;

Почистване в течни вани.

Основният работен механизъм на ултразвуковата машина е акустичният блок (фиг. 1.2). Той е предназначен да приведе работния инструмент в осцилаторно движение. Акустичният възел се захранва от генератор на електрически трептения (обикновено тръбен генератор), към който е свързана намотка 2.

Основният елемент на акустичния блок е магнитострикционен (или пиезоелектричен) преобразувател на енергията на електрическите вибрации в енергията на механичните еластични вибрации - вибратор 1.

Ориз. 1.2. Акустичен блок на ултразвукова инсталация

Трептенията на вибратора, който е променливо удължен и скъсен с ултразвукова честота в посока на магнитното поле на намотката, се усилват от концентратора 4, прикрепен към края на вибратора.

Стоманен инструмент 5 е прикрепен към главината, така че да има празнина между края му и детайла 6.

Вибраторът е поставен в ебонитов корпус 3, където се подава течаща охлаждаща вода.

Инструментът трябва да има формата на даден участък от отвора. В пространството между крайната повърхност на инструмента и повърхността на обработвания детайл от дюзата 7 се подава течност с най-малките зърна абразивен прах.

От осцилиращия край на инструмента абразивните зърна придобиват по-голяма скорост, удрят повърхността на детайла и избиват най-малките стърготини от нея.

Въпреки че производителността на всеки удар е незначителна, производителността на машината е относително висока, което се дължи на високата честота на инструмента (16-30 kHz) и големия брой абразивни зърна, движещи се едновременно с голямо ускорение.

Тъй като слоевете материал се отстраняват, инструментът се подава автоматично.

Абразивната течност се подава в зоната за обработка под налягане и измива отпадъците от обработката.

С помощта на ултразвукова технология можете да извършвате операции като пиърсинг, длето, пробиване, рязане, шлайфане и други.

За почистване на повърхности се използват ултразвукови вани (фиг. 1.3). метални частиот корозионни продукти, оксидни филми, минерални масла и др.

Работата на ултразвукова вана се основава на използването на ефекта на локални хидравлични удари, които се появяват в течност под действието на ултразвук.

Принципът на действие на такава вана е следният: детайлът (1) се потапя в резервоар (4), напълнен с течна измиваща среда (2). Излъчвателят на ултразвукови вибрации е диафрагма (5), свързана с магнитострикционен вибратор (6) с лепило (8). Ваната е монтирана на стойка (7). Вълните от ултразвукови вибрации (3) се разпространяват в работна зонакъдето се извършва обработката.

Ориз. 1.3. ултразвукова вана

Ултразвуковото почистване е най-ефективно за премахване на замърсители от труднодостъпни кухини, вдлъбнатини и малки канали. В допълнение, този метод дава възможност да се получат стабилни емулсии от такива течности, които не се смесват по обичайните начини, като вода и масло, живак и вода, бензол и др.

Ултразвуковото оборудване е сравнително скъпо, така че е икономически изгодно да се използва ултразвуково почистване на малки части само в масово производство.

Интензификация на технологичните процеси

Ултразвуковите вибрации значително променят хода на някои химични процеси. Например, полимеризацията при определен интензитет на звука е по-интензивна. При намаляване на интензитета на звука е възможен обратният процес - деполимеризация. Следователно това свойство се използва за контролиране на реакцията на полимеризация. Чрез промяна на честотата и интензитета на ултразвуковите вибрации е възможно да се осигури необходимата скорост на реакция.

В металургията въвеждането на еластични вибрации с ултразвукова честота в стопилките води до значително смилане на кристали и ускоряване на образуването на натрупвания по време на кристализация, намаляване на порьозността, повишаване на механичните свойства на втвърдените стопилки и намаляване на съдържанието на газ в металите.

Ултразвуков контрол на процеса

С помощта на ултразвукови вибрации е възможно непрекъснато да се следи хода на технологичния процес, без да се извършва лабораторни изследванияпроби За целта зависимостта на параметрите на звуковата вълна от физични свойствасреда, а след това чрез промяна на тези параметри след действието върху околната среда, състоянието му се оценява с достатъчна точност. Като правило се използват ултразвукови вибрации с ниска интензивност.

Чрез промяна на енергията на звукова вълна е възможно да се контролира съставът на различни смеси, които не са химически съединения. Скоростта на звука в такива среди не се променя и наличието на примеси от суспендирана материя влияе върху коефициента на поглъщане на звуковата енергия. Това дава възможност да се определи процентът на примесите в оригиналното вещество.

Чрез отразяването на звуковите вълни на интерфейса между медиите („предаване“ чрез ултразвуков лъч) е възможно да се определи наличието на примеси в монолита и да се създадат ултразвукови диагностични устройства.

Заключения: ултразвук - еластични вълни с честота на трептене от 20 kHz до 1 GHz, нечувани човешко ухо. Ултразвуковите инсталации се използват широко за обработка на материали поради високочестотни акустични вибрации.

Собствениците на патент RU 2286216:

Изобретението се отнася до устройства за ултразвуково почистване и обработка на суспензии в мощни акустични полета, по-специално за разтваряне, емулгиране, диспергиране, както и устройства за приемане и предаване на механични вибрации с помощта на магнитострикционния ефект. Инсталацията съдържа ултразвуков прътов магнитострикционен преобразувател, работна камера, изпълнена под формата на метална цилиндрична тръба и акустичен вълновод, чийто излъчващ край е херметически прикрепен към долната част на цилиндричната тръба посредством еластичен уплътнителен пръстен и приемният край на този вълновод е акустично неподвижно свързан с излъчващата повърхност на ултразвуковия преобразувател на пръчката. Допълнително в инсталацията се въвежда пръстеновиден магнитострикционен емитер, чиято магнитна верига е акустично твърдо притисната към тръбата на работната камера. Ултразвуковият блок генерира двучестотно акустично поле в обработваната течна среда, което осигурява повишаване на интензификацията на технологичния процес без да се нарушава качеството на крайния продукт. 3 w.p. f-ly, 1 ill.

Изобретението се отнася до устройства за ултразвуково почистване и обработка на суспензии в мощни акустични полета, по-специално за разтваряне, емулгиране, диспергиране, както и устройства за приемане и предаване на механични вибрации с помощта на магнитострикционния ефект.

Известно е устройство за въвеждане на ултразвукови вибрации в течност (DE патент, № 3815925, B 08 B 3/12, 1989) посредством ултразвуков сензор, който се фиксира със звукоизлъчващ конус с помощта на херметически изолиращ фланец в долната част вътре в течната баня.

най-близкия техническо решениекъм предложената е ултразвукова инсталация тип UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh "Ултразвукови електротехнологични инсталации", Ленинград: Energoizdat, 1982, стр. 169), съдържаща прътов ултразвуков преобразувател, работна камера, направена под формата на метална цилиндрична тръба и акустичен вълновод, чийто излъчващ край е херметически прикрепен към долната част на цилиндричната тръба посредством еластичен уплътнителен пръстен, а приемният край на този вълновод е акустично неподвижно свързан с излъчващата повърхност на ултразвуков преобразувател на пръчката.

Недостатъкът на идентифицираните известни ултразвукови инсталации е, че работната камера има един единствен източник на ултразвукови вибрации, които се предават към нея от магнитострикционен преобразувател през края на вълновода, чиито механични свойства и акустични параметри определят максимално допустимото излъчване интензитет. Често получената интензивност на излъчване на ултразвукови вибрации не може да отговори на изискванията на технологичния процес по отношение на качеството на крайния продукт, което налага удължаване на времето за ултразвукова обработка на течната среда и води до намаляване на интензитета. на технологичния процес.

По този начин ултразвуковите инсталации, идентифицирани по време на патентното търсене, аналогът и прототипът на заявеното изобретение, когато са реализирани, не осигуряват постигането на техническия резултат, който се състои в увеличаване на интензификацията на технологичния процес без намаляване на качеството на изработката. краен продукт.

Настоящото изобретение решава проблема за създаване на ултразвукова инсталация, чието изпълнение осигурява постигането на технически резултат, който се състои в повишаване на интензификацията на технологичния процес без намаляване на качеството на крайния продукт.

Същността на изобретението се състои във факта, че в ултразвукова инсталация, съдържаща прътов ултразвуков преобразувател, работна камера, направена под формата на метална цилиндрична тръба, и акустичен вълновод, чийто излъчващ край е херметически прикрепен към долната част на цилиндричната тръба с помощта на еластичен уплътнителен пръстен и приемният край на този вълновод, акустично неподвижно свързан към излъчващата повърхност на ултразвуковия преобразувател на пръчката, допълнително се въвежда пръстеновиден магнитострикционен емитер, чиято магнитна верига е акустично твърдо притисната към тръбата на работната камера. Освен това еластичен уплътнителен пръстен е фиксиран върху излъчващия край на вълновода в зоната на блока за изместване. В този случай долният край на магнитната верига на пръстеновидния радиатор е разположен в една и съща равнина с излъчващия край на акустичния вълновод. Освен това повърхността на излъчващия край на акустичния вълновод е направена вдлъбната, сферична, с радиус на сфера, равен на половината от дължината на магнитната верига на пръстеновидния магнитострикционен радиатор.

Техническият резултат се постига, както следва. Пръчковият ултразвуков преобразувател е източник на ултразвукови вибрации необходими параметриакустично поле в работната камера на инсталацията за изпълнение на технологичния процес, което осигурява интензификацията и качеството на крайния продукт. Акустичен вълновод, чийто излъчващ край е херметически прикрепен към долната част на цилиндричната тръба, а приемният край на този вълновод е акустично твърдо свързан към излъчващата повърхност на ултразвуковия преобразувател на пръчката, осигурява предаването на ултразвукови вибрации към преработена течна среда на работната камера. В този случай херметичността и подвижността на връзката се осигуряват поради факта, че излъчващият край на вълновода е прикрепен към долната част на тръбата на работната камера посредством еластичен уплътнителен пръстен. Подвижността на връзката осигурява възможност за предаване на механични вибрации от преобразувателя през вълновода в работната камера, в обработваната течна среда, възможност за извършване на технологичния процес и следователно получаване на необходимия технически резултат.

В допълнение, в заявената инсталация еластичният уплътнителен пръстен е фиксиран върху излъчващия край на вълновода в зоната на възела на изместване, за разлика от прототипа, в който е инсталиран в зоната на антивъзела на изместване. В резултат на това в инсталацията според прототипа уплътнителният пръстен гаси вибрациите и намалява коефициента на качество на осцилаторната система и следователно намалява интензивността на процеса. При заявената инсталация уплътнителният пръстен е монтиран в областта на преместващия блок, така че не засяга осцилаторната система. Това прави възможно преминаването на повече мощност през вълновода в сравнение с прототипа и по този начин увеличаване на интензитета на излъчване, следователно, за усилване технологичен процесбез да се нарушава качеството на крайния продукт. Освен това, тъй като в заявената инсталация уплътнителният пръстен е монтиран в областта на възела, т.е. в зоната на нулеви деформации, той не се срутва от вибрации, запазва подвижността на връзката на излъчващия край на вълновода с дънотръби на работната камера, което ви позволява да спестите интензивността на радиацията. В прототипа уплътнителният пръстен е монтиран в зоната на максимална деформация на вълновода. Следователно пръстенът постепенно се разрушава от вибрации, което постепенно намалява интензитета на излъчване, а след това нарушава херметичността на връзката и нарушава работата на инсталацията.

Използването на пръстеновиден магнитострикционен емитер дава възможност за реализиране на голяма мощност на преобразуване и значителна радиационна площ (А. В. Донской, О. К. Келер, Г. С. Кратиш "Ултразвукови електротехнологични инсталации", Ленинград: Енергоиздат, 1982, стр. 34) и следователно позволява да се осигуряват интензификация на технологичния процес без намаляване на качеството на крайния продукт.

Тъй като тръбата е направена цилиндрична, а магнитострикционният емитер, въведен в инсталацията, е направен пръстеновиден, е възможно магнитната верига да се притисне към външната повърхност на тръбата. Когато захранващото напрежение се приложи към намотката на магнитната верига, в плочите възниква магнитострикционен ефект, който води до деформация на пръстеновидните пластини на магнитната верига в радиална посока. В същото време, поради факта, че тръбата е изработена от метал и магнитната верига е акустично твърдо притисната към тръбата, деформацията на пръстеновидните плочи на магнитната верига се трансформира в радиални трептения на стената на тръбата. В резултат на това електрическите вибрации на генератора на възбуждане на пръстеновидния магнитострикционен радиатор се преобразуват в радиални механични вибрации на магнитострикционните плочи и поради акустично твърдата връзка на радиационната равнина на магнитната верига с повърхността на тръбата се получават механични вибрации предава се през стените на тръбата към обработваната течна среда. В този случай източникът на акустични вибрации в обработваната течна среда е вътрешната стена на цилиндричната тръба на работната камера. В резултат на това се образува акустично поле с втора резонансна честота в течната среда, която се обработва в заявената инсталация. В същото време въвеждането на пръстеновиден магнитострикционен емитер в заявената инсталация увеличава площта на излъчващата повърхност в сравнение с прототипа: излъчващата повърхност на вълновода и част от вътрешната стена на работната камера, върху външната повърхност, на която е натиснат пръстеновиден магнитострикционен емитер. Увеличаването на площта на излъчващата повърхност увеличава интензивността на акустичното поле в работната камера и следователно прави възможно интензифицирането на технологичния процес, без да се намалява качеството на крайния продукт.

Разположението на долния край на магнитната верига на пръстеновидния радиатор в една и съща равнина с излъчващия край на акустичния вълновод е най-добрият вариант, тъй като поставянето му под излъчващия край на вълновода води до образуване на мъртва (застояла) зона за пръстеновидния преобразувател (пръстенозен радиатор - тръба). Поставянето на долния край на магнитната верига на пръстеновидния емитер над излъчващия край на вълновода намалява ефективността на пръстеновидния преобразувател. И двата варианта водят до намаляване на интензитета на въздействието на общото акустично поле върху обработваната течна среда и следователно до намаляване на интензификацията на технологичния процес.

Тъй като излъчващата повърхност на пръстеновидния магнитострикционен радиатор е цилиндрична стена, звуковата енергия е фокусирана, т.е. концентрацията на акустичното поле се създава по аксиалната линия на тръбата, върху която се натиска магнитната верига на емитера. Тъй като излъчващата повърхност на прътовия ултразвуков преобразувател е направена под формата на вдлъбната сфера, тази излъчваща повърхност също фокусира звукова енергия, но близо до точка, която лежи върху централната линия на тръбата. Така при различни фокусни разстояния фокусите на двете излъчващи повърхности съвпадат, концентрирайки мощна акустична енергия в малък обем на работната камера. Тъй като долният край на магнитната верига на пръстеновидния радиатор е разположен в същата равнина като излъчващия край на акустичния вълновод, в който вдлъбнатата сфера има радиус, равен на половината от дължината на магнитната верига на пръстеновидния магнитострикционен радиатор, точката на фокусиране на акустичната енергия лежи в средата на аксиалната линия на тръбата, т.е в центъра на работната камера на инсталацията е концентрирана мощна акустична енергия в малък обем ("Ултразвук. Малка енциклопедия", главен редактор И. П. Голянина, М .: Съветска енциклопедия, 1979, стр. 367-370). В областта на фокусиране на акустичните енергии на двете излъчващи повърхности, интензивността на въздействието на акустичното поле върху обработваната течна среда е стотици пъти по-висока, отколкото в други области на камерата. Създава се локален обем с мощна интензивност на експозиция на полето. Поради локалния мощен интензитет на удара се разрушават дори трудно режещи се материали. Освен това в този случай от стените се отстранява мощен ултразвук, който предпазва стените на камерата от разрушаване и замърсяване на материала, който се обработва от продукта за разрушаване на стената. По този начин, изпълнението на повърхността на излъчващия край на акустичния вълновод е вдлъбнато, сферично, с радиус на сфера, равен на половината от дължината на магнитната верига на пръстеновидния магнитострикционен емитер, увеличава интензивността на въздействието на акустичното поле върху преработената течна среда, и следователно осигурява интензификация на технологичния процес без намаляване на качеството на крайния продукт.

Както е показано по-горе, в заявената инсталация в обработваната течна среда се образува акустично поле с две резонансни честоти. Първата резонансна честота се определя от резонансната честота на прътовия магнитострикционен преобразувател, втората - от резонансната честота на пръстеновидния магнитострикционен емитер, притиснат към тръбата на работната камера. Резонансната честота на пръстеновидния магнитострикционен радиатор се определя от израза lcp=λ=c/fres, където lcp е дължината на централната линия на магнитната верига на радиатора, λ е дължината на вълната в материала на магнитната верига, c е скоростта на еластичните трептения в материала на магнитната верига, fres е резонансната честота на радиатора (A. V. Donskoy, OK Keller, G. S. Kratysh "Ултразвукови електротехнологични инсталации", Ленинград: Енергоиздат, 1982, стр. 25). С други думи, втората резонансна честота на инсталацията се определя от дължината на централната линия на пръстеновидната магнитна верига, която от своя страна се определя от външния диаметър на тръбата на работната камера: колкото по-дълга е средната линия на магнитна верига, толкова по-ниска е втората резонансна честота на инсталацията.

Наличието на две резонансни честоти в заявената инсталация ви позволява да интензифицирате процеса, без да нарушавате качеството на крайния продукт. Това се обяснява по следния начин.

При излагане на акустично поле в третираната течна среда възникват акустични потоци - стационарни вихрови потоци на течността, които възникват в свободно нехомогенно звуково поле. В заявената инсталация в обработената течна среда се образуват два вида акустични вълни, всяка със собствена резонансна честота: цилиндрична вълна се разпространява радиално от вътрешна повърхносттръби (работна камера), а плоска вълна се разпространява по работната камера отдолу нагоре. Наличието на две резонансни честоти засилва ефекта на акустичните потоци върху обработваната течна среда, тъй като всяка резонансна честота произвежда свои собствени акустични потоци, които интензивно смесват течността. Това също води до увеличаване на турбулентността на акустичните потоци и до още по-интензивно смесване на третираната течност, което увеличава интензивността на въздействието на акустичното поле върху третираната течна среда. В резултат на това се интензифицира технологичният процес, без да се намалява качеството на крайния продукт.

Освен това, под въздействието на акустично поле, в третираната течна среда възниква кавитация - образуването на течна среда се прекъсва, където има локално намаляване на налягането. В резултат на кавитацията се образуват паро-газови кавитационни мехурчета. Ако акустичното поле е слабо, мехурчетата резонират и пулсират в полето. Ако акустичното поле е силно, балонът се срива след период на звукова вълна (в идеалния случай), тъй като навлиза в областта на високо налягане, създадено от това поле. Свивайки се, мехурчетата генерират силни хидродинамични смущения в течната среда, интензивно излъчване на акустични вълни и причиняват разрушаване на повърхностите на твърдите тела, съседни на кавитиращата течност. В заявената инсталация акустичното поле е по-мощно от акустичното поле на инсталацията според прототипа, което се обяснява с наличието на две резонансни честоти в нея. В резултат на това в заявената инсталация вероятността от срутване на кавитационни мехурчета е по-висока, което засилва кавитационните ефекти и увеличава интензивността на въздействието на акустичното поле върху третираната течна среда и следователно осигурява интензификация на технологичния процес без намаляване качеството на крайния продукт.

Колкото по-ниска е резонансната честота на акустичното поле, толкова по-голям е балонът, тъй като периодът на ниската честота е голям и мехурчетата имат време да растат. Животът на балон по време на кавитация е един честотен период. Когато балонът се затвори, той създава мощен натиск. Колкото по-голям е балонът, толкова повече високо наляганесе създава, когато е затворено. В претендираната ултразвукова инсталация, поради двучестотната обработка с ултразвук на третираната течност, кавитационните мехурчета се различават по размер: по-големите са резултат от излагане на течна среда с ниска честота, а малките се дължат на висока честота. При почистване на повърхности или при обработка на суспензия, малки мехурчета проникват в пукнатини и кухини на твърди частици и, срутвайки се, образуват микро-ударни ефекти, отслабвайки целостта на твърдите частици отвътре. По-големите мехурчета, срутвайки се, провокират образуването на нови микропукнатини в твърдите частици, като допълнително отслабват механичните връзки в тях. Твърдите частици се унищожават.

По време на емулгирането, разтварянето и смесването големите мехурчета разрушават междумолекулните връзки в компонентите на бъдещата смес, скъсяват веригите и образуват условия за малки мехурчета за по-нататъшно разрушаване на междумолекулните връзки. В резултат на това се повишава интензификацията на технологичния процес, без да се намалява качеството на крайния продукт.

В допълнение, в заявената инсталация, в резултат на взаимодействието на акустични вълни с различни резонансни честоти в обработената течна среда, се получават удари поради наслагването на две честоти (принцип на суперпозиция), които причиняват рязко мигновено увеличаване на амплитудата на акустичното налягане. В такива моменти силата на удара на акустичната вълна може да надхвърли няколко пъти специфичната мощност на инсталацията, което интензифицира технологичния процес и не само не намалява, но подобрява качеството на крайния продукт. Освен това рязкото увеличаване на амплитудата на акустичното налягане улеснява подаването на кавитационни ядра в зоната на кавитация; кавитацията се увеличава. Кавитационни мехурчета, образуващи се в пори, неравности, повърхностни пукнатини твърдо тяло, който е в суспензия, образуват локални акустични потоци, които интензивно смесват течността във всички микрообеми, което също така дава възможност за интензифициране на технологичния процес без намаляване на качеството на крайния продукт.

По този начин от изложеното по-горе следва, че заявената ултразвукова инсталация, поради възможността за формиране на двучестотно акустично поле в обработваната течна среда, по време на изпълнение осигурява постигането на технически резултат, който се състои в увеличаване на интензификацията на технологичния процес без намаляване на качеството на крайния продукт: резултатите от почистване на повърхността, диспергиране на твърди компоненти в течност, процес на емулгиране, смесване и разтваряне на компонентите на течна среда.

Чертежът показва заявената ултразвукова инсталация. Ултразвуковата инсталация съдържа ултразвуков прътов магнитострикционен преобразувател 1 с излъчваща повърхност 2, акустичен вълновод 3, работна камера 4, магнитна верига 5 на пръстеновиден магнитострикционен радиатор 6, еластичен уплътнителен пръстен 7, щифт 8. Отвори 9 са предвиден в магнитната верига 5 за създаване на възбуждаща намотка (не е показана). Работната камера 4 е направена под формата на метална, като стомана, цилиндрична тръба. В примера за монтаж вълноводът 3 е направен под формата на пресечен конус, в който излъчващият край 10 е херметически прикрепен към долната част на тръбата на работната камера 4 посредством еластичен уплътнителен пръстен 7, а приемният край 11 е аксиално свързан с щифт 8 към излъчващата повърхност 2 на преобразувателя 1. Магнитна верига 5, направена под формата на пакет от магнитострикционни пластини с формата на пръстени, и акустично твърдо притисната към тръбата на работната камера 4; в допълнение, магнитната верига 5 е снабдена с възбуждаща намотка (не е показана).

Еластичният уплътнителен пръстен 7 е фиксиран върху излъчващия край 10 на вълновода 3 в зоната на възела на преместване. В този случай долният край на магнитната верига 5 на пръстеновидния радиатор 6 е разположен в същата равнина като излъчващия край 10 на акустичния вълновод 3. Освен това повърхността на излъчващия край 10 на акустичния вълновод 3 е направена вдлъбната, сферична, с радиус на сфера, равен на половината от дължината на магнитната верига 5 на пръстеновидния магнитострикционен радиатор 6.

Като прътов ултразвуков преобразувател може да се използва например ултразвуков магнитострикционен преобразувател от типа PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) или PMS-15-22 (9SuIT.671.119.003 TU). Ако технологичният процес изисква по-високи честоти: 44 kHz, 66 kHz и т.н., тогава прътовият преобразувател е направен на базата на пиезокерамика.

Магнитната верига 5 може да бъде направена от материал с отрицателна стрикция, като никел.

Ултразвуковата инсталация работи по следния начин. Захранващото напрежение се подава към възбуждащите намотки на преобразувателя 1 и пръстеновидния магнитострикционен емитер 6. Работната камера 4 се запълва с течна среда 12, която трябва да се обработва, например за извършване на разтваряне, емулгиране, диспергиране или запълване с течна среда, в която се поставят части за почистване на повърхности. След подаване на захранващото напрежение в работната камера 4 в течната среда 12 се образува акустично поле с две резонансни честоти.

Под въздействието на образуваното двучестотно акустично поле в третираната среда 12 възникват акустични токове и кавитация. В този случай, както е показано по-горе, кавитационните мехурчета се различават по размер: по-големите са резултат от нискочестотно въздействие върху течната среда, а малките - с висока честота.

В кавитираща течна среда, например, при диспергиране или почистване на повърхности, малки мехурчета проникват в пукнатини и кухини на твърдия компонент на сместа и, срутвайки се, образуват микро-ударни ефекти, отслабвайки целостта на твърдата частица отвътре. По-големите мехурчета, срутвайки се, разбиват отслабената отвътре частица на малки фракции.

Освен това, в резултат на взаимодействието на акустични вълни с различни резонансни честоти се появяват удари, водещи до рязко мигновено увеличаване на амплитудата на акустичното налягане (акустичен шок), което води до още по-интензивно разрушаване на слоевете върху повърхността, която се намира. почистени и до още по-голямо смилане на твърди фракции в третираната течност.среда при получаване на суспензията. В същото време наличието на две резонансни честоти засилва турбулентността на акустичните потоци, което допринася за по-интензивно смесване на обработената течна среда и по-интензивно разрушаване на твърди частици както на повърхността на детайла, така и в суспензията.

По време на емулгирането и разтварянето големите кавитационни мехурчета разрушават междумолекулните връзки в компонентите на бъдещата смес, скъсяват веригите и образуват условия за по-нататъшно разрушаване на междумолекулните връзки за малки кавитационни мехурчета. Ударната акустична вълна и повишената турбулентност на акустичните потоци, които са резултат от двучестотното сондиране на обработваната течна среда, също разрушават междумолекулните връзки и засилват процеса на смесване на средата.

В резултат на комбинираното въздействие на посочените по-горе фактори върху обработваната течна среда, извършваният технологичен процес се интензифицира, без да се намалява качеството на крайния продукт. Както показаха тестовете, в сравнение с прототипа, плътността на мощността на претендирания преобразувател е два пъти по-висока.

За засилване на кавитационния ефект в инсталацията може да се осигури повишено статично налягане, което може да се реализира подобно на прототипа (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh "Ултразвукови електротехнологични инсталации", Ленинград: Енергоиздат, 1982, стр. 169): система от тръбопроводи, свързани с вътрешния обем на работната камера; цилиндър за сгъстен въздух; предпазен клапан и манометър. В този случай работната камера трябва да бъде оборудвана със запечатан капак.

1. Ултразвукова инсталация, съдържаща прътов ултразвуков преобразувател, работна камера, направена под формата на метална цилиндрична тръба и акустичен вълновод, чийто излъчващ край е херметически прикрепен към долната част на цилиндричната тръба с помощта на еластична уплътнителен пръстен, а приемният край на този вълновод е акустично неподвижно свързан с ултразвуков преобразувател на излъчващата повърхност, характеризиращ се с това, че в инсталацията е допълнително въведен пръстеновиден магнитострикционен емитер, чиято магнитна верига е акустично твърдо притисната към тръбата на работна камера.

2. Инсталация съгласно претенция 1, характеризираща се с това, че еластичният уплътнителен пръстен е фиксиран върху излъчващия край на вълновода в зоната на възела на преместване.

3. Инсталация съгласно претенция 2, характеризираща се с това, че долният край на магнитната верига на пръстеновидния радиатор е разположен в същата равнина като излъчващия край на акустичния вълновод.

4. Инсталация съгласно претенция 3, характеризираща се с това, че повърхността на излъчващия край на акустичния вълновод е направена вдлъбната, сферична, с радиус на сфера, равен на половината от дължината на магнитната сърцевина на пръстеновидния магнитострикционен радиатор.

Настройката се състои от лабораторна стойка, ултразвуков генератор, високоефективен, висококачествен магнитострикционен преобразувател и три вълновода-емитера (концентратори) към преобразувателя. има стъпаловидно регулиране на изходната мощност, 50%, 75%, 100% от номиналната изходна мощност. Регулирането на мощността и наличието на три различни вълновода-емитери в комплекта (с усилване 1:0,5, 1:1 и 1:2) ви позволява да получите различни амплитуди на ултразвукови вибрации в изследваните течности и еластични среди, приблизително, от 0 до 80 микрона при честота 22 kHz.

Години опит в производството и продажбите ултразвуково оборудванепотвърждава съзнателната необходимост от оборудване на всички видове модерно високотехнологично производство с лабораторни съоръжения.

Получаването на наноматериали и наноструктури, въвеждането и развитието на нанотехнологиите е невъзможно без използването на ултразвуково оборудване.

С помощта на това ултразвуково оборудване е възможно:

• получаване на нано-прахове от метали;
• използване при работа с фулерени;
• изследване на хода на ядрените реакции в условия на силни ултразвукови полета (студен синтез);
• Възбуждане на сонолуминесценция в течности за изследователски и промишлени цели;
• създаване на фино диспергирани нормализирани директни и обратни емулсии;
• звучене на дърво;
• възбуждане на ултразвукови вибрации в метални стопилки за дегазиране;
• и много много други.

Съвременни ултразвукови диспергатори с цифрови генератори серия I10-840

Ултразвуков апарат (диспергатор, хомогенизатор, емулгатор) I100-840 е предназначен за лабораторни изследвания на въздействието на ултразвука върху течни среди с цифрово управление, непрекъснато регулируем, с цифров избор на работната честота, с таймер, с възможност за свързване на осцилаторни системи с различни честоти и мощности и запис на параметри на обработка към енергонезависима памет.

Уредът може да бъде оборудван с ултразвукови магнитострикционни или пиезокермични осцилаторни системи с работна честота 22 и 44 kHz.

При необходимост е възможно да се допълни диспергаторът с осцилаторни системи за 18, 30, 88 kHz.

Използват се ултразвукови лабораторни апарати (диспергатори):

• за лабораторни изследвания на въздействието ултразвукова кавитациявърху различни течности и проби, поставени в течност;
• за разтваряне на трудно или слабо разтворими вещества и течности в други течности;
• за изпитване на различни течности за якост на кавитация. Например, за да се определи стабилността на вискозитета на индустриалните масла (вижте GOST 6794-75 за масло AMG-10);
• да проучи промяната в скоростта на импрегниране на влакнести материали под въздействието на ултразвук и да подобри импрегнирането на влакнести материали с различни пълнители;
• да се изключи натрупването на минерални частици по време на хидросортиране (абразивни прахове, геомодификатори, естествени и изкуствени диаманти и др.);
• за ултразвуково измиване на сложни продукти на автомобилно горивно оборудване, инжектори и карбуратори;
• за изследвания на кавитационната якост на машинни части и механизми;
• и в най-простия случай - като високоинтензивна ултразвукова почистваща вана. Валежите и отлаганията върху лабораторните стъклени съдове и стъкло се отстраняват или разтварят за секунди.