informations générales

L'unité à ultrasons UZU-1,6-O est destinée au nettoyage des éléments filtrants métalliques et des ensembles filtrants des systèmes hydrauliques de carburant et d'huile d'avions, de moteurs d'avions et d'équipements de banc des impuretés mécaniques, des substances résineuses et des produits de cokéfaction du pétrole.
L'unité peut nettoyer les sacs filtrants en matériau X18 N15-PM selon la technologie du fabricant des sacs filtrants.

Structure du symbole

UZU4-1,6-O :
UZU - installation à ultrasons;
4 - exécution;
1,6 - puissance oscillatoire nominale, kW;
О - nettoyage;
У, Т2 - modification climatique et catégorie de placement
selon GOST 15150-69, température ambiante
de 5 à 50 °C. ї L'environnement est non explosif, ne contient pas de poussières conductrices, ne contient pas de vapeurs agressives, de gaz pouvant perturber le fonctionnement normal de l'installation.
L'installation est conforme aux exigences du TU16-530.022-79.

Document normatif et technique

TU 16-530.022-79

Caractéristiques

Tension d'un réseau d'alimentation triphasé avec une fréquence de 50 Hz, V - 380/220 Consommation électrique, kW, pas plus : sans éclairage et radiateurs - 3,7 avec éclairage et radiateurs - 12 Fréquence de fonctionnement du générateur, kHz - 18 Générateur puissance de sortie, kW - 1,6 Efficacité du générateur,%, pas moins - 45 Tension d'anode du générateur, V - 3000 Tension d'incandescence des lampes du générateur, V - 6,3 Tension de sortie du générateur, V - 220 Courant de magnétisation, A - 18 Courant d'anode, A - 0,85 Courant de grille, A - 0,28 Nombre de bains, pcs - 2 Volume d'un bain, l, pas moins - 20 Temps de chauffe de la solution de lavage dans les bains de 5 à 65°C sans allumer le générateur, min, pas plus : en cas de fonctionnement à l'huile AMG 10 - 20 en fonctionnement sur solutions aqueuses d'hexamétaphosphate de sodium, phosphate trisodique et nitrate de sodium ou sinval - 35 Durée de fonctionnement continu de l'installation, h, pas plus - 12 Refroidissement par air forcé des éléments de l'installation. Temps de nettoyage par ultrasons d'un élément filtrant, min, pas plus - 10 Temps de déploiement de l'installation en position de fonctionnement, min, pas plus - 35 Temps de retour en position repliée, min, pas plus - 15 Poids, kg, pas plus - 510
La période de garantie est de 18 mois à compter de la date de mise en service.

Conception et principe de fonctionnement

La conception de l'unité à ultrasons UZU4-1,6-O (voir figure) est un conteneur mobile, complété en blocs.

Vue générale et dimensions unité à ultrasons UZU4-1,6-О
L'usine dispose de deux bains technologiques. Equipé d'un chariot pour faire tourner les filtres et les transférer d'un bain à l'autre. Chaque bain a un transducteur magnétostrictif PM1-1.6 / 18. Le convertisseur est refroidi par air, le générateur est intégré. L'ensemble de livraison de l'unité UZU4-1,6-O comprend : une unité à ultrasons UZU-1,6-O, ​​des pièces de rechange et accessoires, 1 ensemble, un ensemble de documentation opérationnelle, 1 ensemble.

Utilisé pour le lavage des pièces et des assemblages de divers équipements, le soudage divers matériaux... Les ultrasons sont utilisés pour produire des suspensions, des aérosols liquides et des émulsions. Pour obtenir des émulsions, par exemple, un mélangeur-émulseur UGS-10 et d'autres dispositifs sont réalisés. Méthodes basées sur la réflexion ondes ultrasonoresà partir de l'interface entre deux milieux, ils sont utilisés dans des dispositifs d'hydro-localisation, de détection de défauts, de diagnostic médical, etc.

Parmi les autres possibilités des ultrasons, il faut noter sa capacité à traiter des matériaux durs et cassants à une taille donnée. En particulier, le traitement par ultrasons est très efficace dans la fabrication de pièces et de trous de formes complexes dans des articles tels que le verre, la céramique, le diamant, le germanium, le silicium, etc., dont le traitement est difficile par d'autres méthodes.

L'utilisation des ultrasons dans la restauration des pièces usées réduit la porosité du métal déposé et augmente sa résistance. De plus, le gauchissement des pièces à souder allongées, telles que les vilebrequins de moteur, est réduit.

Nettoyage de pièces par ultrasons

Le nettoyage par ultrasons de pièces ou d'objets est utilisé avant réparation, assemblage, peinture, chromage et autres opérations. Son utilisation est particulièrement efficace pour le nettoyage de pièces de forme complexe et d'endroits difficiles d'accès sous forme de fentes étroites, de fentes, de petits trous, etc.

L'industrie produit grand nombre installations de nettoyage par ultrasons, différentes caractéristiques de conception, capacité et puissance du bain, par exemple ceux à transistors : UZU-0,25 avec une puissance de sortie de 0,25 kW, UZG-10-1.6 avec une puissance de 1,6 kW, etc., thyristor UZG-2-4 avec une puissance de sortie de 4 kW et UZG-1-10/22 avec une puissance de 10 kW. La fréquence de fonctionnement des installations est de 18 et 22 kHz.

Installation à ultrasons UZU-0.25 est conçu pour le nettoyage de petites pièces. Il se compose d'un générateur d'ultrasons et d'un bain à ultrasons.

Données techniques de l'unité à ultrasons UZU-0.25

Fréquence secteur - 50 Hz

Puissance consommée du réseau - pas plus de 0,45 kVA

Fréquence de fonctionnement - 18 kHz

Puissance de sortie - 0,25 kW

Dimensions intérieures du bain de travail - 200 x 168 mm avec une profondeur de 158 mm

Sur le panneau avant du générateur d'ultrasons, il y a un interrupteur à bascule pour allumer le générateur et une lampe signalant la présence de tension d'alimentation.

Sur la paroi arrière du châssis du générateur se trouvent : un porte-fusible et deux connecteurs à fiches, à travers lesquels le générateur est connecté au bain à ultrasons et au secteur, une borne pour la mise à la terre du générateur.

Trois transducteurs piézoélectriques emballés sont montés au fond du bain à ultrasons. L'ensemble d'un transducteur se compose de deux plaques piézoélectriques en matériau TsTS-19 (zirconate-titanate de plomb), de deux plots réducteurs de fréquence et d'une tige centrale en acier inoxydable, dont la tête est l'élément émetteur du transducteur.

Sur le boîtier de la baignoire il y a : une robinetterie, une poignée de robinet avec l'inscription "Drain", une borne pour la mise à la terre de la baignoire et un connecteur pour le raccordement à un générateur.

La figure 1 montre le principal circuit électrique installation à ultrasons UZU-0.25.

Riz. 1. Schéma de principe de l'unité à ultrasons UZU-0.25

La première étape est, fonctionnant sur un transistor VT1 selon un circuit avec un inductif retour d'information et un circuit oscillant.

Des vibrations électriques de fréquence ultrasonore de 18 kHz, apparaissant dans l'oscillateur maître, sont transmises à l'entrée du préamplificateur de puissance.

L'amplificateur de puissance préliminaire se compose de deux étages, dont l'un est monté sur les transistors VT2, VT3, le second - sur les transistors VT4, VT5. Les deux étages de préamplification de puissance sont assemblés selon un circuit push-pull séquentiel fonctionnant en mode de commutation. Le mode de fonctionnement clé des transistors permet d'obtenir un rendement élevé à une puissance suffisamment élevée.

Circuits de base des transistors VT2, VT3. VT4, VT5 sont connectés à des enroulements opposés séparés des transformateurs TV1 et TV2. Cela garantit un fonctionnement push-pull des transistors, c'est-à-dire une commutation alternative.

La polarisation automatique de ces transistors est assurée par des résistances R3 - R6 et des condensateurs C6, C7 et C10, C11 inclus dans le circuit de base de chaque transistor.

La tension d'excitation alternative est transmise à la base par les condensateurs C6, C7 et C10, C11, et la composante constante du courant de base, passant par les résistances R3 - R6, crée une chute de tension à leurs bornes, ce qui garantit une fermeture et une ouverture fiables des transistors.

Le quatrième étage est l'amplificateur de puissance. Il se compose de trois cellules push-pull sur des transistors VT6 - VT11, fonctionnant en mode de commutation. La tension du préamplificateur est fournie à chaque transistor à partir d'un enroulement séparé du transformateur TV , et dans chaque cellule, ces tensions sont en opposition de phase. A partir des cellules du transistor, la tension alternative est appliquée aux trois enroulements du transformateur TV4, où la puissance est ajoutée.

Depuis le transformateur de sortie, la tension est fournie aux transducteurs piézoélectriques AA1, AA2 et AAAZ.

Les transistors fonctionnant en mode de commutation, la tension de sortie contenant des harmoniques est rectangulaire. Pour isoler le premier harmonique de la tension sur les convertisseurs, une bobine L est connectée en série avec les convertisseurs à l'enroulement de sortie du transformateur TV4, dont l'inductance est calculée de telle sorte qu'avec sa propre capacité des convertisseurs elle forme un circuit oscillant accordé sur le 1er harmonique de la tension. Ceci permet d'obtenir une tension sinusoïdale aux bornes de la charge sans changer le mode énergétiquement favorable des transistors.

L'installation est alimentée en courant alternatif avec une tension de 220 V à une fréquence de 50 Hz à l'aide d'un transformateur de puissance TV5, qui comporte un enroulement primaire et trois enroulements secondaires, dont l'un sert à alimenter le générateur maître, et les deux autres servent à alimenter les étages restants.

Le générateur maître est alimenté par un redresseur assemblé par (diodes VD1 et VD2).

L'alimentation des étages préliminaires d'amplification est réalisée à partir d'un redresseur monté en pont (diodes VD3 - VD6). Le deuxième circuit en pont sur les diodes VD7 - VD10 alimente l'amplificateur de puissance.

Un produit de nettoyage doit être choisi en fonction de la nature de la saleté et des matériaux. Si le phosphate trisodique n'est pas disponible, du carbonate de sodium peut être utilisé pour nettoyer les pièces en acier.

Le temps de nettoyage dans un bain à ultrasons varie de 0,5 à 3 minutes. La température maximale admissible du produit de nettoyage est de 90 °C.

Avant de changer le liquide de lavage, le générateur doit être éteint, ne permettant pas aux convertisseurs de fonctionner sans liquide dans le bain.

Le nettoyage des pièces dans un bain à ultrasons s'effectue dans l'ordre suivant : l'interrupteur d'alimentation est réglé sur la position « Off », la vanne de vidange du bain est réglée sur la position « Fermé », le produit de nettoyage est versé dans le bain à ultrasons baignoire jusqu'à un niveau de 120 - 130 mm, la fiche du câble d'alimentation est branchée sur une prise électrique.tension secteur 220 V.

Test de l'installation : mettez l'interrupteur à bascule sur la position « On », tandis que le voyant de signalisation doit s'allumer et qu'un bruit de liquide de cavitation doit apparaître. L'apparition de la cavitation peut également être jugée par la formation des plus petites bulles mobiles sur les transducteurs du bain.

Après avoir testé l'installation, débranchez-la du secteur, chargez les pièces contaminées dans le bain et commencez le traitement.

Titulaires du brevet RU 2286216 :

L'invention concerne les dispositifs de nettoyage et de traitement par ultrasons de suspensions dans des champs acoustiques puissants, notamment de dissolution, d'émulsification, de dispersion, ainsi que les dispositifs de réception et de transmission de vibrations mécaniques par effet de magnétostriction. L'installation contient un transducteur magnétostrictif à tige ultrasonore, une chambre de travail réalisée sous la forme d'un tube cylindrique métallique, et un guide d'ondes acoustiques dont l'extrémité émettrice est reliée hermétiquement au fond du tube cylindrique au moyen d'une bague d'étanchéité élastique, et l'extrémité réceptrice de ce guide d'ondes est reliée de manière acoustiquement rigide à la surface d'émission du transducteur à tige ultrasonore ... Un émetteur annulaire magnétostrictif est en outre introduit dans l'installation dont le circuit magnétique est pressé de manière acoustiquement rigide sur le tube de la chambre de travail. L'installation à ultrasons forme un champ acoustique à deux fréquences dans le milieu liquide traité, ce qui permet d'augmenter l'intensification processus technologique sans compromettre la qualité du produit final. 3 C.p. f-ly, 1 dwg.

L'invention concerne les dispositifs de nettoyage et de traitement par ultrasons de suspensions dans des champs acoustiques puissants, notamment de dissolution, d'émulsification, de dispersion, ainsi que les dispositifs de réception et de transmission de vibrations mécaniques par effet de magnétostriction.

Un dispositif est connu pour introduire des vibrations ultrasonores dans un liquide (brevet DE n° 3815925, B 08 B 3/12, 1989) au moyen d'un capteur à ultrasons, qui est fixé avec un cône sonore à l'aide d'une bride hermétiquement isolante dans le zone inférieure à l'intérieur du bain liquide.

Le plus proche solution techniqueà la proposition est une installation à ultrasons du type UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrasonic electrotechnological installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169), contenant un transducteur à ultrasons à tige, une chambre de travail réalisée dans le forme d'un tube cylindrique métallique, et d'un guide d'ondes acoustiques dont l'extrémité émettrice est reliée hermétiquement à la partie inférieure du tube cylindrique au moyen d'une bague d'étanchéité élastique, et l'extrémité réceptrice de ce guide d'ondes est reliée de manière acoustiquement rigide à l'émetteur surface du transducteur à ultrasons à tige.

L'inconvénient des installations à ultrasons connues identifiées est que la chambre de travail comporte une seule source de vibrations ultrasonores, qui lui sont transmises depuis le transducteur magnétostrictif à travers l'extrémité du guide d'ondes, dont les propriétés mécaniques et les paramètres acoustiques déterminent le rayonnement maximal admissible. intensité. Souvent, l'intensité reçue du rayonnement des vibrations ultrasonores ne peut pas satisfaire les exigences du processus technologique par rapport à la qualité du produit final, ce qui oblige à allonger le temps de traitement ultrasonore du milieu liquide et conduit à une diminution de la l'intensité du processus technologique.

Ainsi, les appareils à ultrasons, analogue et prototype de l'invention revendiquée identifiés au cours de la recherche de brevet, lorsqu'ils sont mis en œuvre, ne permettent pas d'atteindre le résultat technique, qui consiste à augmenter l'intensification du processus technologique sans diminuer la qualité de le produit final.

L'invention proposée résout le problème de la création d'une installation à ultrasons dont la mise en œuvre assure l'obtention du résultat technique, qui consiste à augmenter l'intensification du processus technologique sans diminuer la qualité du produit final.

L'essence de l'invention réside dans le fait que dans une installation à ultrasons contenant un transducteur ultrasonore à tige, une chambre de travail réalisée sous la forme d'un tube cylindrique métallique, et un guide d'ondes acoustiques dont l'extrémité émettrice est reliée hermétiquement au fond de le tube cylindrique au moyen d'une bague d'étanchéité élastique, et l'extrémité réceptrice de ce guide d'ondes est reliée de manière acoustiquement rigide à la surface d'émission du transducteur à ultrasons à tige ; un émetteur magnétostrictif annulaire est en outre introduit, dont le circuit magnétique est pressé de manière acoustiquement rigide sur le tube de la chambre de travail. De plus, une bague d'étanchéité élastique est fixée à l'extrémité rayonnante du guide d'onde au niveau de l'ensemble de déplacement. Dans ce cas, l'extrémité inférieure du circuit magnétique du radiateur annulaire est située dans le même plan que l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique. De plus, la surface de l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique est rendue concave, sphérique, avec un rayon de sphère égal à la moitié de la longueur du circuit magnétique de l'émetteur magnétostrictif annulaire.

Le résultat technique est obtenu comme suit. Un transducteur à ultrasons à tige est une source de vibrations ultrasonores qui fournissent paramètres requis le champ acoustique dans la chambre de travail de l'installation pour effectuer le processus technologique, qui assure l'intensification et la qualité du produit final. Un guide d'ondes acoustique, dont l'extrémité émettrice est reliée hermétiquement à la partie inférieure du tube cylindrique, et l'extrémité réceptrice de ce guide d'ondes est reliée de manière acoustiquement rigide à la surface émettrice du transducteur ultrasonore à tige, assure la transmission des vibrations ultrasonores dans le milieu liquide traité de la chambre de travail. Dans ce cas, l'étanchéité et la mobilité de la connexion sont assurées du fait que l'extrémité rayonnante du guide d'onde est reliée à la partie inférieure du tube de la chambre de travail au moyen d'une bague d'étanchéité élastique. La mobilité de la connexion offre la possibilité de transférer les vibrations mécaniques du transducteur à travers le guide d'ondes vers la chambre de travail, dans le milieu liquide traité, la possibilité d'effectuer le processus technologique et, par conséquent, d'obtenir le résultat technique requis.

De plus, dans l'installation revendiquée, la bague d'étanchéité élastique est fixée à l'extrémité émettrice du guide d'onde dans la zone du nœud de déplacement, contrairement au prototype dans lequel elle est installée dans la zone du ventre de déplacement. En conséquence, dans l'installation selon le prototype, le joint torique amortit les vibrations et réduit le facteur Q du système vibrant, et, par conséquent, réduit l'intensité du processus technologique. Dans l'installation indiquée, le joint torique est installé dans la zone de l'unité de déplacement, il n'affecte donc pas le système vibrant. Cela vous permet de faire passer plus de puissance à travers le guide d'ondes par rapport au prototype et ainsi d'augmenter l'intensité du rayonnement, donc d'intensifier le processus technologique sans réduire la qualité du produit final. De plus, étant donné que dans l'installation revendiquée, le joint torique est installé dans la zone de l'assemblage, c'est-à-dire dans la zone de déformations nulles, il ne s'effondre pas sous l'effet des vibrations, conserve la mobilité de la connexion de l'extrémité rayonnante du guide d'onde avec bas tuyaux de la chambre de travail, ce qui vous permet de maintenir l'intensité du rayonnement. Dans le prototype, la bague d'étanchéité est installée dans la zone de déformation maximale du guide d'onde. Par conséquent, la bague s'effondre progressivement à cause des vibrations, ce qui réduit progressivement l'intensité du rayonnement, puis rompt l'étanchéité de la connexion et perturbe le fonctionnement de l'installation.

L'utilisation d'un émetteur annulaire magnétostrictif permet d'obtenir une puissance de conversion élevée et une zone de rayonnement importante (A.V. Donskoy, OK Keller, G.S. intensification du processus technologique sans réduire la qualité du produit final.

La conduite étant cylindrique et l'émetteur magnétostrictif introduit dans l'installation étant rendu annulaire, il est possible de plaquer le circuit magnétique sur la surface extérieure de la conduite. Lorsque la tension d'alimentation est appliquée à l'enroulement du fil magnétique, un effet magnétostrictif se produit dans les plaques, ce qui conduit à une déformation des plaques annulaires du circuit magnétique dans le sens radial. Dans ce cas, du fait que le tuyau est en métal, et que le circuit magnétique est plaqué de manière acoustiquement rigide sur le tuyau, la déformation des plaques annulaires du circuit magnétique se transforme en oscillations radiales de la paroi du tuyau. En conséquence, les vibrations électriques du générateur d'excitation de l'émetteur magnétostrictif annulaire sont converties en vibrations mécaniques radiales des plaques magnétostrictives, et en raison de la connexion acoustiquement rigide du plan de rayonnement du circuit magnétique avec la surface du tuyau, les vibrations mécaniques sont transmis à travers les parois des tuyaux dans le milieu liquide traité. Dans ce cas, la source des vibrations acoustiques dans le milieu liquide traité est la paroi interne du tube cylindrique de la chambre de travail. En conséquence, un champ acoustique avec une deuxième fréquence de résonance est formé dans l'installation revendiquée dans le milieu liquide traité. Dans ce cas, l'introduction d'un émetteur magnétostrictif annulaire dans l'installation revendiquée augmente, par rapport au prototype, la surface de la surface émettrice : la surface émettrice du guide d'onde et une partie de la paroi interne de la chambre de travail, sur la surface extérieure de laquelle est pressé un émetteur magnétostrictif annulaire. Une augmentation de la surface de rayonnement augmente l'intensité du champ acoustique dans la chambre de travail et permet donc d'intensifier le processus technologique sans réduire la qualité du produit final.

L'emplacement de l'extrémité inférieure du circuit magnétique du radiateur annulaire dans le même plan avec l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique est la meilleure option, car le placer en dessous de l'extrémité rayonnante du guide d'ondes conduit à la formation d'une zone morte (stagnante) pour le transducteur annulaire (radiateur annulaire - tube). Le fait de placer l'extrémité inférieure du circuit magnétique du radiateur annulaire au-dessus de l'extrémité rayonnante du guide d'ondes réduit l'efficacité du convertisseur annulaire. Les deux options conduisent à une diminution de l'intensité de l'effet du champ acoustique total sur le milieu liquide traité, et, par conséquent, à une diminution de l'intensification du processus technologique.

Puisque la surface d'émission de l'émetteur magnétostrictif annulaire est une paroi cylindrique, l'énergie sonore est focalisée, c'est-à-dire la concentration du champ acoustique est créée le long de la ligne axiale du tuyau, sur laquelle le noyau magnétique de l'émetteur est pressé. Étant donné que la surface émettrice du transducteur à tige ultrasonore est réalisée sous la forme d'une sphère concave, cette surface émettrice concentre également l'énergie sonore, mais à proximité d'un point situé sur l'axe central du tuyau. Ainsi, à des distances focales différentes, les foyers des deux surfaces émettrices coïncident, concentrant une puissante énergie acoustique dans un petit volume de la chambre de travail. Puisque l'extrémité inférieure du circuit magnétique du radiateur annulaire est située dans le même plan que l'extrémité rayonnante du guide d'ondes acoustiques, dans lequel la sphère concave est réalisée avec un rayon égal à la moitié de la longueur du circuit magnétique du magnétostrictif annulaire radiateur, le point de focalisation de l'énergie acoustique se situe au milieu de la ligne axiale du tuyau, c'est-à-dire au centre de la chambre de travail de l'installation, une puissante énergie acoustique est concentrée dans un petit volume ("Ultrasound. Little Encyclopedia", rédaction en chef de I.P. Golyanin, Moscou : Encyclopédie soviétique, 1979, p. 367-370). Dans le domaine de la focalisation des énergies acoustiques des deux surfaces émettrices, l'intensité de l'effet du champ acoustique sur le milieu liquide traité est des centaines de fois plus élevée que dans les autres zones de la chambre. Un volume local est créé avec une puissante intensité d'exposition au champ. En raison de la forte intensité locale de l'impact, même les matériaux difficiles à usiner sont détruits. De plus, dans ce cas, des ultrasons puissants sont détournés des parois, ce qui protège les parois de la chambre de la destruction et de la contamination du matériau traité par le produit de la destruction des parois. Ainsi, rendre la surface de l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique concave, sphérique, avec un rayon de sphère égal à la moitié de la longueur du circuit magnétique de l'émetteur magnétostrictif annulaire, augmente l'intensité de l'effet du champ acoustique sur le liquide traité. moyen, et permet donc d'intensifier le processus technologique sans réduire la qualité du produit final.

Comme indiqué ci-dessus, dans l'installation revendiquée, un champ acoustique à deux fréquences de résonance est formé dans le milieu liquide traité. La première fréquence de résonance est déterminée par la fréquence de résonance du transducteur magnétostrictif à tige, la seconde - par la fréquence de résonance de l'émetteur magnétostrictif en anneau pressé sur le tube de la chambre de travail. La fréquence de résonance de l'émetteur magnétostrictif annulaire est déterminée à partir de l'expression lcp = λ = c / fres, où lcp est la longueur de la ligne médiane du circuit magnétique de l'émetteur, λ est la longueur d'onde dans le matériau du circuit magnétique, c est la vitesse des vibrations élastiques dans le matériau du circuit magnétique, fres est la fréquence de résonance de l'émetteur (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrasonic electrotechnological installations", Leningrad : Energoizdat, 1982, p. 25). En d'autres termes, la deuxième fréquence de résonance de l'installation est déterminée par la longueur de la ligne médiane du circuit magnétique annulaire, qui à son tour est déterminée par le diamètre extérieur du tuyau de la chambre de travail : plus la ligne médiane du circuit magnétique est longue. , plus la deuxième fréquence de résonance de l'installation est basse.

La présence de deux fréquences de résonance dans l'installation déclarée permet d'intensifier le processus technologique sans réduire la qualité du produit final. Ceci est expliqué comme suit.

Sous l'influence d'un champ acoustique dans le milieu liquide traité, des écoulements acoustiques apparaissent - des écoulements tourbillonnaires stationnaires d'un liquide qui se produisent dans un champ sonore libre et non homogène. Dans l'installation déclarée dans le milieu liquide traité, deux types d'ondes acoustiques se forment, chacune avec sa propre fréquence de résonance : une onde cylindrique se propage radialement à partir de surface intérieure tuyaux (chambre de travail), et l'onde plane se propage le long de la chambre de travail de bas en haut. La présence de deux fréquences de résonance renforce l'effet des écoulements acoustiques sur le milieu liquide traité, car à chaque fréquence de résonance ses propres écoulements acoustiques se forment, qui mélangent intensément le liquide. Ceci conduit également à une augmentation de la turbulence des écoulements acoustiques et à un mélange encore plus intense du liquide traité, ce qui augmente l'intensité de l'effet du champ acoustique sur le milieu liquide traité. En conséquence, le processus technologique est intensifié sans réduire la qualité du produit final.

De plus, sous l'influence du champ acoustique dans le milieu liquide traité, il se produit une cavitation - la formation de ruptures du milieu liquide où il y a une diminution locale de la pression. À la suite de la cavitation, des bulles de cavitation vapeur-gaz se forment. Si le champ acoustique est faible, les bulles résonnent, pulsent dans le champ. Si le champ acoustique est fort, la bulle s'effondre après la période de l'onde sonore (cas idéal), puisqu'elle tombe dans la zone de haute pression créée par ce champ. Lorsque les bulles s'effondrent, elles génèrent de fortes perturbations hydrodynamiques dans le milieu liquide, un rayonnement intense d'ondes acoustiques et provoquent la destruction des surfaces de solides avoisinant le liquide cavitaire. Dans l'installation revendiquée, le champ acoustique est plus puissant que le champ acoustique de l'installation prototype, ce qui s'explique par la présence de deux fréquences de résonance dans celle-ci. En conséquence, dans l'installation revendiquée, la probabilité d'effondrement des bulles de cavitation est plus élevée, ce qui renforce les effets de cavitation et augmente l'intensité de l'effet du champ acoustique sur le milieu liquide traité, et fournit donc une intensification de la technologie processus sans réduire la qualité du produit final.

Plus la fréquence de résonance du champ acoustique est basse, plus la bulle est grande, car la période à basse fréquence est grande et les bulles ont le temps de croître. La durée de vie d'une bulle pendant la cavitation est une période de fréquence. Lorsque la bulle s'effondre, elle crée une pression puissante. Plus la bulle est grosse, plus haute pression est créé lorsqu'il est claqué. Dans l'installation à ultrasons déclarée, en raison du sondage à deux fréquences du liquide traité, les bulles de cavitation diffèrent en taille: les plus grosses sont le résultat de l'exposition à un milieu liquide de basse fréquence et les petites - de haute fréquence. Lors du nettoyage des surfaces ou du traitement d'une suspension, de petites bulles pénètrent dans les fissures et les cavités des particules solides et, en s'effondrant, forment des effets de micro-chocs, affaiblissant l'intégrité d'une particule solide de l'intérieur. Des bulles plus grosses, qui s'effondrent, provoquent la formation de nouvelles microfissures dans les particules solides, affaiblissant davantage les liaisons mécaniques qui s'y trouvent. Les particules solides sont détruites.

Lors de l'émulsification, de la dissolution et du mélange, les grosses bulles détruisent les liaisons intermoléculaires dans les composants du futur mélange, raccourcissant les chaînes et forment des conditions pour les petites bulles pour une destruction supplémentaire des liaisons intermoléculaires. En conséquence, l'intensification du processus technologique augmente sans réduire la qualité du produit final.

De plus, dans l'installation revendiquée, en raison de l'interaction d'ondes acoustiques avec différentes fréquences de résonance dans le milieu liquide traité, des battements se produisent en raison de la superposition de deux fréquences (principe de superposition), qui provoquent une forte augmentation instantanée de l'amplitude de la pression acoustique. À de tels moments, la puissance d'impact de l'onde acoustique peut être plusieurs fois supérieure à la puissance spécifique de l'installation, ce qui intensifie le processus technologique et non seulement ne réduit pas, mais améliore la qualité du produit final. De plus, une forte augmentation de l'amplitude de la pression acoustique facilite l'apport de noyaux de cavitation à la zone de cavitation ; la cavitation augmente. Bulles de cavitation, formation dans les pores, irrégularités, fissures de surface solide en suspension forment des courants acoustiques locaux qui mélangent intensément le liquide dans tous les microvolumes, ce qui permet également d'intensifier le processus technologique sans réduire la qualité du produit final.

Ainsi, de ce qui précède, il résulte que l'installation à ultrasons revendiquée, du fait de la possibilité de former un champ acoustique à deux fréquences dans le milieu liquide traité, lorsqu'elle est mise en œuvre, assure l'obtention du résultat technique, qui consiste à augmenter l'intensification de la processus technologique sans réduire la qualité du produit final : les résultats du nettoyage des surfaces, la dispersion des composants solides dans un liquide, le processus d'émulsification, de mélange et de dissolution des composants du milieu liquide.

Le dessin montre l'installation à ultrasons déclarée. L'installation à ultrasons contient un transducteur magnétostrictif à tige ultrasonore 1 avec une surface émettrice 2, un guide d'ondes acoustiques 3, une chambre de travail 4, un noyau magnétique 5 d'un émetteur magnétostrictif annulaire 6, une bague d'étanchéité élastique 7, une goupille 8. Les trous 9 sont prévu dans le noyau magnétique 5 pour réaliser un bobinage d'excitation (non représenté)... La chambre de travail 4 est réalisée sous la forme d'un tube cylindrique métallique, par exemple en acier. Dans un exemple d'installation, le guide d'onde 3 est réalisé sous la forme d'un tronc de cône, dans lequel l'extrémité émettrice 10 au moyen d'une bague d'étanchéité élastique 7 est reliée hermétiquement à la partie inférieure du tube de la chambre de travail 4, et l'extrémité réceptrice 11 est reliée axialement par un axe 8 à la surface émettrice 2 du convertisseur 1. Noyau magnétique 5 réalisé sous la forme d'un paquet de plaques magnétostrictives ayant la forme d'anneaux, et acoustiquement pressé rigidement sur le tube du chambre de travail 4 ; de plus, le circuit magnétique 5 est équipé d'un bobinage d'excitation (non représenté).

Une bague d'étanchéité élastique 7 est fixée sur l'extrémité émettrice 10 du guide d'onde 3 au niveau de l'unité de déplacement. Dans ce cas, l'extrémité inférieure du circuit magnétique 5 du radiateur annulaire 6 est située dans le même plan que l'extrémité rayonnante 10 du guide d'onde acoustique 3. De plus, la surface de l'extrémité rayonnante 10 du guide d'onde acoustique 3 est réalisée concave, sphérique, avec un rayon de sphère égal à la moitié de la longueur du circuit magnétique 5 du radiateur magnétostrictif annulaire 6.

En tant que transducteur ultrasonore tige, par exemple, un transducteur magnétostrictif ultrasonore de type PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) ou PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU) peut être utilisé. Si le processus technologique nécessite des fréquences plus élevées : 44 kHz, 66 kHz, etc., alors le transducteur tige est basé sur la piézocéramique.

Le circuit magnétique 5 peut être réalisé en un matériau à striction négative, par exemple en nickel.

L'installation à ultrasons fonctionne comme suit. Des tensions d'alimentation sont appliquées aux enroulements d'excitation du convertisseur 1 et de l'émetteur annulaire magnétostrictif 6. La chambre de travail 4 est remplie du milieu liquide traité 12, par exemple, pour effectuer une dissolution, une émulsification, une dispersion, ou remplie d'un milieu liquide, dans lequel sont placées les pièces pour le nettoyage des surfaces. Après l'application de la tension d'alimentation dans la chambre de travail 4, un champ acoustique à deux fréquences de résonance est formé dans le milieu liquide 12.

Sous l'influence du champ acoustique bifréquence généré dans le milieu traité 12, des écoulements acoustiques et de la cavitation apparaissent. Dans le même temps, comme indiqué ci-dessus, les bulles de cavitation diffèrent par leur taille: les plus grosses sont le résultat d'une exposition à un milieu liquide de basse fréquence et les petites - de haute fréquence.

Dans un milieu liquide cavitaire, par exemple, lors de la dispersion ou du nettoyage des surfaces, de petites bulles pénètrent dans les fissures et les cavités du composant solide du mélange et, en s'effondrant, forment des effets de micro-chocs, affaiblissant l'intégrité de la particule solide de l'intérieur. Des bulles de plus grande taille, s'effondrant, brisent la particule affaiblie de l'intérieur en petites fractions.

De plus, en raison de l'interaction des ondes acoustiques avec différentes fréquences de résonance, des battements se produisent, entraînant une forte augmentation instantanée de l'amplitude de la pression acoustique (au choc acoustique), ce qui conduit à une destruction encore plus intense des couches sur le surface à nettoyer et à un broyage encore plus important des fractions solides dans le milieu liquide traité lors de la réception d'une suspension. Dans le même temps, la présence de deux fréquences de résonance renforce la turbulence des écoulements acoustiques, ce qui contribue à un mélange plus intensif du milieu liquide traité et à une destruction plus intensive des particules solides tant à la surface de la pièce qu'en suspension.

Au cours de l'émulsification et de la dissolution, les grosses bulles de cavitation détruisent les liaisons intermoléculaires dans les composants du futur mélange, raccourcissant les chaînes et forment des conditions pour de petites bulles de cavitation pour une destruction supplémentaire des liaisons intermoléculaires. Une onde de choc acoustique et une turbulence accrue des écoulements acoustiques, qui résultent d'un sondage à deux fréquences du milieu liquide traité, détruisent également les liaisons intermoléculaires et intensifient le processus de mélange du milieu.

En raison de l'effet combiné des facteurs ci-dessus sur le milieu liquide traité, le processus technologique effectué est intensifié sans réduire la qualité du produit final. Comme les tests l'ont montré, par rapport au prototype, la puissance spécifique du convertisseur revendiqué est deux fois plus élevée.

Pour renforcer l'effet de cavitation dans l'installation, une pression statique accrue peut être fournie, qui peut être mise en œuvre de manière similaire au prototype (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad : Energoizdat, 1982, p. 169) : un système de canalisations relié au volume interne de la chambre de travail ; bouteille d'air comprimé; soupape de sécurité et manomètre. Dans ce cas, la chambre de travail doit être équipée d'un couvercle étanche.

1. Installation à ultrasons contenant un transducteur à ultrasons à tige, une chambre de travail réalisée sous la forme d'un tube cylindrique métallique et un guide d'ondes acoustiques dont l'extrémité émettrice est reliée hermétiquement au fond du tube cylindrique au moyen d'une bague d'étanchéité élastique , et l'extrémité réceptrice de ce guide d'ondes est reliée de manière acoustiquement rigide au transducteur ultrasonore à tige de surface émettrice, caractérisé en ce qu'un émetteur annulaire magnétostrictif est en outre introduit dans l'installation dont le circuit magnétique est plaqué de manière acoustiquement rigide sur le tube de la chambre de travail .

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bague d'étanchéité élastique est fixée à l'extrémité rayonnante du guide d'onde au niveau de l'unité de déplacement.

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'extrémité inférieure du circuit magnétique du radiateur annulaire est située dans le même plan avec l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique.

4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que la surface de l'extrémité rayonnante du guide d'onde acoustique est réalisée concave, sphérique, avec un rayon de sphère égal à la moitié de la longueur du circuit magnétique du radiateur magnétostrictif annulaire.

Installations à ultrasons conçues pour le traitement de pièces diverses avec un puissant champ acoustique ultrasonore dans un milieu liquide. Les unités UZU4-1.6 / 0 et UZU4M-1.6 / 0 permettent de résoudre les problèmes de nettoyage fin des filtres des systèmes de carburant et d'huile hydraulique des dépôts de carbone, des substances résineuses, des produits de cokéfaction du pétrole, etc. Les filtres nettoyés acquièrent en effet une seconde vie. De plus, ils peuvent être soumis à plusieurs traitements aux ultrasons. Des installations sont également disponibles batterie faible Série UZSU pour le nettoyage et le traitement de surface par ultrasons de diverses pièces. Les procédés de nettoyage par ultrasons sont nécessaires dans l'électronique, l'industrie de la fabrication d'instruments, l'aviation, les fusées et la technologie spatiale et partout où des technologies de haute pureté technologique sont requises.

Installations UZU 4-1,6-0 et UZU 4M-1,6-0

Nettoyage par ultrasons de divers filtres d'avions à partir de substances résineuses et de produits de cokéfaction.

Cette méthode de traitement est basée sur une action mécanique sur le matériau. On l'appelle ultrasonique car la fréquence des impacts correspond à la gamme des sons inaudibles (f = 6-10 5 kHz).

Les ondes sonores sont des vibrations élastiques mécaniques qui ne peuvent se propager que dans un milieu élastique.

Lorsqu'une onde sonore se propage dans un milieu élastique, les particules matérielles effectuent des vibrations élastiques autour de leurs positions à une vitesse dite oscillatoire.

L'épaississement et l'amincissement du milieu dans une onde longitudinale se caractérisent par un excès, appelé pression acoustique.

La vitesse de propagation d'une onde sonore dépend de la densité du milieu dans lequel elle se déplace. Lorsqu'elle se propage dans un environnement matériel, une onde sonore transporte de l'énergie qui peut être utilisée dans des processus technologiques.

Avantages du traitement par ultrasons :

La possibilité d'obtenir de l'énergie acoustique par diverses techniques ;

Large gamme d'applications à ultrasons (du dimensionnement au soudage, au brasage, etc.);

Simplicité d'automatisation et de fonctionnement ;

Désavantages:

Coût accru de l'énergie acoustique par rapport aux autres types d'énergie ;

La nécessité de fabriquer des générateurs de vibrations ultrasonores ;

La nécessité de fabriquer des outils spéciaux avec des propriétés et une forme spéciales.

Les vibrations ultrasonores s'accompagnent d'un certain nombre d'effets qui peuvent être utilisés comme effets de base pour le développement de divers processus :

La cavitation, c'est-à-dire la formation de bulles dans le liquide et leur éclatement.

Dans ce cas, de fortes pressions instantanées locales apparaissent, atteignant 10 8 N/m2 ;

Absorption des vibrations ultrasonores par une substance, dans laquelle une partie de l'énergie est convertie en chaleur et une partie est dépensée pour modifier la structure de la substance.

Ces effets sont utilisés pour :

Séparation de molécules et particules de masses différentes dans des suspensions inhomogènes ;

Coagulation (agrandissement) des particules;

Disperser (écraser) une substance et la mélanger avec d'autres;

Dégazage de liquides ou de matières fondues dû à la formation de grosses bulles flottantes.

1.1. Éléments d'installations à ultrasons

Toute installation à ultrasons (USU) comprend trois éléments principaux :

Source de vibrations ultrasonores ;

Transformateur de vitesse acoustique (hub);

Détails de fixation.

Les sources de vibrations ultrasonores (UZK) peuvent être de deux types - mécaniques et électriques.

Mécanique convertit l'énergie mécanique, par exemple, la vitesse de déplacement d'un liquide ou d'un gaz. Il s'agit notamment des sirènes ou des sifflets à ultrasons.

Les sources électriques de contrôle par ultrasons convertissent l'énergie électrique en vibrations élastiques mécaniques de la fréquence correspondante. Il existe des transducteurs électrodynamiques, magnétostrictifs et piézoélectriques.

Les plus largement utilisés sont les transducteurs magnétostrictifs et piézoélectriques.

Le principe de fonctionnement des transducteurs magnétostrictifs repose sur l'effet magnétostrictif longitudinal, qui se manifeste par une modification de la longueur d'un corps métallique en matériaux ferromagnétiques (sans modification de leur volume) sous l'influence d'un champ magnétique.

L'effet magnétostrictif est différent pour différents matériaux. Le nickel et le permendur (un alliage de fer et de cobalt) ont une magnétostriction élevée.

Le boîtier d'un transducteur magnétostrictif est un noyau constitué de plaques minces, sur lesquelles un enroulement est placé pour exciter un champ électromagnétique alternatif de haute fréquence.

Le principe de fonctionnement des transducteurs piézoélectriques repose sur la capacité de certaines substances à modifier leurs dimensions géométriques (épaisseur et volume) dans un champ électrique. L'effet piézoélectrique est réversible. Si une plaque en matériau piézoélectrique est soumise à une déformation par compression ou tension, des charges électriques apparaîtront sur ses bords. Si l'élément piézoélectrique est placé dans une variable champ électrique, alors il se déformera, excitant dans environnement vibrations ultrasonores. Une plaque vibrante en matériau piézoélectrique est un transducteur électromécanique.

Les piézoéléments à base de baryum-titane et de plomb zirconate-titane sont largement utilisés.

Les transformateurs acoustiques de vitesse (concentrateurs de vibrations élastiques longitudinales) peuvent avoir forme différente(fig. 1.1).

Riz. 1.1. Formes de moyeu

Ils servent à adapter les paramètres du transducteur à la charge, à fixer le système vibrant et à introduire des vibrations ultrasonores dans la zone du matériau traité. Ces dispositifs sont des tiges de différentes sections, constituées de matériaux résistant à la corrosion et à la cavitation, résistant à la chaleur, résistant aux fluides agressifs.

1.2. Utilisation technologique vibrations ultrasonores

Dans l'industrie, les ultrasons sont utilisés dans trois domaines principaux : forcer l'action sur la matière, l'intensification et test par ultrasons processus.

Action puissante sur le matériau

Il est appliqué pour traitement mécanique alliages durs et extradurs, obtention d'émulsions stables, etc.

Les plus couramment utilisés sont deux types de traitement par ultrasons à des fréquences caractéristiques de 16-30 kHz :

Traitement dimensionnel sur machines-outils à l'aide d'outils ;

Nettoyage en bains avec un milieu liquide.

Le principal mécanisme de travail de la machine à ultrasons est l'unité acoustique (Fig. 1.2). Il est conçu pour mettre l'outil de travail en mouvement vibratoire. L'unité acoustique est alimentée par un oscillateur électrique (généralement une lampe), auquel l'enroulement 2 est connecté.

L'élément principal de l'unité acoustique est un convertisseur magnétostrictif (ou piézoélectrique) de l'énergie des vibrations électriques en énergie des vibrations élastiques mécaniques - vibrateur 1.

Riz. 1.2. Unité acoustique d'installation à ultrasons

Les oscillations du vibrateur, qui est allongé et raccourci de manière variable avec une fréquence ultrasonore dans le sens du champ magnétique du bobinage, sont amplifiées par un concentrateur 4 fixé à l'extrémité du vibrateur.

Un outil en acier 5 est fixé au concentrateur de sorte qu'un écart subsiste entre son extrémité et la pièce 6.

Le vibrateur est placé dans un boîtier en ébonite 3, où de l'eau courante de refroidissement est fournie.

L'outil doit avoir la forme de la section de trou spécifiée. Un liquide avec les plus petits grains de poudre abrasive est fourni à l'espace entre la face d'extrémité de l'outil et la surface de la pièce en cours de traitement à partir de la buse 7.

A partir de la face d'extrémité oscillante de l'outil, les grains abrasifs acquièrent une vitesse élevée, frappent la surface de la pièce et en éliminent les plus petits copeaux.

Bien que la productivité de chaque coup soit négligeable, la productivité de l'installation est relativement élevée, ce qui est dû à la fréquence de vibration élevée de l'outil (16-30 kHz) et au grand nombre de grains abrasifs se déplaçant simultanément avec une accélération élevée.

Au fur et à mesure que les couches de matériau sont retirées, l'outil est automatiquement alimenté.

Le fluide abrasif est introduit sous pression dans la zone de traitement et élimine les déchets de traitement.

À l'aide de la technologie à ultrasons, des opérations telles que le perçage, le burinage, le perçage, la coupe, le meulage et autres peuvent être effectuées.

Les bains à ultrasons (Fig. 1.3) sont utilisés pour nettoyer les surfaces pieces en metal provenant de produits de corrosion, de films d'oxyde, d'huiles minérales, etc.

Le fonctionnement d'un bain à ultrasons repose sur l'utilisation de l'effet de chocs hydrauliques locaux qui se produisent dans un liquide sous l'action des ultrasons.

Le principe de fonctionnement d'un tel bain est le suivant : la pièce (1) est immergée dans une cuve (4) remplie d'un milieu détergent liquide (2). L'émetteur de vibrations ultrasonores est un diaphragme (5) relié à un vibrateur magnétostrictif (6) à l'aide d'une composition adhésive (8). Le bain est installé sur un socle (7). Des ondes de vibrations ultrasonores (3) se propagent dans zone de travail où le traitement a lieu.

Riz. 1.3. Bain à ultrasons

Le nettoyage par ultrasons est le plus efficace pour éliminer les contaminants des cavités, des dépressions et des petits canaux difficiles d'accès. De plus, ce procédé parvient à obtenir des émulsions stables de ces liquides non miscibles par des procédés classiques tels que l'eau et l'huile, le mercure et l'eau, le benzène et autres.

L'équipement UCU est relativement cher, il est donc économiquement faisable d'utiliser nettoyage aux ultrasons petites pièces uniquement dans des conditions de production de masse.

Intensification des processus technologiques

Les vibrations ultrasonores modifient considérablement le cours de certains processus chimiques. Par exemple, la polymérisation à une certaine intensité sonore est plus intense. Avec une diminution de la force du son, le processus inverse est possible - la dépolymérisation. Par conséquent, cette propriété est utilisée pour contrôler la réaction de polymérisation. En modifiant la fréquence et l'intensité des vibrations ultrasonores, vous pouvez fournir le taux de réaction requis.

En métallurgie, l'introduction de vibrations élastiques de fréquence ultrasonore dans les masses fondues entraîne un écrasement important des cristaux et une accélération de la formation de dépôts lors de la cristallisation, une diminution de la porosité, une augmentation des propriétés mécaniques des masses fondues solidifiées et une diminution dans la teneur en gaz des métaux.

Contrôle de processus par ultrasons

À l'aide de vibrations ultrasonores, il est possible de surveiller en permanence l'avancement du processus technologique sans effectuer analyses de laboratoireéchantillons. A cet effet, la dépendance des paramètres de l'onde sonore sur propriétés physiques environnement, puis par l'évolution de ces paramètres après l'action sur l'environnement avec une précision suffisante pour juger de son état. En règle générale, des vibrations ultrasonores de faible intensité sont utilisées.

En modifiant l'énergie de l'onde sonore, il est possible de contrôler la composition de divers mélanges qui ne sont pas des composés chimiques. La vitesse du son dans de tels milieux ne change pas et la présence d'impuretés de matière en suspension affecte le coefficient d'absorption de l'énergie sonore. Ceci permet de déterminer le pourcentage d'impuretés dans la matière première.

Par la réflexion d'ondes sonores à l'interface entre les milieux ("transillumination" avec un faisceau ultrasonore), il est possible de déterminer la présence d'impuretés dans le monolithe et de créer des dispositifs de diagnostic ultrasonore.

Conclusions : ultrasons - ondes élastiques avec une fréquence de vibration de 20 kHz à 1 GHz, inaudibles oreille humaine... Les installations à ultrasons sont largement utilisées pour traiter les matériaux en raison des vibrations acoustiques à haute fréquence.