Koristi se za pranje dijelova i sklopova razne opreme, zavarivanje raznih materijala... Ultrazvuk se koristi za proizvodnju suspenzija, tekućih aerosola i emulzija. Za dobivanje emulzija, na primjer, proizvodi se mješalica-emulgator UGS-10 i drugi uređaji. Metode koje se temelje na refleksiji ultrazvučnih valova od sučelja dvaju medija koriste se u uređajima za hidrolokalizaciju, detekciju grešaka, medicinsku dijagnostiku itd.

Među ostalim mogućnostima ultrazvuka treba istaknuti njegovu sposobnost obrade tvrdih krhkih materijala do zadane veličine. Posebno je ultrazvučna obrada vrlo učinkovita u proizvodnji dijelova i rupa složenog oblika u predmetima kao što su staklo, keramika, dijamant, germanij, silicij itd., čija je obrada drugim metodama otežana.

Korištenje ultrazvuka u restauraciji istrošenih dijelova smanjuje poroznost nanesenog metala i povećava njegovu čvrstoću. Osim toga, smanjeno je savijanje izduženih zavarenih dijelova, kao što su radilice motora.

Ultrazvučno čišćenje dijelova

Ultrazvučno čišćenje dijelova ili predmeta koristi se prije popravka, montaže, bojanja, kromiranja i drugih operacija. Posebno je učinkovita za čišćenje dijelova složenog oblika i teško dostupnih mjesta u obliku uskih utora, utora, malih rupa itd.

Industrija proizvodi veliki broj instalacije za ultrazvučno čišćenje razlikuju se značajke dizajna, kapacitet i snaga kade, na primjer tranzistorske: UZU-0,25 izlazne snage 0,25 kW, UZG-10-1,6 snage 1,6 kW itd., tiristor UZG-2-4 izlazne snage 4 kW i UZG-1-10 / 22 snage 10 kW. Radna frekvencija instalacija je 18 i 22 kHz.

Ultrazvučna instalacija UZU-0.25 je dizajniran za čišćenje malih dijelova. Sastoji se od ultrazvučnog generatora i ultrazvučne kupke.

Tehnički podaci ultrazvučne jedinice UZU-0.25

Frekvencija mreže - 50 Hz

Potrošena snaga iz mreže - ne više od 0,45 kVA

Radna frekvencija - 18 kHz

Izlazna snaga - 0,25 kW

Unutarnje dimenzije radne kupke - 200 x 168 mm s dubinom od 158 mm

Na prednjoj ploči ultrazvučnog generatora nalazi se prekidač za uključivanje generatora i lampica koja signalizira prisutnost napona napajanja.

Na stražnjoj stijenci šasije generatora nalaze se: držač osigurača i dva utična konektora, preko kojih je generator spojen na ultrazvučnu kupku i električnu mrežu, terminal za uzemljenje generatora.

Tri pakirana piezoelektrična pretvarača postavljena su na dnu ultrazvučne kupke. Paket jedne sonde sastoji se od dvije piezoelektrične ploče izrađene od materijala TsTS-19 (olovni cirkonat-titanat), dva jastučića za redukciju frekvencije i središnje šipke od nehrđajućeg čelika čija je glava odašiljački element sonde.

Na kućištu kade nalaze se: spojnica, ručka za slavinu s natpisom "Odvod", terminal za uzemljenje kade i utični konektor za spajanje na generator.

Na slici 1 prikazan je glavni strujni krug ultrazvučna instalacija UZU-0.25.

Riža. 1. Shematski dijagram ultrazvučne instalacije UZU-0.25

Prvi stupanj je rad na tranzistoru VT1 prema krugu s induktivnim Povratne informacije i titrajni krug.

Električne vibracije ultrazvučne frekvencije od 18 kHz, koje se javljaju u glavnom oscilatoru, dovode se na ulaz pretpojačala snage.

Preliminarno pojačalo snage sastoji se od dva stupnja, od kojih je jedan montiran na tranzistorima VT2, VT3, a drugi na tranzistorima VT4, VT5. Oba stupnja predpojačanja snage sastavljena su prema sekvencijalnom push-pull krugu koji radi u prekidačkom načinu rada. Ključni način rada tranzistora omogućuje postizanje visoke učinkovitosti pri dovoljno velikoj snazi.

Osnovni krugovi tranzistora VT2, VT3. VT4, VT5 spojeni su na odvojene, suprotne namote transformatora TV1 i TV2. Time se osigurava push-pull rad tranzistora, odnosno naizmjenično uključivanje.

Automatsko skretanje ovih tranzistora osiguravaju otpornici R3 - R6 i kondenzatori C6, C7 i C10, C11, uključeni u osnovni krug svakog tranzistora.

Izmjenični napon uzbude dovodi se do baze preko kondenzatora C6, C7 i C10, C11, a konstantna komponenta struje baze, prolazeći kroz otpornike R3 - R6, stvara pad napona na njima, što osigurava pouzdano zatvaranje i otvaranje od tranzistora.

Četvrti stupanj je pojačalo snage. Sastoji se od tri push-pull ćelije na tranzistorima VT6 - VT11, koje rade u prekidačkom načinu rada. Napon iz pretpojačala se napaja na svaki tranzistor iz zasebnog namota transformatora TV Z, a u svakoj ćeliji su ti naponi antifazni. Iz tranzistorskih ćelija izmjenični napon se primjenjuje na tri namota TV4 transformatora, gdje se dodaje snaga.

Iz izlaznog transformatora napon se dovodi do piezoelektričnih pretvarača AA1, AA2 i AAAZ.

Budući da tranzistori rade u prekidačkom načinu rada, izlazni napon koji sadrži harmonike je pravokutan. Da bi se izolirao prvi harmonik napona na pretvaračima, na izlazni namot transformatora TV4 serijski se s pretvaračima spaja zavojnica L čiji se induktivitet izračunava na način da s vlastitim kapacitetom pretvarača tvori oscilatorni krug ugođen na 1. harmonik napona. To omogućuje dobivanje sinusoidnog napona na opterećenju bez promjene energetski povoljnog načina rada tranzistora.

Instalacija se napaja izmjeničnom strujom napona 220 V frekvencije 50 Hz pomoću energetskog transformatora TV5 koji ima primarni namot i tri sekundarna namota od kojih jedan služi za napajanje glavnog generatora, a druga dva služe za napajanje preostalih stupnjeva.

Glavni generator napaja ispravljač sastavljen od (VD1 i VD2 dioda).

Napajanje preliminarnih stupnjeva pojačanja vrši se iz ispravljača sastavljenog u mosnom krugu (diode VD3 - VD6). Drugi mostni krug na diodama VD7 - VD10 napaja pojačalo snage.

Sredstvo za čišćenje treba odabrati ovisno o prirodi prljavštine i materijala. Ako trinatrijev fosfat nije dostupan, soda se može koristiti za čišćenje čeličnih dijelova.

Vrijeme čišćenja u ultrazvučnoj kupki kreće se od 0,5 do 3 minute. Maksimalna dopuštena temperatura sredstva za čišćenje je 90 o C.

Prije promjene tekućine za pranje, generator treba isključiti, ne dopuštajući pretvaračima da rade bez tekućine u kadi.

Čišćenje dijelova u ultrazvučnoj kupelji provodi se sljedećim redoslijedom: prekidač za napajanje je postavljen u položaj "Isključeno", odvodni ventil kupke postavljen je u položaj "Zatvoreno", medij za čišćenje se ulijeva u ultrazvučna kupka do razine 120 - 130 mm, utikač kabela za napajanje je utaknut u električnu utičnicu.mrežni napon 220 V.

Testiranje instalacije: uključite prekidač u položaj "Uključeno", dok bi signalna lampica trebala svijetliti i trebao bi se pojaviti radni zvuk kavitirajuće tekućine. Pojavu kavitacije može se suditi i po stvaranju najmanjih pomičnih mjehurića na pretvaračima kade.

Nakon testiranja instalacije, isključite je iz mreže, ubacite onečišćene dijelove u kadu i počnite s obradom.

Ultrazvučne instalacije dizajnirane za obradu različitih dijelova snažnim ultrazvučnim akustičnim poljem u tekućem mediju. Jedinice UZU4-1.6 / 0 i UZU4M-1.6 / 0 omogućuju rješavanje problema finog čišćenja filtara sustava goriva i hidrauličkog ulja od naslaga ugljika, smolastih tvari, proizvoda koksanja nafte itd. Očišćeni filteri zapravo dobivaju drugi život. Štoviše, mogu se nekoliko puta podvrgnuti ultrazvučnom tretmanu. Dostupne su i instalacije male snage UZSU serija za čišćenje i ultrazvučnu površinsku obradu raznih dijelova. Ultrazvučni procesi čišćenja potrebni su u elektroničkoj industriji, industriji instrumenata, zrakoplovstvu, raketnoj i svemirskoj tehnologiji i svugdje gdje su potrebne visoke tehnološki čiste tehnologije.

Instalacije UZU 4-1,6-0 i UZU 4M-1,6-0

Ultrazvučno čišćenje raznih filtera zrakoplova od smolastih tvari i proizvoda koksanja.

Ova metoda obrade temelji se na mehaničkom djelovanju na materijal. Naziva se ultrazvučnim jer frekvencija udara odgovara rasponu nečujnih zvukova (f = 6-10 5 kHz).

Zvučni valovi su mehaničke elastične vibracije koje se mogu širiti samo u elastičnom mediju.

Kada se zvučni val širi u elastičnom mediju, čestice materijala izvode elastične vibracije oko svojih položaja brzinom koja se naziva oscilatornom.

Zgušnjavanje i stanjivanje medija u uzdužnom valu karakterizira višak, tzv. zvučni tlak.

Brzina širenja zvučnog vala ovisi o gustoći medija u kojem se kreće. Kada se širi u materijalnom okruženju, zvučni val nosi energiju, koja se može koristiti u tehnološkim procesima.

Prednosti ultrazvučnog tretmana:

Mogućnost dobivanja akustične energije raznim tehnikama;

Širok raspon primjena ultrazvuka (od dimenzioniranja do zavarivanja, lemljenja itd.);

Jednostavnost automatizacije i rada;

nedostaci:

Povećana cijena akustične energije u usporedbi s drugim vrstama energije;

Potreba za proizvodnjom generatora ultrazvučnih vibracija;

Potreba za proizvodnjom posebnih alata s posebnim svojstvima i oblikom.

Ultrazvučne vibracije popraćene su brojnim efektima koji se mogu koristiti kao osnovni za razvoj različitih procesa:

Kavitacija, tj. stvaranje mjehurića u tekućini i njihovo pucanje.

U tom slučaju nastaju veliki lokalni trenutni pritisci koji dosežu 10 8 N / m2;

Apsorpcija ultrazvučnih vibracija tvari, pri čemu se dio energije pretvara u toplinu, a dio se troši na promjenu strukture tvari.

Ovi učinci se koriste za:

Razdvajanje molekula i čestica različitih masa u heterogenim suspenzijama;

Koagulacija (povećanje) čestica;

Raspršivanje (drobljenje) tvari i miješanje s drugima;

Otplinjavanje tekućina ili taline zbog stvaranja velikih plutajućih mjehurića.

1.1. Elementi ultrazvučnih instalacija

Svaki ultrazvučni uređaj (USU) uključuje tri glavna elementa:

Izvor ultrazvučnih vibracija;

Akustički transformator brzine (glavište);

Detalji pričvršćivanja.

Izvori ultrazvučnih vibracija (UZK) mogu biti dvije vrste - mehanički i električni.

Mehanički pretvara mehaničku energiju, na primjer, brzinu kretanja tekućine ili plina. To uključuje ultrazvučne sirene ili zviždaljke.

Električni izvori ultrazvučnog ispitivanja pretvaraju električnu energiju u mehaničke elastične vibracije odgovarajuće frekvencije. Postoje elektrodinamički, magnetostriktivni i piezoelektrični pretvarači.

Najviše se koriste magnetostriktivni i piezoelektrični pretvarači.

Princip rada magnetostriktivnih pretvarača temelji se na uzdužnom magnetostriktivnom učinku koji se očituje u promjeni duljine metalnog tijela izrađenog od feromagnetskih materijala (bez promjene njihovog volumena) pod utjecajem magnetskog polja.

Magnetostriktivni učinak je različit za različite materijale. Nikl i permendur (legura željeza s kobaltom) imaju visoku magnetostrikciju.

Paket magnetostriktivnog pretvarača je jezgra izrađena od tankih ploča, na koju je postavljen namot koji u njemu pobuđuje izmjenično elektromagnetsko polje visoke frekvencije.

Princip rada piezoelektričnih pretvarača temelji se na sposobnosti nekih tvari da mijenjaju svoje geometrijske dimenzije (debljinu i volumen) u električnom polju. Piezoelektrični efekt je reverzibilan. Ako je ploča izrađena od piezoelektričnog materijala podvrgnuta deformaciji kompresije ili napetosti, tada će se na njezinim rubovima pojaviti električni naboji. Ako se piezoelektrični element stavi u varijablu električno polje, tada će se deformirati, uzbudljivo u okoliš ultrazvučne vibracije. Vibrirajuća ploča izrađena od piezoelektričnog materijala je elektromehanički pretvarač.

Piezoelementi na bazi barij titana, olovni cirkonat-titan se široko koriste.

Transformatori akustike brzine (koncentratori uzdužnih elastičnih vibracija) mogu imati različit oblik(slika 1.1).

Riža. 1.1. Oblici čvorišta

Služe za usklađivanje parametara pretvarača s opterećenjem, za pričvršćivanje vibrirajućeg sustava i za uvođenje ultrazvučnih vibracija u područje obrađenog materijala. Ovi uređaji su šipke različitih presjeka, izrađene od materijala otpornih na koroziju i kavitaciju, otpornost na toplinu, otpornost na agresivne medije.

1.2. Tehnološka upotreba ultrazvučne vibracije

U industriji se ultrazvuk koristi u tri glavna područja: djelovanje sile na materijalu, intenziviranju i ultrazvučno ispitivanje procesa.

Prisilno djelovanje na materijal

Prijavljuje se za mehanička obrada tvrde i supertvrde legure, dobivanje stabilnih emulzija itd.

Najčešće se koriste dvije vrste ultrazvučnog tretmana na karakterističnim frekvencijama od 16-30 kHz:

Dimenzionalna obrada na alatnim strojevima pomoću alata;

Čišćenje u kupkama s tekućim medijem.

Glavni radni mehanizam ultrazvučnog stroja je akustična jedinica (slika 1.2). Dizajniran je za postavljanje radnog alata u vibracijsko kretanje. Akustičnu jedinicu napaja električni oscilator (obično svjetiljka), na koji je spojen namot 2.

Glavni element akustičke jedinice je magnetostriktivni (ili piezoelektrični) pretvarač energije električnih vibracija u energiju mehaničkih elastičnih vibracija - vibrator 1.

Riža. 1.2. Akustična jedinica ultrazvučne instalacije

Vibracije vibratora, koji se ultrazvučnom frekvencijom promjenjivo produžuju i skraćuju u smjeru magnetskog polja namota, pojačavaju se koncentratorom 4 pričvršćenim na kraj vibratora.

Čelični alat 5 pričvršćen je na koncentrator tako da između njegovog kraja i obratka 6 ostaje razmak.

Vibrator je smješten u kućište od ebonita 3, gdje se dovodi tekuća rashladna voda.

Alat mora biti u obliku navedenog dijela rupe. Tekućina s najmanjim zrncima abrazivnog praha dovodi se u prostor između čeone strane alata i površine obratka koja se obrađuje iz mlaznice 7.

S vibrirajuće čeone strane alata, abrazivna zrna postižu veliku brzinu, udaraju o površinu dijela i iz nje izbijaju najmanje strugotine.

Iako je produktivnost svakog udarca zanemariva, produktivnost instalacije je relativno visoka, što je posljedica visoke frekvencije vibracija alata (16-30 kHz) i velikog broja abrazivnih zrna koja se kreću istovremeno s velikim ubrzanjem.

Kako se slojevi materijala uklanjaju, alat se automatski dovodi.

Abrazivna tekućina se pod pritiskom dovodi u područje obrade i ispire otpad od obrade.

Uz pomoć ultrazvučne tehnologije mogu se izvoditi operacije kao što su bušenje, cizeliranje, bušenje, rezanje, brušenje i druge.

Za čišćenje površina koriste se ultrazvučne kupke (slika 1.3). metalni dijelovi od proizvoda korozije, oksidnih filmova, mineralnih ulja itd.

Rad ultrazvučne kupke temelji se na korištenju učinka lokalnih hidrauličkih udara koji se javljaju u tekućini pod djelovanjem ultrazvuka.

Princip rada takve kupke je sljedeći: radni komad (1) je uronjen u spremnik (4) napunjen tekućim sredstvom za pranje (2). Emiter ultrazvučnih vibracija je dijafragma (5) spojena na magnetostriktivni vibrator (6) pomoću ljepljivog sastava (8). Kupka se postavlja na postolje (7). Valovi ultrazvučnih vibracija (3) šire se u radni prostor gdje se odvija obrada.

Riža. 1.3. Ultrazvučna kupka

Ultrazvučno čišćenje najučinkovitije je kod uklanjanja onečišćenja iz teško dostupnih šupljina, udubljenja i malih kanala. Osim toga, ovom metodom uspijeva se dobiti stabilne emulzije takvih tekućina koje se ne miješaju konvencionalnim metodama kao što su voda i ulje, živa i voda, benzen i druge.

Ultrazvučna oprema je relativno skupa, stoga je ekonomski isplativo koristiti ultrazvučno čišćenje malih dijelova samo u uvjetima masovne proizvodnje.

Intenziviranje tehnoloških procesa

Ultrazvučne vibracije značajno mijenjaju tijek nekih kemijskih procesa. Na primjer, polimerizacija pri određenom intenzitetu zvuka je intenzivnija. Sa smanjenjem jačine zvuka, moguć je obrnuti proces - depolimerizacija. Stoga se ovo svojstvo koristi za kontrolu reakcije polimerizacije. Promjenom frekvencije i intenziteta ultrazvučnih vibracija možete osigurati potrebnu brzinu reakcije.

U metalurgiji, uvođenje elastičnih oscilacija ultrazvučne frekvencije u taline dovodi do značajnog drobljenja kristala i ubrzanja stvaranja nakupina tijekom kristalizacije, smanjenja poroznosti, povećanja mehaničkih svojstava očvrsle taline i smanjenja u sadržaju plinova u metalima.

Ultrazvučna kontrola procesa

Uz pomoć ultrazvučnih vibracija moguće je kontinuirano pratiti napredak tehnološkog procesa bez provođenja laboratorijske analize uzorci. U tu svrhu, ovisnost parametara zvučnog vala o fizikalna svojstva okoliša, a zatim i promjenom tih parametara nakon djelovanja na okoliš s dovoljnom točnošću da se prosuđuje njegovo stanje. U pravilu se koriste ultrazvučne vibracije niskog intenziteta.

Promjenom energije zvučnog vala moguće je kontrolirati sastav raznih smjesa koje nisu kemijski spojevi. Brzina zvuka u takvim medijima se ne mijenja, a prisutnost nečistoća suspendirane tvari utječe na koeficijent apsorpcije zvučne energije. To omogućuje određivanje postotka nečistoća u početnom materijalu.

Reflekcijom zvučnih valova na sučelju između medija ("transiluminacija" ultrazvučnom zrakom) moguće je utvrditi prisutnost nečistoća u monolitu i izraditi ultrazvučne dijagnostičke uređaje.

Zaključci: ultrazvuk - elastični valovi s frekvencijom vibracija od 20 kHz do 1 GHz, nečujni ljudsko uho... Ultrazvučne instalacije se široko koriste za obradu materijala zbog visokofrekventnih akustičnih vibracija.

Nositelji patenta RU 2286216:

Izum se odnosi na uređaje za ultrazvučno čišćenje i obradu suspenzija u snažnim akustičnim poljima, posebno za otapanje, emulgiranje, disperziju, kao i na uređaje za primanje i prijenos mehaničkih vibracija pomoću učinka magnetostrikcije. Instalacija sadrži ultrazvučni štap magnetostriktivni pretvarač, radnu komoru izrađenu u obliku metalne cilindrične cijevi i akustični valovod čiji je kraj emitiranja hermetički spojen na dno cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prijamni kraj ovog valovoda je akustički kruto povezan s emitirajućom površinom ultrazvučnog šipkastog pretvarača ... U instalaciju se dodatno uvodi prstenasti magnetostriktivni emiter čiji je magnetski krug akustički kruto pritisnut na cijev radne komore. Ultrazvučna instalacija formira dvofrekventno akustičko polje u obrađenom tekućem mediju, što omogućuje povećanje intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda. 3 C.p. f-ly, 1 sl

Izum se odnosi na uređaje za ultrazvučno čišćenje i obradu suspenzija u snažnim akustičnim poljima, posebno za otapanje, emulgiranje, disperziju, kao i na uređaje za primanje i prijenos mehaničkih vibracija pomoću učinka magnetostrikcije.

Poznat je uređaj za uvođenje ultrazvučnih vibracija u tekućinu (DE patent br. 3815925, V 08 V 3/12, 1989) pomoću ultrazvučnog senzora, koji je fiksiran konusom koji emitira zvuk pomoću hermetički izolacijske prirubnice u zoni dna unutar tekuće kupke.

Najbliži tehničko rješenje Predložena je ultrazvučna instalacija tipa UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrazvučne elektrotehnološke instalacije", Lenjingrad: Energoizdat, 1982, str. 169), koja sadrži štapni ultrazvučni pretvarač, radnu komoru izrađenu u obliku metalne cilindrične cijevi i akustičnog valovoda čiji je emitivni kraj hermetički spojen s donjim dijelom cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prihvatni kraj tog valovoda je akustički čvrsto povezan s emitirajućim površina štapnog ultrazvučnog pretvarača.

Nedostatak identificiranih poznatih ultrazvučnih instalacija je što radna komora ima jedan izvor ultrazvučnih vibracija, koje se na nju prenose s magnetostriktivnog pretvarača kroz kraj valovoda, čija mehanička svojstva i akustički parametri određuju maksimalno dopušteno zračenje. intenzitet. Često primljeni intenzitet zračenja ultrazvučnih vibracija ne može zadovoljiti zahtjeve tehnološkog procesa u odnosu na kvalitetu finalnog proizvoda, zbog čega je potrebno produžiti vrijeme ultrazvučne obrade tekućeg medija i dovodi do smanjenja intenzitet tehnološkog procesa.

Dakle, ultrazvučni uređaji, analogni i prototipovi izuma na koje se tvrdi da su identificirani tijekom patentne pretrage, kada su implementirani, ne osiguravaju postizanje tehničkog rezultata koji se sastoji u povećanju intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačni proizvod.

Predloženi izum rješava problem izrade ultrazvučne instalacije, čija izvedba osigurava postizanje tehničkog rezultata koji se sastoji u povećanju intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Suština izuma leži u činjenici da u ultrazvučnoj instalaciji koja sadrži štapni ultrazvučni pretvarač, radnu komoru izrađenu u obliku metalne cilindrične cijevi i akustički valovod, čiji je kraj emitiranja hermetički spojen na dno cilindričnu cijev pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prihvatni kraj ovog valovoda akustički je čvrsto spojen na emitivnu površinu štapnog ultrazvučnog pretvarača; dodatno je uveden prstenasti magnetostriktivni emiter čiji je magnetski krug akustički kruto pritisnut na cijev radne komore. Osim toga, elastični brtveni prsten pričvršćen je na zračići kraj valovoda u području sklopa pomaka. U ovom slučaju, donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora nalazi se u istoj ravnini sa zračivim krajem akustičkog valovoda. Štoviše, površina zračećeg kraja akustičnog valovoda je konkavna, sferična, s polumjerom kugle jednakim polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostriktivnog emitera.

Tehnički rezultat postiže se na sljedeći način. Štapni ultrazvučni pretvarač izvor je ultrazvučnih vibracija koje osiguravaju potrebnih parametara akustičko polje u radnoj komori instalacije za izvođenje tehnološkog procesa, čime se osigurava intenziviranje i kvaliteta konačnog proizvoda. Akustični valovod čiji je kraj emitiranja hermetički spojen s donjim dijelom cilindrične cijevi, a prijemni kraj ovog valovoda akustički čvrsto spojen na emitivnu površinu ultrazvučnog štapnog pretvarača, osigurava prijenos ultrazvučnih vibracija u prerađeni tekući medij radne komore. U ovom slučaju osigurava se nepropusnost i pokretljivost veze zahvaljujući činjenici da je zračići kraj valovoda spojen na donji dio cijevi radne komore pomoću elastičnog brtvenog prstena. Mobilnost veze omogućuje prijenos mehaničkih vibracija sa pretvarača kroz valovod u radnu komoru, u tekući obrađeni medij, mogućnost izvođenja tehnološkog procesa, a samim time i dobivanje traženog tehničkog rezultata.

Osim toga, u navedenoj instalaciji, elastični brtveni prsten je fiksiran na emitujućem kraju valovoda u zoni čvora pomaka, za razliku od prototipa, u kojem je ugrađen u zoni antičvora pomaka. Kao rezultat toga, u instalaciji prototipa, O-prsten prigušuje vibracije i smanjuje Q-faktor vibrirajućeg sustava, a samim time smanjuje i intenzitet tehnološkog procesa. U deklariranoj instalaciji, O-prsten je ugrađen u području jedinice pomaka, tako da ne utječe na vibrirajući sustav. To vam omogućuje da prođete više snage kroz valovod u usporedbi s prototipom i time povećate intenzitet zračenja, dakle, pojačate tehnološki proces bez ugrožavanja kvalitete konačnog proizvoda. Osim toga, budući da je u navedenoj instalaciji O-prsten ugrađen u područje sklopa, tj. u zoni nulte deformacije, ne urušava se od vibracija, zadržava pokretljivost veze zračećeg kraja valovoda s dno cijevi radne komore, što vam omogućuje održavanje intenziteta zračenja. U prototipu je brtveni prsten ugrađen u zoni maksimalne deformacije valovoda. Stoga se prsten postupno urušava od vibracija, što postupno smanjuje intenzitet zračenja, a zatim prekida nepropusnost veze i remeti rad instalacije.

Korištenje prstenastog magnetostriktivnog emitera omogućuje postizanje velike snage pretvorbe i značajnog područja zračenja (A.V. Donskoy, OK Keller, G.S. intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Budući da je cijev cilindrična, a magnetostriktivni emiter uveden u instalaciju je prstenast, moguće je pritisnuti magnetsku jezgru na vanjsku površinu cijevi. Kada se napon napajanja dovede na namot magnetske žice, u pločama se javlja magnetostriktivni učinak, što dovodi do deformacije prstenastih ploča magnetskog kruga u radijalnom smjeru. U ovom slučaju, zbog činjenice da je cijev izrađena od metala, a magnetski krug je akustički kruto pritisnut na cijev, deformacija prstenastih ploča magnetskog kruga pretvara se u radijalne oscilacije stijenke cijevi. Kao rezultat toga, električne vibracije pobudnog generatora prstenastog magnetostriktivnog emitera pretvaraju se u radijalne mehaničke vibracije magnetostriktivnih ploča, a zbog akustički krute veze ravnine zračenja magnetskog kruga s površinom cijevi mehaničke vibracije su prenosi se kroz stijenke cijevi u obrađeni tekući medij. U ovom slučaju izvor akustičnih vibracija u obrađenom tekućem mediju je unutarnja stijenka cilindrične cijevi radne komore. Kao rezultat, u navedenoj instalaciji u obrađenom tekućem mediju formira se akustičko polje s drugom rezonantnom frekvencijom. U ovom slučaju, uvođenje prstenastog magnetostriktivnog emitera u zagarantovanu instalaciju povećava, u usporedbi s prototipom, površinu emitivne površine: emitivnu površinu valovoda i dio unutarnje stijenke radne komore, na čija je vanjska površina pritisnuta prstenasti magnetostriktivni emiter. Povećanje površine zračeće površine povećava intenzitet akustičkog polja u radnoj komori i stoga omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Položaj donjeg kraja magnetskog kruga prstenastog radijatora u istoj ravnini sa zračivim krajem akustičnog valovoda je najbolja opcija, budući da njegovo postavljanje ispod zračivog kraja valovoda dovodi do stvaranja mrtve (stagnirajuće) zone za prstenasti pretvarač (prstenasti radijator - cijev). Postavljanje donjeg kraja magnetskog kruga prstenastog radijatora iznad zračivog kraja valovoda smanjuje učinkovitost prstenastog pretvarača. Obje opcije dovode do smanjenja intenziteta učinka ukupnog akustičkog polja na obrađeni tekući medij, a posljedično i do smanjenja intenziviranja tehnološkog procesa.

Budući da je emitivna površina prstenastog magnetostriktivnog emitera cilindrična stijenka, zvučna energija je fokusirana, t.j. koncentracija akustičnog polja stvara se duž aksijalne linije cijevi, na koju je utisnuta magnetska jezgra emitera. Budući da je emitirajuća površina ultrazvučne šipke izrađena u obliku konkavne kugle, ova emitivna površina također fokusira zvučnu energiju, ali blizu točke koja leži na središnjoj crti cijevi. Dakle, na različitim žarišnim duljinama, žarišta obje emitirajuće površine se podudaraju, koncentrirajući snažnu akustičnu energiju u malom volumenu radne komore. Budući da se donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora nalazi u istoj ravnini sa zračećim krajem akustičnog valovoda, u kojem je konkavna kugla napravljena polumjera jednakim polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostriktivnog radijator, žarište akustične energije leži u sredini aksijalne linije cijevi, tj. u središtu radne komore instalacije koncentrirana je moćna akustična energija u malom volumenu ("Ultrazvuk. Mala enciklopedija", glavni ur. I.P. Golyanin, Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1979, str. 367-370). U području fokusiranja akustičkih energija obje emitivne površine, intenzitet djelovanja akustičkog polja na obrađeni tekući medij je stotine puta veći nego u drugim područjima komore. Snažnim intenzitetom izloženosti polju stvara se lokalni volumen. Zbog lokalnog jakog intenziteta udara uništavaju se čak i materijali koji se teško obrađuju. Osim toga, u ovom slučaju, snažan ultrazvuk se preusmjerava sa zidova, koji štiti zidove komore od uništenja i onečišćenja obrađenog materijala produktom uništenja stijenke. Dakle, čineći površinu zračećeg kraja akustičnog valovoda konkavnom, sferičnom, s polumjerom kugle jednakim polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostriktivnog emitera, povećava se intenzitet djelovanja akustičkog polja na obrađenu tekućinu medij, te posljedično osigurava intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Kao što je gore prikazano, u navedenoj instalaciji, u obrađenom tekućem mediju formira se akustičko polje s dvije rezonantne frekvencije. Prva rezonantna frekvencija određena je rezonantnom frekvencijom šipkastog magnetostriktivnog pretvarača, druga - rezonantnom frekvencijom prstenastog magnetostriktivnog emitera pritisnutog na cijev radne komore. Rezonantna frekvencija prstenastog magnetostriktivnog emitera određuje se iz izraza lcp = λ = c / fres, gdje je lcp duljina središnje linije magnetskog kruga emitera, λ valna duljina u materijalu magnetskog kruga, c je brzina elastičnih vibracija u materijalu magnetskog kruga, fres je rezonantna frekvencija emitera (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrazvučne elektrotehnološke instalacije", Leningrad: Energoizdat, 1982, str. 25). Drugim riječima, druga rezonantna frekvencija instalacije određena je duljinom središnje linije prstenastog magnetskog kruga, koja je zauzvrat određena vanjskim promjerom cijevi radne komore: što je duža središnja linija magnetskog kruga , što je niža druga rezonantna frekvencija instalacije.

Prisutnost dvije rezonantne frekvencije u deklariranoj instalaciji omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda. To se objašnjava na sljedeći način.

Pod djelovanjem akustičkog polja u obrađenom tekućem mediju nastaju akustična strujanja - stacionarna vrtložna strujanja tekućine koja nastaju u slobodnom nehomogenom zvučnom polju. U deklariranoj instalaciji u obrađenom tekućem mediju formiraju se dvije vrste akustičnih valova, svaki sa svojom rezonantnom frekvencijom: cilindrični val se širi radijalno od unutarnja površina cijevi (radna komora), a ravni val se širi duž radne komore odozdo prema gore. Prisutnost dviju rezonantnih frekvencija pojačava učinak akustičkih strujanja na obrađeni tekući medij, budući da se pri svakoj rezonantnoj frekvenciji formiraju vlastiti akustični tokovi koji intenzivno miješaju tekućinu. To također dovodi do povećanja turbulencije akustičkih strujanja i do još intenzivnijeg miješanja obrađene tekućine, čime se povećava intenzitet djelovanja akustičkog polja na obrađeni tekući medij. Time se intenzivira tehnološki proces bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Osim toga, pod utjecajem akustičkog polja u obrađenom tekućem mediju dolazi do kavitacije – stvaranja ruptura tekućeg medija gdje dolazi do lokalnog smanjenja tlaka. Kao rezultat kavitacije nastaju kavitacijski mjehurići pare i plina. Ako je akustičko polje slabo, mjehurići rezoniraju, pulsiraju u polju. Ako je akustičko polje jako, mjehur se sruši nakon perioda zvučnog vala (idealan slučaj), budući da pada u područje visokog tlaka koji stvara ovo polje. Kada se mjehurići kolabiraju, stvaraju jake hidrodinamičke poremećaje u tekućem mediju, intenzivno zračenje akustičnih valova i uzrokuju uništavanje površina krutih tvari koje graniče s kavitirajućom tekućinom. U navedenoj instalaciji, akustičko polje je snažnije od akustičnog polja prototipne instalacije, što se objašnjava prisutnošću dvije rezonantne frekvencije u njoj. Kao rezultat toga, u navedenoj instalaciji veća je vjerojatnost kolapsa kavitacijskih mjehurića, što pojačava efekte kavitacije i povećava intenzitet utjecaja akustičkog polja na obrađeni tekući medij, te stoga osigurava intenziviranje tehnološke proces bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Što je rezonantna frekvencija akustičkog polja niža, to je mjehur veći, budući da je period na niskoj frekvenciji velik i mjehurići imaju vremena za rast. Život mjehurića tijekom kavitacije je jedan period frekvencije. Kada se mjehurić sruši, stvara snažan pritisak. Što je mjehurić veći, to više visokotlačni nastaje kada se udari. U deklariranoj ultrazvučnoj instalaciji, zbog dvofrekventnog sondiranja obrađene tekućine, kavitacijski mjehurići se razlikuju po veličini: veći su rezultat izlaganja tekućem mediju niske frekvencije, a mali - visoke frekvencije. Prilikom čišćenja površina ili obrade suspenzije, mali mjehurići prodiru u pukotine i šupljine čvrstih čestica i, urušavajući se, stvaraju efekte mikro šoka, slabeći integritet čvrste čestice iznutra. Veći mjehurići, urušavajući se, izazivaju stvaranje novih mikropukotina u čvrstim česticama, dodatno slabeći mehaničke veze u njima. Čvrste čestice su uništene.

Prilikom emulgiranja, otapanja i miješanja, veliki mjehurići uništavaju međumolekularne veze u komponentama buduće smjese, skraćujući lance, te stvaraju uvjete za male mjehuriće za daljnje uništavanje međumolekularnih veza. Kao rezultat, povećava se intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Osim toga, u navedenoj instalaciji, kao rezultat interakcije akustičnih valova s ​​različitim frekvencijama rezonancije u obrađenom tekućem mediju, dolazi do otkucaja zbog superpozicije dviju frekvencija (načelo superpozicije), što uzrokuje nagli trenutni porast amplituda akustičkog pritiska. U takvim trenucima udarna snaga akustičkog vala može biti nekoliko puta veća od specifične snage instalacije, što intenzivira tehnološki proces i ne samo da ne smanjuje, već poboljšava kvalitetu konačnog proizvoda. Osim toga, naglo povećanje amplitude akustičkog tlaka olakšava dovod jezgri kavitacije u zonu kavitacije; povećava se kavitacija. Kavitacijski mjehurići, koji nastaju u porama, nepravilnosti, površinske pukotine čvrsta u suspenziji formiraju lokalne akustične struje koje intenzivno miješaju tekućinu u svim mikrovolumenima, što također omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Dakle, iz prethodno navedenog proizlazi da navedena ultrazvučna instalacija, zbog mogućnosti formiranja dvofrekventnog akustičkog polja u tretiranom tekućem mediju, kada se implementira, osigurava postizanje tehničkog rezultata koji se sastoji u povećanju intenziviranja tehnološki proces bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda: rezultati čišćenja površina, dispergiranje čvrstih komponenti u tekućini, proces emulgiranja, miješanja i otapanja komponenti tekućeg medija.

Na crtežu je prikazana deklarirana ultrazvučna instalacija. Ultrazvučna instalacija sadrži ultrazvučni štap magnetostriktivni pretvarač 1 s emitirajućom površinom 2, akustični valovod 3, radnu komoru 4, magnetsku jezgru 5 prstenastog magnetostriktivnog emitera 6, elastični brtveni prsten 7, klin 8. Rupe 9 su predviđeno u magnetskoj jezgri 5 za izvođenje uzbudnog namota (nije prikazano) ... Radna komora 4 izrađena je u obliku metalne, na primjer čelične, cilindrične cijevi. U primjeru instalacije, valovod 3 je izrađen u obliku krnjeg stošca, u kojem je emitujući kraj 10 pomoću elastičnog brtvenog prstena 7 hermetički spojen na donji dio cijevi radne komore 4, a prihvatni kraj 11 aksijalno je spojen iglom 8 na emitivnu površinu 2 pretvarača 1. Magnetska jezgra 5 izrađena u obliku paketa magnetostriktivnih ploča u obliku prstena, akustički kruto pritisnuta na cijev pretvarača radna komora 4; osim toga, magnetski krug 5 opremljen je uzbudnim namotom (nije prikazano).

Elastični brtveni prsten 7 pričvršćen je na emitujući kraj 10 valovoda 3 u području jedinice pomaka. U ovom slučaju, donji kraj magnetskog kruga 5 prstenastog radijatora 6 nalazi se u istoj ravnini sa zračećim krajem 10 akustičnog valovoda 3. Osim toga, površina zračivog kraja 10 akustičnog valovoda 3 je izrađena konkavna, sferna, polumjera kugle jednaka polovici duljine magnetskog kruga 5 prstenastog magnetostriktivnog radijatora 6.

Kao štapni ultrazvučni pretvarač, na primjer, može se koristiti ultrazvučni magnetostriktivni pretvarač tipa PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) ili PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU). Ako tehnološki proces zahtijeva veće frekvencije: 44 kHz, 66 kHz itd., tada je štapni pretvarač baziran na piezokeramici.

Magnetni krug 5 može biti izrađen od materijala s negativnom strikciju, na primjer, nikla.

Ultrazvučna instalacija radi na sljedeći način. Naponi napajanja dovode se na uzbudne namote pretvarača 1 i prstenasti magnetostriktivni emiter 6. Radna komora 4 se puni obrađenim tekućim medijem 12, na primjer, za otapanje, emulgiranje, disperziju ili se puni tekućinom. medij, u koji se stavljaju dijelovi za čišćenje površina. Nakon dovođenja napona napajanja u radnu komoru 4, u tekućem mediju 12 nastaje akustičko polje s dvije rezonantne frekvencije.

Pod utjecajem generiranog dvofrekventnog akustičkog polja u tretiranom mediju 12 nastaju akustična strujanja i kavitacija. U ovom slučaju, kao što je gore prikazano, kavitacijski mjehurići se razlikuju po veličini: veći su rezultat izlaganja tekućem mediju niske frekvencije, a mali - visoke frekvencije.

U kavitirajućem tekućem mediju, na primjer, prilikom raspršivanja ili čišćenja površina, mali mjehurići prodiru u pukotine i šupljine krute komponente smjese i, kolabirajući, stvaraju efekte mikro šoka, slabeći integritet čvrste čestice iznutra. Mjehurići veće veličine, urušavajući se, razbijaju česticu oslabljenu iznutra u male frakcije.

Osim toga, kao rezultat interakcije akustičnih valova s ​​različitim frekvencijama rezonancije, dolazi do udaranja, što dovodi do naglog trenutnog povećanja amplitude akustičkog tlaka (do akustičnog udara), što dovodi do još intenzivnijeg uništavanja slojeva. na površinu koju treba čistiti i do još većeg drobljenja čvrstih frakcija u tretiranoj tekućini.medij pri primanju suspenzije. Istodobno, prisutnost dviju rezonantnih frekvencija pojačava turbulenciju akustičkih strujanja, što pridonosi intenzivnijem miješanju obrađenog tekućeg medija i intenzivnijem uništavanju čvrstih čestica kako na površini dijela tako iu suspenziji.

Tijekom emulgiranja i otapanja, veliki kavitacijski mjehurići uništavaju međumolekularne veze u komponentama buduće smjese, skraćujući lance, te stvaraju uvjete za male kavitacijske mjehuriće za daljnje uništavanje međumolekularnih veza. Akustični udarni val i povećana turbulencija akustičkih strujanja, koji su rezultat dvofrekventnog sondiranja tretiranog tekućeg medija, također razaraju međumolekularne veze i intenziviraju proces miješanja medija.

Kao rezultat kombiniranog djelovanja navedenih čimbenika na obrađeni tekući medij, intenzivira se izvedeni tehnološki proces bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda. Kao što su testovi pokazali, u usporedbi s prototipom, specifična snaga zatraženog pretvarača dvostruko je veća.

Da bi se pojačao učinak kavitacije u instalaciji, može se osigurati povećani statički tlak, koji se može implementirati slično kao i prototip (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrazvučne elektrotehnološke instalacije", Leningrad: Energoizdat, 1982, str. 169): : sustav cjevovoda povezanih s unutarnjim volumenom radne komore; cilindar komprimiranog zraka; sigurnosni ventil i manometar. U tom slučaju radna komora mora biti opremljena zatvorenim poklopcem.

1. Ultrazvučna instalacija koja sadrži štapni ultrazvučni pretvarač, radnu komoru izrađenu u obliku metalne cilindrične cijevi i akustični valovod, čiji je kraj emitiranja hermetički spojen na dno cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena , a prijamni kraj ovog valovoda je akustički čvrsto spojen na ultrazvučni pretvornik štapića za emitiranje površine, karakteriziran time da je u instalaciju dodatno uveden prstenasti magnetostriktivni emiter čiji je magnetski krug akustički kruto pritisnut na cijev radne komore .

2. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time, da je elastični brtveni prsten fiksiran na zračećem kraju valovoda u području jedinice pomaka.

3. Instalacija prema zahtjevu 2, naznačena time, da se donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora nalazi u istoj ravnini sa zračivim krajem akustičnog valovoda.

4. Instalacija u skladu s patentnim zahtjevom 3, naznačena time što je površina zračivog kraja akustičkog valovoda izrađena konkavno, sferično, s polumjerom kugle jednakim polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostriktivnog emitera.

Instalacija se sastoji od laboratorijskog stalka, ultrazvučnog generatora, visokoučinkovitog magnetostriktivnog pretvarača visokog Q i tri valovoda-emitera (koncentratora) prema pretvaraču. ima stepenastu regulaciju izlazne snage, 50%, 75%, 100% nazivne izlazne snage. Kontrola snage i prisutnost u setu tri različita valovoda-emitera (s dobitkom od 1: 0,5, 1: 1 i 1: 2) omogućuje vam da dobijete različite amplitude ultrazvučnih vibracija u proučavanim tekućinama i elastičnim medijima, otprilike, od 0 do 80 mikrona na frekvenciji od 22 kHz.

Višegodišnje iskustvo u proizvodnji i prodaji ultrazvučna oprema potvrđuje uočenu potrebu opremanja svih vrsta suvremene visokotehnološke proizvodnje laboratorijskim prostorima.

Proizvodnja nanomaterijala i nanostruktura, uvođenje i razvoj nanotehnologija nemoguće je bez uporabe ultrazvučne opreme.

Uz pomoć ove ultrazvučne opreme moguće je:

• dobivanje nano-prašaka metala;
• koristiti pri radu s fulerenima;
• ispitivanje tijeka nuklearnih reakcija u uvjetima jakih ultrazvučnih polja (hladna fuzija);
• pobuđivanje sonoluminiscencije u tekućinama, za istraživačke i industrijske svrhe;
• stvaranje fino dispergiranih normaliziranih izravnih i reverznih emulzija;
• sondiranje drva;
• pobuđivanje ultrazvučnih vibracija u metalnim talinama za otplinjavanje;
• i mnoge mnoge druge.

Moderni ultrazvučni disperzatori s digitalnim generatorima serije I10-840

Ultrazvučna instalacija (disperzer, homogenizator, emulgator) I100-840 namijenjena je za laboratorijske studije utjecaja ultrazvuka na tekuće medije s digitalnom kontrolom, s glatkim podešavanjem, s digitalnim odabirom radne frekvencije, s timerom, s mogućnošću za povezivanje oscilatornih sustava različite frekvencije i snage i parametara obrade snimanja u nepostojanu memoriju.

Instalacija se može upotpuniti ultrazvučnim magnetostriktivnim ili piezotermalnim vibracijskim sustavima s radnom frekvencijom od 22 i 44 kHz.

Po potrebi, disperzant je moguće opremiti oscilirajućim sustavima za 18, 30, 88 kHz.

Ultrazvučne laboratorijske instalacije (disperzanti) koriste se:

• za laboratorijske studije učinka ultrazvučna kavitacija na raznim tekućinama i uzorcima stavljenim u tekućinu;
• za otapanje teško ili malo topljivih tvari i tekućina u drugim tekućinama;
• za ispitivanje kavitacijske čvrstoće raznih tekućina. Na primjer, za određivanje stabilnosti viskoznosti industrijskih ulja (vidi GOST 6794-75 za ulje AMG-10);
• proučavati promjene u brzini impregnacije vlaknastih materijala pod utjecajem ultrazvuka i poboljšati impregnaciju vlaknastih materijala raznim punilima;
• isključiti agregaciju mineralnih čestica tijekom hidrosortiranja (abrazivni prah, geomodifikatori, prirodni i umjetni dijamanti, itd.);
• za ultrazvučno čišćenje složenih proizvoda opreme za gorivo, mlaznica i rasplinjača;
• za istraživanje kavitacijske čvrstoće strojnih dijelova i mehanizama;
• a u najjednostavnijem slučaju - kao visoko intenzivna ultrazvučna kupka za pranje. Sedimenti i naslage na staklenom posuđu i staklu uklanjaju se ili otapaju u sekundi.