Ova metoda obrade temelji se na mehaničkom djelovanju na materijal. Zove se ultrazvučni jer učestalost 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.

Zadebljavanje i stanjivanje medija u uzdužnom valu karakterizira višak, takozvani zvučni tlak.

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

Prednosti ultrazvučni tretman:

Mogućnost dobivanja akustične energije raznim tehnikama;

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

Lakoća automatizacije i rada;

Nedostaci:

Povećani troškovi 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 učincima 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 od strane tvari, pri čemu se dio energije pretvara u toplinu, a dio troši na promjenu strukture tvari.

Ti se učinci koriste za:

Odvajanje molekula i čestica različitih masa u nehomogenim suspenzijama;

Koagulacija (povećanje) čestica;

Raspršivanje (drobljenje) tvari i miješanje s drugima;

Otplinjavanje tekućina ili taljenja zbog stvaranja velikih plutajućih mjehurića.

1.1. Elementi ultrazvučnih instalacija

Svaki ultrazvučni uređaj (USU) uključuje tri glavna elementa:

Izvor ultrazvučnih vibracija;

Akustični transformator brzine (čvorište);

Pričvršćivanje pojedinosti.

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, magnetostrikcijski i piezoelektrični pretvarači.

Najrašireniji su magnetostrikcijski i piezoelektrični pretvarači.

Načelo rada magnetostrikcijskih pretvarača temelji se na uzdužnom magnetostrikcijskom učinku, koji se očituje promjenom duljine metalnog tijela izrađenog od feromagnetskih materijala (bez promjene njihovog volumena) pod utjecajem magnetskog polja.

Magnetostrikcijski učinak razni materijali različit. Nikl i permendur (slitina željeza s kobaltom) imaju visoku magnetostrikciju.

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

Načelo rada piezoelektričnih pretvarača temelji se na sposobnosti nekih tvari da mijenjaju svoje geometrijske dimenzije (debljinu i volumen) u električno polje... Piezoelektrični učinak je reverzibilan. Ako je ploča izrađena od piezoelektričnog materijala podvrgnuta tlaku ili deformaciji zatezanja, tada će se na njezinim rubovima pojaviti električni naboji. Ako se piezoelektrični element stavi u naizmjenično električno polje, tada će deformirati, uzbudljive ultrazvučne vibracije u okolišu. Vibracijska ploča izrađena od piezoelektričnog materijala je elektromehanički pretvarač.

Široko se koriste piezoelementi na bazi barij titana i olovnog cirkonata-titana.

Akustični transformatori brzine (koncentratori uzdužnih elastičnih vibracija) mogu imati različitog oblika(slika 1.1).

Riža. 1.1. Oblici glavčine

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

1.2. Tehnološka uporaba ultrazvučnih vibracija

U industriji se ultrazvuk koristi u tri glavna područja: prisilno djelovanje za materijal, intenziviranje i ultrazvučnu kontrolu procesa.

Snažno djelovanje na materijal

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

Najčešće se koriste dvije vrste ultrazvučnog tretmana na karakterističnim frekvencijama 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. Akustičku jedinicu pokreće električni oscilator (obično svjetiljka), na koji je spojen namot 2.

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

Riža. 1.2. Akustična jedinica ultrazvučne instalacije

Oscilacije vibratora, koji se varijabilno produžava i skraćuje ultrazvučnom frekvencijom u smjeru magnetskog polja namota, pojačavaju se koncentratorom 4 pričvršćenim na kraj vibratora.

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

Vibrator je smješten u ebonitno kućište 3, odakle se dovodi tekuća rashladna voda.

Alat mora biti u obliku određenog presjeka rupe. Tekućina s najmanjim zrncima abrazivnog praha dovodi se u prostor između prednje strane alata i površine obratka koji se obrađuje iz mlaznice 7.

S oscilirajuće prednje strane alata zrna abraziva stječu veliku brzinu, udaraju u površinu dijela i izbacuju s njega najmanje strugotine.

Iako je produktivnost svakog udarca zanemariva, produktivnost instalacije je relativno visoka, što je posljedica velike frekvencije vibracija alata (16-30 kHz) i velikog broja zrna abraziva koji se kreću istodobno s velikim ubrzanjem.

Kako se uklanjaju slojevi materijala, alat se automatski uvlači.

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

Uz pomoć ultrazvučne tehnologije mogu se izvesti operacije poput probijanja, klesanja, bušenja, rezanja, brušenja i drugih.

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 nastaju u tekućini pod djelovanjem ultrazvuka.

Princip rada takve kupke je sljedeći: radni komad (1) uronjen je u spremnik (4) napunjen tekućim sredstvom za deterdžent (2). Emiter ultrazvučnih vibracija je membrana (5) spojena na magnetostrikcijski vibrator (6) pomoću ljepila (8). Kupka je postavljena na podnožje (7). Valovi ultrazvučnih vibracija (3) šire se u radno područje gdje se vrši obrada.

Riža. 1.3. Ultrazvučna kupka

Ultrazvučno čišćenje najučinkovitije je za uklanjanje onečišćenja iz teško dostupnih šupljina, udubljenja i malih kanala. Osim toga, ova metoda uspijeva dobiti stabilne emulzije tekućina koje se ne miješaju konvencionalnim metodama kao što su voda i ulje, živa i voda, benzen i drugi.

UCD 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 jakosti zvuka moguć je obrnuti proces - depolimerizacija. Stoga se ovo svojstvo koristi za kontrolu reakcije polimerizacije. Promjenom učestalosti 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 skrućenih talina i smanjenja u sadržaju plinova u metalima.

Ultrazvučno ispitivanje procesa

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

Promjenom energije zvučnog vala moguće je kontrolirati sastav različitih 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 polaznom materijalu.

Odbijanjem zvučnih valova na sučelju između medija ("transiluminacija" ultrazvučnim snopom) moguće je utvrditi prisutnost nečistoća u monolitu i stvoriti ultrazvučne dijagnostičke uređaje.

Zaključci: ultrazvuk su elastični valovi s frekvencijom vibracija od 20 kHz do 1 GHz, koji se ne mogu čuti u ljudskom uhu. Ultrazvučne instalacije široko se koriste za obradu materijala zbog visokofrekventnih zvučnih 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 štapni magnetostrikcijski pretvarač, radnu komoru izrađenu u obliku metalne cilindrične cijevi i zvučni valovod čiji je emitirajući kraj hermetički povezan s dnom cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prijemni kraj ovog valovoda akustički je kruto spojen s emitirajućom površinom ultrazvučnog štapnog pretvarača ... U instalaciju se dodatno uvodi prstenasti magnetostrikcijski odašiljač, čiji je magnetski krug akustički kruto pritisnut na cijev radne komore. Ultrazvučna instalacija tvori dvofrekventno akustičko polje u obrađenom tekućem mediju, što osigurava povećanje intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete gotovog proizvoda. 3 C.p. f-ly, 1 dwg.

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, B 08 B 3/12, 1989) pomoću ultrazvučnog senzora, koji je pričvršćen konusom koji emitira zvuk pomoću hermetički izolirane prirubnice u donja zona unutar kupke s tekućinom.

Najbliži tehničko rješenje predloženoj 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 napravljenu u u obliku metalne cilindrične cijevi i akustičnog valovoda čiji je emitirajući kraj hermetički povezan s donjim dijelom cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prijemni kraj ovog valovoda akustički je kruto spojen s emitirajućim Površina ultrazvučnog pretvarača šipke.

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

Dakle, ultrazvučni uređaji, analogni i prototip patentnog izuma identificirani tijekom pretraživanja patenta, kada se provedu, ne omogućuju postizanje tehničkog rezultata, koji se sastoji u povećanju intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačni proizvod.

Predloženi izum rješava problem stvaranja ultrazvučne instalacije čija provedba osigurava postizanje tehničkog rezultata koji se sastoji u povećanju intenziviranja tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete gotovog proizvoda.

Bit izuma leži u činjenici da u ultrazvučnoj instalaciji koja sadrži štapni ultrazvučni pretvarač, radnu komoru napravljenu u obliku metalne cilindrične cijevi i akustični valovod čiji je emitirajući kraj hermetički povezan s dnom cilindričnu cijev pomoću elastičnog brtvenog prstena, a prijemni kraj ovog valovoda akustički kruto spojen s emitirajućom površinom štapnog ultrazvučnog pretvarača; dodatno je uveden prstenasti magnetostrikcijski odašiljač čiji je magnetski krug akustički kruto pritisnut cijev radne komore. Osim toga, elastični brtveni prsten pričvršćen je na zračeći kraj valovoda u području sklopa pomaka. U tom slučaju donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora nalazi se u istoj ravnini s zračećim krajem akustičnog valovoda. Štoviše, površina zračećeg kraja akustičnog valovoda napravljena je konkavno, sferično, s polumjerom sfere jednakom polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostrikcijskog emitera.

Tehnički rezultat postiže se na sljedeći način. Štapni ultrazvučni pretvarač izvor je ultrazvučnih vibracija koje pružaju traženi parametri akustičko polje u radnoj komori instalacije za izvođenje tehnološkog procesa, čime se osigurava intenziviranje i kvaliteta konačnog proizvoda. Akustični valovod čiji je emitirajući kraj hermetički spojen s donjim dijelom cilindrične cijevi, a prijemni kraj ovog valovoda akustički je kruto spojen s emitirajućom površinom štapnog ultrazvučnog pretvarača, omogućuje prijenos ultrazvučnih vibracija u obrađeni tekući medij radne komore. U tom je slučaju zategnutost i pokretljivost spoja osigurana činjenicom da je zračni kraj valovoda povezan s donjim dijelom cijevi radne komore pomoću elastičnog brtvenog prstena. Mobilnost spoja pruža mogućnost prijenosa mehaničkih vibracija s pretvarača kroz valovod u radnu komoru, u tekući obrađeni medij, mogućnost izvođenja tehnološkog procesa, te posljedično dobivanje potrebnog tehničkog rezultata.

Osim toga, u patentnoj instalaciji elastični brtveni prsten učvršćen je na emitirajućem kraju valovoda u zoni čvora pomaka, za razliku od prototipa, u kojem je ugrađen u zonu pomaka antinode. Kao rezultat toga, u instalaciji prema prototipu, O-prsten prigušuje vibracije i smanjuje Q-faktor vibracijskog sustava, a posljedično smanjuje i intenzitet tehnološkog procesa. U deklariranoj instalaciji, O-prsten je instaliran u području jedinice za istiskivanje, tako da ne utječe na vibracijski sustav. To vam omogućuje da prođete više snage kroz valovod u usporedbi s prototipom i time povećate intenzitet zračenja, stoga intenzivirate tehnološki proces bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda. Osim toga, budući da je u postavljenoj instalaciji O-prsten ugrađen u područje sklopa, tj. u zoni nultih deformacija ne kolabira od vibracija, zadržava pokretljivost veze zračećeg kraja valovoda s dno cijevi radne komore, što vam omogućuje održavanje intenziteta zračenja. U prototipu je brtveni prsten instaliran u zoni maksimalne deformacije valovoda. Stoga se prsten postupno ruši od vibracija, što postupno smanjuje intenzitet zračenja, a zatim prekida čvrstoću veze i ometa rad instalacije.

Korištenje prstenastog magnetostrikcijskog emitera omogućuje ostvarivanje 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 magnetostrikcijski emiter uveden u instalaciju napravljen je prstenasto, moguće je pritisnuti magnetski krug na vanjsku površinu cijevi. Kada se naponski napon primijeni na namot magnetske žice, dolazi do magnetostrikcijskog učinka u pločama, što dovodi do deformacije prstenastih ploča magnetskog kruga u radijalnom smjeru. U tom slučaju, zbog činjenice da je cijev izrađena od metala, a magnetski krug akustički kruto pritisnut na cijev, deformacija prstenastih ploča magnetskog kruga pretvara se u radijalne oscilacije stijenke cijevi. Zbog toga se električne vibracije uzbudljivog generatora prstenastog magnetostrikcijskog emitera pretvaraju u radijalne mehaničke vibracije magnetostrikcijskih ploča, a zbog akustički krute veze ravnine zračenja magnetskog kruga s površinom cijevi dolazi do mehaničkih vibracija. prenosi se kroz stijenke cijevi u obrađeni tekući medij. U tom slučaju izvor akustičnih vibracija u obrađenom tekućem mediju je unutarnja stijenka cilindrične cijevi radne komore. Kao rezultat toga, u zahtijevanoj instalaciji u tretiranom tekućem mediju nastaje akustičko polje s drugom rezonantnom frekvencijom. U ovom slučaju, uvođenje prstenastog magnetostrikcijskog emitera u zahtijevanu instalaciju povećava, u usporedbi s prototipom, površinu emitirajuće površine: emitirajuću površinu valovoda i dio unutarnje stijenke radne komore, na čiju je vanjsku površinu pritisnut prstenasti magnetostrikcijski odašiljač. Povećanje površine zračeće površine povećava intenzitet akustičkog polja u radnoj komori i stoga omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete gotovog proizvoda.

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

Budući da je emitirajuća površina prstenastog magnetostrikcijskog emitera cilindrična stijenka, zvučna energija je fokusirana, t.j. koncentracija akustičkog polja stvara se duž aksijalne linije cijevi, na koju je pritisnuta magnetska jezgra emitera. Budući da je emitirajuća površina ultrazvučnog štapnog pretvarača izrađena u obliku konkavne kugle, ova emitirajuća površina također fokusira zvučnu energiju, ali blizu točke koja leži na središnjoj liniji cijevi. Tako se na različitim žarišnim duljinama žarišta obje emitirajuće površine podudaraju, koncentrirajući snažnu akustičku energiju u malom volumenu radne komore. Budući da se donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora nalazi u istoj ravnini s zračećim krajem akustičnog valovoda, u kojem je konkavna kugla napravljena s radijusom jednakim polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostrikta radijator, fokusna točka akustične energije nalazi se na sredini aksijalne linije cijevi, tj. u središtu radne komore instalacije snažna je akustična energija koncentrirana u malom volumenu ("Ultrazvuk. Mala enciklopedija", glavno uredništvo I.P. Golyanina, Moskva: Sovjetska enciklopedija, 1979., str. 367-370). U području fokusiranja akustičkih energija obje emitirajuće površine intenzitet utjecaja akustičkog polja na obrađeni tekući medij stotine je puta veći nego u drugim područjima komore. Lokalni volumen stvara se snažnim intenzitetom izloženosti polju. Zbog lokalnog snažnog intenziteta udara, čak se i teško strojni materijali uništavaju. Osim toga, u ovom slučaju snažan ultrazvuk odvraća se od stijenki, što štiti stijenke komore od uništenja i onečišćenja obrađenog materijala produktom uništenja stijenki. Dakle, čineći površinu emitirajućeg kraja akustičnog valovoda udubljenom, sferičnom, s polumjerom sfere jednakom polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostrikcijskog emitera, povećava intenzitet utjecaja akustičkog polja na obrađeni tekući medij, te stoga omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Kao što je gore prikazano, u zahtijevanoj instalaciji u tretiranom tekućem mediju nastaje akustičko polje s dvije rezonantne frekvencije. Prva rezonantna frekvencija određena je rezonantnom frekvencijom štapnog magnetostrikcijskog pretvarača, druga - rezonantnom frekvencijom prstenastog magnetostrikcijskog emitera pritisnutog na cijev radne komore. Rezonantna frekvencija prstenastog magnetostrikcijskog emitera određuje se iz izraza lcp = λ = c / fres, gdje je lcp duljina središnje linije magnetskog kruga emitera, λ je 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 pak određena vanjskim promjerom cijevi radne komore: što je dulja središnja linija magnetskog kruga , 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 utjecajem akustičkog polja u obrađenom tekućem mediju nastaju akustički tokovi - stacionarni vrtložni tokovi tekućine koji nastaju u slobodnom nehomogenom zvučnom polju. U deklariranoj instalaciji u obrađenom tekućem mediju nastaju 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 dvije rezonantne frekvencije pojačava učinak akustičkih strujanja na obrađeni tekući medij, budući da se pri svakoj rezonantnoj frekvenciji stvaraju vlastiti akustični tokovi koji intenzivno miješaju tekućinu. To također dovodi do povećanja turbulencije akustičkih tokova i do još intenzivnijeg miješanja obrađene tekućine, što povećava intenzitet djelovanja akustičkog polja na tretirani tekući medij. Zbog toga se tehnološki proces intenzivira 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 pada tlaka. Kao rezultat kavitacije nastaju parno-plinski kavitacijski mjehurići. Ako je akustičko polje slabo, mjehurići rezoniraju, pulsiraju u polju. Ako je akustičko polje jako, mjehurić se sruši nakon razdoblja zvučnog vala (idealni slučaj), budući da pada u područje visokog tlaka koje stvara ovo polje. Kad se mjehurići sruše, stvaraju snažne hidrodinamičke smetnje u tekućem mediju, intenzivno zračenje akustičnih valova i uzrokuju uništavanje površina krutih tvari koje graniče s kavitacijskom tekućinom. U instalaciji na koju se polaže pravo, akustičko polje je snažnije od akustičkog polja prototipne instalacije, što se objašnjava prisutnošću dvije rezonantne frekvencije u njemu. Kao rezultat toga, u tvrđenom postrojenju veća je vjerojatnost urušavanja kavitacijskih mjehurića, što pojačava efekte kavitacije i povećava intenzitet utjecaja akustičkog polja na obrađeni tekući medij, te stoga osigurava intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenje kvalitete konačnog proizvoda.

Što je rezonantna frekvencija akustičkog polja niža, mjehurić je veći, jer je razdoblje na niskoj frekvenciji veliko i mjehurići imaju vremena za rast. Život mjehurića tijekom kavitacije jedno je razdoblje učestalosti. Kad se mjehurić sruši, stvara snažan pritisak. Što je mjehurić veći, to je više visokotlačni nastaje kad se zalupi. U deklariranoj ultrazvučnoj instalaciji, zbog dvofrekventnog sondiranja obrađene tekućine, kavitacijski mjehurići razlikuju se po veličini: veći su posljedica izlaganja tekućem mediju niske frekvencije, a mali - visoke frekvencije. Prilikom čišćenja površina ili obrade suspenzije, mali mjehurići prodiru u pukotine i šupljine krutih čestica i, srušivši se, stvaraju učinke mikro šoka, oslabljujući integritet čvrste čestice iznutra. Veći mjehurići, urušavajući se, izazivaju stvaranje novih mikropukotina u čvrstim česticama, dodatno slabeći mehaničke veze u njima. Čvrste čestice se uništavaju.

Prilikom emulgiranja, otapanja i miješanja veliki mjehurići uništavaju međumolekulske veze u komponentama buduće smjese, skraćujući lance i stvaraju uvjete za male mjehuriće za daljnje uništavanje međumolekulskih veza. Zbog toga se intenziviranje tehnološkog procesa povećava bez smanjenja kvalitete konačnog proizvoda.

Osim toga, u instalaciji koja se zahtijeva, kao rezultat interakcije akustičnih valova s ​​različitim rezonantnim frekvencijama u obrađenom tekućem mediju, pojavljuju se otkucaji zbog superpozicije dviju frekvencija (princip superpozicije), što uzrokuje naglo trenutno povećanje amplituda akustičkog tlaka. U takvim trenucima udarna snaga akustičnog vala može biti nekoliko puta veća od specifične snage instalacije, čime se intenzivira tehnološki proces i ne samo da se ne smanjuje, već se poboljšava kvaliteta gotovog proizvoda. Osim toga, naglo povećanje amplitude akustičkog tlaka olakšava dovod jezgri kavitacije u zonu kavitacije; povećava se kavitacija. Kavitacijski mjehurići, koji nastaju u porama, nepravilnostima, pukotinama na površini krute tvari u suspenziji, tvore lokalne akustične tokove koji intenzivno miješaju tekućinu u svim mikro volumenima, što također omogućuje intenziviranje tehnološkog procesa bez smanjenja kvalitete finalnog materijala. proizvod.

Dakle, iz prethodno navedenog proizlazi da tvrđena 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, raspršivanje krutih komponenti u tekućini, postupak emulgiranja, miješanje i otapanje komponenata tekućeg medija.

Na crtežu je prikazana deklarirana ultrazvučna instalacija. Ultrazvučna instalacija sadrži ultrazvučni štapni magnetostrikcijski pretvarač 1 s emitirajućom površinom 2, akustični valovod 3, radnu komoru 4, magnetsku jezgru 5 prstenastog magnetostrikcijskog odašiljača 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 metala, na primjer čelika, cilindrične cijevi. U primjeru instalacije, valovod 3 izveden je u obliku krnjeg stošca, u kojem je emitirajući kraj 10 pomoću elastičnog brtvenog prstena 7 hermetički spojen s donjim dijelom cijevi radne komore 4, a prijemni kraj 11 aksijalno je spojen iglom 8 s emitirajućom površinom 2 pretvarača 1. Magnetska jezgra 5 izrađena u obliku paketa magnetostrikcijskih ploča u obliku prstena i akustički čvrsto pritisnuta na cijev radna komora 4; osim toga, magnetski krug 5 opremljen je uzbudnim namotom (nije prikazan).

Elastični brtveni prsten 7 pričvršćen je na emitirajući kraj 10 valovoda 3 u području jedinice pomaka. U tom slučaju donji kraj magnetskog kruga 5 prstenastog radijatora 6 nalazi se u istoj ravnini s zračećim krajem 10 akustičnog valovoda 3. Štoviše, površina zračećeg kraja 10 akustičnog valovoda 3 napravljena je udubljen, sferičan, s radijusom sfere jednakom polovici duljine magnetskog kruga 5 prstenastog magnetostrikcijskog radijatora 6.

Kao štapni ultrazvučni pretvarač, na primjer, može se koristiti ultrazvučni magnetostrikcijski 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 se štapni pretvarač temelji na piezokeramiki.

Magnetski krug 5 može biti izrađen od materijala s negativnim strikcijama, na primjer, od nikla.

Ultrazvučna instalacija radi na sljedeći način. Opskrbni naponi primjenjuju se na uzbudne namote pretvarača 1 i prstenasti magnetostrikcijski odašiljač 6. Radna komora 4 napunjena je prerađenim tekućim medijem 12, na primjer, radi otapanja, emulgiranja, disperzije ili napunjena tekućim medijem, u koje se postavljaju dijelovi za čišćenje površina. Nakon što se napon napajanja primijeni u radnoj komori 4, u tekućem mediju 12 nastaje zvučno polje s dvije rezonantne frekvencije.

Pod utjecajem formiranog dvofrekventnog akustičkog polja u tretiranom mediju 12 nastaju akustički tokovi i kavitacija. Istodobno, kao što je gore prikazano, kavitacijski mjehurići razlikuju se po veličini: veći su posljedica izloženosti tekućem mediju niske frekvencije, a mali - visoke frekvencije.

U kavitirajućem tekućem mediju, na primjer, pri raspršivanju ili čišćenju površina, mali mjehurići prodiru u pukotine i šupljine čvrste komponente smjese i, urušavajući se, stvaraju učinke mikro šoka, slabeći cjelovitost čvrste čestice iznutra. Mjehurići veće veličine, raspadajući se, razbijaju česticu oslabljenu iznutra na male frakcije.

Osim toga, kao posljedica interakcije akustičnih valova s ​​različitim rezonantnim frekvencijama dolazi do otkucaja, što dovodi do naglog trenutnog povećanja amplitude akustičkog tlaka (do akustičkog šoka), što dovodi do još intenzivnijeg uništavanja slojeva na površinu koju treba očistiti i do još većeg drobljenja krutih frakcija u tretiranoj tekućini. medij pri primanju suspenzije. Istodobno, prisutnost dviju rezonantnih frekvencija pojačava turbulenciju akustičnih tokova, što pridonosi intenzivnijem miješanju obrađenog tekućeg medija i intenzivnijem uništavanju krutih čestica kako na površini dijela tako i u suspenziji.

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

Kao rezultat kombiniranog učinka navedenih čimbenika na prerađeni tekući medij, izvedeni tehnološki proces se intenzivira bez smanjenja kvalitete gotovog proizvoda. Kao što su ispitivanja pokazala, u usporedbi s prototipom, specifična snaga tvrdog pretvarača dvostruko je veća.

Kako bi se pojačao učinak kavitacije u instalaciji, može se osigurati povećani statički tlak, koji se može implementirati slično prototipu (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrazvučne elektrotehnološke instalacije", Lenjingrad: Energoizdat, 1982., str. 169): sustav cjevovoda spojen 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 zvučni valovod čiji je emitirajući kraj hermetički povezan s dnom cilindrične cijevi pomoću elastičnog brtvenog prstena , a prijemni kraj ovog valovoda akustički je kruto spojen s ultrazvučnim pretvaračem sa površinskom emitirajućom površinskom šipkom, naznačen time, da se u instalaciju dodatno uvodi prstenasti magnetostrikcijski odašiljač čiji se magnetski krug akustički kruto pritiska na cijev radne komore .

2. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time što je elastični brtveni prsten učvršćen na zračećem kraju valovoda u području jedinice za pomak.

3. Instalacija prema zahtjevu 2, naznačena time što je donji kraj magnetskog kruga prstenastog radijatora smješten u istoj ravnini s zračećim krajem akustičnog valovoda.

4. Instalacija prema zahtjevu 3, naznačena time što je površina zračećeg kraja akustičnog valovoda izvedena konkavno, sferično, s polumjerom sfere jednakom polovici duljine magnetskog kruga prstenastog magnetostrikcijskog emitera.

Opće informacije

Ultrazvučna jedinica UZU-1,6-O namijenjena je čišćenju metalnih filtarskih elemenata i filtarskih paketa hidrauličnih sustava goriva i ulja zrakoplova, zrakoplovnih motora i opreme za stolove od mehaničkih nečistoća, smolastih tvari i proizvoda koksanja u ulju.
Uređaj može čistiti filter vrećice od materijala X18 N15-PM prema tehnologiji proizvođača filter vrećica.

Struktura simbola

UZU4-1,6-O:
UZU - ultrazvučna instalacija;
4 - izvršenje;
1,6 - nazivna oscilatorna snaga, kW;
O - čišćenje;
U, T2 - klimatske izmjene i kategorija plasmana
prema GOST 15150-69, temperatura okoline
od 5 do 50 ° C. Okoliš je neeksplozivan, ne sadrži vodljivu prašinu, ne sadrži agresivne pare, plinove koji mogu poremetiti normalan rad instalacije.
Instalacija je u skladu sa zahtjevima TU16-530.022-79.

Normativni i tehnički dokument

TU 16-530.022-79

Tehnički podaci

Napon trofazne mreže za napajanje s frekvencijom od 50 Hz, V - 380/220 Potrošnja energije kW, ne više: bez rasvjete i grijača - 3,7 s rasvjetom i grijačima - 12 Radna frekvencija generatora, kHz - 18 Izlaz snaga generatora, kW - 1,6 Učinkovitost generatora,%, ne manje - 45 Anodni napon generatora, V - 3000 Napon sa žarnom niti žarulja generatora, V - 6.3 Izlazni napon generatora, V - 220 Magnetizirajuća struja, A - 18 Anodna struja, A - 0,85 Mrežna struja, A - 0,28 Broj kupki, kom - 2 Volumen jedne kupke, l, ne manje - 20 Vrijeme zagrijavanja otopine za ispiranje u kupkama od 5 do 65 ° C bez uključivanja generatora, min, ne više: pri radu na ulju AMG 10 - 20 tijekom rada na vodenim otopinama natrijevog heksametafosfata, trinatrijevog fosfata i natrijevog nitrata ili sinval - 35 Trajanje neprekidnog rada instalacije, h, ne više - 12 Hlađenje instalacijskih elemenata zračnim putem. Vrijeme ultrazvučnog čišćenja jednog filtarskog elementa, min, ne više - 10 Vrijeme za postavljanje jedinice u radni položaj, min, ne više - 35 Vrijeme za vraćanje u spremljeni položaj, min, ne više - 15 Težina, kg, nema više - 510
Jamstveni rok je 18 mjeseci od datuma puštanja u rad.

Dizajn i princip rada

Dizajn ultrazvučne jedinice UZU4-1,6-O (vidi sliku) je pokretni spremnik, dovršen u blokovima.

Opći prikaz i dimenzije ultrazvučna jedinica UZU4-1,6-O
Instalacija ima dva tehnološka kupatila. Opremljen kolicom za rotiranje filtera i prijenos iz jedne kade u drugu. Magnetostrikcijski pretvarač tipa PM1-1.6 / 18 ugrađen je u svaku kupku. Pretvarač se hladi zrakom, generator je ugrađen. Isporučni set jedinice UZU4-1,6-O uključuje: ultrazvučnu jedinicu UZU-1,6-O, ​​rezervne dijelove i pribor, 1 komplet, skup operativne dokumentacije, 1 komplet.

Bilo koji ultrazvuk tehnološka jedinica, uključujući sastav višenamjenskih uređaja uključuju izvor energije (generator) i ultrazvučni vibracijski sustav.

Ultrazvučni vibracijski sustav u tehnološke svrhe sastoji se od pretvarača, odgovarajućeg elementa i radnog alata (odašiljača).

U pretvaraču (aktivnom elementu) vibracijskog sustava energija električnih vibracija pretvara se u energiju elastičnih vibracija ultrazvučne frekvencije i stvara se izmjenična mehanička sila.

Odgovarajući element sustava (pasivni koncentrator) transformira brzine i osigurava usklađenost vanjskog opterećenja i unutarnjeg aktivnog elementa.

Radni alat stvara ultrazvučno polje u objektu koji se obrađuje ili izravno utječe na njega.

Najvažnija karakteristika ultrazvučnih oscilatornih sustava je rezonantna frekvencija. To je zbog činjenice da je učinkovitost tehnoloških procesa određena amplitudom vibracija (vrijednosti vibracijskih pomaka), a maksimalne vrijednosti amplituda postižu se kada se ultrazvučni vibracijski sustav pobuđuje na rezonantnoj frekvenciji . Vrijednosti rezonantne frekvencije ultrazvučnih vibracijskih sustava moraju biti unutar dopuštenih raspona (za višenamjenske ultrazvučne uređaje to je frekvencija 22 ± 1,65 kHz).

Omjer energije akumulirane u ultrazvučnom oscilacijskom sustavu i energije korištene za tehnološki utjecaj za svako razdoblje titranja naziva se čimbenik kvalitete oscilatornog sustava. Faktor kvalitete određuje najveću amplitudu oscilacija na rezonantnoj frekvenciji i prirodu ovisnosti amplitude oscilacija o frekvenciji (tj. Širini frekvencijskog područja).

Izgled Tipičan ultrazvučni vibracijski sustav prikazan je na slici 2. Sastoji se od pretvarača - 1, transformatora (koncentratora) - 2, radnog alata - 3, nosača - 4 i kućišta - 5.

Slika 2-Dvopoluvalni titrajni sustav i raspodjela amplituda titranja A i djelujućih mehaničkih naprezanja F

Raspodjela amplitude oscilacija A i sila (mehaničkih naprezanja) F u titrajnom sustavu ima oblik stajaćih valova (pod uvjetom da se zanemare gubici i zračenje).

Kao što se može vidjeti sa slike 2, postoje ravnine u kojima su pomaci i mehanička naprezanja uvijek jednaki nuli. Ove ravnine nazivaju se čvorne. Ravnine u kojima su pomaci i naprezanja minimalni nazivaju se antinode. Maksimalne vrijednosti pomaka (amplitude) uvijek odgovaraju minimalnim vrijednostima mehaničkih naprezanja i obrnuto. Udaljenost između dvije susjedne čvorne ravnine ili antinode uvijek je jednaka polovici valne duljine.

U oscilirajućem sustavu uvijek postoje spojevi koji omogućuju akustičku i mehaničku vezu njegovih elemenata. Spojevi mogu biti jednodijelni, međutim, ako je potrebno promijeniti radni alat, spojevi su s navojem.

Ultrazvučni oscilacijski sustav, zajedno s kućištem, uređajima za opskrbu naponom napajanja i otvorima za ventilaciju, obično se izvodi kao zasebna jedinica. U nastavku ćemo, koristeći izraz američki oscilatorni sustav, govoriti o cijeloj jedinici u cjelini.

Oscilirajući sustav koji se koristi u multifunkcionalnim ultrazvučnim uređajima u tehnološke svrhe mora zadovoljiti niz općih zahtjeva.

1) rad u zadanom frekvencijskom rasponu;

2) Rad sa svim mogućim promjenama opterećenja tijekom tehnološkog procesa;

3) Navedite potrebni intenzitet zračenja ili amplitudu vibracija;

4) Imati najveću moguću učinkovitost;

5) dijelovi ultrazvučnog vibracijskog sustava u dodiru s prerađenim tvarima moraju imati kavitaciju i kemijsku otpornost;

6) imati čvrsti nosač u kućištu;

7) Mora imati minimalne dimenzije i težinu;

8) Sigurnosni zahtjevi moraju biti ispunjeni.

Ultrazvučni oscilirajući sustav prikazan na slici 2 je dva poluvalna oscilirajuća sustava. Pretvarač ima rezonantnu veličinu jednaku polovici valne duljine ultrazvučnih vibracija u materijalu sonde. Za povećanje amplitude vibracija i usklađivanje pretvarača s podlogom koja se obrađuje koristi se koncentrator koji ima rezonantnu veličinu koja odgovara polovici valne duljine ultrazvučnih vibracija u materijalu koncentratora.

Ako je oscilirajući sustav prikazan na slici 2 izrađen od čelika (brzina širenja ultrazvučnih vibracija u čeliku je veća od 5000 m / s), tada njegova ukupna uzdužna veličina odgovara L = S2p / w ~ 23 cm.

Kako bi se zadovoljili zahtjevi velike kompaktnosti i male težine, koriste se poluvalni oscilacijski sustavi, koji se sastoje od četvrt-valnog pretvarača i koncentratora. Takav oscilatorni sustav shematski je prikazan na slici 3. Oznake elemenata oscilatornog sustava odgovaraju oznakama na slici 3.

Slika 3-Dvočetvrtvalni valni sustav

U tom je slučaju moguće osigurati minimalnu moguću uzdužnu veličinu i masu ultrazvučnog vibracijskog sustava, kao i smanjiti broj mehaničkih spojeva.

Nedostatak takvog oscilatornog sustava je veza pretvarača s koncentratorom u ravnini najvećih mehaničkih naprezanja. Međutim, ovaj nedostatak može se djelomično ukloniti pomakom aktivnog elementa pretvarača s točke najvećih radnih naprezanja.

Primjena ultrazvučnih uređaja

Snažni ultrazvuk jedinstveno je ekološko sredstvo za poticanje fizikalnih i kemijskih procesa. Ultrazvučne vibracije s frekvencijom od 20.000 - 60.000 Herca i intenzitetom od preko 0,1 W / m². mogu uzrokovati nepovratne promjene u distribucijskom okruženju. To predodređuje mogućnosti praktična upotreba snažan ultrazvuk u sljedećim područjima.

Tehnološki procesi: prerada mineralnih sirovina, oplemenjivanje i procesi hidrometalurgije metalnih ruda itd.

Ulje i plinska industrija: oporavak naftne bušotine, vađenje viskoznog ulja, procesi separacije u sustavu pijesak - teško ulje, povećanje fluidnosti teških naftnih derivata itd.

Metalurgija i strojarstvo: oplemenjivanje metalnih talina, brušenje strukture ingota / odljevka, obrada metalne površine za njezino učvršćivanje i ublažavanje unutarnjih naprezanja, čišćenje vanjskih površina i unutarnjih šupljina dijelova strojeva itd.

Kemijske i biokemijske tehnologije: postupci ekstrakcije, sorpcije, filtracije, sušenja, emulgiranja, dobivanja suspenzija, miješanja, dispergiranja, otapanja, flotacije, degazifikacije, isparavanja, koagulacije, koalescencije, procesa polimerizacije i depolimerizacije, dobivanja nanomaterijala itd.

Energija: izgaranje tekućine i čvrsto gorivo, pripremu emulzija goriva, proizvodnju biogoriva itd.

Poljoprivreda, prehrambena i laka industrija: procesi klijanja sjemena i rasta biljaka, priprema aditiva u hrani, tehnologija slatkiša, priprema alkoholnih i bezalkoholnih pića itd.

Komunalne usluge: oporaba bunara za vodu, priprema pitke vode, uklanjanje naslaga s unutarnjih stijenki izmjenjivači topline itd.

Zaštita okoliš: čišćenje Otpadne vode onečišćeni naftnim derivatima, teškim metalima, postojanim organskim spojevima, čišćenjem zagađenog tla, čišćenjem industrijskih tokova plina itd.

Recikliranje sekundarnih sirovina: devulkanizacija gume, čišćenje metalurškog kamenca od onečišćenja uljem itd.

ELEKTROSPETI

ELEKTROSPETI

Elektrokemijske i mehaničke instalacije, ultrazvučne instalacije (UZU)

Ova metoda obrade temelji se na mehaničkom djelovanju na materijal. Zove se ultrazvučni jer učestalost udara odgovara rasponu nečujnih zvukova (f = 6 ... 105 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.
Zadebljavanje i stanjivanje medija u uzdužnom valu karakterizira višak, takozvani zvučni tlak.
Brzina širenja zvučnog vala ovisi o gustoći medija u kojem se kreće.
Što je materijal medija čvršći i lakši, to je veća brzina. Prilikom širenja 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 ultrazvučnih primjena (od dimenzionalne obrade do zavarivanja, lemljenja itd.);
- jednostavnost automatizacije i rada

Nedostaci:

Povećani troškovi 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 učincima koji se mogu koristiti kao osnovni za razvoj različitih procesa:
- kavitacija, tj. stvaranje mjehurića u tekućini (tijekom faze produženja) i njihovo pucanje (tijekom faze kompresije); u ovom slučaju nastaju veliki lokalni trenutačni pritisci koji dosežu vrijednosti 10 2 N / m 2;
- apsorpcija ultrazvučnih vibracija od strane tvari, pri čemu se dio energije pretvara u toplinu, a dio troši na promjenu strukture tvari.
Ti se učinci koriste za:
- odvajanje molekula i čestica različitih masa u nehomogenim suspenzijama;
- koagulacija (povećanje) čestica;
- raspršivanje (drobljenje) tvari i miješanje s drugima;
- otplinjavanje tekućina ili taljenja zbog stvaranja velikih plutajućih mjehurića.
Elementi UCU -a
Svaki UZU uključuje tri glavna elementa:
- izvor ultrazvučnih vibracija;
- akustični transformator brzine (glavčina);
- detalji pričvršćivanja.
Izvori ultrazvučnih vibracija mogu biti dva tipa - mehanički i električni.
Mehanički izvori pretvaraju mehaničku energiju, poput brzine kretanja tekućine ili plina.
To uključuje ultrazvučne sirene i zviždaljke. Električni ultrazvučni izvori pretvaraju električnu energiju u mehaničke elastične vibracije odgovarajuće frekvencije. Postoje elektrodinamički, magnetostrikcijski i piezoelektrični pretvarači.
Najrašireniji su magnetostrikcijski i piezoelektrični pretvarači.
Načelo rada magnetostrikcijskih pretvarača temelji se na uzdužnom magnetostrikcijskom učinku, koji se očituje promjenom duljine metalnog tijela izrađenog od feromagnetskih materijala (bez promjene njihovog volumena) pod utjecajem magnetskog polja.
Magnetostrikcijski učinak različit je za različite metale. Nikl i permendur imaju visoku magnetostrikciju.
Pakiranje magnetostrikcijskog pretvarača je jezgra izrađena od tankih ploča, na koju je postavljen namot koji u njemu pobuđuje izmjenično elektromagnetsko polje visoke frekvencije.
S magnetostrikcijskim učinkom, znak deformacije jezgre se ne mijenja pri obrnutom smjeru polja. Učestalost promjene deformacije 2 je puta veća od frekvencije (f) promjene izmjenične struje koja prolazi kroz namot pretvarača, budući da se deformacija istog znaka javlja u pozitivnom i negativnom poluperiodu.
Princip rada piezoelektrični pretvarači na temelju sposobnosti nekih tvari da mijenjaju svoje geometrijske dimenzije (debljinu i volumen) u električnom polju. Piezoelektrični učinak je reverzibilan. Ako je ploča izrađena od piezoelektričnog materijala podvrgnuta tlaku ili deformaciji zatezanja, tada će se na njezinim rubovima pojaviti električni naboji. Ako se piezoelektrični element stavi u naizmjenično električno polje, tada će deformirati, uzbudljive ultrazvučne vibracije u okolišu. Vibracijska ploča izrađena od piezoelektričnog materijala je elektromehanički pretvarač.
Široko se koriste piezoelementi na bazi barij titana, olovnog cirkonata-titana (PZT).
Akustični transformatori brzine(koncentratori uzdužnih elastičnih vibracija) mogu imati različite oblike (sl. 1.4-10).

Oni služe za usklađivanje parametara pretvarača s opterećenjem, za pričvršćivanje vibracijskog sustava i za uvođenje ultrazvučnih vibracija u područje obrađenog materijala.
Ti su uređaji šipke različitih presjeka, izrađene od materijala otpornih na koroziju i kavitaciju, otporne na toplinu, otporne na agresivne medije i abraziju.
Koncentratore karakterizira koeficijent koncentracije vibracija (K kk):

Povećanje amplitude vibracija kraja s malim presjekom u usporedbi s amplitudom vibracija kraja većeg presjeka objašnjava se činjenicom da se s istom snagom vibracija u svim presjecima brzinski transformator, intenzitet vibracija malog kraja je "K kk" puta veći.

Tehnološka uporaba ultrazvučnog pregleda

U industriji se ultrazvuk koristi u tri glavna područja: djelovanje sile na materijal, intenziviranje i ultrazvučna kontrola procesa.
Snažan utjecaj na materijalu se koristi za obradu tvrdih i supertvrdih legura, dobivanje stabilnih emulzija itd.
Najčešće se koriste dvije vrste ultrazvučnog tretmana na karakterističnim frekvencijama 16 ... 30 kHz:
- dimenzionalna obrada na alatnim strojevima pomoću alata,
- čišćenje u kupkama s tekućim medijem.
Glavni radni mehanizam ultrazvučnog stroja je akustična jedinica
( riža. 1.4-11). Dizajniran je za postavljanje radnog alata u vibracijsko kretanje.

Zvučna jedinica prima energiju iz električnog oscilatora (obično svjetiljke), na koji je spojen namot (2)
Glavni element akustičke jedinice je magnetostrikcijski (ili piezoelektrični) pretvarač energije električnih vibracija u energiju mehaničkih elastičnih vibracija - vibrator (1).
Vibracije vibratora, koje se naizmjenično produžavaju i skraćuju ultrazvučnom frekvencijom u smjeru magnetskog polja namota, pojačane su koncentratorom (4) pričvršćenim na kraj vibratora.
Čelični alat (5) pričvršćen je na koncentrator tako da ostane razmak između njegova kraja i obratka (6).
Vibrator je smješten u kućište od ebonita (3), odakle se dovodi tekuća rashladna voda.
Alat mora biti u obliku određenog presjeka rupe. Tekućina s najmanjim zrncima abrazivnog praha dovodi se u prostor između prednje strane alata i površine obratka koji se obrađuje iz mlaznice (7).
S oscilirajuće prednje strane alata zrna abraziva stječu veliku brzinu, udaraju u površinu dijela i izbacuju s njega najmanje strugotine.
Iako je produktivnost svakog udarca zanemariva, produktivnost instalacije je relativno visoka, što je posljedica velike frekvencije vibracija alata (16 ... 30 kHz) i velikog broja abrazivnih zrna (20 ... 100 tisuće / cm3) koji se kreću istodobno s velikim ubrzanjem.
Kako se uklanjaju slojevi materijala, alat se automatski uvlači.
Abrazivna tekućina dovodi se u područje pod tlakom i ispire otpad iz obrade.
Uz pomoć ultrazvučne tehnologije mogu se izvesti operacije poput probijanja, klesanja, bušenja, rezanja, brušenja i drugih.
Primjer su industrijski proizvedeni ultrazvučni strojevi za provlačenje (modeli 4770,4773A) i univerzalni (modeli 100A).
Ultrazvučne kupke (slika 1.4-12) koristi se za čišćenje površina metalnih dijelova od proizvoda korozije, oksidnih filmova, mineralnih ulja itd.

Rad ultrazvučne kupke temelji se na korištenju učinka lokalnih hidrauličkih udara koji nastaju u tekućini pod djelovanjem ultrazvuka.
Princip rada takve kupke je sljedeći. Obradak (1) je uronjen (suspendiran) u spremnik (4) napunjen tekućim sredstvom za čišćenje (2).
Emiter ultrazvučnih vibracija je membrana (5) spojena na magnetostrikcijski vibrator (b) uz pomoć ljepljive smjese (8).
Kupka je postavljena na podnožje (7). Valovi ultrazvučnih vibracija (3) šire se u radnom području gdje se vrši obrada.
Ultrazvučno čišćenje najučinkovitije je za uklanjanje onečišćenja iz teško dostupnih šupljina, udubljenja i malih kanala.
Osim toga, ova metoda uspijeva dobiti stabilne emulzije tekućina koje se ne miješaju konvencionalnim metodama kao što su voda i ulje, živa i voda, benzen, voda i drugi.
UCD 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 jakosti zvuka moguć je obrnuti proces - depolimerizacija.
Stoga se ovo svojstvo koristi za kontrolu reakcije polimerizacije. Promjenom učestalosti 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 skrućenih talina i smanjenja sadržaj plinova u metalima.
Brojni metali (na primjer, olovo i aluminij) ne miješaju se u tekućem obliku. Superpozicija ultrazvučnih vibracija na talini potiče "otapanje" jednog metala u drugom. Ultrazvučna kontrola procesa.
Uz pomoć ultrazvučnih vibracija možete kontinuirano pratiti napredak tehnološkog procesa bez laboratorijske analize uzoraka.
U tu se svrhu u početku utvrđuje ovisnost parametara zvučnog vala o fizikalnim svojstvima medija, a zatim se, promjenom ovih parametara nakon djelovanja na medij, s dovoljnom točnošću procjenjuje njegovo stanje. U pravilu se koriste ultrazvučne vibracije niskog intenziteta.
Promjenom energije zvučnog vala moguće je kontrolirati sastav različitih 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 polaznom materijalu.
Odbijanjem zvučnih valova na sučelju između medija ("transiluminacija" ultrazvučnim snopom) moguće je utvrditi prisutnost nečistoća u monolitu i stvoriti ultrazvučne dijagnostičke uređaje.