Laboratóriumi ultrahangos berendezések. Ultrahangos tisztítóberendezések típusai és kivitelei. Az ultrahangos vizsgálat technológiai alkalmazása
A legegyszerűbb ultrahangos beállítással bemutatható az ultrahang terjedése különböző közegekben, az ultrahang visszaverődése és fénytörése két közeg határán, valamint az ultrahang abszorpciója különböző anyagokban. Ezen kívül be lehet mutatni az olajemulziók előállítását, a szennyezett részek tisztítását, az ultrahangos hegesztést, az ultrahangos folyadékszökőkút, az ultrahangos rezgések biológiai hatását.
Egy ilyen telepítést középiskolás diákok iskolai műhelyekben készíthetnek.
Az ultrahangos kísérletek bemutatására szolgáló berendezés egy elektronikus generátorból (1. ábra), az elektromos rezgések ultrahangossá való kvarc átalakítójából és az ultrahang fókuszálására szolgáló lencsetartályból (2. ábra) áll. Csak a Tr1 transzformátort tartalmazza a tápegység, mivel a generátorlámpák anódáramkörei közvetlenül váltakozó árammal (egyenirányító nélkül) vannak táplálva. Az ilyen egyszerűsítés nem befolyásolja hátrányosan az eszköz működését, ugyanakkor jelentősen leegyszerűsíti annak elrendezését és kialakítását.
Az elektronikus generátor push-pull áramkör szerint készül két 6PZS lámpán, amelyek triódáramkör szerint vannak csatlakoztatva (a lámpák képernyőrácsai az anódokra vannak kötve). A lámpák anódáramköreibe egy L1C2 áramkör tartozik, amely meghatározza a generált rezgések frekvenciáját, a rácsáramkörökben pedig egy tekercs található Visszacsatolás L2. A katódáramkörökben egy kis R1 ellenállás található, amely nagymértékben meghatározza a lámpák üzemmódját.
1. ábra. kördiagramm generátor
A nagyfrekvenciás jel a C4 és C5 csatolókondenzátorokon keresztül jut a kvarcrezonátorba. A kvarcot hermetikus kvarctartóba helyezzük (2. ábra), és 1 m hosszú vezetékekkel csatlakoztatjuk a generátorhoz.
Rizs. 2. Lencsetartó és kvarctartó
A figyelembe vett részleteken kívül az áramkörben található még C1 és C3 kondenzátor, valamint egy Dr1 induktor, amelyen keresztül az anódfeszültség a lámpák anódjaira kerül. Ez az induktor megakadályozza a nagyfrekvenciás jel rövidre zárását a C1 kondenzátoron és a teljesítménytranszformátor fordulatközi kapacitásán keresztül.
A generátor fő házi készítésű részei az L1 és L2 tekercsek, amelyek lapos spirálok formájában készülnek. Gyártásukhoz fából készült sablont kell kivágni. Egy 25 cm széles deszkából két négyzetet vágunk ki, amelyek a sablon orcájaként szolgálnak. Mindegyik pofa közepén lyukakat kell készíteni egy 10-15 mm átmérőjű fémrúd számára, és az egyik pofába egy 3 mm széles lyukat vagy hornyot kell vágni a tekercs kimenet rögzítéséhez. Fémrúd mindkét végén egy szálat vágnak, és két anya közé helyezik a pofákat a feltekert huzal átmérőjével megegyező távolságra. Ennek alapján a sablon gyártása befejezettnek tekinthető, és folytassa a tekercsek tekercselését.
A fémrudat az egyik végén egy satuba szorítjuk, a huzal első (belső) menetét a pofák közé helyezzük, majd az anyákat meghúzzuk és a tekercselés folytatódik. Az L1 tekercs 16 menetes, az L2 tekercs pedig 12 menetes 3 mm átmérőjű rézhuzalból áll. Az L1 és L2 tekercseket külön készítjük, majd egymás fölé helyezzük textolitból vagy műanyagból készült keresztdarabra (3. ábra). A tekercsek nagyobb szilárdsága érdekében fémfűrésszel vagy reszelővel mélyedéseket vágnak a keresztekbe. A tekercsek rögzítéséhez az egyiket felülről kell megnyomni a második kereszttel (mélyedések nélkül), a másodikat pedig közvetlenül a tekercs lemezére kell helyezni. szerves üveg, getinax vagy műanyag, a generátor fém vázára szerelve.
Rizs. 3
A nagyfrekvenciás induktor 30 mm átmérőjű kerámia vagy műanyag keretre van feltekerve PELSHO-0,25 mm vezetékkel. A tekercselés ömlesztve, egyenként 100 fordulatnyi szakaszokban történik. Összesen a fojtószelep 300-500 fordulattal rendelkezik. Ebben a kialakításban egy saját készítésű teljesítménytranszformátort használnak, amely Sh-33 lemezekből készült, a készlet vastagsága 33 mm. A hálózati tekercs 544 menetes PEL-0,45 vezetéket tartalmaz. A hálózati tekercs 127 V feszültségű hálózathoz való csatlakoztatásra készült. 220 V feszültségű hálózat használata esetén az I tekercsnek 944 menet PEL-0,35 vezetéket kell tartalmaznia. A lépcsős tekercselés 2980 menetes PEL-0,14-es, a lámpák izzószálas tekercsében pedig 30 menetes PEL-1,0-s huzal. Az ilyen transzformátor helyettesíthető ELS-2 márkájú transzformátorral, amely csak a hálózati tekercset, a lámpák izzószálas tekercsét és a fokozatos tekercset teljesen, vagy bármilyen legalább 70 VA teljesítményű transzformátorral helyettesítheti. és egy lépcsős tekercselés, amely 470 V terhelés mellett biztosítja a 6PZS lámpák anódjait.
ábrán elhelyezett rajz szerint a kvarc tartó bronzból készült. 4. A tokban egy 3 mm átmérőjű fúróval L-alakú lyukat fúrunk a huzal kivezetésére l. A tokba egy gumigyűrűt e helyezünk, amely a kvarc párnázására és szigetelésére szolgál. A gyűrűt ki lehet vágni egy normál ceruza radírból. A b érintkezőgyűrű 0,2 mm vastag sárgaréz fóliából van kivágva. Ezen a gyűrűn van egy fül a huzal forrasztásához. Mindkét vezetéknek jó szigeteléssel kell rendelkeznie. A vezetéket és az O tartókarimához kell forrasztani. Nem ajánlott a vezetékeket összecsavarni.
4. ábra. kvarc tartó
A lencsetartály egy e hengerből és egy b ultrahangos lencséből áll (5. ábra). A henger egy 3 mm vastag plexi lemezből van hajlítva egy 19 mm átmérőjű kerek fa sablonra.
5. ábra. lencse ér
A tányért lángon megpuhulásig melegítjük, minta szerint meghajlítjuk és ecetesszenciával összeragasztjuk. A ragasztott hengert szálakkal átkötjük és két órán át száradni hagyjuk. Ezt követően a henger végét csiszolópapírral igazítják, és eltávolítják a szálakat. A b ultrahangos lencse gyártásához speciális eszközt (6. ábra) kell készíteni 18-22 mm átmérőjű acélgolyóból, golyóscsapágyból. A labdát úgy kell izzítani, hogy vörösre melegítjük, majd lassan hűtjük le. Ezt követően a golyóba 6 mm átmérőjű lyukat fúrunk, és egy belső menetet vágunk. Ennek a golyónak a fúrógép tokmányában történő rögzítéséhez egy rúdból egy menetes rudat kell készíteni.
6. ábra. szerelvény
A felcsavarozott golyóval ellátott rudat a gép tokmányába szorítjuk, a gépet közepes sebességgel bekapcsoljuk és a golyót 10-12 mm vastag szerves üveglapba préselve megkapjuk a szükséges gömb alakú mélyedést. Amikor a golyót a sugarával megegyező távolságra mélyítjük, fúrógép kapcsolja ki, és anélkül, hogy megnyomná a labdát, hűtse le vízzel. Ennek eredményeként az ultrahangos lencse gömb alakú mélyedése keletkezik a szerves üveglapon. A mélyedéses lemezből fémfűrésszel kivágunk egy 36 mm-es oldalú négyzetet, a bemélyedés körül kialakult gyűrű alakú kiemelkedést finomszemcsés csiszolópapírral kiegyenlítjük, és a lemezt alulról lecsiszoljuk úgy, hogy 0,2 mm vastag alj maradjon. a mélyedés közepén. Ezután a csiszolópapírral karcolt helyeket átlátszóvá polírozzuk és tovább esztergapad vágja le a sarkokat úgy, hogy a gömb alakú mélyedés a lemez közepén maradjon. A lemez alsó oldaláról egy 3 mm magas és 23,8 mm átmérőjű kiemelkedést kell készíteni, hogy a lencsét a kvarctartón középpontba helyezzük.
Miután a henger egyik végét ecetsav-esszenciával vagy diklór-etánnal bőségesen megnedvesítette, az ultrahangos lencsére ragasztják úgy, hogy a henger középső tengelye egybeessen a lencse közepén áthaladó tengellyel. Száradás után három lyukat fúrunk a ragasztott edénybe a csavarok hangolásához. A legjobb, ha ezeket a csavarokat egy speciális, 10-12 cm hosszú és 1,5-2 mm átmérőjű közönséges huzalból készült csavarhúzóval forgatja el, amelynek fogantyúja van. szigetelő anyag. Ezeknek az alkatrészeknek a gyártása és a generátor beszerelése után megkezdheti az eszköz beállítását, amely általában az L1C2 áramkör hangolását jelenti a kvarc természetes frekvenciájával való rezonanciára. A kvarclemezt (4. ábra) folyó vízben szappannal le kell mosni és szárítani. A b érintkezőgyűrűt felülről fényesre tisztítják. Óvatosan helyezzen egy kvarclemezt az érintkezőgyűrű tetejére, és néhány csepp transzformátorolaj csepegtetése után csavarja be a d fedelet úgy, hogy az megnyomja a kvarclemezt. Az ultrahangos rezgések jelzésére a fedélen található a és d mélyedések transzformátorolajjal vagy kerozinnal vannak feltöltve. A tápfeszültség bekapcsolása és egy perces bemelegítés után forgassa el a hangológombot, és érjen el rezonanciát a kvarclemez oszcillátor rezgései között. A rezonancia pillanatában megfigyelhető a fedél mélyedésébe öntött folyadék maximális duzzanata. A generátor beállítása után megkezdheti a kísérletek bemutatását.
Generátor tervezés.
Az egyik leghatékonyabb bemutató egy folyadékszökőkút előállítása ultrahangos rezgések hatására. A folyadékszökőkút eléréséhez a "lencse" edényt a kvarctartó tetejére kell helyezni, hogy ne halmozódjanak fel légbuborékok a "lencse" edény alja és a kvarclemez között. Ezután egy lencsetartályba kell önteni közönséges ivóvízzel, és egy perccel a generátor bekapcsolása után ultrahangos szökőkút. A szökőkút magassága az állítócsavarokkal változtatható, miután korábban beállította a generátort a C2 kondenzátorral. Nál nél helyes beállítás A teljes rendszerben 30-40 cm magas szökőkutat kaphat (7. ábra).
7. ábra. ultrahangos szökőkút.
A szökőkút megjelenésével egyidejűleg vízköd jelenik meg, amely kavitációs folyamat eredménye, jellegzetes sziszegéssel kísérve. Ha víz helyett transzformátorolajat öntünk a „lencse” edénybe, akkor a szökőkút magassága észrevehetően megnő. A szökőkút folyamatos megfigyelése addig végezhető, amíg a folyadékszint a "lencse" edényben 20 mm-re nem csökken. A szökőkút hosszú távú megfigyeléséhez B üvegcsővel kell védeni, melynek belső falai mentén a szökőkút folyadék visszafolyhat.
Ultrahangos rezgések hatására egy folyadékban mikroszkopikus buborékok képződnek (kavitációs jelenség), ami a buborékképződés helyén jelentős nyomásnövekedéssel jár együtt. Ez a jelenség anyagrészecskék vagy élő szervezetek pusztulásához vezet a folyadékban. Ha egy kis halat vagy daphniát "lencse" edénybe helyeznek vízzel, akkor 1-2 perc ultrahangos besugárzás után elpusztulnak. A "lencsés" edény vízzel való vetítése a képernyőn lehetővé teszi a kísérlet összes folyamatának egymás utáni megfigyelését egy nagy nézőtéren (8. ábra).
8. ábra. Az ultrahangos rezgések biológiai hatása.
A leírt készülék segítségével bemutatható az ultrahang használata a kis részek szennyeződésektől való megtisztítására. Ehhez egy kis alkatrészt (óra fogaskereke, fémdarab stb.) zsírral gazdagon megkenve helyeznek a folyékony szökőkút aljára. A szökőkút jelentősen csökken, és teljesen leállhat, de a szennyezett részt fokozatosan megtisztítják. Meg kell jegyezni, hogy az alkatrészek ultrahangos tisztításához erősebb generátorok használata szükséges, ezért lehetetlen rövid időn belül megtisztítani a teljes szennyezett részt, és néhány fog tisztítására kell korlátozódnia.
A kavitációs jelenség segítségével olajemulziót kaphatunk. Ehhez vizet öntünk a "lencse" edénybe, és egy kis transzformátorolajat adnak a tetejére. Az emulzió kifröccsenésének elkerülése érdekében a lencsetartályt a tartalommal le kell fedni üveggel. A generátor bekapcsolásakor víz- és olajszökőkút képződik. 1-2 perc után. besugárzás hatására a lencse edényében stabil tejszerű emulzió képződik.
Ismeretes, hogy az ultrahang rezgések vízben való terjedése láthatóvá tehető, és az ultrahang egyes tulajdonságai egyértelműen kimutathatók. Ehhez egy átlátszó és egyenletes fenekű, lehetőleg nagyobb, legalább 5-6 cm oldalmagasságú fürdő szükséges.A fürdőt a bemutatóasztalban a nyílás felett helyezzük el, hogy alulról a teljes átlátszó fenekét meg lehessen világítani. . A világításhoz célszerű hatvoltos autóvillanykörtét használni pontfényforrásként a vizsgált folyamatok a nézőtér mennyezetére vetítésére (9. ábra).
9. ábra. Ultrahanghullámok törése és visszaverődése.
Használhat normál, alacsony teljesítményű izzót is. A fürdőbe vizet öntünk úgy, hogy a kvarctartóban lévő kvarclemez függőlegesen elhelyezve teljesen elmerüljön benne. Ezt követően bekapcsolhatja a generátort, és a kvarctartót függőleges helyzetből ferde helyzetbe mozgatva a nézőtér mennyezetére vetítve megfigyelheti az ultrahangsugár terjedését. Ebben az esetben a kvarc tartó a hozzá kapcsolódó l és c vezetékekkel tartható, vagy előre rögzíthető egy speciális tartóba, mellyel simán változtatható az ultrahangsugár beesési szöge a függőleges ill. vízszintes síkok, ill. Az ultrahangsugarat fényfoltok formájában figyeljük meg, amelyek az ultrahangos rezgések vízben terjedése mentén helyezkednek el. Az ultrahangsugár terjedési útjába akadályt helyezve lehetőség nyílik a sugár visszaverődésének és törésének megfigyelésére.
A leírt elrendezés más kísérleteket tesz lehetővé, amelyek jellege a vizsgált programtól és a tanterem felszereltségétől függ. Bárium-titanát lemezek és általában minden olyan lemez, amely 0,5 MHz és 4,5 MHz közötti frekvencián piezoelektromos hatást fejt ki, beépíthető generátorterhelésként. Ha vannak lemezek más frekvenciákhoz, akkor módosítani kell az induktorok fordulatszámát (0,5 MHz alatti frekvenciák esetén növelni, 4,5 MHz feletti frekvenciák esetén csökkenteni). Amikor az oszcillációs áramkört és a visszacsatoló tekercset 15 kHz-es frekvenciára módosítja, a kvarc helyett bármilyen, legfeljebb 60 VA teljesítményű magnetostrikciós átalakítót bekapcsolhat
A berendezés egy laboratóriumi állványból, egy ultrahangos generátorból, egy rendkívül hatékony, kiváló minőségű magnetostrikciós jelátalakítóból és három hullámvezetőből-emitterből (koncentrátorból) áll a jelátalakítóhoz. lépcsőzetesen állítható a kimeneti teljesítmény, 50%, 75%, 100% a névleges kimeneti teljesítményhez. A teljesítmény beállítás és a három különböző hullámvezető-emitter jelenléte (1:0,5, 1:1 és 1:2 erősítéssel) a készletben lehetővé teszi, hogy a vizsgált folyadékokban és rugalmas közegekben különböző amplitúdójú ultrahangrezgéseket kapjunk, kb. 0 és 80 mikron között 22 kHz-es frekvencián.
Több éves gyártási és értékesítési tapasztalat ultrahangos berendezés megerősíti azt a tudatos igényt, hogy minden típusú modern high-tech termelést laboratóriumi felszerelésekkel kell felszerelni.
A nanoanyagok és nanoszerkezetek beszerzése, a nanotechnológiák bevezetése és fejlesztése lehetetlen ultrahangos berendezések alkalmazása nélkül.
Ennek az ultrahangos berendezésnek a segítségével lehetséges:
- fém nanoporok előállítása;
- használja fullerénekkel végzett munka során;
- a magreakciók lefolyásának vizsgálata erős ultrahangos mezők körülményei között (hidegfúzió);
- Szonolumineszcencia gerjesztése folyadékokban kutatási és ipari célokra;
- finoman diszpergált normalizált közvetlen és fordított emulziók létrehozása;
- fa szondázás;
- ultrahangos rezgések gerjesztése fémolvadékokban gáztalanítás céljából;
- és még sokan mások.
Modern ultrahangos diszpergátorok digitális generátorral I10-840 sorozat
Ultrahangos egység (diszpergáló, homogenizáló, emulgeáló) Az I100-840 az ultrahang folyékony közegekre gyakorolt hatásának laboratóriumi vizsgálatára szolgál digitális vezérléssel, folyamatosan állítható, a működési frekvencia digitális kiválasztásával, időzítővel, azzal a lehetőséggel különböző frekvenciájú és teljesítményű oszcillációs rendszereket, valamint rögzíti a feldolgozási paramétereket a nem felejtő memóriához.
Az egység felszerelhető ultrahangos magnetostrikciós vagy piezokermikus oszcillációs rendszerekkel, amelyek működési frekvenciája 22 és 44 kHz.
Szükség esetén lehetőség van a diszpergáló oszcillációs rendszerekkel történő kiegészítésére 18, 30, 88 kHz-re.
Ultrahangos laboratóriumi létesítmények(diszpergálószereket) használnak:
- laboratóriumi hatástanulmányokhoz ultrahangos kavitáció különféle folyadékokon és folyadékba helyezett mintákon;
- nehezen vagy gyengén oldódó anyagok és folyadékok más folyadékokban való feloldására;
- különböző folyadékok kavitációs szilárdságának vizsgálatára. Például az ipari olajok viszkozitásának stabilitásának meghatározásához (lásd: GOST 6794-75 az AMG-10 olajhoz);
- szálas anyagok impregnálási sebességének ultrahang hatására történő változásának vizsgálata és a rostos anyagok impregnálásának javítása különféle töltőanyagokkal;
- az ásványi részecskék aggregációjának kizárása a hidroszortírozás során (csiszolóporok, geomodifikátorok, természetes és mesterséges gyémántok stb.);
- autóipari üzemanyag-berendezések, befecskendezők és karburátorok összetett termékeinek ultrahangos mosásához;
- gépalkatrészek és mechanizmusok kavitációs szilárdságának vizsgálatához;
- legegyszerűbb esetben pedig - nagy intenzitású ultrahangos tisztítófürdőként. A laboratóriumi üvegedényeken és üvegeken a csapadékot és lerakódásokat másodpercek alatt eltávolítják vagy feloldják.
Általános információ
Az UZU-1,6-O ultrahangos egység a repülőgépek, repülőgép-hajtóművek és munkapadi berendezések fémszűrőelemeinek és szűrőcsomagjainak hidraulikus üzemanyag- és olajrendszereinek tisztítására szolgál a mechanikai szennyeződésektől, gyantás anyagoktól és olajkokszos termékektől.
Kh18 H15-PM anyagból készült szűrőcsomagok tisztítására az üzemben van lehetőség a szűrőcsomag gyártó technológiája szerint.
Szimbólum szerkezet
UZU4-1,6-O:
UZU - ultrahangos telepítés;
4 - végrehajtás;
1,6 - névleges rezgőteljesítmény, kW;
O - tisztítás;
U, T2 - klimatikus tervezés és elhelyezés kategória
a GOST 15150-69 szerint, környezeti hőmérséklet
5-50 °C. ї Környezet - nem robbanásveszélyes, nem tartalmaz vezetőképes port, nem tartalmaz agresszív gőzöket, gázokat, amelyek megzavarhatják a berendezés normál működését.
A telepítés megfelel a TU16-530.022-79 követelményeinek.
Normatív és műszaki dokumentum
TU 16-530.022-79
Műszaki adatok
A háromfázisú táphálózat feszültsége 50 Hz frekvenciával, V - 380/220 Felhasznált kW teljesítmény, nem több: világítás és fűtés nélkül - 3,7 világítással és fűtőberendezéssel - 12 Generátor működési frekvencia, kHz - 18 Generátor kimeneti teljesítmény, kW - 1,6 generátor hatékonysága, %, nem kevesebb, mint - 45 Generátor anód feszültség, V - 3000 Generátor lámpa izzó feszültség, V - 6,3 Generátor kimeneti feszültség, V - 220 Mágnesező áram, A - 18 Anód áram, A - 0,85 Hálóáram, A - 0,28 fürdők, db - 2 Egy fürdő térfogata, l, nem kevesebb, mint - 20 A mosóoldat melegítési ideje a fürdőkben 5-65°C-ra a generátor bekapcsolása nélkül, min, nem több: AMG olajjal üzemelve 10 - 20 üzem közben nátrium-hexametafoszfát, trinátrium-foszfát és nátrium-nitrát vagy sinval vizes oldatán - 35 A berendezés folyamatos működésének időtartama, óra, nem tovább - 12 A berendezés elemeinek hűtése kényszerlevegő. Idő ultrahangos tisztítás egy szűrőelem, min, nem több, mint - 10 A berendezés kioldási ideje munkahelyzetben, min, legfeljebb - 35 A berakott helyzetbe hajtás ideje, min, legfeljebb - 15 Súly, kg, nem több - 510
Jótállási idő - az üzembe helyezéstől számított 18 hónap.
Kialakítás és működési elv
Az UZU4-1,6-O ultrahangos egység kialakítása (lásd az ábrát) egy mobil konténer, blokkokban kiegészítve.
Általános nézet és méretek ultrahangos egység UZU4-1,6-O
Az üzemben két technológiai fürdő található. A szűrők forgatásához és egyik fürdőből a másikba való átviteléhez kocsival van felszerelve. Minden fürdő PM1-1.6/18 típusú magnetostrikciós jelátalakítóval van felszerelve. A konverter hűtése levegővel történik, a generátor beépített. Az UZU4-1.6-O egység szállítási készlete a következőket tartalmazza: UZU-1.6-O ultrahangos egység, pótalkatrészek és tartozékok, 1 szett, működési dokumentáció készlet, 1 szett.
Az RU 2286216 számú szabadalom tulajdonosai:
A találmány tárgya eszközök ultrahangos tisztításra és szuszpenziók feldolgozására erős akusztikus térben, különösen oldásra, emulgeálásra, diszpergálásra, valamint készülékek mechanikai rezgések generálására és továbbítására magnetostrikciós hatás segítségével. A berendezés ultrahangos rúd-magnetostrikciós jelátalakítót, fém hengeres cső formájú munkakamrát és akusztikus hullámvezetőt tartalmaz, melynek sugárzó vége egy rugalmas tömítőgyűrűvel hermetikusan rögzítve van a hengeres cső alsó részéhez. , és ennek a hullámvezetőnek a vevő vége akusztikailag mereven csatlakozik a rúd ultrahangos átalakító sugárzó felületéhez . A berendezésbe egy gyűrű alakú magnetostrikciós emitter is be van vezetve, melynek mágneses áramköre akusztikailag mereven rá van nyomva a munkakamra csövére. Az ultrahangos egység kétfrekvenciás akusztikus mezőt képez a feldolgozott folyékony közegben, amely a végtermék minőségének csökkenése nélkül biztosítja a technológiai folyamat intenzívebbé válását. 3 w.p. f-ly, 1 ill.
A találmány tárgya eszközök ultrahangos tisztításra és szuszpenziók feldolgozására erős akusztikus térben, különösen oldásra, emulgeálásra, diszpergálásra, valamint készülékek mechanikai rezgések generálására és továbbítására magnetostrikciós hatás segítségével.
Ismeretes ultrahangos rezgések folyadékba bevitelére szolgáló berendezés (DE szabadalom, No. 3815925, B 08 B 3/12, 1989) ultrahangos érzékelővel, amelyet egy hermetikusan szigetelő karima segítségével hangkibocsátó kúppal rögzítenek. a folyadékfürdő belsejében lévő alsó területet.
legközelebbi műszaki megoldás a javasolt UZVD-6 típusú ultrahangos berendezés (A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "Ultrasonic elektrotechnical installations", Leningrád: Energoizdat, 1982, 169. o.), amely egy rúd ultrahangos jelátalakítót, egy formájú munkakamrát tartalmaz. fém hengeres cső, valamint akusztikus hullámvezető, amelynek sugárzó vége rugalmas tömítőgyűrűvel hermetikusan kapcsolódik a hengeres cső alsó részéhez, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven kapcsolódik a sugárzó felülethez. a rúd ultrahangos jelátalakítója.
Az azonosított ismert ultrahangos berendezések hátránya, hogy a munkakamrának egyetlen forrása van az ultrahangos rezgéseknek, amelyek a magnetostrikciós jelátalakítóból a hullámvezető végén keresztül jutnak el hozzá, amelynek mechanikai tulajdonságai és akusztikai paraméterei határozzák meg a maximálisan megengedhető sugárzást. intenzitás. Az ultrahangos rezgések eredő sugárzási intenzitása gyakran nem felel meg a technológiai folyamat követelményeinek a végtermék minőségét illetően, ami szükségessé teszi a folyékony közeg ultrahangos kezelési idejének meghosszabbítását és az intenzitás csökkenéséhez vezet. a technológiai folyamatról.
Így a szabadalmi kutatás során azonosított ultrahangos berendezések, az igényelt találmány analógja és prototípusa megvalósításuk esetén nem biztosítanak olyan műszaki eredmény elérését, amely a technológiai folyamat intenzifikációjának fokozásából áll anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne. termék.
A jelen találmány megoldja az ultrahangos berendezés létrehozásának problémáját, amelynek megvalósítása olyan műszaki eredmény elérését biztosítja, amely a technológiai folyamat intenzívebbé tételéből áll a végtermék minőségének csökkenése nélkül.
A találmány lényege abban rejlik, hogy egy ultrahangos berendezésben rúd-ultrahang-átalakítót, fémhengeres cső formájú munkakamrát és akusztikus hullámvezetőt tartalmaz, melynek sugárzó vége hermetikusan az alsó részhez van rögzítve. a hengeres csőnek egy rugalmas tömítőgyűrűvel, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikusan mereven csatlakozik a rúd ultrahangos jelátalakító sugárzó felületéhez, továbbá egy gyűrű alakú magnetostrikciós emitter kerül beépítésre, amelynek mágneses áramköre akusztikusan mereven rá van nyomva a munkakamra csövét. Ezenkívül a hullámvezető sugárzó végére az eltolóegység zónájában egy rugalmas tömítőgyűrű van rögzítve. Ebben az esetben a gyűrű alakú sugárzó mágneses áramkörének alsó vége egy síkban van az akusztikus hullámvezető sugárzó végével. Ezenkívül az akusztikus hullámvezető sugárzó végének felülete homorú, gömb alakú, a gömb sugara megegyezik a gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó mágneses áramkörének hosszának felével.
A technikai eredményt a következőképpen érjük el. A rúd ultrahangos jelátalakító ultrahangos rezgések forrása szükséges paramétereket akusztikai mező az installáció munkakamrájában a technológiai folyamat megvalósításához, amely biztosítja a végtermék intenzitását és minőségét. Egy akusztikus hullámvezető, amelynek sugárzó vége hermetikusan a hengeres cső alsó részéhez van rögzítve, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven kapcsolódik a rúd ultrahangos átalakító sugárzó felületéhez, biztosítja az ultrahang rezgések átvitelét a a munkakamra feldolgozott folyékony közege. Ugyanakkor a csatlakozás tömítettsége és mozgékonysága biztosított annak köszönhetően, hogy a hullámvezető sugárzó vége rugalmas tömítőgyűrűvel van rögzítve a munkakamra csövének alsó részéhez. A csatlakozás mobilitása lehetőséget ad a mechanikai rezgések átvitelére a jelátalakítóból a hullámvezetőn keresztül a munkakamrába, a feldolgozandó folyékony közegbe, a technológiai folyamat végrehajtásának lehetőségét, ebből következően a szükséges műszaki eredmény elérését.
Ezenkívül az igényelt beépítésnél a rugalmas tömítőgyűrű a hullámvezető sugárzó végére van rögzítve az eltolási csomópont zónájában, ellentétben a prototípussal, amelynél az elmozduló antinódus zónájában van felszerelve. Ennek eredményeként a prototípus szerinti beépítésnél a tömítőgyűrű csillapítja a rezgéseket és csökkenti az oszcillációs rendszer minőségi tényezőjét, ezáltal csökkenti a folyamat intenzitását. Az igényelt beépítésnél a tömítőgyűrű az eltolóegység tartományába van felszerelve, így nem befolyásolja az oszcillációs rendszert. Ez lehetővé teszi, hogy a prototípushoz képest nagyobb teljesítményt engedjünk át a hullámvezetőn, és ezáltal növeljük a sugárzás intenzitását, és ennek következtében fokozzuk a technológiai folyamatot anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne. Ezen túlmenően, mivel az igényelt telepítésnél a tömítőgyűrűt a csomópont területére szerelik fel, pl. a nulla deformáció zónájában nem esik össze a rezgésektől, megtartja a hullámvezető sugárzó végének kapcsolatának mozgékonyságát alsó a munkakamra csövei, amelyek lehetővé teszik a sugárzás intenzitásának megtakarítását. A prototípusban a tömítőgyűrű a hullámvezető maximális deformációjának zónájában van felszerelve. Ezért a gyűrű fokozatosan tönkremegy a rezgések hatására, ami fokozatosan csökkenti a sugárzás intenzitását, majd megsérti a csatlakozás tömítettségét és megzavarja a telepítés működését.
A gyűrűs magnetostrikciós emitter használata lehetővé teszi nagy konverziós teljesítmény és jelentős sugárzási terület megvalósítását (A. V. Donskoy, O. K. Keller, G. S. Kratysh "Ultrahangos elektrotechnológiai berendezések", Leningrád: Energoizdat, 1982, 34. o.), és ezért lehetővé teszi a technológiai folyamat intenzívebbé tétele a végtermék minőségének csökkenése nélkül.
Mivel a cső hengeres, a berendezésbe bevezetett magnetostrikciós emitter pedig gyűrű alakú, a mágneses áramkört a cső külső felületére lehet rányomni. Amikor a tápfeszültséget a mágneses áramkör tekercsére kapcsoljuk, a lemezekben magnetostrikciós hatás lép fel, ami a mágneses áramkör gyűrűs lemezeinek sugárirányú deformációjához vezet. Ugyanakkor, mivel a cső fémből készül, és a mágneses áramkör akusztikailag mereven rá van nyomva a csőre, a mágneses kör gyűrűs lemezeinek deformációja a csőfal sugárirányú rezgéseivé alakul át. Ennek eredményeként a gyűrűs magnetostrikciós emitter gerjesztő generátorának elektromos rezgései radiálissá alakulnak. mechanikai rezgések magnetostrikciós lemezek, valamint a mágneses kör sugárzási síkjának akusztikailag merev kapcsolata miatt a csőfelülettel a mechanikai rezgések a csőfalakon keresztül jutnak át a feldolgozott folyékony közegbe. Ebben az esetben a feldolgozott folyékony közegben az akusztikus rezgések forrása a munkakamra hengeres csövének belső fala. Ennek eredményeként az igényelt berendezésben feldolgozott folyékony közegben egy második rezonanciafrekvenciájú akusztikus tér jön létre. Ugyanakkor a gyűrű alakú magnetostrikciós emitter bevezetése az igényelt telepítésben megnöveli a sugárzó felület területét a prototípushoz képest: a hullámvezető sugárzó felülete és a munkakamra belső falának egy része, a külső oldalon. amelynek felületére gyűrű alakú magnetostrikciós emittert nyomunk. A sugárzó felület területének növekedése növeli az akusztikus mező intenzitását a munkakamrában, és ezáltal lehetővé teszi a technológiai folyamat intenzívebbé tételét anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.
A gyűrű alakú sugárzó mágneses áramkörének alsó vége az akusztikus hullámvezető sugárzó végével egy síkban van a legjobb lehetőség, mivel a hullámvezető sugárzó vége alá helyezése a gyűrű alakú jelátalakító (gyűrűs radiátor - cső) holt (stagnáló) zónájának kialakulásához vezet. A gyűrű alakú emitter mágneses áramkörének alsó végét a hullámvezető sugárzó vége fölé helyezve csökkenti a gyűrű alakú konverter hatásfokát. Mindkét lehetőség a teljes akusztikus térnek a feldolgozott folyékony közegre gyakorolt hatásának intenzitásának csökkenéséhez, következésképpen a technológiai folyamat intenzitásának csökkenéséhez vezet.
Mivel a gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó sugárzó felülete hengeres fal, ezért a hangenergia fókuszált, azaz. az akusztikus tér koncentrációja a cső axiális vonala mentén jön létre, amelyre az emitter mágneses köre rányomódik. Mivel egy rúd ultrahangos átalakító sugárzó felülete homorú gömb alakú, ez a sugárzó felület a hangenergiát is fókuszálja, de egy olyan pont közelében, amely a cső középvonalán fekszik. Így különböző gyújtótávolságon mindkét sugárzó felület gócai egybeesnek, és erőteljes akusztikus energiát koncentrálnak a munkakamra kis térfogatában. Mivel a gyűrű alakú sugárzó mágneses áramkörének alsó vége ugyanabban a síkban van, mint az akusztikus hullámvezető sugárzó vége, amelyben a konkáv gömb sugara megegyezik a gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó mágneses áramkörének hosszának felével, az akusztikus energia fókuszpontja a cső axiális vonalának közepén fekszik, azaz. az installáció munkakamrájának közepén az erőteljes akusztikus energia kis térfogatban koncentrálódik ("Ultrahang. Little Encyclopedia", főszerkesztő I. P. Golyanina, M .: Szovjet Enciklopédia, 1979, 367-370. Mindkét sugárzó felület akusztikus energiáinak fókuszálása területén az akusztikus tér hatásának intenzitása a feldolgozott folyékony közegre több százszor nagyobb, mint a kamra más területein. Lokális kötet jön létre erőteljes expozíciós intenzitással a mezőre. A becsapódás helyi erős intenzitása miatt még a nehezen vágható anyagok is tönkremennek. Ezenkívül ebben az esetben az erős ultrahangot eltávolítják a falakról, amely megvédi a kamra falait a falroncsoló termék által feldolgozott anyag tönkremenetelétől és szennyeződésétől. Így az akusztikus hullámvezető sugárzó végének felületének kivitelezése homorú, gömb alakú, a gömb sugara megegyezik a gyűrű alakú magnetostrikciós emitter mágneses áramkörének felével, növeli az akusztikus tér hatásának intenzitását. a feldolgozott folyékony közeg, és ezáltal biztosítja a technológiai folyamat intenzívebbé tételét anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.
Amint fentebb látható, az igényelt berendezésben a feldolgozott folyékony közegben két rezonanciafrekvenciájú akusztikus tér jön létre. Az első rezonanciafrekvenciát a rúd magnetostrikciós átalakító rezonanciafrekvenciája határozza meg, a másodikat a gyűrű alakú magnetostrikciós emitter rezonanciafrekvenciája, amelyet a munkakamra csövére nyomnak. A gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó rezonanciafrekvenciáját az lcp=λ=c/fres kifejezésből határozzuk meg, ahol lcp a sugárzó mágneses áramkörének középvonalának hossza, λ a mágneses áramkör anyagában lévő hullámhossz, c a rugalmas oszcilláció sebessége a mágneses áramkör anyagában, fres a sugárzó rezonanciafrekvenciája (A. V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "Ultrasonic elektrotechnical installations", Leningrád: Energoizdat, 1982, 25. o. ). Más szóval, a berendezés második rezonanciafrekvenciáját a gyűrű alakú mágneses áramkör középvonalának hossza határozza meg, amelyet viszont a munkakamra csövének külső átmérője határoz meg: minél hosszabb a gyűrű középvonala. mágneses áramkör, minél alacsonyabb a berendezés második rezonanciafrekvenciája.
A két rezonanciafrekvencia jelenléte az igényelt telepítésben lehetővé teszi a folyamat intenzívebbé tételét a végtermék minőségének veszélyeztetése nélkül. Ennek magyarázata a következő.
Ha a kezelt folyékony közegben akusztikus tér hatásának van kitéve, akusztikus áramlások keletkeznek - a folyadék álló örvényáramai, amelyek szabad, inhomogén hangtérben fordulnak elő. Az igényelt beépítésben a feldolgozott folyékony közegben kétféle akusztikus hullám keletkezik, mindegyiknek saját rezonanciafrekvenciája van: egy hengeres hullám sugárirányban terjed. belső felület csövek (munkakamra), és a munkakamra mentén alulról felfelé síkhullám terjed. A két rezonanciafrekvencia jelenléte fokozza az akusztikus áramlások hatását a feldolgozott folyékony közegre, mivel mindegyik rezonanciafrekvencia saját akusztikus áramlásokat hoz létre, amelyek intenzíven keverik a folyadékot. Ez az akusztikus áramlások turbulenciájának növekedéséhez és a kezelt folyadék még intenzívebb keveredéséhez is vezet, ami növeli az akusztikus tér hatásának intenzitását a kezelt folyékony közegre. Ennek eredményeként a technológiai folyamat intenzívebbé válik anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.
Ezenkívül egy akusztikus mező hatására kavitáció lép fel a feldolgozott folyékony közegben - a folyékony közeg képződése megszakad, ahol helyi nyomáscsökkenés következik be. A kavitáció hatására gőz-gáz kavitációs buborékok képződnek. Ha az akusztikus tér gyenge, a buborékok rezonálnak és pulzálnak a térben. Ha az akusztikus tér erős, a buborék egy hanghullám periódusa után összeesik (ideális eset), amikor belép a mező által létrehozott nagy nyomású tartományba. A buborékok összeomlásuk során erős hidrodinamikai zavarokat keltenek a folyékony közegben, intenzív akusztikus hullámokat sugároznak, és a kavitáló folyadékkal szomszédos szilárd anyagok felületének pusztulását okozzák. Az igényelt installációban az akusztikus tér erősebb, mint a prototípus szerinti installáció akusztikus mezője, amit két rezonáns frekvencia jelenléte magyaráz. Ennek eredményeként az igényelt beépítésben nagyobb a kavitációs buborékok összeomlásának valószínűsége, ami fokozza a kavitációs hatásokat és növeli az akusztikus tér hatásának intenzitását a kezelt folyékony közegre, ezáltal biztosítja a technológiai folyamat intenzívebbé tételét anélkül, hogy csökkentené. a végtermék minősége.
Minél alacsonyabb az akusztikus tér rezonanciafrekvenciája, annál nagyobb a buborék, mivel az alacsony frekvencia periódusa nagy, és a buborékoknak van idejük növekedni. A buborékok élettartama a kavitáció során egy frekvenciaperiódus. Amikor a buborék bezárul, erős nyomást kelt. Minél nagyobb a buborék, annál több magas nyomású bezárásakor jön létre. Az igényelt ultrahangos berendezésben a kezelt folyadék kétfrekvenciás szonikálása miatt a kavitációs buborékok mérete eltérő: a nagyobbak alacsony frekvenciájú folyékony közeg hatásának, a kicsik pedig a magas frekvenciának köszönhetőek. A felületek tisztítása vagy a szuszpenzió feldolgozása során a kis buborékok behatolnak a szilárd részecskék repedéseibe és üregeibe, és összeomlanak, mikro-hatást okozva, belülről gyengítve a szilárd részecske integritását. A nagyobb buborékok összeomlanak, új mikrorepedések kialakulását idézik elő a szilárd részecskékben, tovább gyengítve a mechanikai kötéseket. A szilárd részecskék megsemmisülnek.
Az emulgeálás, az oldás és a keverés során a nagy buborékok elpusztítják az intermolekuláris kötéseket a jövőbeni keverék komponenseiben, lerövidítve a láncokat, és feltételeket teremtenek a kis buborékok számára az intermolekuláris kötések további megsemmisítéséhez. Ennek eredményeként a technológiai folyamat intenzívebbé válik anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.
Ezenkívül az igényelt telepítésben a feldolgozott folyékony közegben a különböző rezonanciafrekvenciájú akusztikus hullámok kölcsönhatása következtében két frekvencia szuperpozíciója miatt ütések lépnek fel (a szuperpozíció elve), amelyek hirtelen, hirtelen növekedést okoznak. az akusztikus nyomás amplitúdója. Ilyen pillanatokban az akusztikus hullám becsapódási ereje többszörösen meghaladhatja a berendezés fajlagos teljesítményét, ami felerősíti a technológiai folyamatot és nemhogy nem csökkenti, hanem javítja a végtermék minőségét. Ezenkívül az akusztikus nyomás amplitúdójának éles növekedése megkönnyíti a kavitációs magok ellátását a kavitációs zónába; a kavitáció fokozódik. Kavitációs buborékok, pórusok képződése, egyenetlenségek, felületi repedések szilárd test, amelyek szuszpenzióban vannak, helyi akusztikus áramlásokat képeznek, amelyek minden mikrotérfogatban intenzíven keverik a folyadékot, ami lehetővé teszi a technológiai folyamat intenzívebbé tételét is anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.
A fentiekből tehát az következik, hogy az igényelt ultrahangos berendezés a feldolgozott folyékony közegben kétfrekvenciás akusztikus tér kialakításának lehetőségéből adódóan a megvalósítás során olyan műszaki eredmény elérését biztosítja, amely a hangsugárzó intenzitásának fokozásából áll. technológiai folyamat a végtermék minőségének csökkenése nélkül: felülettisztítás eredménye, szilárd komponensek folyadékban diszpergálása, folyékony közeg összetevőinek emulgeálási, keverési és oldódási folyamata.
A rajzon az igényelt ultrahangos telepítés látható. Az ultrahangos berendezés tartalmaz egy ultrahangos rúd magnetostrikciós átalakítót 2 sugárzó felülettel, egy akusztikus hullámvezetőt 3, egy 4 munkakamrát, egy gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó 5 mágneses áramkörét 6, egy rugalmas tömítőgyűrűt 7, egy 8 csapot. az 5 mágneses áramkörben gerjesztő tekercs készítéséhez (nincs ábrázolva). A 4 munkakamra fémből, például acélból készül, hengeres csőből. A beépítési példában a 3 hullámvezető csonka kúp alakú, amelyben a 10 sugárzó vég egy rugalmas 7 tömítőgyűrű segítségével hermetikusan van rögzítve a 4 munkakamra csövének alsó részéhez, és a a 11 fogadóvég tengelyirányban egy 8 tűvel van összekötve az 1 konverter 2 sugárzó felületével. Az 5 mágneses áramkör gyűrű alakú magnetostrikciós lemezcsomag formájában készül, és akusztikailag mereven a munkakamra csövére van nyomva. 4; ezen túlmenően az 5 mágneses áramkör egy gerjesztőtekerccsel van ellátva (nincs ábrázolva).
A rugalmas 7 tömítőgyűrű a 3 hullámvezető 10 sugárzó végére van rögzítve az eltoló csomópont zónájában. Ebben az esetben a gyűrű alakú 6 sugárzó 5 mágneses áramkörének alsó vége egy síkban van a 3 akusztikus hullámvezető 10 sugárzó végével. Ezen túlmenően a 3 akusztikus hullámvezető 10 sugárzó végének felülete is ki van alakítva. homorú, gömb alakú, a gömb sugara megegyezik a gyűrű alakú magnetostrikciós 6 sugárzó 5 mágneses áramkörének felével.
Rúd ultrahangos átalakítóként például PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) vagy PMS-15-22 (9SuIT.671.119.003 TU) típusú ultrahangos magnetostrikciós átalakító használható. Ha a technológiai folyamat magasabb frekvenciákat igényel: 44 kHz, 66 kHz stb., akkor a rúd-átalakító piezokerámia alapú.
Az 5 mágneses áramkör negatív szigorítású anyagból, például nikkelből készülhet.
Az ultrahangos telepítés a következőképpen működik. A tápfeszültséget az 1 konverter és a gyűrű alakú magnetostrikciós emitter 6 gerjesztő tekercsére kapcsoljuk. A 4 munkakamra 12 folyékony közeggel van megtöltve, amelyet feldolgozunk, például oldás, emulgeálás, diszperzió végrehajtására, vagy feltöltjük folyékony közeg, amelybe a felületek tisztítására szolgáló alkatrészeket helyeznek. Miután a tápfeszültséget a 4 munkakamrában a 12 folyékony közegben rákapcsoltuk, két rezonanciafrekvenciájú akusztikus tér jön létre.
A kezelt 12 közegben kialakuló kétfrekvenciás akusztikus tér hatására akusztikus áramok és kavitáció lép fel. Ebben az esetben, amint fentebb látható volt, a kavitációs buborékok mérete különbözik: a nagyobbak a folyékony közegre gyakorolt alacsony frekvenciájú hatás eredménye, a kicsik pedig a nagy frekvenciájúak.
Kavitáló folyékony közegben, például felületek diszpergálásakor vagy tisztításakor kis buborékok hatolnak be a keverék szilárd komponensének repedéseibe és üregeibe, és összeomlanak, mikro-ütőhatásokat hoznak létre, gyengítve a szilárd részecske integritását belülről. A nagyobb buborékok összeomlanak, a belülről legyengült részecskét apró frakciókra törik.
Ezenkívül a különböző rezonanciafrekvenciájú akusztikus hullámok kölcsönhatása következtében ütemek keletkeznek, ami az akusztikus nyomás amplitúdójának hirtelen megnövekedéséhez vezet (akusztikus hatás), ami a felületi rétegek még intenzívebb pusztulásához vezet. a kezelt folyadékban lévő szilárd frakciók még nagyobb őrlésére a szuszpenzió átvételekor. Ugyanakkor a két rezonanciafrekvencia jelenléte fokozza az akusztikus áramlások turbulenciáját, ami hozzájárul a feldolgozott folyékony közeg intenzívebb keveredéséhez és a szilárd részecskék intenzívebb pusztulásához mind az alkatrész felületén, mind a szuszpenzióban.
Az emulgeálás és az oldás során a nagy kavitációs buborékok elpusztítják az intermolekuláris kötéseket a jövőbeni keverék komponenseiben, lerövidítve a láncokat, és feltételeket teremtenek a kis kavitációs buborékok intermolekuláris kötéseinek további megsemmisítéséhez. Az akusztikus lökéshullám és az akusztikus áramlások megnövekedett turbulenciája, amely a feldolgozott folyékony közeg kétfrekvenciás szondázásának eredménye, szintén tönkreteszi az intermolekuláris kötéseket és fokozza a közegkeveredés folyamatát.
A fenti tényezőknek a feldolgozott folyékony közegre gyakorolt együttes hatása eredményeként a végtermék minőségének romlása nélkül felerősödik az elvégzendő technológiai folyamat. Amint a tesztek kimutatták, a prototípushoz képest az igényelt konverter teljesítménysűrűsége kétszer akkora.
A kavitációs hatás fokozása érdekében a telepítésben megnövelt statikus nyomás biztosítható, amely a prototípushoz hasonlóan megvalósítható (A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "Ultrasonic elektrotechnológiai installációk", Leningrad: Energoizdat, 1982, 169. o.) : a munkakamra belső térfogatához kapcsolódó csővezetékrendszer; sűrített levegős henger; biztonsági szelep és nyomásmérő. Ebben az esetben a munkakamrát lezárt fedéllel kell ellátni.
1. Ultrahangos eszköz, amely rúd ultrahangos átalakítót, fémhengeres cső alakú munkakamrát és akusztikus hullámvezetőt tartalmaz, amelynek sugárzó vége elasztikusan hermetikusan van rögzítve a hengeres cső alsó részéhez. tömítőgyűrű, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven csatlakozik egy rúd ultrahangos jelátalakító sugárzó felületéhez, azzal jellemezve, hogy a berendezésbe egy gyűrű alakú magnetostrikciós emitter is be van vezetve, amelynek mágneses áramköre akusztikailag mereven rá van nyomva a csőre. a munkakamrából.
2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rugalmas tömítőgyűrű a hullámvezető sugárzó végén az eltolási csomópont zónájában van rögzítve.
3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrű alakú sugárzó mágneses áramkörének alsó vége az akusztikus hullámvezető sugárzó végével egy síkban van elhelyezve.
4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az akusztikus hullámvezető sugárzó végének felülete homorú, gömb alakú, a gömb sugara a gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó mágneses áramkörének hosszának felével egyenlő.
Bármely ultrahang részeként feldolgozó üzem, többek között a többfunkciós eszközök összetétele energiaforrást (generátort) és ultrahangos oszcillációs rendszert tartalmaz.
A technológiai célú ultrahangos oszcillációs rendszer egy átalakítóból, egy illesztő elemből és egy munkaeszközből (emitterből) áll.
Az oszcillációs rendszer átalakítójában (aktív elemében) az elektromos rezgések energiája ultrahangfrekvenciás rugalmas rezgések energiájává alakul, és váltakozó mechanikai erő jön létre.
A rendszer illesztő eleme (passzív koncentrátor) végzi a fordulatszámok átalakítását és biztosítja a külső terhelés és a belső aktív elem összehangolását.
A munkaeszköz ultrahangos mezőt hoz létre a feldolgozott objektumban, vagy közvetlenül befolyásolja azt.
Az ultrahangos oszcillációs rendszerek legfontosabb jellemzője a rezonanciafrekvencia. Ez annak köszönhető, hogy a technológiai folyamatok hatékonyságát a rezgések amplitúdója (rezgéseltolódási értékek) határozza meg, és az amplitúdók maximális értékei akkor érhetők el, ha az ultrahangos oszcillációs rendszert a rezonanciafrekvencián gerjesztik. Az ultrahangos rezgőrendszerek rezonanciafrekvenciájának értékeinek a megengedett tartományon belül kell lenniük (multifunkciós ultrahangos készülékeknél ez a frekvencia 22 ± 1,65 kHz).
Az ultrahangos oszcillációs rendszerben felhalmozott energia és a technológiai cselekvéshez felhasznált energia arányát az egyes rezgési periódusokban az oszcillációs rendszer minőségi tényezőjének nevezzük. A minőségi tényező határozza meg a rezgések maximális amplitúdóját a rezonanciafrekvencián és az oszcillációk amplitúdójának frekvenciától való függésének jellegét (azaz a frekvenciatartomány szélességét).
Kinézet Egy tipikus ultrahangos oszcillációs rendszer látható a 2. ábrán, amely egy jelátalakítóból - 1, egy transzformátorból (agyból) - 2, egy munkaeszközből - 3, egy tartóból - 4 és egy házból - 5 áll.
2. ábra - Két félhullámú oszcillációs rendszer és az A lengési amplitúdók és a ható F mechanikai feszültségek eloszlása
Az A lengési amplitúdó és az F erők (mechanikai feszültségek) eloszlása az oszcillációs rendszerben állóhullámok formájában történik (feltéve, hogy a veszteségeket és a sugárzást figyelmen kívül hagyjuk).
A 2. ábrán látható, hogy vannak olyan síkok, amelyekben az elmozdulások és a mechanikai feszültségek mindig nullával egyenlőek. Ezeket a síkokat csomópontnak nevezzük. Azokat a síkokat, amelyekben az elmozdulások és feszültségek minimálisak, antinódusoknak nevezzük. Az elmozdulások (amplitúdók) maximális értékei mindig megfelelnek a mechanikai feszültségek minimális értékeinek, és fordítva. A két szomszédos csomópont vagy antinódus közötti távolság mindig a hullámhossz felével egyenlő.
Egy oszcillációs rendszerben mindig vannak olyan kapcsolatok, amelyek az elemeinek akusztikai és mechanikai kapcsolatát biztosítják. A csatlakozások lehetnek egyrészesek, de ha munkaszerszám cserére van szükség, a csatlakozások menetesek.
Az ultrahangos oszcillációs rendszer a házzal, a tápegységekkel és a szellőzőnyílásokkal együtt általában külön egységként készül. A jövőben az ultrahangos oszcillációs rendszer kifejezést használva a teljes csomópont egészéről fogunk beszélni.
A multifunkcionális ultrahangos berendezésekben technológiai célokra használt oszcillációs rendszernek számos általános követelménynek kell megfelelnie.
1) Egy adott frekvenciatartományban dolgozzon;
2) A technológiai folyamat során a terhelés minden lehetséges változásával dolgozni;
3) Biztosítsa a szükséges sugárzási intenzitást vagy oszcillációs amplitúdót;
4) A lehető legmagasabb hatékonysággal rendelkezzen;
5) Az ultrahangos oszcillációs rendszernek a feldolgozott anyagokkal érintkező részeinek kavitációval és vegyszerállósággal kell rendelkezniük;
6) A testben legyen merev rögzítés;
7) Minimális méretekkel és tömeggel kell rendelkeznie;
8) A biztonsági előírásokat be kell tartani.
A 2. ábrán látható ultrahangos oszcillációs rendszer egy két félhullámú oszcillációs rendszer. Ebben a jelátalakító rezonanciamérete megegyezik az átalakító anyagában lévő ultrahang rezgések hullámhosszának felével. Az oszcillációs amplitúdó növelésére és a jelátalakító és a feldolgozott közeg összehangolására egy koncentrátort használnak, amelynek rezonanciamérete megfelel a koncentrátor anyagában lévő ultrahang rezgések hullámhosszának felének.
Ha a 2. ábrán látható oszcillációs rendszer acélból készül (az ultrahangos rezgések terjedési sebessége az acélban több, mint 5000 m/s), akkor teljes hosszmérete L = С2p/w ~ 23 cm.
A nagy tömörség és kis tömeg követelményeinek kielégítésére félhullámú oszcillációs rendszereket alkalmaznak, amelyek egy negyedhullámú konverterből és koncentrátorból állnak. Egy ilyen oszcillációs rendszer vázlatosan látható a 3. ábrán Az oszcillációs rendszer elemeinek jelölései megfelelnek a 3. ábra jelöléseinek.
3. ábra - Kétnegyed hullámú oszcillációs rendszer
Ebben az esetben lehetőség nyílik az ultrahangos oszcillációs rendszer lehető legkisebb hosszirányú méretének és tömegének biztosítására, valamint a mechanikai csatlakozások számának csökkentésére.
Az ilyen oszcillációs rendszer hátránya, hogy a konverter a legnagyobb mechanikai feszültségek síkjában kapcsolódik a koncentrátorhoz. Ez a hátrány azonban részben kiküszöbölhető, ha az átalakító aktív elemét eltoljuk a maximális üzemi feszültség pontjáról.
Ultrahangos készülékek használata
Az erős ultrahang egyedülálló környezetbarát eszköz a fizikai és kémiai folyamatok serkentésére. Ultrahangos rezgések 20 000 - 60 000 Hertz frekvenciával és 0,1 W / négyzetcm feletti intenzitással. visszafordíthatatlan változásokat okozhat az elosztási környezetben. Előre meghatározza a lehetőségeket gyakorlati használat erős ultrahang a következő területeken.
Technológiai folyamatok: ásványi nyersanyagok feldolgozása, fémércek dúsítása és hidrometallurgia eljárásai stb.
Olaj és gázipar: felépülés olajkutak, viszkózus olaj kinyerése, elválasztási folyamatok a homok-nehézolaj rendszerben, nehézolajtermékek folyékonyságának növelése stb.
Kohászat és gépészet: fémolvadékok finomítása, tuskó/öntvény szerkezetének csiszolása, fémfelület feldolgozása annak keményítésére és a belső feszültségek enyhítésére, gépalkatrészek külső felületeinek és belső üregeinek tisztítása stb.
Kémiai és biokémiai technológiák: extrakció, szorpció, szűrés, szárítás, emulgeálás, szuszpenziók előállítása, keverés, diszperzió, oldás, flotáció, gáztalanítás, bepárlás, koagulálás, összevonás, polimerizációs és depolimerizációs folyamatok, nanoanyagok előállítása stb.
Energia: folyadék égése és szilárd tüzelőanyag, üzemanyag emulziók készítése, bioüzemanyagok gyártása stb.
Mezőgazdaság, élelmiszer- és könnyűipar: vetőmag csírázási és növénynövekedési folyamatok, élelmiszer-adalékanyagok készítése, cukrászati technológia, alkoholos és alkoholmentes italok készítése stb.
segédprogramok: vízkutak visszanyerése, ivóvíz előkészítése, lerakódások eltávolítása a belső falakról hőcserélők stb.
Védelem környezet: takarítás Szennyvíz olajtermékekkel, nehézfémekkel, perzisztens szerves vegyületekkel szennyezett, szennyezett talajok tisztítása, ipari gázáramok tisztítása stb.
Másodlagos nyersanyagok feldolgozása: gumi devulkanizálása, kohászati vízkő tisztítása az olajszennyezéstől stb.
