Laboratóriumi ultrahangos berendezések. Ultrahangos és ultrahangos berendezések. Az ultrahangos berendezések típusai. Ultrahangos folyamatvezérlés

Bármilyen ultrahangos technológiai egység, beleértve a multifunkcionális eszközök összetételét, beleértve az energiaforrást (generátort) és az ultrahangos rezgőrendszert.

A technológiai célú ultrahangos vibrációs rendszer egy jelátalakítóból, egy hozzáillő elemből és egy munkaeszközből (emitter) áll.

A rezgési rendszer jelátalakítójában (aktív eleme) az elektromos rezgések energiája ultrahangos frekvenciájú rugalmas rezgések energiájává alakul, és váltakozó mechanikai erő jön létre.

A rendszer illeszkedő eleme (passzív koncentrátor) átalakítja a sebességeket, és biztosítja a külső terhelés és a belső aktív elem illeszkedését.

A munkaeszköz ultrahangos mezőt hoz létre a feldolgozandó objektumban, vagy közvetlenül befolyásolja azt.

Az ultrahangos oszcilláló rendszerek legfontosabb jellemzője a rezonanciafrekvencia. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a technológiai folyamatok hatékonyságát a rezgések amplitúdója (rezgéselmozdulások értékei) határozza meg, és az amplitúdók maximális értékei akkor érhetők el, amikor az ultrahangos rezgésrendszert a rezonancia frekvencián gerjesztik. . Az ultrahangos rezgőrendszerek rezonanciafrekvenciájának értékeinek a megengedett tartományon belül kell lenniük (multifunkcionális ultrahangos készülékeknél ez a frekvencia 22 ± 1,65 kHz).

Az oszcillációs rendszer minőségi tényezőjének nevezzük az ultrahangos oszcillációs rendszerben felhalmozott energia és a technológiai hatáshoz felhasznált energia arányát minden egyes oszcillációs periódusban. A minőségi tényező határozza meg a rezgések maximális amplitúdóját a rezonanciafrekvencián, és az oszcillációk amplitúdójának a frekvenciától való függőségét (azaz a frekvenciatartomány szélességét).

Megjelenés A 2. ábrán egy tipikus ultrahangos vibrációs rendszer látható. Ez egy jelátalakítóból - 1, transzformátorból (koncentrátorból) - 2, egy munkaeszközből - 3, egy tartóból - 4 és egy házból - 5.

2. ábra-Két félhullámú oszcillációs rendszer és az A oszcillációs amplitúdók eloszlása ​​és az F mechanikus feszültségek

Az oszcillációs A amplitúdó és F erők (mechanikai igénybevételek) amplitúdója az oszcillációs rendszerben állóhullámok formájában jelenik meg (feltéve, hogy a veszteségeket és a sugárzást figyelmen kívül hagyják).

Amint a 2. ábrán látható, vannak olyan síkok, amelyekben az elmozdulások és a mechanikai feszültségek mindig nullák. Ezeket a síkokat csomópontoknak nevezik. Azokat a síkokat, amelyekben az elmozdulások és feszültségek minimálisak, antinódáknak nevezzük. Az elmozdulások (amplitúdók) maximális értékei mindig megfelelnek a mechanikai feszültségek minimális értékeinek, és fordítva. A két szomszédos csomóponti sík vagy antinód közötti távolság mindig egyenlő a hullámhossz felével.

Az oszcilláló rendszerben mindig vannak olyan kapcsolatok, amelyek elemeinek akusztikus és mechanikus csatlakoztatását biztosítják. A csatlakozók lehetnek egy darabból állóak, azonban ha szükség van a munkaeszköz cseréjére, a csatlakozók menetesek.

Az ultrahangos oszcillációs rendszert a házzal, a tápfeszültség -ellátó eszközökkel és a szellőzőnyílásokkal együtt általában külön egységként kell elvégezni. A következőkben az amerikai oszcillációs rendszer kifejezést használva a teljes egységről beszélünk.

A multifunkcionális ultrahangos készülékekben technológiai célokra használt oszcilláló rendszernek számos általános követelménynek kell megfelelnie.

1) Dolgozzon egy adott frekvenciatartományban;

2) dolgozzon minden lehetséges terhelésváltozással a technológiai folyamat során;

3) Adja meg a szükséges sugárzási intenzitást vagy rezgési amplitúdót;

4) Legyen a lehető legnagyobb hatékonyság;

5) Az ultrahangos rezgőrendszernek a feldolgozott anyagokkal érintkező részeinek kavitációval és vegyszerállósággal kell rendelkezniük;

6) Legyen merev rögzítése a tokban;

7) minimális méretekkel és tömeggel kell rendelkeznie;

8) A biztonsági követelményeknek meg kell felelni.

A 2. ábrán látható ultrahangos oszcilláló rendszer két félhullámú oszcilláló rendszer. Ebben a jelátalakító rezonancia mérete megegyezik az ultrahangos rezgések hullámhosszának felével az átalakító anyagában. A rezgések amplitúdójának növelésére és a jelátalakítónak a feldolgozandó közeggel való összehangolására koncentrálót használnak, amelynek rezonancia mérete megegyezik a koncentrátor anyagában lévő ultrahangos rezgések hullámhosszának felével.

Ha a 2. ábrán látható oszcilláló rendszer acélból készült (az ultrahangos rezgések terjedési sebessége acélban több mint 5000 m / s), akkor teljes hosszanti mérete L = С2p / w ~ 23 cm.

A nagy tömörség és könnyű súly követelményeinek kielégítésére félhullámú oszcillációs rendszereket használnak, amelyek egy negyedhullámú átalakítóból és egy koncentrátorból állnak. Egy ilyen oszcilláló rendszert sematikusan a 3. ábra mutat be. Az oszcillációs rendszer elemeinek megnevezése megfelel a 3. ábrán szereplő jelöléseknek.

3. ábra-Kétnegyed hullámú oszcillációs rendszer

Ebben az esetben lehetőség van az ultrahangos rezgőrendszer minimális lehetséges hosszirányú méretének és tömegének biztosítására, valamint a mechanikus csatlakozások számának csökkentésére.

Az ilyen oszcilláló rendszer hátránya, hogy a konverter a koncentrátorral van összekötve a legnagyobb mechanikai igénybevétel síkjában. Ez a hátrány azonban részben kiküszöbölhető, ha a konverter aktív elemét elmozdítja a maximális üzemi feszültség pontjától.

Ultrahang készülékek alkalmazása

A hatékony ultrahang egyedülálló környezetbarát eszköz a fizikai és kémiai folyamatok stimulálására. Ultrahangos rezgések 20 000 - 60 000 Hertz frekvenciával és 0,1 W / négyzetméter feletti intenzitással. visszafordíthatatlan változásokat okozhat az elosztási környezetben. Ez előre meghatározza a lehetőségeket gyakorlati használat hatékony ultrahang a következő területeken.

Technológiai folyamatok: ásványi nyersanyagok feldolgozása, fémércek hasznosítása és hidrometallurgia folyamata stb.

Olaj és gázipar: gyógyulás olajkutak, viszkózus olaj kinyerése, elválasztási folyamatok a homokban - nehéz olajrendszer, a nehéz olajtermékek folyékonyságának növelése stb.

Kohászat és gépipar: fémolvadékok finomítása, öntvény / öntvény szerkezetének csiszolása, fémfelület feldolgozása annak megerősítésére és a belső feszültségek enyhítésére, a gépi alkatrészek külső felületeinek és belső üregeinek tisztítása stb.

Kémiai és biokémiai technológiák: extrakció, szorpció, szűrés, szárítás, emulgeálás, szuszpenziók előállítása, keverés, diszpergálás, oldás, flotálás, gáztalanítás, párolgás, koaguláció, egyesítés, polimerizációs és depolimerizációs folyamatok, nanoanyagok előállítása stb.

Energia: folyadék elégetése és szilárd tüzelőanyag, üzemanyag -emulziók készítése, bioüzemanyagok előállítása stb.

Mezőgazdaság, élelmiszeripar és könnyűipar: vetőmag csírázási és növénynövekedési folyamatok, élelmiszer-adalékanyagok előállítása, cukrászati ​​technológia, alkoholos és alkoholmentes italok készítése stb.

Kommunális szolgáltatások: vízkutak visszanyerése, ivóvíz készítése, lerakódások eltávolítása a belső falakról hőcserélők stb.

Védelem a környezet: takarítás Szennyvíz olajtermékekkel, nehézfémekkel, perzisztens szerves vegyületekkel szennyezett, szennyezett talajok tisztítása, ipari gázáramok tisztítása stb.

Másodlagos nyersanyagok újrahasznosítása: gumi devulcanization, kohászati ​​méretek tisztítása az olajszennyeződéstől stb.

A SonoStep laboratóriumi egység egyesíti az ultrahangos feldolgozást, a keverést és a mintakezelést; azonban kompakt kialakítású. Könnyű vele dolgozni, és felhasználható ultrahangos minták analitikai eszközökbe, például részecskeméret -mérésekbe történő szállítására.

Az ultrahangos kezelés elősegíti az agglomerált részecskék diszpergálását a diszperzió és az emulziók elkészítéséhez és elemzéséhez. Ez fontos részecskeméret mérésekor, például dinamikus fényszórás vagy lézerdiffrakció alkalmazásával.

Hatékony és egyszerű

Szabványos mintavisszaforgatás, ultrahangos generátor - ultrahangos generátor, keverő - keverő, ultrahangos jelátalakító - ultrahangos jelátalakító, szivattyú - szivattyú, analitikai eszköz - analitikai műszer Mintavisszaforgatás SonoStep, ultrahangos generátor és átalakító segítségével - ultrahangos generátor és jelátalakító, motor szivattyúfejjel - motor szivattyúval, analitikai eszköz - analitikai műszer

Az ultrahang felhasználásához a minta visszaforgatásához négy komponensre van szükség: egy keverőedényre, egy ultrahangos generátorra és jelátalakítóra (transzducer), valamint egy szivattyúra. Mindezeket az alkatrészeket tömlők vagy csövek kötik össze. Tipikus telepítésábrán látható (standard recirkuláció).

A SonoStep készülék ultrahangos forrást és centrifugálszivattyút tartalmaz egy rozsdamentes acélpohárban (lásd a „Minta recirkulálása Sonostep használatával” ábrát).

A SonoStep eszköz csatlakoztatva van az analitikai műszerhez.

Folyamatos ultrahangos kezelés a legjobb eredmény érdekében

Az ultrahangos feldolgozás javítja a részecskeméret és a morfológiai mérések pontosságát, mivel a SonoStep három fontos funkciót lát el:

• keringés

Az ultrahang eltávolítja a levegőt a folyadékból, és ezáltal kiküszöböli a buborékok zavaró hatását a mérésre. Szabályozott áramlási sebességgel szivattyúzza a minta térfogatát, és szétszórja a részecskéket a folyadékban. Az ultrahangos energiát közvetlenül a szivattyú forgórésze alatt alkalmazzák az agglomerált részecskék permetezésére a mérés előtt. Ez teljesebb és megismételhető eredményt biztosít.

A RU 2286216 szabadalom birtokosai:

A találmány tárgya eszköz ultrahangos tisztításés a szuszpenziók feldolgozása erőteljes akusztikus mezőkben, különösen oldódás, emulgeálás, diszpergálás céljából, valamint mechanikus rezgések elnyerésére és továbbítására szolgáló eszközök a mágneses szűkítés hatására. A berendezés tartalmaz egy ultrahangos rúdmágneses szűkítő jelátalakítót, egy fém hengeres cső alakú munkakamrát és egy akusztikus hullámvezetőt, amelynek kibocsátó vége rugalmas tömítőgyűrű segítségével hermetikusan össze van kötve a hengeres cső aljával, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven csatlakozik az ultrahangos rúd -átalakító kibocsátó felületéhez ... A berendezésbe ezenkívül gyűrű alakú mágneses szűkítő kibocsátót vezetnek be, amelynek mágneses áramköre akusztikailag mereven a munkakamra csövéhez van nyomva. Ultrahangos telepítés kétfrekvenciás akusztikus mezőt képez a feldolgozott folyékony közegben, amely növeli a technológiai folyamat intenzitását anélkül, hogy a végtermék minőségét rontaná. 3 C.p. f-ly, 1 dwg.

A találmány tárgya eszközök szuszpenziók ultrahangos tisztítására és feldolgozására erőteljes akusztikus mezőkben, különösen oldódásra, emulgeálásra, diszpergálásra, valamint berendezések mechanikus rezgések fogadására és továbbítására a mágneses szűkítés hatására.

Ismert egy olyan eszköz, amely ultrahangos rezgéseket juttat folyadékba (DE 3815925, B 08 B 3/12, 1989) ultrahangos érzékelő segítségével, amelyet hangkibocsátó kúppal rögzítenek hermetikusan szigetelő karima segítségével alsó zóna a folyékony fürdőben.

A legközelebbi műszaki megoldás A javasolt eljárás egy UZVD-6 típusú ultrahangos berendezés (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrahangos elektrotechnikai berendezések", Leningrád: Energoizdat, 1982, 169. o.), amely egy rúd ultrahangos jeladót tartalmaz, egy működőkamrát fém hengeres cső alakja és akusztikus hullámvezető, amelynek kibocsátó vége rugalmas tömítőgyűrűvel hermetikusan össze van kötve a hengeres cső alsó részével, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven kapcsolódik a kibocsátóhoz a rúd ultrahangos jelátalakító felülete.

Az azonosított ismert ultrahangos berendezések hátránya, hogy a munkakamra egyetlen ultrahangos rezgésforrással rendelkezik, amelyet a mágneses szűkítő jelátalakító a hullámvezető végén keresztül továbbít, és amelynek mechanikai tulajdonságai és akusztikai paraméterei határozzák meg a megengedett legnagyobb sugárzást intenzitás. Gyakran előfordul, hogy az ultrahangos rezgések által kapott sugárzás intenzitása nem képes kielégíteni a technológiai folyamat követelményeit a végtermék minőségével kapcsolatban, ami szükségessé teszi a folyékony közeg ultrahangos kezelésének meghosszabbítását, és a a technológiai folyamat intenzitása.

Így a szabadalmi keresés során azonosított, igényelt találmány szerinti ultrahangos készülékek, analógjaik és prototípusaik végrehajtásuk során nem biztosítják a technikai eredmény elérését, amely a technológiai folyamat fokozását jelenti a minőség romlása nélkül. a végtermék.

A javasolt találmány megoldja az ultrahangos berendezés létrehozásának problémáját, amelynek megvalósítása biztosítja a műszaki eredmény elérését, amely a technológiai folyamat fokozásának növeléséből áll, a végtermék minőségének csökkentése nélkül.

A találmány lényege abban rejlik, hogy egy rúd ultrahangos jelátalakítót, egy fém hengeres cső alakú munkakamrát és egy akusztikus hullámvezetőt tartalmazó ultrahangos berendezésben, amelynek kibocsátó vége hermetikusan össze van kötve a a hengeres csövet rugalmas tömítőgyűrű segítségével, és ennek a hullámvezetőnek a befogadó végét akusztikailag mereven csatlakoztatják a rúd ultrahangos jelátalakító kibocsátó felületéhez; ezenkívül egy gyűrű alakú mágneses szűkítő emitter kerül bevezetésre, amelynek mágneses áramköre akusztikailag mereven préselve van a munkakamra csövére. Ezenkívül rugalmas tömítőgyűrű van rögzítve a hullámvezető sugárzó végéhez az elmozdulási egység területén. Ebben az esetben a gyűrűs radiátor mágneses körének alsó vége ugyanabban a síkban helyezkedik el, mint az akusztikus hullámvezető sugárzó vége. Ezenkívül az akusztikus hullámvezető sugárzó végének felülete homorú, gömb alakú, és a gömb sugara megegyezik a gyűrűs mágneses sugárzó mágneses áramkörének felével.

A technikai eredmény a következőképpen érhető el. A rúd ultrahangos jelátalakító az ultrahangos rezgések forrása szükséges paramétereket az akusztikus mező a létesítmény munkakamrájában a technológiai folyamat végrehajtásához, amely biztosítja a végtermék intenzitását és minőségét. Egy akusztikus hullámvezető, amelynek kibocsátó vége hermetikusan össze van kötve a hengeres cső alsó részével, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven csatlakozik a rúd ultrahangos jelátalakító kibocsátó felületéhez, biztosítja az ultrahangos rezgések átvitelét a a dolgozókamra feldolgozott folyékony közege. Ebben az esetben a csatlakozás tömítettsége és mobilitása biztosított, mivel a hullámvezető sugárzó vége rugalmas tömítőgyűrűvel csatlakozik a munkakamra cső alsó részéhez. A csatlakozás mobilitása lehetővé teszi a mechanikai rezgések átvitelét a jelátalakítóból a hullámvezetőn keresztül a munkakamrába, a folyékonyan feldolgozott közegbe, a technológiai folyamat végrehajtásának lehetőségét, következésképpen a kívánt műszaki eredmény elérését.

Ezenkívül az igényelt telepítésnél a rugalmas tömítőgyűrűt a hullámvezető sugárzó végén rögzítik az elmozdulási csomópont zónájában, ellentétben a prototípussal, amelybe az elmozdulási antinóda zónájában van felszerelve. Ennek eredményeként a prototípus szerinti telepítés során az O-gyűrű csillapítja a rezgéseket és csökkenti a rezgőrendszer Q-tényezőjét, következésképpen csökkenti a technológiai folyamat intenzitását. A bejelentett telepítésnél az O-gyűrűt az elmozdító egység területére kell felszerelni, így nem befolyásolja a rezgő rendszert. Ez lehetővé teszi, hogy több energiát vigyen át a hullámvezetőn a prototípushoz képest, és ezáltal növelje a sugárzás intenzitását, ezért technológiai folyamat anélkül, hogy veszélyeztetné a végtermék minőségét. Ezenkívül, mivel az igényelt telepítésnél az O-gyűrűt a szerelvény területére kell felszerelni, azaz a nulla deformáció zónájában nem omlik össze a rezgésektől, megtartja a hullámvezető sugárzó vége és a alsó csöveket, amelyek lehetővé teszik a sugárzás intenzitásának fenntartását. A prototípusban a tömítőgyűrűt a hullámvezető maximális deformációjának zónájába kell felszerelni. Ezért a gyűrű fokozatosan összeomlik a rezgésektől, ami fokozatosan csökkenti a sugárzás intenzitását, majd megszakítja a csatlakozás feszességét és megzavarja a berendezés működését.

A gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzó használata lehetővé teszi a nagy konverziós teljesítmény és a jelentős sugárzási terület elérését (A. V. Donskoy, OK Keller, G. S. a technológiai folyamat fokozása anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.

Mivel a cső hengeres, és a berendezésbe bevezetett magnetostrikciós sugárzó gyűrű alakú, a mágneses áramkört a cső külső felületére lehet nyomni. Amikor a tápfeszültséget a mágneshuzal tekercselésére alkalmazzák, a lemezekben magnetostrikciós hatás lép fel, ami a mágneses kör gyűrűs lapjainak sugárirányú deformációjához vezet. Ebben az esetben, mivel a cső fémből készült, és a mágneses áramkör akusztikailag mereven a csőre van nyomva, a mágneses kör gyűrűs lapjainak deformációja a csőfal sugárirányú lengésévé alakul. Ennek eredményeképpen a gyűrű alakú magnetostrikciós emitter izgalmas generátorának elektromos rezgései a magnetostrikciós lemezek sugárirányú mechanikai rezgésévé alakulnak át, és a mágneses áramkör sugárzási síkjának csőfelülettel való akusztikailag merev összekapcsolása miatt mechanikai rezgések lépnek fel. átjut a csőfalakon keresztül a feldolgozott folyékony közegbe. Ebben az esetben az akusztikus rezgések forrása a feldolgozott folyékony közegben a munkakamra hengeres csőjének belső fala. Ennek eredményeként egy második rezonanciafrekvenciájú akusztikus mező képződik az igényelt berendezésben a kezelt folyékony közegben. Ebben az esetben a prototípushoz képest gyűrű alakú mágneses szűkítő emitter bevezetése megnöveli a kibocsátó felület területét: a hullámvezető sugárzó felületét és a munkakamra belső falának egy részét, amelynek külső felületén gyűrű alakú magnetostrikciós sugárzót nyomnak. A sugárzó felület területének növekedése növeli a munkakamra akusztikus mezőjének intenzitását, és ezáltal lehetővé teszi a technológiai folyamat fokozását a végtermék minőségének romlása nélkül.

A gyűrűs radiátor mágneses körének alsó vége ugyanabban a síkban helyezkedik el, mint az akusztikus hullámvezető sugárzó vége. a legjobb lehetőség, mivel a hullámvezető sugárzó vége alá helyezése holt (stagnáló) zóna kialakulásához vezet a gyűrűátalakító (gyűrűs radiátor - cső) számára. Ha a gyűrűs radiátor mágneses áramkörének alsó végét a hullámvezető sugárzó vége fölé helyezi, csökken a gyűrű alakú átalakító hatékonysága. Mindkét lehetőség a teljes akusztikus mezőnek a feldolgozott folyékony közegre gyakorolt ​​hatásának intenzitásának csökkenéséhez, és ennek következtében a technológiai folyamat intenzitásának csökkenéséhez vezet.

Mivel a gyűrűs magnetostrikciós sugárzó kibocsátó felülete hengeres fal, a hangenergia fókuszált, azaz az akusztikus mező koncentrációja a cső tengelyirányú vonala mentén jön létre, amelyre az emitter mágneses magját nyomják. Mivel a rúd alakú ultrahangos jeladó sugárzó felülete homorú gömb formájában készül, ez a kibocsátó felület a hangenergiát is összpontosítja, de közel a cső középvonalához. Így különböző gyújtótávolságok esetén mindkét sugárzó felület gócai egybeesnek, és erőteljes akusztikus energiát koncentrálnak a munkatér kis térfogatába. Mivel a gyűrűs sugárzó mágneses körének alsó vége az akusztikus hullámvezető sugárzó végével azonos síkban helyezkedik el, amelyben a homorú gömb a gyűrűs mágneses szűkítő mágneses körének felével egyenlő sugarú. radiátor, az akusztikus energia fókuszpontja a cső tengelyirányú vonalának közepén található, azaz az installáció munkakamrájának közepén az erőteljes akusztikus energia kis térfogatban koncentrálódik ("Ultrahang. Kis enciklopédia", I. P. Golyanin főszerkesztője, Moszkva: Szovjet enciklopédia 367-370 (1979)]. Mindkét sugárzó felület akusztikus energiáinak fókuszálása területén az akusztikus mezőnek a feldolgozott folyékony közegre gyakorolt ​​hatásának intenzitása több százszor nagyobb, mint a kamra más területein. Egy helyi kötet jön létre a mező erős expozíciójával. Az ütés helyi erőteljes intenzitása miatt még a nehezen megmunkálható anyagok is megsemmisülnek. Ezenkívül ebben az esetben az erőteljes ultrahangot eltérítik a falaktól, ami megvédi a kamra falait a megsemmisüléstől és a feldolgozott anyagnak a falpusztulás termékével való szennyeződésétől. Így az akusztikus hullámvezető sugárzó végének homorú, gömb alakúvá tétele, amelynek gömb sugara megegyezik a gyűrűs mágneses sugárzó mágneses áramkörének felével, növeli a feldolgozott folyékony közegre gyakorolt ​​akusztikus mező hatását, és ezért a technológiai folyamat intenzívebbé tételét biztosítja a végtermék minőségének csökkentése nélkül.

Amint fentebb látható, az igényelt létesítményben a rezonált közegben két rezonanciafrekvenciás akusztikus mező képződik. Az első rezonanciafrekvenciát a rúdmágneses szűkítő jelátalakító rezonanciafrekvenciája határozza meg, a másodikat - a gyűrűs mágneses szűkítő emitter rezonanciafrekvenciája. A gyűrűs magnetostrikciós emitter rezonanciafrekvenciáját az lcp = λ = c / fres kifejezésből határozzuk meg, ahol lcp az emitter mágneses körének középvonalának hossza, λ a mágneses kör anyagának hullámhossza, c a rugalmas rezgések sebessége a mágneses áramkör anyagában, a fres az emitter rezonanciafrekvenciája (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrahangos elektrotechnológiai berendezések", Leningrád: Energoizdat, 1982, 25. o.). Más szóval, a berendezés második rezonanciafrekvenciáját a gyűrűs mágneses kör középvonalának hossza határozza meg, amelyet viszont a munkakamra cső külső átmérője határoz meg: minél hosszabb a mágneses kör középvonala , annál alacsonyabb a telepítés második rezonanciafrekvenciája.

A két rezonanciafrekvencia jelenléte a bejelentett létesítményben lehetővé teszi a technológiai folyamat fokozását a végtermék minőségének romlása nélkül. Ennek magyarázata a következő.

A feldolgozott folyékony közegben lévő akusztikus mező hatására akusztikus áramlások keletkeznek - a folyadék stacioner örvényáramai, amelyek szabad inhomogén hangmezőben keletkeznek. A feldolgozott folyékony közegben bejelentett létesítményben kétféle akusztikus hullám képződik, mindegyiknek saját rezonanciafrekvenciája van: egy hengeres hullám sugárirányban terjed belső felület csövek (munkakamra), és a síkhullám terjed a munkatér mentén alulról felfelé. Két rezonanciafrekvencia jelenléte fokozza az akusztikus áramlások hatását a feldolgozott folyékony közegre, mivel minden rezonanciafrekvencián saját akusztikus áramlások jönnek létre, amelyek intenzíven keverik a folyadékot. Ez az akusztikus áramlások turbulenciájának növekedéséhez és a feldolgozott folyadék még intenzívebb keveréséhez is vezet, ami növeli az akusztikus mező hatását a feldolgozott folyékony közegre. Ennek eredményeként a technológiai folyamat felerősödik anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne.

Ezenkívül a feldolgozott folyékony közeg akusztikus mezőjének hatására kavitáció következik be - a folyékony közeg szakadása, ahol a nyomás helyi csökkenése következik be. A kavitáció eredményeként gőz-gáz kavitációs buborékok képződnek. Ha az akusztikus mező gyenge, a buborékok rezonálnak, lüktetnek a mezőn. Ha az akusztikus mező erős, a buborék a hanghullám időszaka után összeomlik (ideális esetben), mivel az e mező által létrehozott nagynyomású tartományba esik. Amikor a buborékok összeomlanak, erős hidrodinamikai zavarokat okoznak a folyékony közegben, intenzív akusztikus hullámokat, és megsemmisítik a kavitáló folyadékkal határos szilárd anyagok felületeit. Az igényelt telepítésben az akusztikus mező erősebb, mint a prototípus installáció akusztikus mezője, amit két rezonanciafrekvencia jelenléte magyaráz. Ennek eredményeként az igényelt telepítésben a kavitációs buborékok összeomlásának valószínűsége nagyobb, ami fokozza a kavitációs hatásokat és növeli az akusztikus mező hatását a feldolgozott folyékony közegre, és ezáltal fokozza a technológiai folyamat a végtermék minőségének romlása nélkül.

Minél alacsonyabb az akusztikus mező rezonanciafrekvenciája, annál nagyobb a buborék, mivel az alacsony frekvenciájú periódus nagy, és a buborékoknak van ideje növekedni. A buborék élettartama kavitáció alatt egy gyakorisági időszak. Amikor a buborék összeomlik, erőteljes nyomást hoz létre. Minél nagyobb a buborék, annál több magas nyomású csapáskor jön létre. A bejelentett ultrahangos berendezésben a feldolgozott folyadék kétfrekvenciás hangzása miatt a kavitációs buborékok mérete eltérő: a nagyobbak alacsony frekvenciájú folyékony közegnek, a kicsik pedig nagyfrekvenciás közegnek vannak kitéve. A felületek tisztításakor vagy a szuszpenzió feldolgozásakor a kis buborékok behatolnak a szilárd részecskék repedéseibe és üregeibe, és összeesve mikroszokk hatást fejtenek ki, gyengítve a szilárd részecske integritását belülről. A nagyobb buborékok, amelyek összeomlanak, új mikrorepedések kialakulását provokálják a szilárd részecskékben, tovább gyengítve a mechanikai kötéseket. A szilárd részecskék megsemmisülnek.

Emulgeáláskor, oldáskor és keveréskor a nagy buborékok elpusztítják az intermolekuláris kötéseket a jövő keverék összetevőiben, lerövidítik a láncokat, és feltételeket teremtenek a kis buborékok számára az intermolekuláris kötések további megsemmisítése érdekében. Ennek eredményeként a technológiai folyamat intenzívebbé válik a végtermék minőségének romlása nélkül.

Ezenkívül az igényelt telepítésben a kezelt folyékony közegben eltérő rezonanciafrekvenciájú akusztikus hullámok kölcsönhatásának eredményeként ütések fordulnak elő két frekvencia egymásra helyezése miatt (a szuperpozíció elve), amelyek a pillanatnyi éles növekedést okoznak. az akusztikus nyomás amplitúdója. Ilyenkor az akusztikus hullám ütésereje többszöröse lehet a létesítmény fajlagos teljesítményének, ami felerősíti a technológiai folyamatot, és nemcsak nem csökkenti, hanem javítja a végtermék minőségét. Ezenkívül az akusztikus nyomás amplitúdójának hirtelen megnövekedése megkönnyíti a kavitációs magok kavitációs zónába juttatását; fokozódik a kavitáció. Kavitációs buborékok, pórusokban, szabálytalanságok, felszíni repedések szilárd szuszpenzióban helyi akusztikus áramokat képeznek, amelyek intenzíven keverik a folyadékot minden mikrotérfogatban, ami lehetővé teszi a technológiai folyamat fokozását a végtermék minőségének csökkentése nélkül.

Így a fentiekből következik, hogy a bejelentett ultrahangos berendezés, mivel megvalósításakor kétfrekvenciás akusztikus mezőt képezhet a kezelt folyékony közegben, megvalósításakor biztosítja a műszaki eredmény elérését, amely a technológiai folyamat a végtermék minőségének csökkentése nélkül: a felületek tisztításának eredményei, a szilárd komponensek folyadékban való diszpergálása, a folyékony közeg összetevőinek emulgeálása, keverése és feloldása.

A rajz a bejelentett ultrahangos telepítést mutatja. Az ultrahangos berendezés tartalmaz egy ultrahangos rúd mágneses szűkítő jeladót 1 kibocsátó felülettel 2, egy akusztikus hullámvezetőt 3, egy működőkamrát 4, egy gyűrű alakú mágneses 6 sugárzó mágneses 5 áramkörét, egy rugalmas tömítőgyűrűt 7, egy 8. tűt. az 5 mágneses áramkörben található gerjesztő tekercseléshez (nem látható) ... A 4 munkakamra fém, például acél hengeres cső alakjában készül. A telepítési példában a 3 hullámvezető csonka kúp formájában van kialakítva, amelyben a 10 sugárzó vég egy rugalmas 7 tömítőgyűrű segítségével hermetikusan össze van kötve a 4 munkakamra csőjének alsó részével, és a 11 fogadó vég 8 tengelyirányban tengelyirányban csatlakozik az 1 jelátalakító 2 kibocsátó felületéhez. munkakamra 4; ezenkívül az 5 mágneses áramkör gerjesztő tekercseléssel van ellátva (nem látható).

Egy rugalmas 7 tömítőgyűrű van rögzítve a 3 hullámvezető 10 kibocsátó végére az elmozdító egység területén. Ebben az esetben a gyűrűs 6 sugárzó 5 mágneses áramkörének alsó vége a 3 akusztikus hullámvezető 10 sugárzó végével azonos síkban helyezkedik el. Ezenkívül a 3 akusztikus hullámvezető 10 sugárzó végének felülete készül. homorú, gömb alakú, gömb sugara megegyezik a gyűrű alakú 6 mágneses sugárzó 5 mágneses körének hosszának felével.

Rúd ultrahangos jelátalakítóként például PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) vagy PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU típusú ultrahangos mágneses szűkítő jelátalakító használható. Ha a technológiai folyamat magasabb frekvenciákat igényel: 44 kHz, 66 kHz, stb., Akkor a rúd -átalakító piezo -kerámián alapul.

Az 5 mágneses áramkör negatív szűkítésű anyagból, például nikkelből készülhet.

Az ultrahangos telepítés a következőképpen működik. A tápfeszültségeket az 1 átalakító és a 6 gyűrű alakú mágneses szűkítő sugárzó gerjesztő tekercselésére alkalmazzuk. A 4 munkakamrát megtöltjük a 12 feldolgozott folyékony közeggel, például oldás, emulgeálás, diszpergálás céljából, vagy folyékony közeggel töltjük, amelybe alkatrészeket helyeznek a felületek tisztítására. Miután a tápfeszültséget a 4 munkakamrába vezetik, a 12 folyékony közegben két rezonanciafrekvenciás akusztikus mező képződik.

A kezelt 12 közegben a kétfrekvenciás akusztikus mező hatására akusztikus áramlások és kavitáció keletkezik. Ugyanakkor, mint fent látható, a kavitációs buborékok mérete eltérő: a nagyobbak az alacsony frekvenciájú folyékony közegnek való kitettség, a kicsik pedig a nagy frekvenciájúak.

Kavitáló folyékony közegben, például a felületek diszpergálásakor vagy tisztításakor, apró buborékok hatolnak be a keverék szilárd alkotóelemének repedéseibe és üregeibe, és összeomlva mikrotöréses hatásokat idéznek elő, gyengítve a szilárd részecske integritását belülről. A nagyobb méretű, összeomló buborékok kis töredékekre törik a belülről meggyengült részecskét.

Ezenkívül a különböző rezonanciafrekvenciájú akusztikus hullámok kölcsönhatásának eredményeképpen ütések lépnek fel, ami az akusztikai nyomás amplitúdójának azonnali hirtelen növekedéséhez vezet (akusztikus sokkhoz), ami a rétegek még intenzívebb pusztulásához vezet. a tisztítandó felületet és a szilárd frakciók még nagyobb zúzódását a kezelt folyadékban. Ugyanakkor két rezonanciafrekvencia jelenléte fokozza az akusztikus áramlások turbulenciáját, ami hozzájárul a feldolgozott folyékony közeg intenzívebb keveréséhez és a szilárd részecskék intenzívebb megsemmisítéséhez mind az alkatrész felületén, mind a szuszpenzióban.

Az emulgeálás és az oldódás során a nagy kavitációs buborékok elpusztítják a molekulák közötti kötéseket a jövő keverék összetevőiben, lerövidítik a láncokat, és feltételeket teremtenek a kis kavitációs buborékokhoz az intermolekuláris kötések további megsemmisítése érdekében. Az akusztikus lökéshullám és az akusztikus áramlások megnövekedett turbulenciája, amelyek a kezelt folyékony közeg kétfrekvenciás hangzásából származnak, szintén elpusztítják az intermolekuláris kötéseket és fokozzák a közeg keverési folyamatát.

A fenti tényezők együttes hatása következtében a feldolgozott folyékony közegre az elvégzett technológiai folyamat felerősödik anélkül, hogy a végtermék minősége csökkenne. Amint a tesztek kimutatták, a prototípushoz képest az igényelt átalakító fajlagos teljesítménye kétszer akkora.

A telepítés kavitációs hatásának fokozása érdekében megnövelt statikus nyomást lehet biztosítani, amely a prototípushoz hasonlóan megvalósítható (A. V. Donskoy, OKKeller, G. S. Kratysh "Ultrahangos elektrotechnológiai létesítmények", Leningrád: Energoizdat, 1982, 169. o.): a munkakamra belső térfogatához kapcsolódó csővezetékrendszer; sűrített levegős henger; biztonsági szelep és nyomásmérő. Ebben az esetben a munkakamrát fel kell szerelni egy lezárt fedéllel.

1. Ultrahangos berendezés, amely rúd ultrahangos jelátalakítót, fém hengeres cső alakú munkakamrát és akusztikus hullámvezetőt tartalmaz, amelynek kibocsátó vége rugalmas tömítéssel hermetikusan össze van kötve a hengeres cső aljával gyűrű, és ennek a hullámvezetőnek a fogadó vége akusztikailag mereven csatlakozik a kibocsátó felületi rúd ultrahangos jelátalakítójához, azzal jellemezve, hogy a berendezésbe ezenkívül gyűrű alakú mágneses szűkítő emittert vezetnek be, amelynek mágneses áramköre akusztikailag mereven a munkadarab csövére van nyomva. kamra.

2. Az 1. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a rugalmas tömítőgyűrű a hullámvezető sugárzó végénél van rögzítve az elmozdító egység területén.

3. A 2. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy a gyűrűs radiátor mágneses áramkörének alsó vége az akusztikus hullámvezető sugárzó végével azonos síkban helyezkedik el.

4. A 3. igénypont szerinti berendezés, azzal jellemezve, hogy az akusztikus hullámvezető sugárzó vége felülete homorú, gömb alakú, és a gömb sugara megegyezik a gyűrűs mágneses sugárzó mágneses áramkörének felével.

Az ultrahangos tisztítást ultrahangos berendezéseken végzik, amelyek általában egy vagy több fürdőt és ultrahangos generátort tartalmaznak. Technológiai célból vannak univerzális és speciális célú létesítmények. Az elsőket az alkatrészek széles skálájának tisztítására használják, főleg egy- és sorozatgyártásban. A tömeggyártásban speciális rendeltetésű berendezéseket, gyakran automatizált egységeket és gyártósorokat használnak.

28. ábra - Fürdő UZV -0.4 típusú ultrahangos tisztításhoz

Az univerzális fürdők teljesítménye 0,1-10 kW, a kapacitás pedig 0,5-150 liter. A kis teljesítményű fürdők piezo -kerámia -átalakítóit építik be az aljába, az erősek pedig több mágneses szűkítővel.

Az UZU-0,1 ultrahangos asztali fürdők azonos típusúak; UZU-0,25 és UZU-0,4. Ezeket a fürdőket gyakrabban használják laboratóriumi körülmények között és egyszeri gyártásban; 100, 250 és 400 watt kimenő teljesítményű félvezető generátorok hajtják őket. A fürdők téglalap alakú testtel és levehető fedéllel rendelkeznek. A piezo-kerámia jelátalakítók (PP1-0.1 típus) a fürdő aljába vannak beépítve egytől háromig, a fürdő teljesítményétől függően. Hálós kosarak állnak rendelkezésre ömlesztett betöltéshez. A fürdőkhöz a közös testbe beépített rekeszek tartoznak, amelyek a tisztítás után öblítik az alkatrészeket.

Ábrán. A 28. ábra egy UZV-0,4 típusú ultrahangos asztaltisztító fürdőt mutat, amely UZGZ-0,4 generátorral működik. Fém hangszigetelt 1 henger alakú testtel és 3 fedéllel van a csuklópánttal összekötve a testtel, és fogantyúval ellátott excentrikus 2 klipszel. A magnetostrikciós jeladó csomagja a fürdő munkarészének aljához van forrasztva, amely egy rezonáns membrán. Testének két csöve van a konvertert hűsítő folyó víz ellátására és elvezetésére. Ezeknek a csöveknek a szerelvényei a test alsó részéhez kerülnek, hogy a tömlőket könnyen csatlakoztathassák hozzájuk. A testen van egy billenőkapcsoló az ultrahangos rezgések be- és kikapcsolásához a generátoron, amikor a fürdőtől távol van felszerelve. Van egy fogantyú a mosófolyadék leeresztőnyílásának kinyitására és egy megfelelő szerelvény. A fürdő kosárral van ellátva a tisztítandó alkatrészek betöltésére.

29. ábra - Fürdő UZV -18M típusú ultrahangos tisztításhoz

A nagyobb teljesítményű univerzális tisztítófürdők számából széles körben elterjedtek az UZV típusú fürdők. Az ilyen típusú fürdők hasonló kialakításúak. Ábrán. A 29. ábra az UZV-18M típusú fürdőt mutatja. Az 1 hegesztett keret hangszigetelt kivitelben készült. A fedelet 5 fedél zárja, 4 ellensúllyal. A fedelet kézzel a fogantyúkkal emelik és süllyesztik. 6. A PMS-6-22 típusú 8 mágneses szűkítő átalakítók a fürdő munkarészének 9 alsó részébe vannak beépítve (egytől egyig. négy, a fürdő teljesítményétől függően). A mosófolyadék gőzeinek elszívására fedélzeti kollektorok vannak felszerelve II kivezető csővel, amely csatlakozik a műhely szellőzőrendszeréhez. A mosófolyadék leeresztésére szolgáló csap a munkarész aljára van felszerelve; a daru 19 fogantyúja az elülső oldalra kerül. A 14 és 16 csöveken keresztül történő vízelvezetés történhet ülepítőtartályba, szennyvízrendszerbe vagy a fürdőbe épített 7 tartályba. A munka rész folyadékkal való túltöltésének kizárása érdekében van egy leeresztő cső.

A telepítés egy laboratóriumi állványból, egy ultrahangos generátorból, egy nagy hatékonyságú, magas Q-mágneses szűkítő jelátalakítóból és három hullámvezető-sugárzóból (koncentrátorból) áll a jeladóhoz. a kimeneti teljesítmény fokozatos szabályozásával rendelkezik, 50%, 75%, 100%-a névleges kimeneti teljesítménynek. A teljesítményszabályozás és a jelenlét három különböző hullámvezető-kibocsátó készletben (1: 0,5, 1: 1 és 1: 2 erősítéssel) lehetővé teszi, hogy a vizsgált folyadékokban és rugalmas közegekben különböző amplitúdójú ultrahangos rezgéseket kapjon, 0 és 80 mikron között, 22 kHz frekvencián.

Több éves gyártási és értékesítési tapasztalat ultrahangos berendezés megerősíti azt az észlelt szükségletet, hogy a modern, csúcstechnológiás termelés minden típusát fel kell szerelni laboratóriumi létesítményekkel.

A nanoanyagok és nanoszerkezetek előállítása, a nanotechnológiák bevezetése és fejlesztése lehetetlen ultrahangos berendezések használata nélkül.

Ezzel az ultrahangos berendezéssel lehetséges:

• fém nanoporok előállítása;
• használja fullerénnel végzett munka során;
• a nukleáris reakciók lefolyásának vizsgálata erős ultrahangos mezőkben (hidegfúzió);
• szonolumineszcencia gerjesztése folyadékokban, kutatási és ipari célokra;
• finoman diszpergált normalizált közvetlen és fordított emulziók létrehozása;
• fa hangzású;
• ultrahangos rezgések gerjesztése fémolvadékokban gáztalanítás céljából;
• és még sokan mások.

Modern ultrahangos szórók digitális generátorokkal az I10-840 sorozatból

Ultrahangos telepítés (diszpergáló, homogenizátor, emulgeálószer) Az I100-840 laboratóriumi vizsgálatokhoz készült, amelyek az ultrahang folyékony közegekre gyakorolt ​​hatását vizsgálják digitális vezérléssel, sima beállítással, az üzemi frekvencia digitális kiválasztásával, időzítővel, lehetőséggel különböző frekvenciájú és teljesítményű oszcilláló rendszerek és rögzítési feldolgozási paraméterek csatlakoztatása a nem felejtő memóriába.

A berendezés felszerelhető ultrahangos mágneses szűkítő vagy piezo-termikus rezgésrendszerekkel, amelyek működési frekvenciája 22 és 44 kHz.

Szükség esetén a diszpergálószert 18, 30, 88 kHz frekvenciájú oszcilláló rendszerekkel is fel lehet szerelni.

Ultrahangos laboratóriumi berendezések(diszpergálószerek):

• a hatás laboratóriumi vizsgálatához ultrahangos kavitáció különböző folyadékokon és folyadékba helyezett mintákon;
• nehezen vagy kevéssé oldódó anyagok és folyadékok más folyadékokban való oldására;
• különböző folyadékok kavitációs szilárdságának tesztelésére. Például az ipari olajok viszkozitásának stabilitásának meghatározásához (lásd az AMG-10 olajat a GOST 6794-75 szabványban);
• tanulmányozni a rostos anyagok impregnálási sebességének változását ultrahang hatására és javítani a szálas anyagok különböző töltőanyagokkal történő impregnálását;
• az ásványi részecskék aggregációjának kizárása a hidroválogatás során (csiszolóporok, geomódosítók, természetes és mesterséges gyémántok stb.);
• gépjármű -üzemanyag -berendezések, injektorok és porlasztók komplex termékeinek ultrahangos tisztítására;
• a gépalkatrészek és mechanizmusok kavitációs szilárdságának kutatására;
• és a legegyszerűbb esetben nagy intenzitású ultrahangos mosófürdőként. Az üvegedényeken és az üvegen lerakódott üledékeket másodpercek alatt eltávolítják vagy feloldják.