Instalacje ultradźwiękowe przeznaczone do obróbki różnych części z silnym ultradźwiękowym polem akustycznym w ciekłym medium. Agregaty UZU4-1.6/0 i UZU4M-1.6/0 pozwalają rozwiązać problem dokładnego czyszczenia filtrów układów paliwowych i hydraulicznych z osadów węglowych, substancji żywicznych, olejowych produktów koksowniczych itp. Oczyszczone filtry faktycznie zyskują drugie życie. Ponadto można je wielokrotnie poddawać obróbce ultradźwiękowej. Dostępne są również instalacje niska moc Seria UZSU do czyszczenia i ultradźwiękowej obróbki powierzchni różnych części. Procesy czyszczenia ultradźwiękowego są wymagane w przemyśle elektronicznym, przyrządowym, lotniczym, rakietowym i kosmicznym oraz wszędzie tam, gdzie wymagane są zaawansowane technologicznie czyste technologie.

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

Czyszczenie ultradźwiękowe różnych filtrów lotniczych z substancji żywicznych i produktów koksowniczych.

Czyszczenie ultradźwiękowe wykonuje się na instalacjach ultradźwiękowych, które z reguły obejmują jedną lub więcej wanien i generator ultradźwięków. Ze względu na cel technologiczny istnieją instalacje uniwersalne i specjalnego przeznaczenia. Te pierwsze służą do czyszczenia szerokiej gamy części, głównie produkcji jednostkowej i seryjnej. W produkcji masowej wykorzystywane są instalacje specjalnego przeznaczenia, często zautomatyzowane jednostki i linie produkcyjne.

Rysunek 28 - Wanna do czyszczenia ultradźwiękowego typu UZV-0.4

Moc wanien uniwersalnych waha się od 0,1 do 10 kW, a pojemność od 0,5 do 150 litrów. Wanny małej mocy mają wbudowane w dno przetworniki piezoceramiczne, a mocne kilka magnetostrykcyjnych.

Ultradźwiękowe wanny stołowe UZU-0.1 są tego samego typu; UZU-0,25 i UZU-0,4. Wanny te coraz częściej wykorzystywane są w warunkach laboratoryjnych oraz w produkcji jednorazowej; zasilane są generatorami półprzewodnikowymi o mocy wyjściowej 100, 250 i 400 watów. Wanny mają prostokątny korpus i zdejmowaną pokrywę. Przetworniki piezoceramiczne (typ PP1-0.1) są wbudowane w dno wanien w ilości od jednego do trzech, w zależności od mocy wanny. Kosze siatkowe są dostępne do załadunku luzem. Wanny mają wbudowane we wspólny korpus komory do płukania części po czyszczeniu.

Na ryc. 28 przedstawia ultradźwiękową kąpiel do mycia blatów typu UZV-0.4, współpracującą z generatorem UZGZ-0.4. Posiada metalowy dźwiękoszczelny korpus 1 o kształcie cylindrycznym oraz pokrywę 3 połączoną z korpusem za pomocą zawiasu i mimośrodowego zacisku 2 z uchwytem. Do dna części roboczej wanny, którą jest membrana rezonansowa, przylutowany jest pakiet przetwornika magnetostrykcyjnego. Jego korpus posiada dwie rury doprowadzające i odprowadzające bieżącą wodę chłodzącą konwerter. Złączki tych rur wyprowadzone są do dolnej części korpusu w celu łatwego podłączenia do nich węży. Na korpusie znajduje się przełącznik dwustabilny do włączania i wyłączania wibracji ultradźwiękowych na generatorze, gdy jest on zainstalowany w pewnej odległości od wanny. Istnieje również uchwyt do otwierania odpływu płynu myjącego i odpowiednia złączka. Uzupełnieniem wanny jest kosz do załadunku czyszczonych części.

Rysunek 29 - Ultradźwiękowa kąpiel czyszcząca, typ UZV-18M

Z liczby uniwersalnych wanien czyszczących o większej mocy rozpowszechniły się wanny typu UZV. Wanny tego typu mają podobną konstrukcję. Na ryc. 29 przedstawia wannę typu UZV-18M. Spawana rama 1 wykonana jest w wykonaniu dźwiękochłonnym. Zamyka ją pokrywa 5 z przeciwwagami 4. Pokrywa jest podnoszona i opuszczana ręcznie za pomocą uchwytów 6. Przetworniki magnetostrykcyjne 8 typu PMS-6-22 są wbudowane w dno 9 części roboczej wanny (od 1 do cztery, w zależności od mocy kąpieli). Do odsysania oparów płynu myjącego instalowane są kolektory pokładowe z rurą wylotową II, która jest podłączona do systemu wentylacji sklepu. W dolnej części sekcji roboczej zamontowany jest kran do spuszczania płynu myjącego; uchwyt dźwigu 19 jest wyprowadzony na przednią stronę. Odwodnienie rurami 14 i 16 może być wykonane do osadnika, kanalizacji lub do zbiornika 7 wbudowanego w wannę. Aby wykluczyć możliwość przepełnienia części roboczej cieczą, znajduje się rura spustowa.

Posiadacze patentu RU 2286216:

Przedmiotem wynalazku są urządzenia do ultradźwiękowego czyszczenia i obróbki zawiesin w silnych polach akustycznych, w szczególności do rozpuszczania, emulgowania, dyspersji, a także urządzenia do odbierania i przenoszenia drgań mechanicznych z wykorzystaniem efektu magnetostrykcji. Instalacja zawiera ultradźwiękowy prętowy przetwornik magnetostrykcyjny, komorę roboczą wykonaną w postaci metalowej cylindrycznej rury oraz falowód akustyczny, którego koniec emitujący jest hermetycznie połączony z dnem cylindrycznej rury za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego, a odbiorczy koniec tego falowodu jest akustycznie sztywno połączony z powierzchnią emitującą ultradźwiękowego przetwornika prętowego ... Do instalacji wprowadza się dodatkowo pierścieniowy emiter magnetostrykcyjny, którego obwód magnetyczny jest sztywno dociskany do rury komory roboczej. Instalacja ultradźwiękowa tworzy w przetwarzanym ciekłym medium dwuczęstotliwościowe pole akustyczne, co zapewnia wzrost intensyfikacji proces technologiczny bez pogorszenia jakości produktu końcowego. 3 rz. mucha, 1 rys.

Przedmiotem wynalazku są urządzenia do ultradźwiękowego czyszczenia i obróbki zawiesin w silnych polach akustycznych, w szczególności do rozpuszczania, emulgowania, dyspersji, a także urządzenia do odbierania i przenoszenia drgań mechanicznych z wykorzystaniem efektu magnetostrykcji.

Znane jest urządzenie do wprowadzania drgań ultradźwiękowych do cieczy (patent DE nr 3815925, B 08 B 3/12, 1989) za pomocą czujnika ultradźwiękowego, który jest zamocowany za pomocą stożka emitującego dźwięk za pomocą hermetycznie izolującego kołnierza w strefa dolna wewnątrz kąpieli płynnej.

Najbliższy rozwiązanie techniczne do proponowanej jest instalacja ultradźwiękowa typu UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh „Ultradźwiękowe instalacje elektrotechniczne”, Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 169), zawierająca prętowy przetwornik ultradźwiękowy, komorę roboczą wykonaną w forma metalowej cylindrycznej rury i falowodu akustycznego, którego koniec emitujący jest hermetycznie połączony z dolną częścią cylindrycznej rury za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego, a odbierający koniec tego falowodu jest sztywno połączony akustycznie z emitującym powierzchnia prętowego przetwornika ultradźwiękowego.

Brak zidentyfikowanych znanych instalacje ultradźwiękowe polega na tym, że komora robocza posiada jedno źródło drgań ultradźwiękowych, które są do niej przenoszone z przetwornika magnetostrykcyjnego przez końcówkę falowodu, których właściwości mechaniczne i parametry akustyczne określają maksymalne dopuszczalne natężenie promieniowania. Często otrzymywane natężenie promieniowania drgań ultradźwiękowych nie spełnia wymagań procesu technologicznego w odniesieniu do jakości produktu końcowego, co powoduje konieczność wydłużenia czasu obróbki ultradźwiękowej czynnika ciekłego i prowadzi do zmniejszenia intensywność procesu technologicznego.

Tym samym zidentyfikowane w trakcie poszukiwań patentowych urządzenia ultradźwiękowe, analog i prototyp zastrzeganego wynalazku, po wdrożeniu nie zapewniają osiągnięcia efektu technicznego, który polega na zwiększeniu intensyfikacji procesu technologicznego bez obniżenia jakości produkt końcowy.

Proponowany wynalazek rozwiązuje problem stworzenia instalacji ultradźwiękowej, której wdrożenie zapewnia osiągnięcie efektu technicznego, polegającego na zwiększeniu intensyfikacji procesu technologicznego bez obniżenia jakości produktu końcowego.

Istota wynalazku polega na tym, że w instalacji ultradźwiękowej zawierającej prętowy przetwornik ultradźwiękowy komorę roboczą wykonaną w postaci metalowej cylindrycznej rury oraz falowód akustyczny, którego koniec emitujący jest hermetycznie połączony z dnem rurka cylindryczna za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego, a końcówka odbiorcza tego falowodu jest akustycznie sztywno połączona z powierzchnią nadawczą prętowego przetwornika ultradźwiękowego, dodatkowo wprowadzono pierścieniowy emiter magnetostrykcyjny, którego obwód magnetyczny jest sztywno dociśnięty na rurze komory roboczej. Dodatkowo do promieniującego końca falowodu w obszarze zespołu przemieszczenia przymocowany jest elastyczny pierścień uszczelniający. W tym przypadku dolny koniec obwodu magnetycznego promiennika pierścieniowego znajduje się w tej samej płaszczyźnie co promieniujący koniec falowodu akustycznego. Ponadto powierzchnia promieniującego końca falowodu akustycznego jest wklęsła, sferyczna, o promieniu kuli równym połowie długości obwodu magnetycznego pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego.

Wynik techniczny osiąga się w następujący sposób. Przetwornik ultradźwiękowy prętowy jest źródłem drgań ultradźwiękowych, które zapewniają wymagane parametry pole akustyczne w komorze roboczej instalacji do realizacji procesu technologicznego, co zapewnia intensyfikację i jakość produktu końcowego. Falowód akustyczny, którego koniec emitujący jest hermetycznie połączony z dolną częścią rury cylindrycznej, a koniec odbiorczy tego falowodu jest sztywno połączony akustycznie z powierzchnią emitującą prętowego przetwornika ultradźwiękowego, zapewnia transmisję drgań ultradźwiękowych do przetworzony ciekły czynnik komory roboczej. W tym przypadku szczelność i mobilność połączenia jest zapewniona dzięki temu, że promieniujący koniec falowodu jest połączony z dolną częścią rury komory roboczej za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego. Ruchliwość połączenia zapewnia możliwość przenoszenia drgań mechanicznych z przetwornika przez falowód do komory roboczej do ciekłego przetwarzanego medium, możliwość realizacji procesu technologicznego, a w konsekwencji uzyskania wymaganego efektu technicznego.

Ponadto w zastrzeganej instalacji elastyczny pierścień uszczelniający jest zamocowany na końcu nadawczym falowodu w strefie węzła przemieszczenia, w przeciwieństwie do prototypu, w którym jest on zainstalowany w strefie antywęzła przemieszczenia. W efekcie w instalacji według prototypu O-ring tłumi drgania i obniża dobroć układu drgającego, a co za tym idzie, zmniejsza intensywność procesu technologicznego. W podanym montażu O-ring jest montowany w obszarze jednostki wyporowej, dzięki czemu nie wpływa na system wibracyjny. Pozwala to na przepuszczenie większej mocy przez falowód w porównaniu do prototypu i tym samym zwiększenie natężenia promieniowania, a tym samym zintensyfikowanie procesu technologicznego bez obniżania jakości produktu końcowego. Dodatkowo, ponieważ w deklarowanym montażu O-ring jest montowany w obszarze montażu tj. w strefie zerowych odkształceń nie zapada się pod wpływem drgań, zachowuje ruchliwość połączenia promieniującego końca falowodu z spód rury komory roboczej, co pozwala na utrzymanie intensywności promieniowania. W prototypie pierścień uszczelniający montowany jest w strefie maksymalnego odkształcenia falowodu. Dlatego pierścień stopniowo zapada się pod wpływem wibracji, co stopniowo zmniejsza natężenie promieniowania, a następnie rozrywa szczelność połączenia i zakłóca pracę instalacji.

Zastosowanie pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego pozwala na uzyskanie dużej mocy konwersji i znacznego obszaru promieniowania (A.V. Donskoy, OK Keller, GS intensyfikacja procesu technologicznego bez obniżania jakości produktu końcowego.

Ponieważ rura jest cylindryczna, a emiter magnetostrykcyjny wprowadzony do instalacji jest pierścieniowy, możliwe jest dociśnięcie obwodu magnetycznego do zewnętrznej powierzchni rury. Po przyłożeniu napięcia zasilającego do uzwojenia drutu magnetycznego, na płytkach pojawia się efekt magnetostrykcyjny, który prowadzi do odkształcenia płytek pierścieniowych obwodu magnetycznego w kierunku promieniowym. W tym przypadku, ze względu na to, że rura jest wykonana z metalu, a obwód magnetyczny jest sztywno dociskany do rury, odkształcenie pierścieniowych płytek obwodu magnetycznego przekształca się w promieniowe drgania ścianki rury. W efekcie drgania elektryczne wzbudzającego generatora pierścieniowego nadajnika magnetostrykcyjnego są przekształcane w promieniowe drgania mechaniczne płyt magnetostrykcyjnych, a ze względu na sztywne akustycznie połączenie płaszczyzny promieniowania obwodu magnetycznego z powierzchnią rury drgania mechaniczne są przekazywane przez ścianki rur do przetwarzanego ciekłego medium. W tym przypadku źródłem drgań akustycznych w przetwarzanym ciekłym medium jest wewnętrzna ścianka cylindrycznej rury komory roboczej. W rezultacie w zastrzeganej instalacji w obrabianym ciekłym ośrodku powstaje pole akustyczne o drugiej częstotliwości rezonansowej. W tym przypadku wprowadzenie pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego w zastrzeganej instalacji zwiększa w porównaniu z prototypem pole powierzchni nadawczej: powierzchnię nadawczą falowodu oraz część ścianki wewnętrznej komory roboczej, na zewnętrznej powierzchni którego wciśnięty jest pierścieniowy emiter magnetostrykcyjny. Zwiększenie pola powierzchni promieniującej zwiększa natężenie pola akustycznego w komorze roboczej, a tym samym umożliwia intensyfikację procesu technologicznego bez obniżania jakości produktu końcowego.

Położenie dolnego końca obwodu magnetycznego promiennika pierścieniowego w tej samej płaszczyźnie z promieniującym końcem falowodu akustycznego jest najlepsza opcja, ponieważ umieszczenie go poniżej promieniującego końca falowodu prowadzi do powstania martwej (zastoju) strefy dla przetwornika pierścieniowego (promiennik pierścieniowy - rura). Umieszczenie dolnego końca obwodu magnetycznego promiennika pierścieniowego powyżej promieniującego końca falowodu zmniejsza sprawność konwertera pierścieniowego. Obie opcje prowadzą do zmniejszenia natężenia oddziaływania całkowitego pola akustycznego na przetwarzane medium płynne, a w konsekwencji do zmniejszenia nasilenia procesu technologicznego.

Ponieważ powierzchnia emitująca pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego jest ścianką cylindryczną, energia dźwięku jest skupiona, tj. koncentracja pola akustycznego powstaje wzdłuż osi rury, do której dociskany jest rdzeń magnetyczny emitera. Ponieważ powierzchnia emitująca ultradźwiękowego przetwornika prętowego jest wykonana w postaci wklęsłej kuli, ta powierzchnia emitująca również skupia energię dźwięku, ale w pobliżu punktu, który leży na linii środkowej rury. Zatem przy różnych ogniskowych ogniska obu powierzchni emitujących pokrywają się, skupiając potężną energię akustyczną w niewielkiej objętości komory roboczej. Ponieważ dolny koniec obwodu magnetycznego promiennika pierścieniowego znajduje się w tej samej płaszczyźnie co promieniujący koniec falowodu akustycznego, w którym wklęsła kula jest wykonana o promieniu równym połowie długości obwodu magnetycznego magnetostrykcyjnego pierścienia grzejnik, punkt skupienia energii akustycznej leży pośrodku osi rury, tj w środku komory roboczej instalacji potężna energia akustyczna jest skoncentrowana w małym tomie („Ultradźwięki. Mała encyklopedia”, redaktor naczelny I.P. Golyanin, Moskwa: sowiecka encyklopedia, 1979, s. 367-370). W obszarze skupienia energii akustycznych obu powierzchni emitujących intensywność oddziaływania pola akustycznego na przetwarzany ośrodek ciekły jest setki razy większa niż w innych obszarach komory. Powstaje lokalna objętość z potężną intensywnością ekspozycji na pole. Ze względu na lokalną, potężną intensywność uderzenia, nawet trudne w obróbce materiały ulegają zniszczeniu. Dodatkowo w tym przypadku silne ultradźwięki są odprowadzane ze ścian, co chroni ścianki komory przed zniszczeniem i zanieczyszczeniem przetwarzanego materiału produktem zniszczenia ścian. Zatem uczynienie powierzchni końcówki nadawczej falowodu akustycznego wklęsłą, sferyczną, o promieniu kuli równym połowie długości obwodu magnetycznego pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego, zwiększa intensywność oddziaływania pola akustycznego na przetwarzane medium płynne, a tym samym zapewnia intensyfikację procesu technologicznego bez obniżania jakości produktu końcowego.

Jak pokazano powyżej, w zastrzeganej instalacji, w obrabianym ciekłym ośrodku powstaje pole akustyczne o dwóch częstotliwościach rezonansowych. Pierwsza częstotliwość rezonansowa jest określona częstotliwością rezonansową prętowego przetwornika magnetostrykcyjnego, druga - częstotliwością rezonansową pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego dociśniętego do rury komory roboczej. Częstotliwość rezonansowa pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego jest określana z wyrażenia lcp = λ = c / fres, gdzie lcp jest długością linii środkowej obwodu magnetycznego emitera, λ jest długością fali w materiale obwodu magnetycznego, c to prędkość drgań sprężystych w materiale obwodu magnetycznego, fres to częstotliwość rezonansowa emitera (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh „Ultradźwiękowe instalacje elektrotechniczne”, Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 25). Innymi słowy, druga częstotliwość rezonansowa instalacji jest określona przez długość linii środkowej pierścieniowego obwodu magnetycznego, która z kolei jest określona przez zewnętrzną średnicę rury komory roboczej: im dłuższa linia środkowa obwodu magnetycznego , tym niższa druga częstotliwość rezonansowa instalacji.

Obecność dwóch częstotliwości rezonansowych w deklarowanej instalacji pozwala zintensyfikować proces technologiczny bez obniżania jakości produktu końcowego. Wyjaśniono to w następujący sposób.

Pod wpływem pola akustycznego w przetwarzanym ciekłym ośrodku powstają przepływy akustyczne – stacjonarne wirowe przepływy cieczy, które powstają w swobodnym niejednorodnym polu dźwiękowym. W deklarowanej instalacji w przetwarzanym ciekłym ośrodku powstają dwa rodzaje fal akustycznych, każda o własnej częstotliwości rezonansowej: fala cylindryczna rozchodzi się promieniście z wewnętrzna powierzchnia rur (komory roboczej), a fala płaska rozchodzi się wzdłuż komory roboczej od dołu do góry. Obecność dwóch częstotliwości rezonansowych potęguje wpływ przepływów akustycznych na przetwarzany ciekły ośrodek, ponieważ przy każdej częstotliwości rezonansowej powstają własne przepływy akustyczne, które intensywnie mieszają ciecz. Prowadzi to również do zwiększenia turbulencji przepływów akustycznych i jeszcze intensywniejszego mieszania uzdatnianej cieczy, co zwiększa intensywność oddziaływania pola akustycznego na uzdatniane medium ciekłe. Dzięki temu proces technologiczny ulega zintensyfikowaniu bez obniżania jakości produktu końcowego.

Ponadto pod wpływem pola akustycznego w obrabianym ośrodku ciekłym dochodzi do kawitacji – powstawania pęknięć ośrodka ciekłego, w którym następuje miejscowy spadek ciśnienia. W wyniku kawitacji powstają pęcherzyki kawitacji para-gaz. Jeśli pole akustyczne jest słabe, bąbelki rezonują, pulsują w polu. Jeśli pole akustyczne jest silne, bańka zapada się po okresie fali dźwiękowej (przypadek idealny), ponieważ wpada w obszar wysokiego ciśnienia wytworzonego przez to pole. Kiedy pęcherzyki zapadają się, generują silne zaburzenia hydrodynamiczne w ośrodku ciekłym, intensywne promieniowanie fal akustycznych oraz powodują niszczenie powierzchni ciał stałych graniczących z kawitującą cieczą. W zastrzeganej instalacji pole akustyczne jest silniejsze niż pole akustyczne instalacji prototypowej, co tłumaczy się obecnością w niej dwóch częstotliwości rezonansowych. W efekcie w reklamowanej instalacji prawdopodobieństwo zapadnięcia się pęcherzyków kawitacyjnych jest większe, co potęguje efekty kawitacji i zwiększa intensywność oddziaływania pola akustycznego na przetwarzane medium płynne, a tym samym zapewnia intensyfikację procesu technologicznego bez obniżenie jakości produktu końcowego.

Im niższa częstotliwość rezonansowa pola akustycznego, tym większy pęcherzyk, ponieważ okres przy niskiej częstotliwości jest duży i pęcherzyki mają czas na wzrost. Żywotność bańki podczas kawitacji to jeden okres częstotliwości. Kiedy bańka się zapada, tworzy potężny nacisk. Im większa bańka, tym więcej wysokie ciśnienie powstaje, gdy zostanie zatrzaśnięty. W deklarowanej instalacji ultradźwiękowej, ze względu na dwuczęstotliwościowe sondowanie przetwarzanej cieczy, pęcherzyki kawitacyjne różnią się wielkością: większe są wynikiem oddziaływania czynnika ciekłego o niskiej częstotliwości, a małe - o wysokiej częstotliwości. Podczas czyszczenia powierzchni lub obróbki zawiesiny małe pęcherzyki wnikają w pęknięcia i wgłębienia cząstek stałych i zapadając się, tworzą efekty mikrouderzeń osłabiające integralność cząstek stałych od wewnątrz. Większe pęcherzyki, zapadające się, prowokują powstawanie nowych mikropęknięć w cząstkach stałych, dodatkowo osłabiając w nich wiązania mechaniczne. Cząstki stałe ulegają zniszczeniu.

Podczas emulgowania, rozpuszczania i mieszania duże pęcherzyki niszczą wiązania międzycząsteczkowe w składnikach przyszłej mieszaniny, skracając łańcuchy i tworzą warunki dla małych pęcherzyków do dalszego niszczenia wiązań międzycząsteczkowych. W efekcie zwiększa się intensyfikacja procesu technologicznego bez obniżania jakości produktu końcowego.

Ponadto w zastrzeganej instalacji w wyniku oddziaływania fal akustycznych o różnych częstotliwościach rezonansowych w przetwarzanym ciekłym ośrodku powstają dudnienia na skutek superpozycji dwóch częstotliwości (zasada superpozycji), które powodują gwałtowny, chwilowy wzrost amplituda ciśnienia akustycznego. W takich momentach siła uderzenia fali akustycznej może być kilkukrotnie wyższa niż moc właściwa instalacji, co intensyfikuje proces technologiczny i nie tylko nie obniża, ale poprawia jakość produktu końcowego. Ponadto gwałtowny wzrost amplitudy ciśnienia akustycznego ułatwia doprowadzenie jąder kawitacyjnych do strefy kawitacyjnej; wzrasta kawitacja. Pęcherzyki kawitacyjne, tworzące się w porach, nierówności, pęknięcia powierzchni ciała stałego w zawiesinie, tworzą lokalne przepływy akustyczne, które intensywnie mieszają ciecz we wszystkich mikroobjętościach, co również umożliwia intensyfikację procesu technologicznego bez obniżania jakości finalnej produkt.

Z powyższego wynika zatem, że deklarowana instalacja ultradźwiękowa, ze względu na możliwość tworzenia dwuczęstotliwościowego pola akustycznego w uzdatnionym medium ciekłym, po jej wdrożeniu, zapewnia osiągnięcie efektu technicznego, który polega na zwiększeniu intensyfikacji proces technologiczny bez obniżenia jakości produktu końcowego: wyniki czyszczenia powierzchni, dyspergowanie składników stałych w cieczy, proces emulgowania, mieszania i rozpuszczania składników ośrodka płynnego.

Rysunek przedstawia deklarowaną instalację ultradźwiękową. Instalacja ultradźwiękowa zawiera ultradźwiękowy prętowy przetwornik magnetostrykcyjny 1 z powierzchnią emitującą 2, falowód akustyczny 3, komorę roboczą 4, rdzeń magnetyczny 5 pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego 6, elastyczny pierścień uszczelniający 7, kołek 8. Otwory 9 są przewidziany w rdzeniu magnetycznym 5 do wykonywania uzwojenia wzbudzenia (nie pokazano) ... Komora robocza 4 wykonana jest w postaci metalowej, na przykład stalowej, cylindrycznej rury. W przykładzie instalacji falowód 3 wykonany jest w postaci stożka ściętego, w którym koniec emitujący 10 za pomocą elastycznego pierścienia uszczelniającego 7 jest hermetycznie połączony z dolną częścią rury komory roboczej 4, a koniec odbiorczy 11 jest osiowo połączony szpilką 8 z powierzchnią emitującą 2 konwertera 1. Rdzeń magnetyczny 5 wykonany w postaci pakietu płyt magnetostrykcyjnych w postaci pierścieni i sztywno dociśnięty akustycznie do rury komora robocza 4; dodatkowo obwód magnetyczny 5 jest wyposażony w uzwojenie wzbudzające (nie pokazane).

Elastyczny pierścień uszczelniający 7 jest zamocowany na końcu emitującym 10 falowodu 3 w obszarze jednostki przemieszczającej. W tym przypadku dolny koniec obwodu magnetycznego 5 promiennika pierścieniowego 6 znajduje się w tej samej płaszczyźnie co promieniujący koniec 10 falowodu akustycznego 3. Ponadto powierzchnia promieniującego końca 10 falowodu akustycznego 3 jest wykonana wklęsły, kulisty, o promieniu kuli równym połowie długości obwodu magnetycznego 5 pierścieniowego promiennika magnetostrykcyjnego 6.

Jako przetwornik ultradźwiękowy prętowy można na przykład zastosować ultradźwiękowy przetwornik magnetostrykcyjny typu PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) lub PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU). Jeżeli proces technologiczny wymaga wyższych częstotliwości: 44 kHz, 66 kHz itd. to przetwornik prętowy oparty jest na ceramice piezoelektrycznej.

Obwód magnetyczny 5 może być wykonany z materiału ze zwężeniem ujemnym, na przykład z niklu.

Instalacja ultradźwiękowa działa w następujący sposób. Do uzwojeń wzbudzenia przetwornika 1 i pierścieniowego emitera magnetostrykcyjnego 6 doprowadzane są napięcia zasilające. Komora robocza 4 jest wypełniona ciekłym medium 12, które ma być poddane obróbce, na przykład w celu przeprowadzenia rozpuszczania, emulgacji, dyspersji lub jest wypełniona płynny środek, w którym umieszczane są części do czyszczenia powierzchni. Po przyłożeniu napięcia zasilającego do komory roboczej 4 w ciekłym ośrodku 12 powstaje pole akustyczne o dwóch częstotliwościach rezonansowych.

Pod wpływem wytworzonego dwuczęstotliwościowego pola akustycznego w obrabianym ośrodku 12 powstają przepływy akustyczne i kawitacja. W tym przypadku, jak pokazano powyżej, pęcherzyki kawitacyjne różnią się wielkością: większe są wynikiem kontaktu z ciekłym medium o niskiej częstotliwości, a małe - o wysokiej częstotliwości.

W kawitującym medium ciekłym, na przykład podczas dyspergowania lub czyszczenia powierzchni, małe pęcherzyki wnikają w pęknięcia i wgłębienia stałego składnika mieszaniny i zapadając się, tworzą efekt mikrowstrząsów osłabiających integralność cząstek stałych od wewnątrz. Pęcherzyki większych rozmiarów, zapadając się, rozbijają osłabioną od wewnątrz cząstkę na małe frakcje.

Ponadto w wyniku oddziaływania fal akustycznych o różnych częstotliwościach rezonansowych powstają dudnienia, prowadzące do gwałtownego chwilowego wzrostu amplitudy ciśnienia akustycznego (do szoku akustycznego), co prowadzi do jeszcze intensywniejszego niszczenia warstw na czyszczonej powierzchni i do jeszcze większego rozdrobnienia frakcji stałych w oczyszczonym medium płynnym przy otrzymywaniu zawiesiny. Jednocześnie obecność dwóch częstotliwości rezonansowych wzmaga turbulencje przepływów akustycznych, co przyczynia się do intensywniejszego mieszania przetwarzanego ośrodka ciekłego i intensywniejszego niszczenia cząstek stałych zarówno na powierzchni części, jak iw zawiesinie.

Podczas emulgowania i rozpuszczania duże pęcherzyki kawitacyjne niszczą wiązania międzycząsteczkowe w składnikach przyszłej mieszaniny, skracając łańcuchy i tworzą warunki dla małych pęcherzyków kawitacyjnych do dalszego niszczenia wiązań międzycząsteczkowych. Akustyczna fala uderzeniowa i zwiększona turbulencja przepływów akustycznych, które są wynikiem dwuczęstotliwościowego sondowania obrabianego ośrodka ciekłego, również niszczą wiązania międzycząsteczkowe i intensyfikują proces mieszania ośrodka.

W wyniku łącznego oddziaływania powyższych czynników na przetwarzane medium płynne, realizowany proces technologiczny ulega intensyfikacji bez obniżenia jakości produktu końcowego. Jak wykazały testy, w porównaniu z prototypem, moc właściwa deklarowanej przetwornicy jest dwukrotnie wyższa.

Aby wzmocnić efekt kawitacji w instalacji, można zapewnić zwiększone ciśnienie statyczne, które można zrealizować podobnie jak w prototypie (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, s. 169) : system rurociągów połączony z wewnętrzną objętością komory roboczej; butla ze sprężonym powietrzem; zawór bezpieczeństwa i manometr. W takim przypadku komora robocza musi być wyposażona w szczelną pokrywę.

1. Instalacja ultradźwiękowa zawierająca prętowy przetwornik ultradźwiękowy, komorę roboczą wykonaną w postaci metalowej cylindrycznej rury oraz falowód akustyczny, którego koniec emitujący jest hermetycznie połączony z dnem cylindrycznej rury za pomocą elastycznego uszczelnienia a końcówka odbiorcza tego falowodu jest sztywno połączona z przetwornikiem ultradźwiękowym prętowym powierzchni nadawczej, charakteryzująca się tym, że do instalacji wprowadzono dodatkowo pierścieniowy emiter magnetostrykcyjny, którego obwód magnetyczny jest sztywno dociskany do rury wyrobu roboczego izba.

2. Instalacja według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że elastyczny pierścień uszczelniający jest zamocowany na promieniującym końcu falowodu w obszarze jednostki przemieszczającej.

3. Instalacja według zastrz. 2, znamienna tym, że dolny koniec obwodu magnetycznego promiennika pierścieniowego jest umieszczony w tej samej płaszczyźnie co promieniujący koniec falowodu akustycznego.

4. Instalacja według zastrz. 3, znamienna tym, że powierzchnia promieniującego końca falowodu akustycznego jest wklęsła, sferyczna, o promieniu kuli równym połowie długości obwodu magnetycznego pierścieniowego promiennika magnetostrykcyjnego.

Informacje ogólne

Jednostka ultradźwiękowa UZU-1,6-O przeznaczona jest do oczyszczania metalowych elementów filtracyjnych i pakietów filtracyjnych hydraulicznych układów paliwowych i olejowych statków powietrznych, silników lotniczych i wyposażenia stanowiskowego z zanieczyszczeń mechanicznych, substancji żywicznych i olejowych produktów koksowniczych.
Urządzenie może czyścić worki filtracyjne wykonane z materiału X18 N15-PM zgodnie z technologią producenta worków filtracyjnych.

Struktura symbolu

UZU4-1,6-O:
UZU - instalacja ultradźwiękowa;
4 - wykonanie;
1,6 - nominalna moc oscylacyjna, kW;
О - czyszczenie;
У, Т2 - modyfikacja klimatyczna i kategoria rozmieszczenia
zgodnie z GOST 15150-69, temperatura otoczenia
od 5 do 50 ° C. ї Środowisko nie jest wybuchowe, nie zawiera przewodzących pyłów, nie zawiera agresywnych oparów, gazów, które mogą zakłócić normalną pracę instalacji.
Instalacja jest zgodna z wymaganiami TU16-530.022-79.

Dokument normatywno-techniczny

PT 16-530.022-79

Specyfikacje

Napięcie sieci zasilającej trójfazowej o częstotliwości 50 Hz, V - 380/220 Pobór mocy kW, nie więcej: bez oświetlenia i grzałek - 3,7 z oświetleniem i grzałkami - 12 Częstotliwość pracy generatora, kHz - 18 Moc moc generatora, kW - 1,6 Sprawność generatora,%, nie mniej - 45 Napięcie anodowe generatora, V - 3000 Napięcie żarzenia lamp generatora, V - 6,3 Napięcie wyjściowe generatora, V - 220 Prąd magnesujący, A - 18 Prąd anodowy, A - 0,85 Prąd sieciowy, A - 0,28 Liczba wanien, szt. - 2 Objętość jednej wanny, l, nie mniej - 20 Czas podgrzewania roztworu myjącego w łaźniach od 5 do 65 °C bez włączania generatora, min, nie więcej: przy pracy na oleju AMG 10 - 20 podczas pracy na wodnych roztworach heksametafosforanu sodu, trifosforanu sodu i saletry sodowej lub sinwalu - 35 Czas trwania ciągłej pracy instalacji, h, nie więcej - 12 Chłodzenie wymuszone powietrzem elementów instalacji. Czas czyszczenia ultradźwiękowego jednego elementu filtrującego, min, nie więcej - 10 Czas rozłożenia instalacji do pozycji roboczej, min, nie więcej - 35 Czas zwinięcia do pozycji złożonej, min, nie więcej - 15 Waga, kg, nie więcej - 510
Okres gwarancji wynosi 18 miesięcy od daty uruchomienia.

Budowa i zasada działania

Konstrukcja jednostki ultradźwiękowej UZU4-1,6-O (patrz rysunek) to mobilny kontener, kompletowany w blokach.

Widok ogólny i wymiary jednostka ultradźwiękowa UZU4-1,6-О
Zakład posiada dwie wanny technologiczne. Wyposażony w wózek do obracania filtrów i przenoszenia ich z jednej wanny do drugiej. Każda kąpiel posiada przetwornik magnetostrykcyjny PM1-1,6/18. Przetwornica jest chłodzona powietrzem, generator jest wbudowany. W skład kompletu dostawy zespołu UZU4-1,6-O wchodzą: zespół ultradźwiękowy UZU-1,6-O, ​​części zamienne i akcesoria, 1 kpl, komplet dokumentacji eksploatacyjnej, 1 kpl.

Ta metoda obróbki opiera się na działaniu mechanicznym na materiał. Nazywa się to ultradźwiękami, ponieważ częstotliwość uderzeń odpowiada zakresowi dźwięków niesłyszalnych (f = 6-10 5 kHz).

Fale dźwiękowe to mechaniczne drgania sprężyste, które mogą się rozprzestrzeniać tylko w ośrodku sprężystym.

Kiedy fala dźwiękowa rozchodzi się w elastycznym ośrodku, cząstki materiału wykonują elastyczne wibracje wokół swoich pozycji z prędkością nazywaną oscylacyjną.

Zagęszczanie i ścieńczenie ośrodka w fali podłużnej charakteryzuje się nadmiarem, tzw. ciśnieniem akustycznym.

Szybkość propagacji fali dźwiękowej zależy od gęstości ośrodka, w którym się porusza. Fala dźwiękowa rozchodząca się w materialnym środowisku niesie energię, którą można wykorzystać w procesach technologicznych.

Zalety obróbki ultradźwiękowej:

Możliwość pozyskiwania energii akustycznej różnymi technikami;

Szeroki zakres zastosowań ultradźwiękowych (od wymiarowania po spawanie, lutowanie itp.);

Łatwość automatyzacji i obsługi;

Wady:

Zwiększony koszt energii akustycznej w porównaniu z innymi rodzajami energii;

Konieczność produkcji generatorów drgań ultradźwiękowych;

Konieczność wytwarzania specjalnych narzędzi o specjalnych właściwościach i kształcie.

Drganiom ultradźwiękowym towarzyszy szereg efektów, które można wykorzystać jako podstawowe do rozwoju różnych procesów:

Kawitacja, czyli powstawanie pęcherzyków w cieczy i ich pękanie.

W tym przypadku powstają duże lokalne ciśnienia chwilowe, sięgające 10 8 N / m2;

Absorpcja drgań ultradźwiękowych przez substancję, w której część energii jest zamieniana na ciepło, a część jest zużywana na zmianę struktury substancji.

Efekty te są wykorzystywane do:

Separacja cząsteczek i cząstek o różnych masach w niejednorodnych zawiesinach;

Koagulacja (powiększanie) cząstek;

Dyspergowanie (kruszenie) substancji i mieszanie jej z innymi;

Odgazowywanie płynów lub stopionych substancji ze względu na tworzenie się dużych pływających pęcherzyków.

1.1. Elementy instalacji ultradźwiękowych

Każde urządzenie ultradźwiękowe (USU) zawiera trzy główne elementy:

Źródło drgań ultradźwiękowych;

Akustyczny transformator prędkości (piasta);

Szczegóły mocowania.

Źródła drgań ultradźwiękowych (UZK) mogą być dwojakiego rodzaju - mechaniczne i elektryczne.

Mechaniczny przekształca energię mechaniczną, taką jak prędkość ruchu cieczy lub gazu. Należą do nich syreny ultradźwiękowe lub gwizdki.

Elektryczne źródła badań ultradźwiękowych przekształcają energię elektryczną w mechaniczne drgania sprężyste o odpowiedniej częstotliwości. Istnieją przetworniki elektrodynamiczne, magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.

Najbardziej rozpowszechnione są przetworniki magnetostrykcyjne i piezoelektryczne.

Zasada działania przetworników magnetostrykcyjnych opiera się na podłużnym efekcie magnetostrykcyjnym, który przejawia się zmianą długości metalowego korpusu wykonanego z materiałów ferromagnetycznych (bez zmiany ich objętości) pod wpływem pola magnetycznego.

Efekt magnetostrykcyjny różne materiały inny. Nikiel i permendur (stop żelaza z kobaltem) mają wysoką magnetostrykcję.

Pakiet przetwornika magnetostrykcyjnego to rdzeń wykonany z cienkich płytek, na którym nałożone jest uzwojenie wzbudzające w nim zmienne pole elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości.

Zasada działania przetworników piezoelektrycznych opiera się na zdolności niektórych substancji do zmiany ich wymiarów geometrycznych (grubości i objętości) w polu elektrycznym. Efekt piezoelektryczny jest odwracalny. Jeżeli płyta z materiału piezoelektrycznego zostanie poddana odkształceniom ściskającym lub rozciągającym, to na jej krawędziach pojawią się ładunki elektryczne. Jeśli element piezoelektryczny jest umieszczony w zmiennej pole elektryczne, to się zdeformuje, podnieca w środowisko wibracje ultradźwiękowe. Płyta wibracyjna wykonana z materiału piezoelektrycznego jest przetwornikiem elektromechanicznym.

Szeroko stosowane są piezoelementy na bazie baru tytanu i ołowiu cyrkonian-tytan.

Akustyczne transformatory prędkości (koncentratory podłużnych drgań sprężystych) mogą mieć inny kształt(rys. 1.1).

Ryż. 1.1. Kształty piasty

Służą do dopasowania parametrów przetwornika do obciążenia, zamocowania układu wibracyjnego oraz wprowadzenia drgań ultradźwiękowych w obszar obrabianego materiału. Urządzenia te to pręty o różnych przekrojach, wykonane z materiałów odpornych na korozję i kawitację, żaroodporność oraz odporność na agresywne media.

1.2. Zastosowanie technologiczne wibracje ultradźwiękowe

W przemyśle ultradźwięki stosuje się w trzech głównych obszarach: wymuszać działanie na materiale, intensyfikacji i badania ultradźwiękowe procesy.

Silne działanie na materiale

Jest stosowany do obróbka mechaniczna stopy twarde i supertwarde, otrzymywanie stabilnych emulsji itp.

Najczęściej stosowane są dwa rodzaje obróbki ultradźwiękowej o charakterystycznych częstotliwościach 16-30 kHz:

Obróbka wymiarowa na obrabiarkach za pomocą narzędzi;

Mycie w wannach z płynnym medium.

Głównym mechanizmem roboczym maszyny ultradźwiękowej jest zespół akustyczny (rys. 1.2). Służy do wprawiania narzędzia roboczego w ruch wibracyjny. Jednostka akustyczna jest zasilana przez oscylator elektryczny (najczęściej lampę), do którego podłączone jest uzwojenie 2.

Głównym elementem zespołu akustycznego jest magnetostrykcyjny (lub piezoelektryczny) konwerter energii drgań elektrycznych na energię drgań mechanicznych sprężystych - wibrator 1.

Ryż. 1.2. Jednostka akustyczna instalacji ultradźwiękowej

Drgania wibratora, który jest zmiennie wydłużany i skracany z częstotliwością ultradźwiękową w kierunku pola magnetycznego uzwojenia, są wzmacniane przez koncentrator 4 zamocowany na końcu wibratora.

Stalowe narzędzie 5 jest przymocowane do koncentratora tak, że między jego końcem a obrabianym przedmiotem pozostaje szczelina 6.

Wibrator umieszczony jest w ebonitowej obudowie 3, do której doprowadzana jest bieżąca woda chłodząca.

Narzędzie musi mieć kształt określonej sekcji otworu. Ciecz o najmniejszych ziarnach proszku ściernego jest dostarczana z dyszy 7 do przestrzeni między czołem narzędzia a powierzchnią obrabianego przedmiotu obrabianego.

Z oscylującej powierzchni czołowej narzędzia ziarna ścierne nabierają dużej prędkości, uderzają w powierzchnię części i wybijają z niej najmniejsze wióry.

Choć wydajność każdego uderzenia jest znikoma, to wydajność instalacji jest stosunkowo wysoka, co wynika z dużej częstotliwości drgań narzędzia (16-30 kHz) oraz dużej liczby ziaren ściernych poruszających się jednocześnie z dużym przyspieszeniem.

Gdy warstwy materiału są usuwane, narzędzie jest automatycznie podawane.

Płyn ścierny jest podawany pod ciśnieniem do obszaru obróbki i wypłukuje odpady z obróbki.

Za pomocą technologii ultradźwiękowej można wykonywać operacje takie jak przebijanie, dłutowanie, wiercenie, cięcie, szlifowanie i inne.

Łaźnie ultradźwiękowe (rys. 1.3) służą do czyszczenia powierzchni części metalowe z produktów korozji, warstw tlenków, olejów mineralnych itp.

Działanie kąpieli ultradźwiękowej opiera się na wykorzystaniu efektu lokalnych wstrząsów hydraulicznych, które powstają w cieczy pod wpływem ultradźwięków.

Zasada działania takiej kąpieli jest następująca: przedmiot obrabiany (1) zanurzany jest w zbiorniku (4) wypełnionym ciekłym medium detergentowym (2). Emiterem drgań ultradźwiękowych jest membrana (5) połączona z wibratorem magnetostrykcyjnym (6) za pomocą kleju (8). Wanna montowana jest na podstawie (7). Fale drgań ultradźwiękowych (3) rozchodzą się w Obszar roboczy gdzie odbywa się przetwarzanie.

Ryż. 1.3. Kąpiel ultradźwiękowa

Czyszczenie ultradźwiękowe jest najskuteczniejsze przy usuwaniu zanieczyszczeń z trudno dostępnych zagłębień, zagłębień i małych kanałów. Ponadto metoda ta pozwala na otrzymanie trwałych emulsji takich cieczy nie mieszających się konwencjonalnymi metodami jak woda z olejem, rtęć z wodą, benzen i inne.

Sprzęt UCU jest stosunkowo drogi, dlatego jego użytkowanie jest ekonomicznie opłacalne czyszczenie ultradźwiękowe małe części tylko w warunkach masowej produkcji.

Intensyfikacja procesów technologicznych

Wibracje ultradźwiękowe znacząco zmieniają przebieg niektórych procesów chemicznych. Na przykład polimeryzacja przy określonym natężeniu dźwięku jest bardziej intensywna. Wraz ze spadkiem siły dźwięku możliwy jest proces odwrotny - depolimeryzacja. Dlatego ta właściwość służy do kontrolowania reakcji polimeryzacji. Zmieniając częstotliwość i intensywność drgań ultradźwiękowych, możesz zapewnić wymaganą szybkość reakcji.

W metalurgii wprowadzenie do wytopów sprężystych oscylacji częstotliwości ultradźwiękowej prowadzi do znacznego kruszenia kryształów i przyspieszenia powstawania nagarów podczas krystalizacji, zmniejszenia porowatości, zwiększenia właściwości mechanicznych zakrzepłych wytopów w zawartości gazów w metalach.

Ultradźwiękowa kontrola procesu

Za pomocą drgań ultradźwiękowych możliwe jest ciągłe monitorowanie postępu procesu technologicznego bez przeprowadzania analizy laboratoryjne próbki. W tym celu zależność parametrów fali dźwiękowej od właściwości fizyczneśrodowiska, a następnie zmiany tych parametrów po działaniu na środowisko z wystarczającą dokładnością, aby ocenić jego stan. Z reguły stosuje się wibracje ultradźwiękowe o niskiej intensywności.

Zmieniając energię fali dźwiękowej można sterować składem różnych mieszanin, które nie są związkami chemicznymi. Prędkość dźwięku w takich mediach nie zmienia się, a obecność zanieczyszczeń w postaci zawiesiny wpływa na współczynnik pochłaniania energii dźwięku. Umożliwia to określenie procentowej zawartości zanieczyszczeń w materiale wyjściowym.

Dzięki odbiciu fal dźwiękowych na styku mediów („transiluminacja” wiązką ultradźwiękową) można określić obecność zanieczyszczeń w monolicie i stworzyć ultradźwiękowe urządzenia diagnostyczne.

Wnioski: ultradźwięki to fale sprężyste o częstotliwości drgań od 20 kHz do 1 GHz, niesłyszalne dla ludzkiego ucha. Instalacje ultradźwiękowe są szeroko stosowane do przetwarzania materiałów ze względu na wibracje akustyczne o wysokiej częstotliwości.