Instalații electrochimice și mecanice, instalații cu ultrasunete (UZU). Instalație cu ultrasunete demonstrativă. Schemă, descriere Ultrasonic installation uzu

Orice ultrasunete unitate tehnologică, inclusiv compoziția dispozitivelor multifuncționale includ o sursă de energie (generator) și un sistem cu vibrații cu ultrasunete.

Sistemul cu vibrații cu ultrasunete în scopuri tehnologice constă dintr-un traductor, un element de potrivire și un instrument de lucru (emițător).

În traductor (element activ) al sistemului vibrațional, energia vibrațiilor electrice este convertită în energia vibrațiilor elastice ale frecvenței cu ultrasunete și se creează o forță mecanică alternativă.

Elementul de potrivire al sistemului (concentrator pasiv) transformă vitezele și asigură potrivirea sarcinii externe și a elementului activ intern.

Instrumentul de lucru creează un câmp cu ultrasunete în obiectul procesat sau îl afectează direct.

Cea mai importantă caracteristică a sistemelor oscilatorii cu ultrasunete este frecvența de rezonanță. Acest lucru se datorează faptului că eficiența proceselor tehnologice este determinată de amplitudinea vibrațiilor (valorile deplasărilor vibraționale), iar valorile maxime ale amplitudinilor sunt atinse atunci când sistemul vibrațional ultrasonic este excitat la frecvența de rezonanță . Valorile frecvenței de rezonanță ale sistemelor cu vibrații cu ultrasunete trebuie să fie în limitele permise (pentru dispozitivele cu ultrasunete multifuncționale, aceasta este frecvența de 22 ± 1,65 kHz).

Raportul dintre energia acumulată în sistemul oscilator cu ultrasunete și energia utilizată pentru impactul tehnologic pentru fiecare perioadă de oscilație se numește factorul de calitate al sistemului oscilator. Factorul de calitate determină amplitudinea maximă a oscilațiilor la frecvența rezonantă și natura dependenței amplitudinii oscilațiilor de frecvență (adică lățimea intervalului de frecvență).

Aspect Un sistem tipic de vibrații cu ultrasunete este prezentat în Figura 2. Acesta constă dintr-un traductor - 1, un transformator (concentrator) - 2, un instrument de lucru - 3, un suport - 4 și o carcasă - 5.

Figura 2 - Sistem oscilator cu două jumătăți de undă și distribuția amplitudinilor de oscilație A și a tensiunilor mecanice de acționare F

Distribuția amplitudinii oscilațiilor A și a forțelor (solicitări mecanice) F în sistemul oscilator are forma undelor staționare (cu condiția ca pierderile și radiațiile să fie neglijate).

După cum se poate observa din Figura 2, există planuri în care deplasările și solicitările mecanice sunt întotdeauna nule. Aceste planuri se numesc nodale. Planurile în care deplasările și tensiunile sunt minime se numesc antinode. Valorile maxime ale deplasărilor (amplitudinilor) corespund întotdeauna valorilor minime ale solicitărilor mecanice și invers. Distanțele dintre două planuri nodale adiacente sau antinode sunt întotdeauna egale cu jumătate din lungimea de undă.

Există întotdeauna conexiuni în sistemul oscilant care asigură conexiunea acustică și mecanică a elementelor sale. Conexiunile pot fi dintr-o singură bucată, cu toate acestea, dacă este necesar să schimbați instrumentul de lucru, conexiunile sunt filetate.

Sistemul oscilator cu ultrasunete, împreună cu carcasa, dispozitivele de alimentare cu tensiune de alimentare și orificiile de ventilație, este de obicei realizat ca o unitate separată. În viitor, folosind termenul de sistem oscilator SUA, vom vorbi despre întreaga unitate ca întreg.

Sistemul oscilant utilizat în dispozitive cu ultrasunete multifuncționale în scopuri tehnologice trebuie să îndeplinească o serie de cerințe generale.

1) Lucrați într-un interval de frecvență dat;

2) Lucrați cu toate modificările posibile ale sarcinii în timpul procesului tehnologic;

3) Furnizați intensitatea radiației sau amplitudinea vibrațiilor necesare;

4) Să aibă cea mai mare eficiență posibilă;

5) Părțile sistemului vibrator cu ultrasunete în contact cu substanțele procesate trebuie să aibă cavitație și rezistență chimică;

6) Aveți o montură rigidă în carcasă;

7) Trebuie să aibă dimensiuni și greutate minime;

8) Cerințele de siguranță trebuie îndeplinite.

Sistemul oscilant cu ultrasunete prezentat în Figura 2 este un sistem oscilant cu două jumătăți de undă. În acesta, traductorul are o dimensiune rezonantă egală cu jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul traductorului. Pentru a crește amplitudinea vibrațiilor și a se potrivi traductorul cu mediul procesat, se folosește un concentrator, care are o dimensiune rezonantă care corespunde cu jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul concentratorului.

Dacă sistemul oscilant prezentat în Figura 2 este realizat din oțel (viteza de propagare a vibrațiilor ultrasonice în oțel este mai mare de 5000 m / s), atunci dimensiunea sa longitudinală totală corespunde L = С2p / w ~ 23 cm.

Pentru a îndeplini cerințele de compactitate ridicată și greutate redusă, se utilizează sisteme oscilatorii pe jumătate de undă, constând dintr-un convertor cu un sfert de undă și un concentrator. Un astfel de sistem oscilator este prezentat schematic în Figura 3. Denumirile elementelor sistemului oscilator corespund cu denumirile din Figura 3.

Figura 3 - Sistem oscilator cu două sferturi de undă

În acest caz, este posibil să se asigure dimensiunea longitudinală și masa minimă posibilă a sistemului vibrator cu ultrasunete, precum și să se reducă numărul de conexiuni mecanice.

Dezavantajul unui astfel de sistem oscilator este conexiunea convertorului cu concentratorul în planul celor mai mari solicitări mecanice. Cu toate acestea, acest dezavantaj poate fi parțial eliminat prin deplasarea elementului activ al convertorului din punctul de solicitări maxime de funcționare.

Aplicarea dispozitivelor cu ultrasunete

Ecografia puternică este un mijloc unic ecologic de stimulare a proceselor fizice și chimice. Vibrații cu ultrasunete cu o frecvență de 20.000 - 60.000 Hz și o intensitate de peste 0,1 W / cmp. poate provoca modificări ireversibile în mediul de distribuție. Aceasta predetermină posibilitățile uz practic ultrasunete puternice în următoarele zone.

Procese tehnologice: prelucrarea materiilor prime minerale, beneficiare și procese de hidrometalurgie a minereurilor metalice etc.

Petrol și industria gazelor naturale: recuperare puțuri de petrol, extracția uleiului vâscos, procesele de separare în sistemul nisip - ulei greu, creșterea fluidității produselor petroliere grele etc.

Metalurgie și inginerie mecanică: rafinarea metalelor se topește, măcinarea structurii unui lingou / turnare, prelucrarea unei suprafețe metalice pentru întărirea acesteia și ameliorarea tensiunilor interne, curățarea suprafețelor externe și a cavităților interne ale pieselor mașinii etc.

Tehnologii chimice și biochimice: procese de extracție, sorbție, filtrare, uscare, emulsificare, obținerea suspensiilor, amestecare, dispersare, dizolvare, flotație, degazare, evaporare, coagulare, coalescență, procese de polimerizare și depolimerizare, obținerea nanomaterialelor etc.

Energie: combustie de lichid și combustibil solid, pregătirea emulsiilor de combustibil, producția de biocombustibili etc.

Agricultura, industria alimentară și industria ușoară: procese de germinare a semințelor și creșterea plantelor, prepararea aditivilor alimentari, tehnologia de cofetărie, prepararea băuturilor alcoolice și nealcoolice etc.

Servicii comunale: recuperarea puțurilor de apă, pregătirea apei potabile, îndepărtarea depozitelor de pe pereții interiori schimbătoare de căldură etc.

Protecția mediului: curățare Ape uzate contaminate cu produse petroliere, metale grele, compuși organici persistenți, curățarea solurilor contaminate, curățarea fluxurilor de gaze industriale etc.

Reciclarea materiilor prime secundare: devulcanizarea cauciucului, curățarea scării metalurgice de contaminarea cu ulei etc.

Informații generale

Unitatea cu ultrasunete UZU-1,6-O este proiectată pentru a curăța elementele de filtrare a metalelor și filtrarea pachetelor de sisteme hidraulice de combustibil și ulei ale aeronavelor, motoarelor de aeronave și echipamentelor de bancă de impurități mecanice, substanțe rășinoase și produse de cocsificare a uleiului.
Unitatea poate curăța pungile filtrante din material X18 N15-PM în conformitate cu tehnologia producătorului pungilor filtrante.

Structura simbolului

UZU4-1,6-O:
UZU - instalare cu ultrasunete;
4 - executare;
1,6 - puterea oscilatorie nominală, kW;
О - curățenie;
У, Т2 - categoria de modificare și amplasare climatică
conform GOST 15150-69, temperatura ambiantă
de la 5 la 50 ° C. ї Mediu inconjurator- neexploziv, fără conținut de praf conductiv, fără conținut de vapori agresivi, gaze care pot perturba funcționarea normală a instalației.
Instalarea respectă cerințele TU16-530.022-79.

Document normativ și tehnic

TU 16-530.022-79

Specificații

Tensiunea unei rețele de alimentare trifazată cu o frecvență de 50 Hz, V - 380/220 Consum de energie kW, nu mai mult: fără iluminare și încălzitoare - 3,7 cu iluminare și încălzitoare - 12 Frecvența de funcționare a generatorului, kHz - 18 Ieșire puterea generatorului, kW - 1,6 Eficiența generatorului,%, nu mai puțin - 45 Tensiunea anodică a generatorului, V - 3000 Tensiunea incandescentă a lămpilor generatorului, V - 6,3 Tensiunea de ieșire a generatorului, V - 220 Curent magnetic, A - 18 Curent anod, A - 0,85 Curentul rețelei, A - 0,28 Numărul de băi, buc. - 2 Volumul unei băi, l, nu mai puțin - 20 Timp de încălzire a soluției de spălare în băi de la 5 la 65 ° C fără pornirea generatorului, min, nu mai mult: atunci când funcționează pe ulei AMG 10 - 20 în timpul funcționării pe soluții apoase de hexametafosfat de sodiu, fosfat trisodic și azotat de sodiu sau sinval - 35 Durata funcționării continue a instalației, h, nu mai mult - 12 Răcirea forțată cu aer a elementelor de instalare. Timp curățarea cu ultrasunete a unui element de filtrare, min, nu mai mult - 10 Timp pentru a implementa instalația în poziția de funcționare, min, nu mai mult - 35 Timp pentru a rula până la poziția de depozitare, min, nu mai mult - 15 Greutate, kg, nu mai mult - 510
Perioada de garanție este de 18 luni de la data punerii în funcțiune.

Proiectare și principiu de funcționare

Proiectarea unității cu ultrasunete UZU4-1,6-O (a se vedea figura) este un container mobil, completat în blocuri.

Vedere generală și dimensiuni unitate cu ultrasunete UZU4-1,6-О
Instalația are două băi tehnologice. Echipat cu un cărucior pentru rotirea filtrelor și transferul acestora dintr-o baie în alta. În fiecare baie este instalat un traductor magnetostrictiv de tipul PM1-1.6 / 18. Convertorul este răcit prin aer, generatorul este încorporat. Setul de livrare al unității UZU4-1,6-O include: o unitate cu ultrasunete UZU-1,6-O, piese de schimb și accesorii, 1 set, un set de documentație operațională, 1 set.

Titularii brevetului RU 2286216:

Invenția se referă la dispozitive pentru curățarea cu ultrasunete și prelucrarea suspensiilor în câmpuri acustice puternice, în special pentru dizolvare, emulsificare, dispersie, precum și dispozitive pentru recepția și transmiterea vibrațiilor mecanice folosind efectul magnetostricției. Instalația conține un traductor magnetostrictiv cu tijă cu ultrasunete, o cameră de lucru realizată sub formă de țeavă cilindrică metalică și un ghid de undă acustic, al cărui capăt emițător este conectat ermetic la fundul țevii cilindrice prin intermediul unui inel de etanșare elastic, iar capătul de recepție al acestui ghid de undă este conectat rigid acustic la suprafața emițătoare a traductorului cu tijă cu ultrasunete ... În instalație este introdus suplimentar un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat rigid acustic pe tubul camerei de lucru. Instalația cu ultrasunete formează un câmp acustic cu două frecvențe în mediul lichid prelucrat, care asigură o creștere a intensificării procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final. 3 C.p. f-ly, 1 dwg.

Un dispozitiv este cunoscut pentru introducerea vibrațiilor ultrasonice într-un lichid (brevetul DE nr. 3815925, B 08 B 3/12, 1989) prin intermediul unui senzor cu ultrasunete, care este fixat cu un con care emite sunet utilizând o flanșă izolatoare ermetic în zona inferioară în interiorul băii lichide.

Cel mai apropiat soluție tehnică la propus este unitate cu ultrasunete tip UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Instalații electrotehnice cu ultrasunete", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169), conținând un traductor cu ultrasunete cu tijă, o cameră de lucru realizată sub forma unei țevi cilindrice metalice și o ghid de undă acustic, al cărui capăt de emisie este conectat ermetic la partea inferioară a țevii cilindrice prin intermediul unui inel de etanșare elastic, iar capătul de recepție al acestui ghid de undă este conectat rigid acustic la suprafața de emisie a traductorului cu ultrasunete al tijei.

Dezavantajul instalațiilor ultrasonice cunoscute identificate constă în faptul că camera de lucru are o singură sursă de vibrații ultrasonice, care sunt transmise către aceasta din traductorul magnetostrictiv prin capătul ghidului de undă, ale cărui proprietăți mecanice și parametrii acustici determină radiația maximă admisibilă intensitate. Adesea, intensitatea primită a radiației vibrațiilor cu ultrasunete nu poate satisface cerințele procesului tehnologic în raport cu calitatea produsului final, ceea ce face necesară prelungirea timpului de tratament cu ultrasunete al mediului lichid și duce la o scădere a intensitatea procesului tehnologic.

Astfel, dispozitivele cu ultrasunete, analogice și prototipul invenției revendicate identificate în cursul căutării brevetului, atunci când sunt implementate, nu asigură obținerea rezultatului tehnic, care constă în creșterea intensificării procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsul final.

Invenția propusă rezolvă problema creării unei instalații cu ultrasunete, a cărei implementare asigură realizarea rezultatului tehnic, care constă în creșterea intensificării procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

Esența invenției constă în faptul că într-o instalație cu ultrasunete care conține un traductor cu ultrasunete cu tijă, o cameră de lucru realizată sub formă de țeavă cilindrică metalică și un ghid de undă acustic, al cărui capăt emițător este conectat ermetic la fundul conducta cilindrică prin intermediul unui inel de etanșare elastic și capătul de primire al acestui ghid de undă conectat rigid acustic la suprafața emitentă a traductorului cu ultrasunete a tijei; în plus, este introdus un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat acustic rigid pe tubul camerei de lucru. În plus, un inel de etanșare elastic este atașat la capătul radiant al ghidului de undă în zona ansamblului de deplasare. În acest caz, capătul inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar este situat în același plan cu capătul radiant al ghidului de undă acustic. Mai mult, suprafața capătului radiant al ghidului de undă acustic este făcută concavă, sferică, cu o rază a sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al emițătorului magnetostrictiv inelar.

Rezultatul tehnic se obține după cum urmează. Un traductor cu ultrasunete cu tijă este o sursă de vibrații cu ultrasunete care asigură parametrii necesari câmpul acustic din camera de lucru a instalației pentru efectuarea procesului tehnologic, care asigură intensificarea și calitatea produsului final. Un ghid de undă acustic, al cărui capăt de emisie este conectat ermetic la partea inferioară a țevii cilindrice, iar capătul de recepție al acestui ghid de undă este conectat rigid acustic la suprafața de emisie a traductorului cu ultrasunete cu tijă, asigură transmiterea vibrațiilor ultrasonice în mediu lichid prelucrat al camerei de lucru. În acest caz, etanșeitatea și mobilitatea conexiunii sunt asigurate datorită faptului că capătul radiant al ghidului de undă este conectat la partea inferioară a tubului camerei de lucru prin intermediul unui inel elastic de etanșare. Mobilitatea conexiunii oferă posibilitatea transferării vibrațiilor mecanice din traductor prin ghidul de undă în camera de lucru, în mediul procesat lichid, posibilitatea efectuării procesului tehnologic și, în consecință, obținerea rezultatului tehnic necesar.

În plus, în instalația revendicată, inelul elastic de etanșare este fixat la capătul emițător al ghidului de undă în zona nodului de deplasare, spre deosebire de prototip, în care este instalat în zona antinodului de deplasare. Ca urmare, în instalația conform prototipului, inelul O amortizează vibrațiile și reduce factorul Q al sistemului vibrator și, în consecință, reduce intensitatea procesului tehnologic. În instalația declarată, inelul O este instalat în zona unității de deplasare, deci nu afectează sistemul vibrator. Acest lucru vă permite să treceți mai multă putere prin ghidul de undă în comparație cu prototipul și, prin urmare, să creșteți intensitatea radiației, prin urmare, să vă intensificați proces tehnologic fără a compromite calitatea produsului final. În plus, deoarece în instalația revendicată inelul O este instalat în zona ansamblului, adică în zona de deformări zero, nu se prăbușește din vibrații, păstrează mobilitatea conexiunii capătului radiant al ghidului de undă cu partea de jos conducte ale camerei de lucru, care vă permite să mențineți intensitatea radiației. În prototip, inelul de etanșare este instalat în zona de deformare maximă a ghidului de undă. Prin urmare, inelul se prăbușește treptat din vibrații, ceea ce reduce treptat intensitatea radiației, apoi rupe etanșeitatea conexiunii și perturbă funcționarea instalației.

Utilizarea unui emițător magnetostrictiv inelar permite realizarea unei puteri de conversie ridicate și a unei zone de radiații semnificative (A.V. Donskoy, OK Keller, G.S. intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

Deoarece conducta este cilindrică, iar emițătorul magnetostrictiv introdus în instalație este inelar, este posibil să apăsați circuitul magnetic pe suprafața exterioară a conductei. Când tensiunea de alimentare este aplicată înfășurării firului magnetic, are loc un efect magnetostrictiv în plăci, ceea ce duce la deformarea plăcilor inelare ale circuitului magnetic în direcția radială. În acest caz, datorită faptului că țeava este realizată din metal, iar circuitul magnetic este presat rigid acustic pe țeavă, deformarea plăcilor inelare ale circuitului magnetic este transformată în oscilații radiale ale peretelui conductei. Ca rezultat, vibrațiile electrice ale generatorului excitant al emițătorului magnetostrictiv inelar sunt transformate în vibrații mecanice radiale ale plăcilor magnetostrictive și datorită conexiunii rigide acustic a planului de radiație al circuitului magnetic cu suprafața țevii, vibrațiile mecanice sunt transmis prin pereții conductelor în mediul lichid prelucrat. În acest caz, sursa vibrațiilor acustice în mediul lichid prelucrat este peretele interior al tubului cilindric al camerei de lucru. Ca rezultat, un câmp acustic cu o a doua frecvență de rezonanță se formează în instalația revendicată în mediul lichid tratat. În acest caz, introducerea unui emițător magnetostrictiv inelar în instalația revendicată crește, în comparație cu prototipul, aria suprafeței emițătoare: suprafața emițătoare a ghidului de undă și o parte a peretelui interior al camerei de lucru, pe suprafața exterioară a căreia este presat un emițător magnetostrictiv inelar. O creștere a suprafeței radiante crește intensitatea câmpului acustic în camera de lucru și, prin urmare, face posibilă intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

Amplasarea capătului inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar în același plan cu capătul radiant al ghidului de undă acustic este cea mai bună opțiune Deoarece plasarea sa sub capătul radiant al ghidului de undă duce la formarea unei zone moarte (stagnante) pentru traductorul inelar (radiator inelar - țeavă). Plasarea capătului inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar deasupra capătului radiant al ghidului de undă reduce eficiența convertorului inelar. Ambele opțiuni conduc la o scădere a intensității efectului câmpului acustic total asupra mediului lichid procesat și, în consecință, la o scădere a intensificării procesului tehnologic.

Deoarece suprafața emitentă a emițătorului magnetostrictiv inelar este un perete cilindric, energia sonoră este focalizată, adică concentrația câmpului acustic este creată de-a lungul liniei axiale a țevii, pe care este apăsat nucleul magnetic al emițătorului. Deoarece suprafața emițătoare a traductorului cu tijă cu ultrasunete este realizată sub forma unei sfere concavă, această suprafață emițătoare concentrează și energia sonoră, dar aproape de un punct care se află pe linia centrală a țevii. Astfel, la diferite distanțe focale, focarele ambelor suprafețe emitente coincid, concentrând energie acustică puternică într-un volum mic al camerei de lucru. Deoarece capătul inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar este situat în același plan cu capătul radiant al ghidului de undă acustic, în care sfera concavă este realizată cu o rază egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al magnetostricției inelare. radiator, punctul de focalizare al energiei acustice se află în mijlocul liniei axiale a conductei, adică în centrul camerei de lucru a instalației, energia acustică puternică este concentrată într-un volum mic ("Ultrasound. Little Encyclopedia", redacția șefă a I.P. Golyanin, Moscova: Enciclopedia sovietică, 1979, pp. 367-370). În zona de focalizare a energiilor acustice ale ambelor suprafețe emitente, intensitatea efectului câmpului acustic asupra mediului lichid procesat este de sute de ori mai mare decât în alte zone ale camerei. Se creează un volum local cu o intensitate puternică de expunere la câmp. Datorită intensității puternice locale a impactului, sunt distruse chiar și materiale dificil de prelucrat. În plus, în acest caz, ultrasunetele puternice sunt deviate de pe pereți, ceea ce protejează pereții camerei de distrugerea și contaminarea materialului prelucrat de produsul distrugerii pereților. Astfel, făcând suprafața capătului emițător al ghidului de undă acustic concav, sferic, cu o rază a sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al emițătorului magnetostrictiv inelar, crește intensitatea impactului câmpului acustic asupra mediului lichid procesat, și, prin urmare, oferă intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

Așa cum se arată mai sus, în instalația revendicată, în mediul lichid tratat se formează un câmp acustic cu două frecvențe rezonante. Prima frecvență de rezonanță este determinată de frecvența de rezonanță a traductorului magnetostrictiv al tijei, a doua - de frecvența de rezonanță a emițătorului magnetostrictiv inelar presat pe tubul camerei de lucru. Frecvența de rezonanță a unui emițător magnetostrictiv inelar este determinată de expresia lcp = λ = c / fres, unde lcp este lungimea liniei centrale a circuitului magnetic al emițătorului, λ este lungimea de undă din materialul circuitului magnetic, c este viteza vibrațiilor elastice din materialul circuitului magnetic, fres este frecvența de rezonanță a emițătorului (A. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Instalații electrotehnice cu ultrasunete", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 25). Cu alte cuvinte, a doua frecvență rezonantă a instalației este determinată de lungimea liniei centrale a circuitului magnetic inelar, care la rândul său este determinată de diametrul exterior al conductei camerei de lucru: cu cât linia centrală a circuitului magnetic este mai lungă. , cu atât a doua frecvență rezonantă a instalației este mai mică.

Prezența a două frecvențe rezonante în instalația declarată permite intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final. Acest lucru este explicat după cum urmează.

Sub influența unui câmp acustic în mediul lichid prelucrat, apar fluxuri acustice - fluxuri staționare de vortex ale unui lichid care apar într-un câmp sonor liber neomogen. În instalația declarată în mediul lichid procesat, se formează două tipuri de unde acustice, fiecare cu propria frecvență de rezonanță: o undă cilindrică se propagă radial din suprafața interioară conducte (camera de lucru), iar unda plană se propagă de-a lungul camerei de lucru de jos în sus. Prezența a două frecvențe de rezonanță îmbunătățește efectul fluxurilor acustice asupra mediului lichid procesat, deoarece la fiecare frecvență de rezonanță se formează propriile fluxuri acustice, care amestecă intens lichidul. Acest lucru duce, de asemenea, la o creștere a turbulenței fluxurilor acustice și la o amestecare și mai intensă a lichidului tratat, care crește intensitatea efectului câmpului acustic asupra mediului lichid tratat. Ca urmare, procesul tehnologic este intensificat fără a reduce calitatea produsului final.

În plus, sub influența câmpului acustic în mediul lichid procesat, apare cavitația - formarea rupturilor mediului lichid acolo unde există o scădere locală a presiunii. Ca urmare a cavitației, se formează bule de cavitație vapori-gaze. Dacă câmpul acustic este slab, bulele rezonează, pulsează în câmp. Dacă câmpul acustic este puternic, bula se prăbușește după perioada undei sonore (caz ideal), deoarece se încadrează în regiunea de înaltă presiune creată de acest câmp. Când bulele se prăbușesc, generează perturbări hidrodinamice puternice în mediul lichid, radiații intense ale undelor acustice și provoacă distrugerea suprafețelor solidelor care se învecinează cu lichidul cavitat. În instalația revendicată, câmpul acustic este mai puternic decât câmpul acustic al instalației prototip, ceea ce se explică prin prezența a două frecvențe rezonante în acesta. Ca urmare, în instalația revendicată, probabilitatea prăbușirii bulelor de cavitație este mai mare, ceea ce sporește efectele de cavitație și crește intensitatea efectului câmpului acustic asupra mediului lichid procesat și, prin urmare, oferă o intensificare a tehnologiei tehnologice. proces fără a reduce calitatea produsului final.

Cu cât frecvența de rezonanță a câmpului acustic este mai mică, cu atât bula este mai mare, deoarece perioada la frecvența joasă este mare, iar bulele au timp să crească. Viața unei bule în timpul cavitației este o perioadă de frecvență. Când bula se prăbușește, creează o presiune puternică. Cu cât bula este mai mare, cu atât mai mult presiune ridicata este creat atunci când este lovit. În instalația cu ultrasunete declarată, datorită sunetului cu două frecvențe al lichidului procesat, bulele de cavitație diferă ca mărime: cele mai mari sunt rezultatul expunerii la un mediu lichid de joasă frecvență, iar cele mici - de înaltă frecvență. Când curățați suprafețele sau prelucrați o suspensie, bule mici pătrund în fisuri și cavități de particule solide și, prăbușind, formează efecte de micro-șoc, slăbind integritatea unei particule solide din interior. Bulele mai mari, care se prăbușesc, provoacă formarea de microfisuri noi în particule solide, slăbind și mai mult legăturile mecanice din ele. Particulele solide sunt distruse.

Când se emulsionează, se dizolvă și se amestecă, bulele mari distrug legăturile intermoleculare din componentele amestecului viitor, scurtând lanțurile și formează condiții pentru bulele mici pentru distrugerea ulterioară a legăturilor intermoleculare. Drept urmare, intensificarea procesului tehnologic crește fără a reduce calitatea produsului final.

În plus, în instalația revendicată, ca urmare a interacțiunii undelor acustice cu frecvențe rezonante diferite în mediul lichid tratat, bătăile apar datorită suprapunerii a două frecvențe (principiul suprapunerii), care determină o creștere instantanee bruscă a amplitudinea presiunii acustice. În astfel de momente, puterea de impact a undei acustice poate fi de câteva ori mai mare decât puterea specifică a instalației, ceea ce intensifică procesul tehnologic și nu numai că nu reduce, ci îmbunătățește calitatea produsului final. În plus, o creștere accentuată a amplitudinii presiunii acustice facilitează furnizarea de nuclee de cavitație către zona de cavitație; cavitația crește. Bule de cavitație, formându-se în pori, nereguli, fisuri de suprafață solidîn suspensie formează curenți acustici locali care amestecă intens lichidul în toate microvolumele, ceea ce face posibilă și intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

Astfel, din cele de mai sus rezultă că instalația cu ultrasunete revendicată, datorită posibilității de a forma un câmp acustic cu două frecvențe în mediul lichid tratat, atunci când este implementată, asigură obținerea rezultatului tehnic, care constă în creșterea intensificării proces tehnologic fără reducerea calității produsului final: rezultatele curățării suprafețelor, dispersarea componentelor solide într-un lichid, procesul de emulsificare, amestecare și dizolvare a componentelor mediului lichid.

Desenul prezintă instalația cu ultrasunete declarată. Instalația cu ultrasunete conține un traductor magnetostrictiv cu tijă cu ultrasunete 1 cu o suprafață emitentă 2, un ghid de undă acustic 3, o cameră de lucru 4, un miez magnetic 5 al unui emițător magnetostrictiv inelar 6, un inel elastic de etanșare 7, un știft 8. Găurile 9 sunt prevăzut în miezul magnetic 5 pentru efectuarea unei înfășurări de excitație (nu este prezentat) ... Camera de lucru 4 este realizată sub formă de țeavă cilindrică, de exemplu, din oțel. Într-un exemplu de instalare, ghidul de undă 3 este realizat sub forma unui con trunchiat, în care capătul emițător 10 prin intermediul unui inel elastic de etanșare 7 este conectat ermetic la partea inferioară a tubului camerei de lucru 4, iar capătul de recepție 11 este conectat axial printr-un știft 8 la suprafața emițătoare 2 a convertorului 1. Nucleul magnetic 5 realizat sub forma unui pachet de plăci magnetostrictive având forma de inele și presat acustic rigid pe conducta camera de lucru 4; în plus, circuitul magnetic 5 este prevăzut cu o înfășurare de excitație (neprezentată).

Un inel de etanșare elastic 7 este fixat pe capătul emițător 10 al ghidului de undă 3 în zona unității de deplasare. În acest caz, capătul inferior al circuitului magnetic 5 al radiatorului inelar 6 este situat în același plan cu capătul radiant 10 al ghidului de undă acustic 3. Mai mult, suprafața capătului radiant 10 al ghidului de undă acustic 3 este realizată concav, sferic, cu o rază a sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic 5 al radiatorului magnetostrictiv inelar 6.

Ca traductor cu ultrasunete cu tijă, de exemplu, poate fi utilizat un traductor cu ultrasunete magnetostrictiv de tip PMS-15A-18 (BT3.836.001 TU) sau PMS-15-22 9SYUIT.671.119.003 TU). Dacă procesul tehnologic necesită frecvențe mai mari: 44 kHz, 66 kHz etc., atunci traductorul cu tijă se bazează pe piezoceramică.

Circuitul magnetic 5 poate fi realizat dintr-un material cu stricție negativă, de exemplu, din nichel.

Instalarea cu ultrasunete funcționează după cum urmează. Tensiunile de alimentare sunt aplicate înfășurărilor de excitație ale convertorului 1 și emițătorului magnetostrictiv inelar 6. Camera de lucru 4 este umplută cu mediul lichid 12 care trebuie tratat, de exemplu, pentru a efectua dizolvarea, emulsificarea, dispersia sau este umplută cu un mediu lichid în care sunt așezate piese pentru curățarea suprafețelor. După aplicarea tensiunii de alimentare în camera de lucru 4, în mediul lichid 12 se formează un câmp acustic cu două frecvențe de rezonanță.

Sub influența câmpului acustic generat cu două frecvențe în mediul tratat 12, apar fluxuri acustice și cavitație. În acest caz, așa cum se arată mai sus, bulele de cavitație diferă ca mărime: cele mai mari sunt rezultatul expunerii la un mediu lichid de joasă frecvență, iar cele mici - de înaltă frecvență.

Într-un mediu lichid care cavită, de exemplu, atunci când dispersează sau curăță suprafețe, bule mici pătrund în fisuri și cavități ale componentului solid al amestecului și, prăbușind, formează efecte de micro-șoc, slăbind integritatea particulelor solide din interior. Bulele de dimensiuni mai mari, care se prăbușesc, rup particula slăbită din interior în fracții mici.

În plus, ca urmare a interacțiunii undelor acustice cu diferite frecvențe de rezonanță, apar bătăi, ceea ce duce la o creștere bruscă instantanee a amplitudinii presiunii acustice (la șoc acustic), ceea ce duce la distrugerea și mai intensă a straturilor de pe suprafață care trebuie curățată și la zdrobire și mai mare a fracțiilor solide în lichidul tratat.mediu la primirea unei suspensii. În același timp, prezența a două frecvențe rezonante mărește turbulența fluxurilor acustice, ceea ce contribuie la amestecarea mai intensă a mediului lichid procesat și la distrugerea mai intensă a particulelor solide atât pe suprafața piesei, cât și în suspensie.

În timpul emulsificării și dizolvării, bulele mari de cavitație distrug legăturile intermoleculare din componentele amestecului viitor, scurtând lanțurile și formează condiții pentru bulele mici de cavitație pentru distrugerea ulterioară a legăturilor intermoleculare. O undă de șoc acustică și turbulența crescută a fluxurilor acustice, care sunt rezultatul sondării cu două frecvențe a mediului lichid tratat, distrug, de asemenea, legăturile intermoleculare și intensifică procesul de amestecare a mediului.

Ca urmare a efectului combinat al factorilor de mai sus asupra mediului lichid prelucrat, procesul tehnologic efectuat este intensificat fără a reduce calitatea produsului final. După cum au arătat testele, în comparație cu prototipul, puterea specifică a convertorului revendicat este de două ori mai mare.

Pentru a spori efectul de cavitație în instalație, poate fi asigurată o presiune statică crescută, care poate fi implementată similar prototipului (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S.Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169): un sistem de conducte conectat la volumul intern al camerei de lucru; cilindru de aer comprimat; supapă de siguranță și manometru. În acest caz, camera de lucru trebuie să fie echipată cu un capac etanș.

1. Instalație cu ultrasunete care conține un traductor cu ultrasunete cu tijă, o cameră de lucru realizată sub formă de țeavă cilindrică metalică și un ghid de undă acustic, al cărui capăt emis este conectat ermetic la partea inferioară a țevii cilindrice prin intermediul unui inel de etanșare elastic. , iar capătul de recepție al acestui ghid de undă este conectat rigid acustic la traductorul cu ultrasunete al tijei de suprafață emițătoare, caracterizat prin aceea că în instalație este introdus suplimentar un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat rigid acustic pe tubul camerei de lucru .

2. Instalație conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că inelul elastic de etanșare este fixat la capătul radiant al ghidului de undă în zona unității de deplasare.

3. Instalație conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că capătul inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar este situat în același plan cu capătul radiant al ghidului de undă acustic.

4. Instalație conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că suprafața capătului radiant al ghidului de undă acustic este făcută concavă, sferică, cu o rază a sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al radiatorului magnetostrictiv inelar.

Articolul descrie proiectarea celei mai simple instalații cu ultrasunete concepute pentru a demonstra experimentele cu ultrasunete. Instalația constă dintr-un generator de vibrații cu ultrasunete, un emițător, un dispozitiv de focalizare și mai multe dispozitive de asistare, permițând demonstrarea diferitelor experimente care explică proprietățile și metodele de aplicare a vibrațiilor cu ultrasunete.

Cu ajutorul celei mai simple instalații cu ultrasunete, este posibil să se arate propagarea ultrasunetelor în diferite medii, reflectarea și refracția ultrasunetelor la interfața a două medii, absorbția ultrasunetelor în diferite substanțe. În plus, este posibil să se arate producția de emulsii de ulei, curățarea pieselor contaminate, sudarea cu ultrasunete, fântâna cu lichid cu ultrasunete, efectele biologice ale vibrațiilor cu ultrasunete.

Fabricarea unei astfel de instalații poate fi realizată în atelierele școlare prin eforturile elevilor seniori.

Setarea pentru demonstrarea experimentelor cu ultrasunete constă dintr-un generator electronic (Fig. 1), un traductor de cuarț al vibrațiilor electrice în ultrasunete și un vas pentru lentile (Fig. 2) pentru focalizarea ultrasunetelor. Sursa de alimentare include doar transformatorul de putere Tr1, deoarece circuitele anodice ale lămpilor generatorului sunt alimentate direct de curent alternativ (fără redresor). Această simplificare nu afectează în mod negativ funcționarea dispozitivului și, în același timp, simplifică semnificativ circuitul și proiectarea acestuia.

Generatorul electronic este realizat conform unui circuit push-pull pe două lămpi 6PZS, conectate conform unui circuit triodic (grilele de ecran ale lămpilor sunt conectate la anodi). Circuitul L1C2 este inclus în circuitele anodice ale lămpilor, care determină frecvența oscilațiilor generate, iar bobina este inclusă în circuitele de rețea. părere L2. O mică rezistență R1 este inclusă în circuitele catodice, care determină în mare măsură modul lămpilor.

Fig. 1. Diagramă schematică generator

Semnalul de înaltă frecvență este alimentat către un rezonator de cuarț prin intermediul condensatoarelor de blocare C4 și C5. Cuarțul este plasat într-un suport de cuarț etanș (fig. 2) și conectat la generator cu fire de 1 m.

Orez. 2. Vas pentru lentile și suport de cuarț

În plus față de detaliile luate în considerare, există și condensatori C1 și C3 în circuit, precum și un sufocator Dr1 prin care tensiunea anodică este furnizată anodilor lămpilor. Acest sufocator previne scurtcircuitarea semnalului de înaltă frecvență prin condensatorul C1 și capacitatea interturnă a transformatorului de putere.

Principalele părți ale generatorului de casă sunt bobinele L1 și L2, realizate sub formă de spirale plate. Pentru a le face, trebuie să decupați un șablon din lemn. Două pătrate sunt tăiate dintr-o scândură de 25 cm lățime, care servesc drept obrajii șablonului. În centrul fiecărui obraz, trebuie făcute găuri pentru o tijă metalică cu un diametru de 10-15 mm, iar într-unul dintre obraji, tăiați o gaură sau canelură de 3 mm lățime pentru a atașa cablul bobinei. Un fir este tăiat pe o tijă metalică de la ambele capete și obrajii sunt așezați între două piulițe la o distanță egală cu diametrul firului înfășurat. În acest sens, fabricarea șablonului poate fi considerată completă și începe înfășurarea bobinelor.

Tija metalică este prinsă la un capăt într-un menghină, prima bobină de sârmă (interioară) este așezată între obraji, după care piulițele sunt strânse și înfășurarea continuă. Bobina L1 are 16 spire, iar bobina L2 are 12 spire de sârmă de cupru cu diametrul de 3 mm. Bobinele L1 și L2 sunt realizate separat, apoi sunt așezate una peste alta pe o traversă din textolit sau plastic (Fig. 3). Pentru a oferi bobinelor mai multă rezistență, adânciturile sunt tăiate în traverse cu un ferăstrău sau un fișier. Pentru a fixa bobinele, una dintre ele trebuie apăsată de sus cu a doua cruce (fără indentări), iar a doua trebuie așezată direct pe placa din sticlă organică, getinax sau plastic, montat pe șasiul metalic al generatorului.

Orez. 3

Suportul de înaltă frecvență este înfășurat pe un cadru din ceramică sau plastic cu diametrul de 30 mm cu fir PELSHO-0,25 mm. Înfășurarea se efectuează în vrac în secțiuni de câte 100 de rotiri. În total, șocul are 300-500 de rotații. În acest design, se folosește un transformator de putere de casă, realizat pe un miez din plăci Sh-33, grosimea setului fiind de 33 mm. Înfășurarea rețelei conține 544 spire de sârmă PEL-0,45. Înfășurarea rețelei este proiectată pentru a fi conectată la o rețea cu o tensiune de 127 V. În cazul utilizării unei rețele cu o tensiune de 220 V, înfășurarea I trebuie să conțină 944 spire de cablu PEL-0,35. Înfășurarea treptată are 2980 spire de sârmă PEL-0.14 și înfășurarea cu filament a lămpilor - 30 de spire de sârmă PEL-1.0. Un astfel de transformator poate fi înlocuit cu un transformator de putere al mărcii ELS-2, utilizând numai înfășurarea rețelei, înfășurarea cu filament a lămpilor și înfășurarea completă sau orice transformator de putere cu o capacitate de cel puțin 70 VA și cu o înfășurare treptată, asigurând o sarcină de 470 V pe anodii lămpilor 6ПЗС.

Suportul de cuarț este realizat din bronz conform desenului din Fig. 4. O gaură în formă de L este forată în corp folosind un burghiu cu un diametru de 3 mm pentru a conduce firul l. Un inel de cauciuc e este introdus în corp, care servește la absorbția șocurilor și izolarea cuarțului. Inelul poate fi tăiat dintr-o radieră obișnuită. Inelul de alunecare b este tăiat din folie de alamă grosime 0,2 mm. Acest inel are un suport pentru lipirea firului. Ambele fire și și trebuie să aibă o izolație bună. Sârma este lipită la flanșa suport O. Nu se recomandă răsucirea firelor împreună.

Fig. 4. Suport cuarț

Vasul obiectivului este format dintr-un cilindru e și un obiectiv ultrasonic b (Fig. 5). Cilindrul este îndoit de pe o placă de plexiglas cu grosimea de 3 mm pe un șablon rotund din lemn cu diametrul de 19 mm.

Fig. 5. Vas cu lentile

Placa este încălzită la flacără până se înmoaie, se îndoaie după model și se lipeste cu esență de oțet. Cilindrul lipit este legat cu fire și lăsat să se usuce timp de două ore. După aceea, capetele capătului cilindrului sunt nivelate cu hârtie smirghel și firele sunt îndepărtate. Pentru a face o lentilă cu ultrasunete b, trebuie să realizați un dispozitiv special (Fig. 6) dintr-o bilă de oțel cu un diametru de 18-22 mm dintr-un rulment cu bile. Mingea ar trebui să fie recoaptă încălzind-o la căldură roșie și răcind încet. După aceea, o gaură cu un diametru de 6 mm este găurită în bilă și un fir interior este tăiat. Pentru a fixa această bilă în mandrina mașinii de găurit, trebuie realizată dintr-o tijă o tijă cu un fir la un capăt.

Fig. 6. Adaptare

O tijă cu o bilă înșurubată este prinsă în mandrina mașinii, mașina este pornită la viteză medie și, prin apăsarea mingii într-o placă de plexiglas cu grosimea de 10-12 mm, se obține adâncitura sferică necesară. Când mingea se adâncește cu o distanță egală cu raza sa, masina de gaurit opriți-vă și, fără a opri presiunea asupra mingii, răciți-o cu apă. Ca rezultat, se obține o depresiune sferică a lentilei cu ultrasunete în placa de sticlă organică. Un pătrat cu latura de 36 mm este decupat dintr-o placă cu o adâncitură cu ferăstrău, proeminența inelară formată în jurul adânciturii este nivelată cu hârtie smirghie cu granulație fină și placa este măcinată de jos, astfel încât un fund cu o grosimea de 0,2 mm rămâne în centrul locașului. Apoi, locurile zgâriată cu șmirghel sunt șlefuite până la transparență și mai departe strung tăiați colțurile astfel încât locașul sferic să rămână în centrul plăcii. Pe partea inferioară a plăcii, este necesar să se realizeze o proeminență cu o înălțime de 3 mm și un diametru de 23,8 mm pentru a centra obiectivul pe suportul de cuarț.

După ce ați umezit abundent unul dintre capetele capătului cilindrului cu esență de oțet sau dicloroetan, lipiți-l pe lentila cu ultrasunete, astfel încât axa centrală a cilindrului să coincidă cu axa care trece prin centrul lentilei. După uscare într-un vas lipit, sunt găurite trei găuri pentru șuruburile de reglare. Cel mai bine este să rotiți aceste șuruburi cu o șurubelniță specială din sârmă obișnuită de 10-12 cm lungime și 1,5-2 mm în diametru și echipată cu un mâner din material izolator. După fabricarea acestor piese și instalarea generatorului, puteți începe configurarea dispozitivului, care de obicei se reduce la reglarea circuitului L1C2 pentru a rezona cu frecvența naturală a cuarțului. Placa de cuarț din (Fig. 4) trebuie spălată cu săpun în apă curentă și uscată. Inelul de contact b este curățat de sus până la strălucire. Puneți cu grijă o placă de cuarț deasupra inelului de alunecare și, aruncând câteva picături de ulei de transformator pe marginile plăcii, înșurubați capacul d astfel încât să apese placa de cuarț. Pentru a indica vibrațiile cu ultrasunete, adânciturile a și d de pe capac sunt umplute cu ulei de transformator sau kerosen. După ce ați pornit alimentarea și ați încălzit un minut, rotiți butonul de reglare și obțineți rezonanță între oscilațiile generatorului de plăci de cuarț. În momentul rezonanței, se observă umflarea maximă a lichidului turnat în adâncul de pe capac. După configurarea generatorului, puteți începe să demonstrați experimentele.

Proiectare generator.

Una dintre cele mai eficiente demonstrații este crearea unei fântâni de lichid sub influența vibrațiilor cu ultrasunete. Pentru a obține o fântână de lichid, este necesar să plasați vasul „lentilelor” peste suportul de cuarț, astfel încât să nu se formeze nicio acumulare de bule de aer între fundul vasului „lentilei” și placa de cuarț. Apoi ar trebui să turnați apă potabilă obișnuită în vasul obiectivului și la un minut după ce ați pornit generatorul, a fantana cu ultrasunete... Înălțimea fântânii poate fi modificată cu șuruburile de reglare, după ce ați reglat anterior generatorul folosind condensatorul C2. La setare corectă din întregul sistem, puteți obține o fântână de apă cu o înălțime de 30-40 cm (Fig. 7).

Fig. 7. Fântână cu ultrasunete.

Concomitent cu apariția fântânii, apare o ceață de apă, care este rezultatul unui proces de cavitație, însoțit de un șuierat caracteristic. Dacă uleiul de transformator este turnat în vasul „lentilelor” în loc de apă, atunci fântâna va crește în mod vizibil în înălțime. Observarea continuă a fântânii poate fi efectuată până când nivelul lichidului din vasul „lentilelor” scade la 20 mm. Pentru observarea pe termen lung a fântânii, aceasta trebuie protejată cu un tub de sticlă B, de-a lungul pereților interiori din care lichidul care se scurge poate curge înapoi.

Atunci când vibrațiile ultrasonice sunt aplicate unui lichid, se formează bule microscopice în acesta (fenomen de cavitație), care este însoțit de o creștere semnificativă a presiunii la locul formării bulelor. Acest fenomen duce la distrugerea particulelor de materie sau a organismelor vii din lichid. Dacă așezați un pește mic sau dafnia "într-un vas" cu apă, atunci după 1-2 minute de iradiere cu ultrasunete vor muri. Proiecția vasului „lentilă” cu apă pe ecran face posibilă observarea tuturor proceselor acestei experiențe în ordine într-un public larg (Fig. 8).

Fig. 8. Acțiunea biologică a vibrațiilor ultrasonice.

Folosind dispozitivul descris, este posibil să se demonstreze utilizarea ultrasunetelor pentru curățarea pieselor mici de contaminare. Pentru a face acest lucru, o bază mică (o roată dințată, o bucată de metal etc.), unsă abundent cu grăsime, este plasată în baza fântânii de lichid. Fântâna va scădea semnificativ și se poate opri cu totul, dar partea contaminată este curățată treptat. Trebuie remarcat faptul că curățarea pieselor cu ultrasunete necesită utilizarea unor generatoare mai puternice, prin urmare, este imposibil să curățați întreaga parte contaminată într-o perioadă scurtă de timp și este necesar să vă limitați doar la curățarea câtorva dinți.

Folosind fenomenul de cavitație, se poate obține o emulsie de ulei. Pentru aceasta, apa este turnată în vasul "lentilelor" și se adaugă puțin ulei de transformator de sus. Pentru a evita stropirea emulsiei, acoperiți vasul lentilei cu conținutul cu sticlă. Când generatorul este pornit, se formează o fântână de apă și ulei. După 1-2 minute. iradiere, în vasul lentilei se formează o emulsie lăptoasă stabilă.

Se știe că propagarea vibrațiilor ultrasonice în apă poate fi făcută vizibilă și poate demonstra clar unele dintre proprietățile ultrasunetelor. Acest lucru necesită o cadă cu fundul transparent și plat și cât mai mare posibil, cu o înălțime laterală de cel puțin 5-6 cm. Cada este așezată deasupra orificiului din masa demonstrativă, astfel încât întregul fund transparent să poată fi iluminat de jos . Pentru iluminat, este bine să folosiți un bec auto de șase volți ca sursă de lumină punctuală pentru a proiecta procesele studiate pe tavanul publicului (Fig. 9).

Fig. 9. Refracția și reflexia undelor ultrasonice.

De asemenea, puteți utiliza un bec obișnuit de iluminat de mică putere. Apa este turnată în baie, astfel încât placa de cuarț din suportul de cuarț, atunci când este așezată vertical, să fie complet scufundată în ea. După aceea, puteți porni generatorul și, deplasând suportul de cuarț dintr-o poziție verticală în una înclinată, puteți observa propagarea unui fascicul cu ultrasunete într-o proiecție de pe tavanul auditoriului. În acest caz, suportul de cuarț poate fi ținut de firele l și c conectate la acesta sau poate fi fixat preliminar într-un suport special, cu ajutorul căruia puteți modifica ușor unghiurile de incidență ale fasciculului ultrasonic în verticală și orizontală. avioane, respectiv. Fasciculul ultrasonic este observat sub formă de pete de lumină situate de-a lungul propagării vibrațiilor ultrasonice în apă. Plasând un obstacol în calea de propagare a fasciculului ultrasonic, se poate observa reflexia și refracția fasciculului.

Instalația descrisă permite efectuarea altor experimente, a căror natură depinde de programul studiat și de echipamentul clasei. Sarcina generatorului poate include plăci de titanat de bariu și, în general, orice plăci care au un efect piezoelectric la frecvențe de la 0,5 MHz la 4,5 MHz. În prezența plăcilor pentru alte frecvențe, este necesar să se schimbe numărul de rotații în inductoare (crește pentru frecvențe sub 0,5 MHz și scade pentru frecvențe peste 4,5 MHz). Când modificați circuitul oscilant și bobina de feedback la 15 kHz, puteți porni orice traductor magnetostrictiv cu o putere de cel mult 60 VA în loc de cuarț.

Instalația constă dintr-un raft de laborator, un generator cu ultrasunete, un traductor magnetostrictiv cu eficiență ridicată, Q și trei emițătoare de ghid de undă (concentratoare) către traductor. are o reglare treptată a puterii de ieșire, 50%, 75%, 100% din puterea nominală de ieșire. Controlul puterii și prezența în set a trei emițătoare-ghiduri de undă diferite (cu un câștig de 1: 0,5, 1: 1 și 1: 2) vă permite să obțineți diferite amplitudini de vibrații ultrasonice în lichidele studiate și mediile elastice, aproximativ, de la 0 la 80 microni la o frecvență de 22 kHz.

Ani de experiență în producție și vânzări echipamente cu ultrasunete confirmă nevoia percepută de a dota toate tipurile de producție modernă de înaltă tehnologie cu instalații de laborator.

Producția de nanomateriale și nanostructuri, introducerea și dezvoltarea nano-tehnologiilor sunt imposibile fără utilizarea echipamentelor cu ultrasunete.

Cu acest echipament cu ultrasunete este posibil să:

obținerea nanopulberilor de metale;
se utilizează atunci când se lucrează cu fulereni;
investigarea evoluției reacțiilor nucleare în condiții de câmpuri ultrasonice puternice (fuziune la rece);
excitarea sonoluminescenței în lichide, în scopuri de cercetare și industriale;
crearea emulsiilor directe și inverse normalizate fin dispersate;
sondarea lemnului;
excitarea vibrațiilor ultrasonice în topiturile metalice pentru degazare;
și mulți mulți alții.

Dispozitive moderne cu ultrasunete cu generatoare digitale din seria I10-840

Instalarea cu ultrasunete (dispersor, omogenizator, emulgator) I100-840 este concepută pentru studii de laborator ale efectului ultrasunetelor asupra mediilor lichide cu control digital, cu reglare lină, cu selecție digitală a frecvenței de funcționare, cu un cronometru, cu capacitatea pentru a conecta sisteme oscilatorii cu frecvență și putere diferite și înregistrarea parametrilor de procesare în memoria nevolatilă.

Instalația poate fi echipată cu sisteme de vibrații cu ultrasunete magnetostrictive sau piezo-termice cu o frecvență de funcționare de 22 și 44 kHz.

Dacă este necesar, este posibil să se echipeze dispersantul cu sisteme oscilante pentru 18, 30, 88 kHz.

Cu ultrasunete instalații de laborator(dispersanți) sunt utilizați:

pentru studii de laborator ale efectului cavitație cu ultrasunete pe diverse lichide și probe plasate în lichid;
pentru dizolvarea substanțelor și lichidelor dificile sau puțin solubile în alte lichide;
pentru testarea diferitelor lichide pentru rezistența cavitației. De exemplu, pentru a determina stabilitatea vâscozității uleiurilor industriale (a se vedea GOST 6794-75 pentru uleiul AMG-10);
să studieze modificarea ratei de impregnare a materialelor fibroase sub influența ultrasunetelor și să îmbunătățească impregnarea materialelor fibroase cu diferite materiale de umplutură;
pentru a exclude agregarea particulelor minerale în timpul sortării hidro (pulberi abrazive, geomodificatori, diamante naturale și artificiale etc.);
pentru curățarea cu ultrasunete a produselor complexe de echipamente de combustibil auto, injectoare și carburatoare;
pentru cercetări privind rezistența la cavitație a pieselor și mecanismelor mașinii;
și în cel mai simplu caz, ca o baie de spălat cu ultrasunete de înaltă intensitate. Sedimentele și depunerile de pe sticlă și sticlă sunt îndepărtate sau dizolvate în câteva secunde.