Instalatii cu ultrasunete de laborator. Tipuri și modele de instalații de curățare cu ultrasunete. Utilizarea tehnologică a testării cu ultrasunete

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

Folosind cea mai simplă configurație cu ultrasunete, se poate arăta propagarea ultrasunetelor în diverse medii, reflexia și refracția ultrasunetelor la limita a două medii și absorbția ultrasunetelor în diferite substanțe. În plus, este posibil să se arate producția de emulsii de ulei, curățarea pieselor contaminate, sudarea cu ultrasunete, fântâna lichidă cu ultrasunete, efectul biologic al vibrațiilor ultrasonice.

Fabricarea unei astfel de instalații poate fi realizată în atelierele școlare de către elevii de liceu.

Instalația pentru demonstrarea experimentelor cu ultrasunete constă dintr-un generator electronic (Fig. 1), un convertor de cuarț al oscilațiilor electrice în cele ultrasonice și un vas cu lentilă (Fig. 2) pentru focalizarea ultrasunetelor. Doar transformatorul de putere Tr1 este inclus în sursa de alimentare, deoarece circuitele anodice ale lămpilor generatorului sunt alimentate direct cu curent alternativ (fără redresor). O astfel de simplificare nu afectează negativ funcționarea dispozitivului și, în același timp, simplifică semnificativ aspectul și designul acestuia.

Generatorul electronic este realizat după un circuit push-pull pe două lămpi 6PZS conectate după un circuit triodă (gritele de ecran ale lămpilor sunt conectate la anozi). Un circuit L1C2 este inclus în circuitele anodice ale lămpilor, care determină frecvența oscilațiilor generate, iar o bobină este inclusă în circuitele rețelei. părere L2. O mică rezistență R1 este inclusă în circuitele catodice, ceea ce determină în mare măsură modul lămpilor.

Fig.1. schema circuitului generator

Semnalul de înaltă frecvență este alimentat rezonatorului de cuarț prin condensatoarele de cuplare C4 și C5. Cuarțul este plasat într-un suport ermetic de cuarț (Fig. 2) și conectat la generator cu fire de 1 m lungime.

Orez. 2. Vas pentru lentile și suport de cuarț

Pe lângă detaliile luate în considerare, în circuit există și condensatoare C1 și C3, precum și un inductor Dr1 prin care se aplică tensiunea anodică anozii lămpilor. Acest inductor previne scurtcircuitarea semnalului de înaltă frecvență prin condensatorul C1 și capacitatea inter-turn a transformatorului de putere.

Principalele părți de casă ale generatorului sunt bobinele L1 și L2, realizate sub formă de spirale plate. Pentru fabricarea lor, este necesar să tăiați un șablon din lemn. Două pătrate sunt decupate dintr-o placă de 25 cm lățime, care servesc drept obrajii șablonului. În centrul fiecărui obraz, trebuie făcute găuri pentru o tijă de metal cu un diametru de 10-15 mm, iar într-unul dintre obraji trebuie tăiată o gaură sau o canelură de 3 mm lățime pentru atașarea ieșirii bobinei. Un fir este tăiat pe o tijă de metal la ambele capete și obrajii sunt așezați între două nuci la o distanță egală cu diametrul firului înfășurat. Pe aceasta, fabricarea șablonului poate fi considerată completă și se poate continua la înfășurarea bobinelor.

Tija metalica este prinsa la un capat intr-o menghina, prima tura (interioara) a firului se pune intre obraji, dupa care se strang piulitele si infasurarea continua. 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 așezate una deasupra celeilalte pe o traversă din textolit sau plastic (Fig. 3). Pentru a da bobinelor o rezistență mai mare, se decupează în cruci cu un ferăstrău sau pilă. Pentru a fixa bobinele, una dintre ele trebuie presată de sus cu a doua cruce (fără adâncituri), iar a doua trebuie așezată direct pe placa de sticla organica, getinax sau plastic, montat pe sasiul metalic al generatorului.

Orez. 3

Inductorul de înaltă frecvență este înfășurat pe un cadru din ceramică sau plastic cu diametrul de 30 mm cu un fir PELSHO-0,25 mm. Înfășurarea se efectuează în vrac în secțiuni a câte 100 de spire fiecare. În total, accelerația are 300-500 de rotații. În acest design, se folosește un transformator de putere autofabricat, realizat pe un miez de plăci Sh-33, grosimea setului este de 33 mm. Înfășurarea rețelei conține 544 de spire de fir PEL-0,45. Înfășurarea rețelei este concepută 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 de spire de fir PEL-0,35. Înfășurarea step-up are 2980 de spire de sârmă PEL-0.14, iar înfășurarea cu filament a lămpilor are 30 de spire de sârmă PEL-1.0. Un astfel de transformator poate fi înlocuit cu un transformator de putere de marca ELS-2, folosind numai înfășurarea rețelei, înfășurarea cu filament a lămpilor și înfășurarea superioară complet, sau cu orice transformator de putere cu o putere de cel puțin 70 VA. și cu o înfășurare step-up, furnizând la o sarcină de 470 V pe anozii lămpilor 6PZS.

Suportul de cuarț este realizat din bronz după desenul plasat în fig. 4. În carcasă, folosind un burghiu cu diametrul de 3 mm, se găsește un orificiu în formă de L pentru a scoate firul l. În carcasă se introduce un inel de cauciuc e, care servește la amortizarea și izolarea cuarțului. Inelul poate fi decupat dintr-o radieră obișnuită pentru creion. Inelul de contact b este tăiat dintr-o folie de alamă de 0,2 mm grosime. Acest inel are o clemă pentru lipirea firului. Ambele fire l și și trebuie să aibă o izolare bună. Firul și este lipit de flanșa de sprijin O. Nu este recomandat să răsuciți firele împreună.

Fig.4. suport de cuarț

Vasul lentilei este format dintr-un cilindru e și o lentilă ultrasonică b (Fig. 5). Cilindrul este îndoit dintr-o placă de plexiglas de 3 mm grosime pe un șablon rotund din lemn de 19 mm în diametru.

Fig.5. vas de lentilă

Farfuria se încălzește la flacără până se înmoaie, se îndoaie după un model și se lipește împreună cu esență de oțet. Cilindrul lipit se leagă cu fire și se lasă la uscat două ore. După aceea, capetele cilindrului sunt aliniate cu șmirghel și firele sunt îndepărtate. Pentru a fabrica o lentilă cu ultrasunete b, trebuie să faceți 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 o căldură roșie și răcind-o încet. După aceea, o gaură cu un diametru de 6 mm este găurită în bilă și se taie un filet interior. Pentru a fixa această bilă în mandrina unei mașini de găurit, este necesar să faceți o tijă cu un fir la un capăt dintr-o tijă.

Fig.6. fixare

Tija cu bila înșurubată este prinsă în mandrina mașinii, mașina este pornită la viteză medie și, prin presarea bila într-o placă de sticlă organică de 10–12 mm grosime, se obține adâncitura sferică necesară. Când mingea este adâncită cu o distanță egală cu raza ei, masina de gaurit stingeți și, fără a opri apăsarea mingii, răciți-o cu apă. Ca rezultat, se obține o adâncitură sferică a lentilei ultrasonice în placa de sticlă organică. Un pătrat cu o latură de 36 mm este tăiat cu un ferăstrău dintr-o placă cu o adâncime, proeminența inelară formată în jurul adânciturii este nivelată cu hârtie abrazivă cu granulație fină, iar placa este șlefuită de jos, astfel încât un fund de 0,2 mm grosime. rămâne în centrul adânciturii. Apoi locurile zgâriate cu șmirghel sunt lustruite până la transparență și mai departe strung tăiați colțurile astfel încât locașul sferic să rămână în centrul plăcii. Din partea inferioară a plăcii, este necesar să se facă o proeminență de 3 mm înălțime și 23,8 mm în diametru pentru a centra lentila pe suportul de cuarț.

După ce a umezit abundent unul dintre capetele cilindrului cu esență acetică sau dicloroetan, acesta este lipit de lentila cu ultrasunete, astfel încât axa centrală a cilindrului să coincidă cu axa care trece prin centrul lentilei. După uscare, trei găuri sunt găurite în vasul lipit pentru șuruburi 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 de material izolator. După fabricarea acestor piese și instalarea generatorului, puteți începe configurarea dispozitivului, care de obicei se reduce la reglarea circuitului L1C2 la rezonanță 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 pentru a obține o strălucire. Așezați cu grijă o placă de cuarț deasupra inelului de contact și, după ce scăpați câteva picături de ulei de transformator pe marginile plăcii, înșurubați capacul d astfel încât să preseze placa de cuarț. Pentru a indica vibrațiile ultrasonice, adânciturile a și d de pe capac sunt umplute cu ulei de transformator sau kerosen. După pornirea alimentării și încălzirea timp de un minut, rotiți butonul de reglare și obțineți rezonanță între oscilațiile oscilatorului plăcii de cuarț. În momentul rezonanței se observă umflarea maximă a lichidului turnat în locașul de pe capac. După configurarea generatorului, puteți începe să demonstrați experimentele.

Design generator.

Una dintre cele mai eficiente demonstrații este producerea unei fântâni de lichid sub acțiunea vibrațiilor ultrasonice. Pentru a obține o fântână de lichid, trebuie să așezați vasul cu „lentila” deasupra suportului de cuarț, astfel încât să nu se formeze o acumulare de bule de aer între fundul vasului „lentila” și placa de cuarț. Apoi ar trebui turnat într-un vas cu lentilă cu apă potabilă obișnuită și la un minut după ce generatorul este pornit, un fântână cu ultrasunete. Înălțimea fântânii poate fi schimbată cu ajutorul șuruburilor de reglare, după reglarea generatorului cu ajutorul condensatorului C2. La setare corectăîntregul sistem, puteți obține o fântână 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 „lentila” în loc de apă, atunci fântâna crește considerabil în înălțime. Observarea continuă a fântânii poate fi efectuată până când nivelul lichidului din vasul „lentila” scade la 20 mm. Pentru observarea pe termen lung a fântânii, este necesar să o protejați cu un tub de sticlă B, de-a lungul pereților interiori ai căruia lichidul fântânii poate curge înapoi.

Când vibrațiile ultrasonice sunt aplicate unui lichid, în acesta se formează bule microscopice (fenomen de cavitație), care este însoțită 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 un pește mic sau o dafnie este plasată „într-un vas cu lentilă” cu apă, atunci după 1-2 minute de iradiere cu ultrasunete vor muri. Proiecția vasului „cu lentilă” cu apă pe ecran face posibilă observarea succesivă a tuturor proceselor acestui experiment într-o sală mare (Fig. 8).

Fig.8. Efectul biologic al vibrațiilor ultrasonice.

Folosind dispozitivul descris, este posibil să se demonstreze utilizarea ultrasunetelor pentru a curăța piesele mici de contaminare. Pentru a face acest lucru, la baza fântânii lichide este plasată o mică parte (o roată dințată dintr-un ceas, o bucată de metal etc.), bogat lubrifiată cu grăsime. Fântâna va scădea semnificativ și se poate opri cu totul, dar partea contaminată este curățată treptat. Trebuie menționat că curățarea cu ultrasunete a pieselor necesită utilizarea unor generatoare mai puternice, prin urmare, este imposibil să curățați întreaga piesă contaminată într-o perioadă scurtă de timp și trebuie să vă limitați la curățarea câțiva dinți.

Folosind fenomenul de cavitație se poate obține o emulsie uleioasă. Pentru a face acest lucru, se toarnă apă în vasul „lentila” și se adaugă puțin ulei de transformator deasupra. Pentru a evita stropirea emulsiei, este necesar să acoperiți vasul lentilei cu conținutul cu sticlă. Când generatorul este pornit, se formează o fântână cu apă și ulei. După 1-2 min. iradierea în vasul lentilei, se formează o emulsie lăptoasă stabilă.

Se știe că propagarea vibrațiilor ultrasonice în apă poate fi făcută vizibilă și unele dintre proprietățile ultrasunetelor pot fi clar demonstrate. Pentru aceasta este nevoie de o cadă cu fundul transparent și uniform și cât mai mare, cu o înălțime laterală de minim 5-6 cm.Cada se așează deasupra deschiderii din masa demonstrativă astfel încât întreg fundul transparent să poată fi iluminat de jos. . Pentru iluminat, este bine să folosiți un bec electric de șase volți pentru automobile ca sursă de lumină punctuală pentru proiectarea proceselor în studiu pe tavanul sălii (Fig. 9).

Fig.9. Refracția și reflexia undelor ultrasonice.

De asemenea, puteți folosi un bec obișnuit de putere mică. Se toarnă apă în baie, astfel încât placa de cuarț din suportul de cuarț, atunci când este plasată vertical, să fie complet scufundată în ea. După aceea, puteți porni generatorul și, prin deplasarea suportului de cuarț dintr-o poziție verticală într-una înclinată, observați propagarea unui fascicul ultrasonic într-o proiecție pe tavanul sălii. În acest caz, suportul de cuarț poate fi ținut de firele l și c conectate la acesta, sau poate fi prefixat într-un suport special, cu care puteți modifica fără probleme unghiurile de incidență ale fasciculului ultrasonic în verticală și planuri orizontale, respectiv. Fasciculul ultrasonic se observă sub formă de puncte de lumină situate de-a lungul propagării vibrațiilor ultrasonice în apă. Prin plasarea unui obstacol în calea de propagare a fasciculului ultrasonic, este posibil să se observe reflexia și refracția fasciculului.

Configurația descrisă permite alte experimente, a căror natură depinde de programul studiat și de echipamentul sălii de clasă. Plăcile 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 pot fi incluse ca sarcină a generatorului. Dacă există plăci pentru alte frecvențe, este necesară modificarea numărului de spire în inductori (creștere pentru frecvențe sub 0,5 MHz și scădere pentru frecvențe peste 4,5 MHz). Când modificați circuitul oscilator și bobina de feedback la frecvențe de 15 kHz, puteți porni orice convertor magnetostrictiv cu o putere de cel mult 60 VA în loc de cuarț.

Configurația constă dintr-un suport de laborator, un generator de ultrasunete, un traductor magnetostrictiv de înaltă calitate și trei ghiduri de undă-emițătoare (concentratoare) către traductor. are ajustare în trepte a puterii de ieșire, 50%, 75%, 100% din puterea nominală de ieșire. Reglarea puterii și prezența a trei ghiduri de undă-emițătoare diferite în set (cu un câștig de 1:0.5, 1:1 și 1:2) face posibilă obținerea de amplitudini diferite ale vibrațiilor ultrasonice în lichidele și mediile elastice investigate, 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 conștientă de a echipa toate tipurile de producție modernă high-tech cu facilități de laborator.

Obținerea de nanomateriale și nanostructuri, introducerea și dezvoltarea nanotehnologiilor este imposibilă fără utilizarea echipamentelor cu ultrasunete.

Cu ajutorul acestui echipament cu ultrasunete este posibil să:

obţinerea de nano-pulberi de metale;
utilizați atunci când lucrați cu fullerene;
studiul cursului reacțiilor nucleare în condiții de câmpuri ultrasonice puternice (fuziune la rece);
excitarea sonoluminiscenței în lichide, în scopuri industriale și de cercetare;
crearea de emulsii directe și inverse normalizate fin dispersate;
sonda de lemn;
excitarea vibrațiilor ultrasonice în topituri de metal pentru degazare;
si multi multi altii.

Dispersatoare ultrasunete moderne cu generatoare digitale seria I10-840

Unitatea cu ultrasunete (dispersor, omogenizator, emulgator) I100-840 este concepută pentru studiile de laborator ale efectelor ultrasunetelor asupra mediilor lichide cu control digital, reglabil continuu, cu selecție digitală a frecvenței de operare, cu temporizator, cu capacitatea de a conectați sisteme oscilatoare de diferite frecvențe și puteri și înregistrați parametrii de procesare în memoria nevolatilă.

Unitatea poate fi echipată cu sisteme oscilatoare magnetostrictive sau piezocermice cu ultrasunete cu o frecvență de operare de 22 și 44 kHz.

Dacă este necesar, este posibil să se completeze dispersorul cu sisteme oscilatoare pentru 18, 30, 88 kHz.

Se folosesc unități de laborator cu ultrasunete (dispersoare):

pentru studii de impact de laborator cavitație ultrasonică pe diverse lichide și probe plasate într-un lichid;
pentru dizolvarea substanțelor și lichidelor dificile sau ușor solubile în alte lichide;
pentru testarea diferitelor lichide pentru rezistența la cavitație. De exemplu, pentru a determina stabilitatea vâscozității uleiurilor industriale (a se vedea GOST 6794-75 pentru uleiul AMG-10);
să studieze schimbarea 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 hidrosortării (pulberi abrazive, geomodificatori, diamante naturale și artificiale etc.);
pentru spălarea cu ultrasunete a produselor complexe ale echipamentelor de combustibil auto, injectoare și carburatoare;
pentru studii privind rezistența la cavitație a pieselor și mecanismelor de mașini;
iar în cel mai simplu caz – ca baie de curățare cu ultrasunete de mare intensitate. Precipitațiile și depunerile de pe sticlă și sticlă de laborator sunt îndepărtate sau dizolvate în câteva secunde.

Informatii generale

Unitatea cu ultrasunete UZU-1,6-O este concepută pentru a curăța elementele metalice de filtrare și pachetele de filtre ale sistemelor hidraulice de combustibil și ulei ale aeronavelor, motoarelor de aeronave și echipamentelor de banc de impurități mecanice, substanțe de gudron și produse de cocsificare a uleiului.
Este posibilă curățarea pachetelor de filtre din material Kh18 H15-PM la fabrică conform tehnologiei producătorului pachetului de filtre.

Structura simbolului

UZU4-1,6-O:
UZU - instalatie cu ultrasunete;
4 - executarea;
1,6 - putere nominală oscilante, kW;
O - curatare;
U, T2 - proiectare climatică și categoria de plasare
conform GOST 15150-69, temperatura mediului ambiant
de la 5 la 50°C. ї Mediu - neexploziv, care nu contine praf conductiv, nu contine vapori agresivi, gaze care pot perturba functionarea normala a instalatiei.
Instalarea respectă cerințele TU16-530.022-79.

Document normativ si tehnic

TU 16-530.022-79

Specificații

Tensiunea rețelei de alimentare trifazate cu o frecvență de 50 Hz, V - 380/220 Puterea consumată kW, nu mai mult: fără iluminat și încălzitoare - 3,7 cu iluminat și încălzire - 12 Frecvența de funcționare a generatorului, kHz - 18 Puterea de ieșire a generatorului, kW - 1,6 randamentul generatorului, %, nu mai puțin de - 45 Tensiune anod generator, V - 3000 Tensiune luminozitate lămpi generator, V - 6,3 Tensiune de ieșire generator, V - 220 Curent de magnetizare, A - 18 Curent anod, A - 0,85 Curent rețea, A - 0,28 Număr de băi, buc - 2 Volumul unei băi, l, nu mai puțin de - 20 Timp de încălzire a soluției de spălare în băi de la 5 la 65°C fără a porni generatorul, min, nu mai mult: la funcționarea cu ulei AMG 10 - 20 în timpul funcționării pe soluții apoase de hexametafosfat de sodiu, fosfat trisodic și azotat de sodiu sau sinval - 35 Durata de funcționare continuă a instalației, h, nu mai mult - 12 Răcirea elementelor instalației se face cu aer forțat. Timp curatare cu ultrasunete un element filtrant, min, nu mai mult de - 10 Timp de instalare a instalației în poziția de lucru, min, nu mai mult de - 35 Timp de pliere în poziția de depozitare, min, nu mai mult de - 15 Greutate, kg, nu mai mult decât - 510
Perioada de garantie - 18 luni de la data punerii in functiune.

Proiectare și principiu de funcționare

Designul unității cu ultrasunete UZU4-1,6-O (vezi figura) este un container mobil, completat în blocuri.

Vedere generală și dimensiuni unitate cu ultrasunete UZU4-1,6-O
Planta are două băi tehnologice. Echipat cu un carucior pentru rotirea filtrelor si transferul acestora dintr-o baie in alta. Fiecare baie este echipata cu un traductor magnetostrictiv tip PM1-1.6/18. Convertorul este răcit cu aer, generatorul este încorporat. Setul de livrare al unității UZU4-1.6-O include: unitate cu ultrasunete UZU-1.6-O, piese de schimb și accesorii, 1 set, un set de documentație operațională, 1 set.

Proprietarii brevetului RU 2286216:

Invenția se referă la dispozitive pentru curățarea cu ultrasunete și prelucrarea suspensiilor în câmpuri acustice puternice, în special pentru dizolvare, emulsionare, dispersie, precum și dispozitive pentru recepția și transmiterea vibrațiilor mecanice folosind efectul de magnetostricție. Instalația conține un traductor magnetostrictiv cu tijă cu ultrasunete, o cameră de lucru realizată sub forma unei țevi cilindrice metalice și un ghidaj de undă acustică, al cărui capăt radiant este atașat ermetic de partea inferioară a țevii cilindrice prin intermediul unui inel elastic de etanșare. , iar capătul de recepție al acestui ghid de undă este conectat acustic rigid la suprafața radiantă a traductorului ultrasonic cu tijă . În instalație este introdus suplimentar un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat acustic rigid pe tubul camerei de lucru. Unitatea cu ultrasunete formează un câmp acustic cu două frecvențe în mediul lichid prelucrat, ceea ce asigură o creștere a intensificării procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final. 3 w.p. f-ly, 1 bolnav.

Este cunoscut un dispozitiv pentru introducerea vibrațiilor ultrasonice într-un lichid (brevet DE, nr. 3815925, B 08 B 3/12, 1989) prin intermediul unui senzor ultrasonic, care este fixat cu un con emițător de sunet folosind o flanșă izolatoare ermetic în zona inferioară din interiorul băii lichide.

cel mai apropiat solutie tehnica la cel propus este unitate cu ultrasunete tip UZVD-6 (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh „Instalații electrotehnologice cu ultrasunete”, Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169), care conține un traductor ultrasonic cu tijă, o cameră de lucru realizată sub forma unei țevi cilindrice metalice și o ghidaj de undă acustic, al cărui capăt radiant este atașat ermetic de partea inferioară a tubului cilindric prin intermediul unui inel de etanșare elastic, iar capătul de primire al acestui ghid de undă este conectat acustic rigid la suprafața radiantă a traductorului ultrasonic cu tijă.

Dezavantajul instalațiilor ultrasonice cunoscute identificate este că camera de lucru are o singură sursă de vibrații ultrasonice, care îi sunt transmise de la un traductor magnetostrictiv prin capătul ghidului de undă, ale cărui proprietăți mecanice și parametri acustici determină radiația maximă admisă. intensitate. Adesea, intensitatea radiației rezultată a vibrațiilor ultrasonice nu poate îndeplini cerințele procesului tehnologic în ceea ce privește calitatea produsului final, ceea ce face necesară prelungirea timpului de tratare cu ultrasunete a mediului lichid și duce la o scădere a intensității. a procesului tehnologic.

Astfel, instalațiile cu ultrasunete identificate în timpul căutării brevetului, analogul și prototipul invenției revendicate, atunci când sunt implementate, nu asigură realizarea rezultatului tehnic, care constă în creșterea intensificării procesului tehnologic fără reducerea calității produs final.

Prezenta invenție rezolvă problema realizării unei instalații cu ultrasunete, a cărei implementare asigură obținerea unui rezultat 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 ultrasonic cu tijă, o cameră de lucru realizată sub forma unei țevi cilindrice metalice și un ghid de undă acustică, al cărui capăt emițător este atașat ermetic de partea inferioară. a conductei cilindrice prin intermediul unui inel elastic de etanșare, iar capătul de primire al acestui ghid de undă conectat acustic rigid la suprafața radiantă a traductorului ultrasonic cu tijă, este introdus suplimentar un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat acustic rigid pe tubul camerei de lucru. În plus, un inel elastic de etanșare este fixat pe capătul radiant al ghidului de undă în zona unității 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 acustică. Mai mult decât atât, suprafața capătului radiant al ghidului de undă acustică este concavă, sferică, cu o rază a sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al radiatorului magnetostrictiv inelar.

Rezultatul tehnic se obține după cum urmează. Traductorul ultrasonic cu tijă este o sursă de vibrații ultrasonice care oferă parametrii necesari câmp acustic în camera de lucru a instalației de implementare a procesului tehnologic, care asigură intensificarea și calitatea produsului final. Un ghid de undă acustic, al cărui capăt radiant este atașat ermetic de partea inferioară a conductei cilindrice, iar capătul de primire al acestui ghid de undă este conectat acustic rigid la suprafața radiantă a traductorului ultrasonic cu tijă, asigură transmiterea vibrațiilor ultrasonice către mediu lichid prelucrat al camerei de lucru. În acest caz, etanșeitatea și mobilitatea conexiunii este asigurată datorită faptului că capătul radiant al ghidajului de undă este atașat la partea inferioară a tubului camerei de lucru prin intermediul unui inel elastic de etanșare. Mobilitatea conexiunii oferă posibilitatea transmiterii vibrațiilor mecanice de la traductor prin ghidul de undă în camera de lucru, în mediul lichid care se prelucrează, posibilitatea efectuării procesului tehnologic și, în consecință, obținerea rezultatului tehnic necesar.

În plus, în instalația revendicată, inelul elastic de etanșare este fixat pe capătul radiant al ghidajului 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 de etanșare atenuează vibrațiile și reduce factorul de calitate al sistemului oscilator, și deci reduce intensitatea procesului. În instalația revendicată, inelul de etanșare este instalat în zona unității de deplasare, astfel încât să nu afecteze sistemul oscilator. Acest lucru face posibilă trecerea mai multă putere prin ghidul de undă în comparație cu prototipul și astfel crește intensitatea radiației și, în consecință, intensifică procesul tehnologic fără a compromite calitatea produsului final. În plus, deoarece în instalația revendicată, inelul de etanșare este instalat în zona nodului, adică. în zona de deformații zero, nu se prăbușește din cauza vibrațiilor, păstrează mobilitatea conexiunii capătului radiant al ghidului de undă cu fundțevi ale camerei de lucru, ceea ce vă permite să economisiți intensitatea radiației. În prototip, inelul de etanșare este instalat în zona de deformare maximă a ghidului de undă. Prin urmare, inelul este distrus treptat de vibrații, ceea ce reduce treptat intensitatea radiației, iar apoi încalcă etanșeitatea conexiunii și perturbă funcționarea instalației.

Utilizarea unui emițător magnetostrictiv inel face posibilă realizarea unei puteri mari de conversie și a unei zone semnificative de radiație (AV Donskoy, OKKeller, GS Kratysh „Instalații electrotehnologice cu ultrasunete”, Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 34) și, prin urmare, permite să asigura intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

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

Locația capătului inferior al circuitului magnetic al radiatorului inelar în același plan cu capătul radiant al ghidului de undă acustică este cea mai bună opțiune, deoarece plasarea acestuia sub capătul radiant al ghidului de undă duce la formarea unei zone moarte (stagnante) pentru traductorul inelar (radiator inelar - conductă). Plasarea capătului inferior al circuitului magnetic al emițătorului inelar deasupra capătului radiant al ghidului de undă reduce eficiența convertorului inelar. Ambele variante duc la scaderea intensitatii efectului campului acustic total asupra mediului lichid prelucrat si, in consecinta, la scaderea intensificarii procesului tehnologic.

Deoarece suprafața radiantă a radiatorului magnetostrictiv inelar este un perete cilindric, energia sonoră este focalizată, adică. concentrația câmpului acustic este creată de-a lungul liniei axiale a conductei, pe care este presat circuitul magnetic al emițătorului. Deoarece suprafața radiantă a unui traductor ultrasonic cu tijă este realizată sub forma unei sfere concave, această suprafață radiantă concentrează și energia sonoră, dar în apropierea unui punct care se află pe linia centrală a țevii. Astfel, la diferite distanțe focale, focarele ambelor suprafețe radiante 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 acustică, în care sfera concavă are o rază egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al radiatorului magnetostrictiv inelar, punctul de focalizare a energiei acustice se află în mijlocul liniei axiale a tubului, adică în centrul camerei de lucru a instalației, energia acustică puternică este concentrată într-un volum mic ("Ultrasound. Little Encyclopedia", redactor-șef I.P. Golyanina, M .: Enciclopedia Sovietică, 1979, p. 367-370). În zona focalizării energiilor acustice ale ambelor suprafețe radiante, intensitatea impactului câmpului acustic asupra mediului lichid prelucrat 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 locale puternice a impactului, chiar și materialele greu de tăiat sunt distruse. În plus, în acest caz, ultrasunetele puternice sunt îndepărtate de pe pereți, care protejează pereții camerei de distrugerea și contaminarea materialului procesat de produsul de distrugere a peretelui. Astfel, execuția suprafeței capătului radiant al ghidului de undă acustică este concavă, sferică, cu raza sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic al emițătorului magnetostrictiv inelar, crește intensitatea impactului câmpului acustic asupra mediu lichid prelucrat, și prin urmare asigură intensificarea procesului tehnologic fără a reduce calitatea produsului final.

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

Prezența a două frecvențe de rezonanță în instalația revendicată vă permite să intensificați procesul fără a compromite calitatea produsului final. Acest lucru este explicat după cum urmează.

Când sunt expuse la un câmp acustic în mediul lichid tratat, apar fluxuri acustice - fluxuri vortex staționare ale lichidului care apar într-un câmp sonor neomogen liber. În instalația revendicată, în mediul lichid prelucrat se formează două tipuri de unde acustice, fiecare având propria frecvență de rezonanță: o undă cilindrică se propagă radial din suprafata interioara conducte (camera de lucru), iar o undă plană se propagă de-a lungul camerei de lucru de jos în sus. Prezența a două frecvențe de rezonanță sporește efectul fluxurilor acustice asupra mediului lichid prelucrat, deoarece fiecare frecvență de rezonanță produce propriile fluxuri acustice care amestecă intens lichidul. Aceasta duce, de asemenea, la o creștere a turbulenței fluxurilor acustice și la o amestecare și mai intensă a lichidului tratat, ceea ce crește intensitatea impactului câmpului acustic asupra mediului lichid tratat. Ca urmare, procesul tehnologic este intensificat fără a reduce calitatea produsului final.

În plus, sub influența unui câmp acustic, cavitația are loc în mediul lichid prelucrat - formarea mediului lichid se rupe acolo unde există o scădere locală a presiunii. Ca rezultat al cavitației, se formează bule de cavitație cu abur și gaz. Dacă câmpul acustic este slab, bulele rezonează și pulsează în câmp. Dacă câmpul acustic este puternic, bula se prăbușește după o perioadă de undă sonoră (cazul ideal), pe măsură ce intră în regiunea de presiune ridicată creată de acest câmp. Colapsându-se, bulele generează perturbări hidrodinamice puternice în mediul lichid, radiații intense de unde acustice și provoacă distrugerea suprafețelor solidelor adiacente lichidului care cavita. În instalația revendicată, câmpul acustic este mai puternic decât câmpul acustic al instalației conform prototipului, ceea ce se explică prin prezența a două frecvențe de rezonanță în acesta. Ca urmare, în instalația revendicată, probabilitatea de prăbușire a bulelor de cavitație este mai mare, ceea ce sporește efectele de cavitație și crește intensitatea impactului câmpului acustic asupra mediului lichid tratat și, prin urmare, asigură intensificarea procesului tehnologic 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 frecvenței joase este mare și bulele au timp să crească. Durata de viață a unei bule în timpul cavitației este o perioadă de frecvență. Când bula se închide, creează o presiune puternică. Cu cât bula este mai mare, cu atât mai mult presiune ridicata este creat atunci când este închis. În instalația cu ultrasunete revendicată, datorită sonicării cu două frecvențe a lichidului tratat, bulele de cavitație diferă ca mărime: cele mai mari sunt rezultatul expunerii la un mediu lichid de frecvență joasă, iar cele mici sunt datorate frecvenței înalte. La curățarea suprafețelor sau la prelucrarea unei suspensii, bulele mici pătrund în fisurile și cavitățile particulelor solide și, prăbușindu-se, formează efecte de micro-impact, slăbind integritatea particulei solide din interior. Bulele mai mari, care se prăbușesc, provoacă formarea de noi microfisuri în particulele solide, slăbind și mai mult legăturile mecanice din ele. Particulele solide sunt distruse.

În timpul emulsionării, dizolvării și amestecării, bulele mari distrug legăturile intermoleculare din componentele viitorului amestec, scurtând lanțurile și formează condiții pentru bule mici pentru distrugerea în continuare a legăturilor intermoleculare. Ca urmare, intensificarea procesului tehnologic crește fără a reduce calitatea produsului final.

În plus, în instalația revendicată, ca urmare a interacțiunii undelor acustice cu frecvențe de rezonanță diferite în mediul lichid prelucrat, apar bătăi datorită suprapunerii a două frecvențe (principiul suprapunerii), care determină o creștere bruscă instantanee a amplitudinea presiunii acustice. În astfel de momente, puterea de impact a unei unde acustice poate depăși de mai multe ori puterea specifică a instalației, ceea ce intensifică procesul tehnologic și nu numai că nu reduce, dar îmbunătățește calitatea produsului final. În plus, o creștere bruscă a amplitudinii presiunii acustice facilitează alimentarea cu nuclee de cavitație în zona de cavitație; cavitația crește. Bule de cavitație, formându-se în pori, neregularități, fisuri de suprafață corp solid, care se află în suspensie, formează fluxuri acustice locale 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 de ultrasunete revendicată, datorită posibilității formării unui câmp acustic cu două frecvențe în mediul lichid prelucrat, în timpul implementării asigură obținerea unui rezultat tehnic, care constă în creșterea intensificării tehnologice. proces fără a reduce calitatea produsului final: rezultatele curățării suprafeței, dispersarea componentelor solide într-un lichid, procesul de emulsionare, amestecare și dizolvare a componentelor unui mediu lichid.

Desenul prezintă instalația cu ultrasunete revendicată. Instalația cu ultrasunete conține un traductor magnetostrictiv cu tijă ultrasonică 1 cu o suprafață radiantă 2, un ghidaj de undă acustică 3, o cameră de lucru 4, un circuit magnetic 5 al unui radiator magnetostrictiv inelar 6, un inel elastic de etanșare 7, un știft 8. Găurile 9 sunt prevăzut în circuitul magnetic 5 pentru realizarea unei înfăşurări de excitaţie (nereprezentată). Camera de lucru 4 este realizată sub formă de metal, cum ar fi oțel, țeavă cilindrică. În exemplul de instalare, ghidajul de undă 3 este realizat sub forma unui trunchi de con, în care capătul radiant 10 este atașat ermetic de partea inferioară a tubului camerei de lucru 4 prin intermediul unui inel elastic de etanșare 7, iar Capătul de primire 11 este conectat axial printr-un știft 8 la suprafața radiantă 2 a convertorului 1. Circuitul magnetic 5 realizat sub forma unui pachet de plăci magnetostrictive sub formă de inele și presat acustic rigid pe tubul camerei de lucru 4; în plus, circuitul magnetic 5 este prevăzut cu o înfăşurare de excitaţie (nefigurată).

Inelul elastic de etanşare 7 este fixat pe capătul radiant 10 al ghidajului de undă 3 în zona nodului 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 acustică 3. În plus, suprafața capătului radiant 10 al ghidului de undă acustică 3 este realizată. concav, sferic, cu raza sferei egală cu jumătate din lungimea circuitului magnetic 5 al radiatorului magnetostrictiv inelar 6.

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

Circuitul magnetic 5 poate fi realizat dintr-un material cu strictețe negativă, cum ar fi nichelul.

Instalarea cu ultrasunete funcționează după cum urmează. Tensiunea de alimentare este aplicată înfășurărilor de excitație ale convertorului 1 și emițătorului magnetostrictiv inelar 6. Camera de lucru 4 este umplută cu un mediu lichid 12 pentru a fi prelucrat, de exemplu, pentru a efectua dizolvare, emulsionare, dispersie sau umplută cu un mediu lichid în care sunt plasate piesele pentru a curăța suprafețele. 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 cu două frecvențe format în mediul tratat 12, apar curenți acustici și cavitație. În acest caz, așa cum se arată mai sus, bulele de cavitație diferă ca mărime: cele mai mari sunt rezultatul impactului de frecvență joasă asupra mediului lichid, iar cele mici - de înaltă frecvență.

Într-un mediu lichid cavitator, de exemplu, la dispersarea sau curățarea suprafețelor, bulele mici pătrund în fisurile și cavitățile componentei solide a amestecului și, prăbușindu-se, formează efecte de micro-impact, slăbind integritatea particulei solide din interior. Bulele mai mari, care se prăbușesc, sparg particula slăbită din interior în fracțiuni mici.

În plus, ca urmare a interacțiunii undelor acustice cu diferite frecvențe de rezonanță, apar bătăi, ducând la o creștere instantanee bruscă a amplitudinii presiunii acustice (șoc acustic), ceea ce duce la distrugerea și mai intensă a straturilor de pe suprafață fiind curatat si la macinarea si mai mare a fractiunilor solide in lichidul tratat.mediu la primirea suspensiei. În același timp, prezența a două frecvențe de rezonanță sporește turbulența fluxurilor acustice, ceea ce contribuie la amestecarea mai intensă a mediului lichid prelucrat și la distrugerea mai intensă a particulelor solide atât pe suprafața piesei, cât și în suspensie.

În timpul emulsionării și dizolvării, bulele mari de cavitație distrug legăturile intermoleculare din componentele viitorului amestec, scurtând lanțurile și formează condiții pentru distrugerea în continuare a legăturilor intermoleculare pentru bulele mici de cavitație. Unda acustică de șoc și turbulența crescută a fluxurilor acustice, care sunt rezultatul sondajului cu două frecvențe a mediului lichid prelucrat, 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 în curs de desfășurare este intensificat fără a reduce calitatea produsului final. După cum au arătat testele, în comparație cu prototipul, densitatea de putere a convertorului revendicat este de două ori mai mare.

Pentru a spori efectul de cavitație în instalație, poate fi furnizată o presiune statică crescută, care poate fi implementată în mod similar cu prototipul (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh „Instalații electrotehnologice cu ultrasunete”, Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169): un sistem de conducte conectate cu volumul interior 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. O instalație ultrasonică care conține un traductor ultrasonic cu tijă, o cameră de lucru realizată sub forma unei țevi cilindrice metalice și un ghidaj de undă acustică, al cărui capăt radiant este atașat ermetic de partea inferioară a tubului cilindric prin intermediul unui elastic inel de etanșare, iar capătul de primire al acestui ghid de undă este conectat acustic rigid la suprafața radiantă a unui traductor ultrasonic cu tijă, caracterizat prin aceea că în instalație este introdus suplimentar un emițător magnetostrictiv inelar, al cărui circuit magnetic este presat acustic rigid pe tub. a camerei de lucru.

2. Instalaţie conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că inelul elastic de etanşare este fixat pe capătul radiant al ghidajului de undă în zona nodului de deplasare.

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

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

Compoziția oricărei instalații tehnologice cu ultrasunete, inclusiv compoziția dispozitivelor multifuncționale, include o sursă de energie (generator) și un sistem oscilator cu ultrasunete.

Un sistem oscilator cu ultrasunete pentru scopuri tehnologice constă dintr-un traductor, un element de potrivire și un instrument de lucru (emițător).

În convertorul (elementul activ) al sistemului oscilator, energia vibrațiilor electrice este convertită în energia vibrațiilor elastice de frecvență ultrasonică și se creează o forță mecanică alternativă.

Elementul de potrivire al sistemului (butucul pasiv) realizează transformarea vitezelor și asigură coordonarea sarcinii externe și a elementului activ intern.

Instrumentul de lucru creează un câmp ultrasonic în obiectul prelucrat sau îl afectează direct.

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

Raportul dintre energia acumulată în sistemul oscilator ultrasonic și energia utilizată pentru acțiunea tehnologică pentru fiecare perioadă de oscilații se numește factor de calitate al sistemului oscilator. Factorul de calitate determină amplitudinea maximă a oscilațiilor la frecvența de rezonanță 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 (hub) - 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 care acționează F

Distribuția amplitudinii de oscilație A și a forțelor (tensiuni mecanice) F în sistemul oscilator are formă de unde staționare (cu condiția ca pierderile și radiațiile să fie neglijate).

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

Într-un sistem oscilator există întotdeauna conexiuni care asigură conexiunea acustică și mecanică a elementelor sale. Conexiunile pot fi dintr-o singură piesă, totuși, dacă este necesară schimbarea instrumentului de lucru, conexiunile sunt filetate.

Un sistem oscilator cu ultrasunete, împreună cu o carcasă, dispozitive de alimentare cu energie și deschideri de ventilație, este de obicei realizat ca o unitate separată. În viitor, folosind termenul de sistem oscilator ultrasonic, vom vorbi despre întregul nod în ansamblu.

Un sistem oscilator utilizat în dispozitivele cu ultrasunete multifuncționale în scopuri tehnologice trebuie să satisfacă 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) Asigurați intensitatea radiației sau amplitudinea oscilației necesare;

4) Să aibă cea mai mare eficiență posibilă;

5) Părțile sistemului oscilator ultrasonic în contact cu substanțele prelucrate trebuie să aibă rezistență la cavitație și chimic;

6) Să aibă o montură rigidă în corp;

7) Trebuie să aibă dimensiuni și greutate minime;

8) Trebuie îndeplinite cerințele de siguranță.

Sistemul oscilator cu ultrasunete prezentat în Figura 2 este un sistem oscilant cu două semi-unde. În el, traductorul are o dimensiune rezonantă egală cu jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul traductorului. Pentru a crește amplitudinea oscilației și pentru a potrivi traductorul cu mediul de prelucrat, se folosește un concentrator, care are o dimensiune rezonantă corespunzătoare jumătate din lungimea de undă a vibrațiilor ultrasonice din materialul concentratorului.

Dacă sistemul oscilator 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 cu L = С2p/w ~ 23 cm.

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

Figura 3 - Sistem oscilator cu două sferturi de undă

În acest caz, este posibil să se asigure dimensiunea și masa longitudinală minimă posibilă a sistemului oscilator ultrasonic, precum și reducerea numărului de conexiuni mecanice.

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

Utilizarea aparatelor cu ultrasunete

Ultrasunetele puternice sunt un mijloc unic ecologic de stimulare a proceselor fizice și chimice. Vibrații ultrasonice cu o frecvență de 20.000 - 60.000 Herți și o intensitate de peste 0,1 W/cm2. poate provoca schimbări ireversibile în mediul de distribuție. Predetermina posibilitățile uz practic ultrasunete puternice în următoarele zone.

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

Ulei și industria gazelor: recuperarea sondelor de petrol, extracția petrolului vâscos, procesele de separare în sistemul petrolier greu de nisip, creșterea fluidității produselor petroliere grele etc.

Metalurgie și inginerie mecanică: rafinarea topiturii metalice, șlefuirea structurii unui lingot/turnare, prelucrarea unei suprafețe metalice pentru a o întări și a ameliora tensiunile interne, curățarea suprafețelor exterioare și a cavităților interne ale pieselor mașinii etc.

Tehnologii chimice și biochimice: procese de extracție, sorbție, filtrare, uscare, emulsionare, obținere de suspensii, amestecare, dispersie, dizolvare, flotare, degazare, evaporare, coagulare, coalescență, procese de polimerizare și depolimerizare, obținerea de nanomateriale etc.

Energie: arderea lichidului și combustibil solid, prepararea emulsiilor de combustibil, producerea de biocombustibili etc.

Agricultura, alimentația și industria ușoară: procesele de germinare a semințelor și de creștere a plantelor, prepararea aditivilor alimentari, tehnologia cofetăriei, prepararea băuturilor alcoolice și nealcoolice etc.

Utilități: recuperarea puţurilor de apă, prepararea apei potabile, îndepărtarea depunerilor de pe pereţii interiori schimbatoare de caldura etc.

Protecţie mediu inconjurator: curatenie Ape uzate contaminate cu produse petroliere, metale grele, compuși organici persistenti, purificarea solurilor poluate, purificarea fluxurilor de gaze industriale etc.

Prelucrarea materiilor prime secundare: devulcanizarea cauciucului, curățarea calcarului metalurgic de poluarea cu petrol etc.