Устройство для ультразвуковой обработки жидкости

 

Использование: при очистке изделий из загрязнения, при фильтрации растворов, при очистке внутренних поверхностей труб большого диа,метра. Сущность изобретения: источник ультразвуковых колебаний Снабжен промежуточными элементами, каждый из которых установлен между излучающей диафрагмой и рабочей поверхностью преобразователя и жестко соединен с ними. Полый корпус источника ультразвуковых колебаний выполнен в виде тела вращения , длина образующей которого кратна половине длины его изгибной ультразвуковой волны, а толщина его стенки выбрана не превышающей толщину торцов излучающих диафрагм. Полый корпус соединен с излучающими диафрагмами, каждая из которых выполнена в виде диска, соединенного с промежуточным элементом посредством разъемного, преимущественно резьбового, соединения. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)з С 02 F 1/36

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОГ1ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4874664/26 (22) 17.10.90

-(46) 07.06.93. Бюл; М 21 (75) А.Г. Сучков." (56) Ультразвуковая технология/Под. ред.

Б.А.Аграната, М,: Метталургия, 1974, с,405, фиг.160. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ

ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТЕЙ (57) Использование: при очистке иэделий иэ загрязнения, при фильтрации растворов, при очистке внутренних поверхностей труб большого диаметра. Сущность изобретения: источник ультразвуковых колебаний снабжен промежуточными элементами, Изобретение относится к технологическому использованию ультразвуковой энергии и может быть применено в различных отраслях промышленности, в частности в процессах, осуществляемых с использованием жидкой среды, например, при очистке изделий широкого сортамента от разного рода загрязнений, при фильтрации растворов, при очистке внутренних поверхностей труб большого диаметра и т,п.

Цель изобретения — расширение технологических возможностей устройства путем увеличения направлений распространения ультразвуковых колебаний и площади излу.чения.

На фиг.1 представлен разрез предлагаемого устройства в вертикальной плоскости; на фиг.2 — то же. в горизонтальной плоскости. .на фиг.3 и 4 показаны варианты соединения между собой полого корпуса и

„„. рЦ „„1819861 А1 каждый из которых установлен между излучающей диафрагмой и рабочей поверхностью преобразователя и жестко соединен с ними. Полый корпус источника ультразвуковых колебаний выполнен в аиде тела вращения, длина образующей которого кратна половине длины его иэгибной ультразвуковой волны, а толщина его стенки выбрана не— превышающей толщину торцов излучающих диафрагм, Полый корпус соединен с излучающими диафрагмами, каждая иэ которых выполнена в виде диска. соединенного с промежуточным элементом посредством разъемного, преимущественно резьбоаого, соединения. 4 з.п, ф-лы, 7 ил., излучающих диафрагм; на фиг.5 — различные варианты форм полого корпуса.

Технологическая ванна устройства для

° обработки ультразвуком жидкости, в частности, для ультразвукового фильтрования, представляет собой цилиндрический бак 1, имеющий коническое дно и герметически закрывающуюся крышку 2. Внутри бака и .коаксиально с ним установлены фильтр 3 и источник ультразвуковых колебаний, имеющие цилиндрическую форму. При этом источник ультразвуковых колебаний помещен внутри фильтра 3, представляющего собой металлическую сетку, плотно натянутую на каркас, состоящий иэ трех частей. Источник ультразвуковых колебаний состоит из акустически соединенных между собой охлаждаемого магнитострикционного преобразователя 4 (далее преобразователь), снабженного обмоткой возбуждения

5, двух промежуточных элементов 6. двух Э

У иэлучающих Диафрагм 7 и полого цилиндрического Koprfi/ca 8, ахватыва ащега преобразователь 4 и отделяющего его охладитель 9 от обрабатываемой cреды I0, Промежуточные элементы 6 выполнены В виде квадратHbix фланцев N своей плоской поверхностью припаяны к рабочим поверхностям преобразователя 4. С излучающими

ДиафраГмами 7., KÎTopblB Выполнены в АОрме дисков и име,от одлнаковые размеры, ПРОМЕЖУТОЧНЫB 31IBMBHTbl СОЕДИНBНЫ ПО средствам своих резьбавых выступов, Полый корпус 8 Выполнен с Образующей, п0 длине, равной расстаяни о между внешними паверхнастями излуч310ьци)(дизфраГм 7 ° 5

N саед л IBH с ними Внутренней lfOBBpxHQСТЬЮ, 3 МЕСТО ИХ ЗКУСТИЧЕСКОГО КОНТ3КТ3 прапаяна серебряным припоем, Причем полыЙ 1(арпус выпо IHBH c тал,.цинай cTBHKN, rto сваей Величине равной толщина торцев из- 20 лучающих диафрагм и с длиной средней окружности Bro оснований, кратной половине длины изгибной ультразвуковой волны в его материале. При этом Г1рамежуточные элеOP менты и полый корпус Выполнены из мате- .2 риаЛОВ, Скорость paCrtpOCTpaHB INif aafJK3 В которых не равна скорости распространения звука материала излучающих диафрагм, что позволяет достаточно легко, и в перву;о

Очередь за счет изменения Высоты rtpQI;B- 30 жуточных элементов, сОГласаВывать между собой резонансные размеры излучающих

ДиафраГм и пОДОГО «орпуса. Причем промежуточные элементь! и пОлыЙ каапус могут быть выполнены KBK из ОднОГО и ТОГО же материала, так N из разных, В предлагаемом уcTpQNcтве излучающие диафрзГмы ВыпОл" нены из стали Х18Н10Т, полый корпус из титановоГО сплзВз BT-З, а прОмBжутачные элементы — из меди. 40

Для обеспечения взаимного расположения составных частей устройства, необходимого в процессе его работы и для подачи охладителя 9 к преабразовател10 4 и отвода

8ro из ИОлОсти, ОбрЗзовзннай излучающими диафрагмами 7 и полым корпусом 8, а также для выводов проводов обмотки возбуждения 5 из упомянутой полости, ванна снабжена трубопроводами 11 и 12. Причем трубопроводы 11., по которым охладитель 9 50 поступает в вышеуказанную полость, и трубопроводы 12, па KOTOpbt он отводится из

НеВ. с целью наиболее жесткогс крепления фильтра 3 и источника ультразвуковых колебаний как внутри бака 1, так и между собой, расположены Во взаимно перпендикулярных плоскостях (на фиг.1) трубопроводы для наилучшего восприятия конструкции устройства условно повернуты нз 90 ),. а с

О целью обеспечения герметичного вывода указанных проводов для подключения их к ультразвуковому генератору 13, снабн<ены уплотнениями 14,-Для подачи обрабатываемой жидкой среды 10 в технологическую ванну и отвода из нее дно цилиндрического бака и его крышка 2 оснащены соответственна, подающим 15 и приемным 16 патрубKaMI устаноВленными па ОднОЙ Оси, совпадагощей с осью ванны. При этом приемный патрубок выполнен с одним фланцем, поддержива ощим фильтр 3, 3 подающий патрубок, снабженный уплотнением 17, — с двумя фланцами для обеспечения удаленич шлама из мусоросборника 18.

Посредством этих патрубков и системы трубопроводов ними соединенных(на черт. не показаны), BGHHa соединена с емкостями для хранения жидкой среды, подлежащей обработка и уже отфильтрованной. Для устранения потерь ультразвуковой энергии внутренняя поверхность источника ультразвуковых колебаний склеена пористой резиной 19, а трубопроводы 11 и 12 соединены с цилиндрическим корпусом 8 в точках, соответствующих (эпюра 21) пучности напряжений ультразвуковой Волны, в нем распространя ащейся. Для обеспечения герметизации технологической ванны и предотвращения смешиаания охладителя 9 и обрабатываемой жидкой среды 10 на трубопроводах 11 и 12 в местах их прохождения через с енку бак"- 1, фильтр 3 и полый корпус 8 установлены (на чертежах не показаны) уплотнительные манжеты.

Предлагаемое устройство работает следу10щим Образом.

Перед началом Bro эксплуатации обмотку возбуждения 5 преобразователя 4 rfopключают к ультразвуковому генератору 13, а в полость источника ультразвуковых колебаний, образованную излучающими диафрагмами 7 и полым корпусом 8, для охлаждения преобразователя 4 через трубопроводы 11 подают охладитель 9, например, техническую воду, При вкл очении ультразвукового генератора переменное напряжения резонансной частоты поступает на обмотку возбуждения 5 преобразователя 4 и создает в нем магнитный лоток. Под действием магнитных сил преобразователь совершает колебания в направлении по своей продольной оси с частотой, равной, например, 19,5 КГц. Эти колебания через промежуточные элементы 6 передаются излучающим диафрагмам 7, а через их торцы, расположенные в пучности смещений ультразвуковой волны, в них распространяt0ftfBAci. (эиарз 20) — палому корпусу 8, вследствие чего он, также как и излучающиеся диафрагмы, совершает (эпюра 21) коле1819861

15

45

50 ческих изделий. бания с ультразвуковой частотой. При этом излучающие диафрагмы совершают колебания в направлении по продольной оси устройства (преобразователя), а полый корпус — в направлении, перпендикулярном этой оси. В результате этого достигается равномерное излучение ультразвуковой энергии во весь объем жидкой среды, заполняющей технологическую ванну.

Наилучшие условия для возбуждения излучающими диафрагмами T полого корпуса 8 и передачи в него ультразвуковых колебаний без потерь создаются при выполнении полого корпуса с длиной его образующей (эпюра 21) и длиной средней окружности его основания (эпюра 22), кратным половине длины изгибной ультразвуковой волны в его материале и после пропайки места акустического контакта торцев излучающих диафрагм с внутренней поверхностью полого корпуса, осуществляемой вслед за механической сборкой источник ультразвуковых колебаний. Причем выполнение полого корпуса с толщиной стенки, не превышает толщины торца излучающей диафрагмы, также способствует созданию оптимальных условий для его возбуждения.

После того как все поверхности источник ультразвуковых колебаний начали совершать колебаний, в технологическую ванну через пэтрубок 15 подают жидкую среду 10, подлежащую очистке. При прохождении жидкой среды через фильтр 3 твердые частицы, в ней содержащиеся, осаждаются на его внешней поверхности.

Под действием .ке ультразвуковых колебаний, излучаемых диафрагмами.7 и полым корпусом 8, поверхность фильтра очищается от осадка. Вследствие этого процесс фильтрования жидкой среды и регенерация фильтра осуществляется одновременно и непрерывно. Твердые частицы, сброшенные с поверхности фильтра под воздействием ультразвуковых колебаний, падают на коническое дно бака 1 и скапливаются в мусоросборнике 18, Пройдя через сетку фильтра 3, жидкая среда из технологической ванны через патрубок 16 поступает в соответствующую емкость нэ хранение. Ао окончании очистки всего объема жидкой среды включают ультразвуковой генератор.

13, прекращают одачу охладителя 9, в полость источника ультразвуковых колебаний и с помощью патрубка 15 из мусоросборника 18 удаляют шлам, Скорость очистки жидкой среды, определяющая удельную производительность предлагаемого устройства, прямо nponop4vIoHBllbHo зависит от величины амплитуды колебаний излучающих диафрагм и цилиндрического корпуса, а крупность частиц, проникающих через фильтр — от размеров ячейки фильтра и частоты ультразвуковых колебаний. Так, например. при оснащении фильтра металлической сеткой с ячейками размером 45 — 50 мк и при частоте колебаний, равной 19,5 кгц максимальная крупность частиц, прошедших через фильтр, не превышает 10 мк. Это обусловлено тем, что под воздействием ультразвуковых колебаний в районе сетки фильтра образуется звуковой барьер. затрудняющий передвижение твердых частиц и понижающий вероятность их проникновения через сетку фильтра.

При необходимости получения очень чистой или в случае очистки сильно загрязненной жидкой среды, ее можно обрабатывать на нескольких последовательно расположенных устройствах предлагаемой конструкции.

Другие примеры выполнения источника ультразвуковых колебаний предлагаемого устройства.

Продольно-изгибные колебания, совершаемые излучающими диафрагмами при работе устройства, обуславливают два варианта передачи ультразвуковых колебаний от преобразователя в полый корпус, вследствие чего соединение между собой излучающих диафрагм-и полого корпуса может быть осуществлено также двумя вариантами, При использовании продольной составляющей колебаний излучающик диафрагм их присоединяют торцами к внутренней поверхности полого корпуса. В этом случае становится возможным выполнение полого корпуса с длиной его образующей, превышающей расстояние между внешними поверхностями излучающих диафрагм (фиг.3) или выполнение излучающих диафрагм (фиг.5) с разными диаметрами.

Выполнение полого корпуса 8 источника ультразвуковых колебаний с длиной его образующей, превышающей расстояние между внешними поверхностями излучающих диафрагм 7 (фиг.З) на величину, кратную половине длины ультразвуковой волны в его материале позволяет увеличить площадь излучающей поверхности и обеспечивает ему создание дополнительного объема (с одной или двух сторон), наличие которого может быть использовано в автоматизированных установках ультразвуковой очистки мелких изделий или для очистки внешней поверхности крупногабаритных цилиндри1819861

Выполнение излучающих диафрагм 7 источника ультразвуковых колебаний с разными диаметрами (фиг,5), т.е, с разным числом длин полуволн, укладывающихся на этих диаметрах, в случае изготовления диафрагм из материалов, имеющих одинаковые скорости распространения звука или с одинаковым числом длин полуволн, но при изготовлении их из материалов с разными скоростями распространения звука, обеспечивает ему возможность изменения направления распространения колебаний, совершаемых полым корпусом 8 относительно оси ванны. А это, в свою очередь, позволяет при соответствующих выполнении стенок ванны и расположении источника ультразвуковых колебаний фокусировать энергию ультразвуковых колебаний в одной плоскости или в одной точке, и тем самым повысить качество очистки иэделий различных форм и технологических назначений.

При использовании изгибной составляющей колебаний излучающих диафрагм их присоединяют к торцам полого корпуса поверхностями, обращенными друг к другу. В этом случае становится возможным выполнение излуча1ощих диафрагм (фиг.4) с диаметром, превышающим диаметр средних окружностей оснований полого корпуса на величину, кратную половине длины изгибной ультразвуковой волны в материале. Это обеспечивает источнику ультразвуковых колебаний появление дополнительного объема, наличие которого может быть использовано в автоматизированных установках ультразвуковой очистки. Причем полый корпус может иметь как цилиндрическую, так и конусообразную форму.

Следует отметить, что фокусировка энергии ультразвуковых колебаний возможна также и при выполнении полого корпуса

8 с вогнутыми(фиг.б) стенками. Выполнение же стенок упомянутого корпуса выпуклыми (фиг.7) позволяет увеличить количество направлений распространения ультразвуковых колебаний. Причем укаэанные варианты выполнения форм стенок корпуса

8 могут быть осуществлены при выполнении его образующей с длиной как равной, так и превышающей расстояние между внешними поверхностями излучающих диафрагм.

В настоящее время разрабатываются рабочие чертежи источника ультразвуковых колебаний, по своей конструкции наиболее близкого к представленному на фиг.1

Сопоставительный анализ известного и предлагаемого устройств для ультразвуковой обработки жидкости показывает значительные преимущества последнего. Так, 5

45 промежуточным элементом посредством разъемного соединения.

30 излучение ультразвуковой энергии в предлагаемом устройстве осуществляется более чем с двух поверхностей и в направлениях не только вдоль оси преобразователя, при обеспечении высокой равномерности этого излучения в объем жидкой среды, заполняющей технологическую ванну. Все это позволяет расширить технологические воэможности устройства и повысить производительность технологических процессов, осуществляемых в жидкой среде с использованием энергии ультразвуковых колебаний.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковой обработки жидкости, содержащее бак и размещенный в нем фильтр и источник ультразвуковых колебаний, включающий стержневой магнитострикционный преобразователь с двумя излучающими диафрагмами; соединенными с рабочими поверхностями преобразователями с возможностью продольно-изгибных колебаний, и полый корпус, охватывающий преобразователь, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что с целью расширения технологических возможностей путем увеличения направлений распространения ультразвуковых колебаний и площади излучения, источник ульграэвуковых колебаний снабжен двумя промежуточными элементами, каждый из которых установлен между излучающей диафрагмой и рабочей поверхностью преобразователя и жестко соединен с ними, а полый корпус источника ультразвуковых колебаний выполнен в виде тела вращения, длина образующей которого кратна половине длины его изгибной ультразвуковой волны, а толщина его стенки выбрана не превышающей толщину торцев излучающих диафрагм, при этом полый корпус соединен с излучающими диафрагмами, каждая из которых выполнена в виде диска, соединенного с

2. Устройство поп.1, отл ича ю щеес я тем,.что излучающие диафрагмы выполнены с диаметром, равным диаметру оснований полого корпуса, а их торцы соединены с внутренней поверхностью полого корпуса.

3, Устройство попп.1 и 2, от лича ющ е е с я тем, что излучающие диафрагмы выполнены с разными диаметрами.

4. Устройство по пп.1 - 3, о т л и ч а ющ е е с я тем. что длина образующей полого корпуса равна расстоянию между внешними поверхностями излучающих диафрагм, 5, Устройство по пп.1 — 3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что длина образующей попого корпуса превышает расстояние между внешними поверхностями излучающих диафрагм.

1819861

1819861

Составитель А. Сучков

Техред M,Ìîðãåèòàë

Корректор С.Лисйна

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент",. г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Заказ 2005 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5