Устройство для возбуждения механических колебаний

 

Использование: ультразвуковая техника. Сущность изобретения: устройство содержит источник опорных электрических колебаний 1, фильтр низких частот 2, выпрямитель 3, два блока возбуждения механических колебаний 5.5ʹ, два блока формирования управляющих импульсов 4.4ʹ, объект 6, закрепленный на объекте, приемник акустических колебаний 7, блок автоматического регулирования мощности механических колебаний 8 и источник опорного напряжения 9, блоки возбуждения механических колебаний содержат тиристор, диод и магнитострикционный преобразователь, первые выводы обмотки которого соединены с катодом диода, накопительная емкость, связанная с первыми выводами обмотки преобразователя, световой индикатор и разделительный конденсатор, подключенные параллельно обмотке преобразователя, вторые выводы которой соединены с анодом тиристора. Приемник акустических колебаний расположен в средней части корпуса объекта между блоками возбуждения механических колебаний. 6 ил.

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение при разработке технологических устройств по очистке теплопередающих поверхностей от накипи и предупреждения ее образования в теплообменных аппаратах.

Известно устройство для возбуждения механических колебаний, содержащее ультразвуковой генератор, П-управляемых переключателей переменного тока и магнитострикционные преобразователи, синхронизатор, распределитель импульсов управления, П-боков управления и переключателей постоянного тока подмагничивания.

Известно устройство для возбуждения механических колебаний, выбранное в качестве прототипа, содержащее источник опорных электрических колебаний, фильтр низких частот и выпрямитель, соединенные с объектом первый и второй блоки возбуждения механических колебаний, каждый из которых включает тиристор, диод и преобразователь.

Общими и основными недостатками рассмотренных известных устройств являются низкая эффективность и повышенная затрата потребляемой мощности из-за отсутствия текущей связи состояния теплоносителя.

Цель изобретения - повышение эффективности и снижение потребляемой мощности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для возбуждения механических колебаний; на фиг. 2-5 - варианты выполнения основных блоков; на фиг. 6 - основные временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для возбуждения механических колебаний (фиг. 1) содержит источник 1 опорных электрических колебаний, фильтр 2 низких частот, выпрямитель 3, первый и второй блоки 4 и 4¹ формирования управляющих импульсов, первый и второй блоки 5 и 5¹ возбуждения механических колебаний, объект 6, приемник 7 акустических колебаний, блок 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний и источник 9 порогового напряжения.

Выход источника 1 опорных электрических колебаний соединен с фильтром 2 низких частот. Фильтр 2 низких частот и выпрямитель 3 подключены последовательно. Выходы выпрямителя 3 связаны соответственно с сигнальными входами первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и первыми входами первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний.

Первый выход первого блока 4 формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом второго блока 5¹ возбуждения механических колебаний, а первый выход второго блока 4¹ формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом первого блока 5 возбуждения механических колебаний, выходы первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний и вторые выходы блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов соединены с третьим входом выпрямителя 3.

Блоки 5, 5¹ возбуждения механических колебаний кинематически связаны с объектом 6. Приемник 7 акустических колебаний расположен в средней части корпуса объекта 6 между первым и вторым блоками 5, 5¹ возбуждения механических колебаний. Управляющий вход блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний подключен к выходу управления источника 9 порового напряжения, сигнальный вход - к выходу приемника 7 акустических колебаний, выходы - к управляющим входам первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов.

Каждый из блоков 5 и 5¹ возбуждения механических колебаний содержит накопительную емкость 20, диод 21, магнитострикционный преобразователь 22, тиристор 23, а также световой индикатор 24 и разделительный конденсатор 25, подключенные параллельно обмотке преобразователя 22, первые выводы которой соединены с катодом диода 21 и накопительной емкостью 20, а вторые выводы обмотки преобразователя 22 соединены с анодом тиристора 23.

Устройство работает следующим образом. При включении устройства (фиг. 1) источник 1 опорных электрических колебаний вырабатывает сетевое переменное напряжение с частотой следования f = 1/T = 50 Гц, которое отфильтровывается от помех фильтром 2 низких частот (фиг. 6а). Это сетевое напряжение поступает на выпрямитель 3, где производится его однополупериодное выпрямление. Эти напряжения (фиг. 6б) поступают на первые и вторые блоки 5, 5¹ возбуждения механических колебаний и заряжают накопительные емкости 20, и на первые и вторые блоки 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и заряжают емкости 18.

В соответствующих полупериодах сетевого напряжения источника 1 опорных электрических колебаний продолжает нарастать напряжение, которым в следующий момент будут открыты динисторы 17, задаваемое резисторными делителями на проходных резисторах 16 и цифроуправляющих сопротивлениях 19. Конденсаторы 18 блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов осуществляют временной сдвиг (задержку) фазы управляющего импульса.

На выходах первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов вырабатываются импульсы, амплитуда которых задается величинами цифроуправляемых сопротивлений 19, устанавливаемых блоком 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний. По их сигналам запускаются в противофазе ( <N>phi = 180^о) второй и первый блоки 5¹ и 5 возбуждения механических колебаний. Открываются тиристоры 23 и через диодные вентили 21, магнитострикционные преобразователи 22, тиристоры 23 проходят модулированные высокой частотой (f_о = = 20-25 кгц) импульсы тока, заставляющие противофазно формировать ударные импульсы механической частоты f_о (фиг. 6 г), которыми возбуждается объект 6. Частота механического резонанса магнитострикционных преобразователей 22 первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний задается накопительными емкостями 20, которые разряжаются на обмотку магнитострикционных преобразователей 22, когда открываются тиристоры 23. Время разряда накопительной емкости 20 подбирается меньше четверти периода собственных механических колебаний магнитострикционных преобразователей 22.

В результате, в среде объекта 6, представляющего собой резервуар с нагретой до кипения жидкостью, возбуждаются неперекрывающиеся акустические волны σ_х (на фиг. 6г показана работа одного магнитострикционного преобразователя 22), которые препятствуют отложению на теплопередающих поверхностях объекта 6 накипей и солеобразующих осадков.

Возбужденные в среде объекта 6 механические колебания регистрируются акустическим датчиком 27, усиливаются избирательным усилителем 28 до величины V_х¹, настроенного на частоту механического резонанса f_о магнитострикционных преобразователей 22, выпрямляются (фиг. 6д) диодным вентилем 29, RC-фильтром на элементах 30, 33 и смещаются по уровню V_х, отстраиваясь от помех с помощью резистивных элементов 31, 32 (фиг. 2).

Выпрямительный сигнал V_х приемника 7 акустических колебаний проходит на один вход аналогового компаратора 34 (фиг. 3) блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний. На другой его вход подается пороговое напряжение V_пор, задаваемое резисторным делителем на элементах 40, 41 через управляющий вход блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний, который соединен с источником 9 порогового напряжения. Пороговое напряжение создает требуемый уровень мощности механических колебаний, развиваемый двухтактными магнитострикционными преобразователями (фиг. 6б, г. д). На выходе компаратора 34 вырабатываются соответствующие цифровые сигналы (фиг. 6е, ж), сходные с частотой источника 1 опорных электрических колебаний (фиг. 6 - не показано), которые проходят на один вход второго элемента 37 И-НЕ, и через инвертор 35 - на вход первого элемента 36 И-НЕ. На их другие входы поступают цифровые импульсные сигналы, вырабатываемые формирователем 38 импульсов. Его работа синхронизирована с частотой возбуждения f блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний, что позволяет с этой же частотой (фиг. 6з, и) управлять работой реверсивного двоичного счетчика 39, на выходах которого формируется n-разрядный код N_у управления. Этот код поступает на входы цифроуправляемых сопротивлений 19 резистивных делителей блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и определяет их омическое сопротивление, регулируя уровень мощности механических колебаний.

Формирователь 38 импульсов (фиг. 4) содержит диодный вентиль 42 с конденсатором 43, резистивный делитель на элементах 44, 45, транзисторный ключ 47, резистор 46 смещения, пороговый элемент 48 (триггер Шмитта) с резистором 49 обратной связи, что позволяет формировать прямоугольные видеоимпульсы требуемый длительности (фиг. 6в).

Цифроуправляемые сопротивления 19 (ЦУС) первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов (фиг. 5) выполнены из n-инверторов 50, подключенных к матрице взвешенных резисторов 51 в порядке уменьшения их двоичного веса, и двух проходных резисторов 52, 53.

Изменение входного управляющего кода N_у вызывает дискретное изменение омического сопротивления ЦУС. Так, например, при условии V_x ≥ V_пор счетный импульс формирователя 38 импульсов проходит через открытый логический элемент 36 И-НЕ на прямой счетный вход реверсивного счетчика 39, изменяя его состояние (N_у). Это приводит к изменению (уменьшению) омических сопротивлений ЦУС 19. Изменяется соотношение V_х < V_пор, что приводит к обратному регулированию ЦУС.

При правильной работе блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний в процессе работы устройства выполняется потактное регулирование амплитуды σ_х механических колебаний относительно установленного уровня (V_пор) в диапазоне разрядности счетчика 39 ЦУС (фиг. 6г), чем достигается оптимизация режима возбуждения колебаний, обеспечивая повышение эффективности и снижение потребляемой мощности устройства относительно прототипа.

Визуальный контроль работы устройства осуществляется по световым индикаторам 24 блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний, включенных через разделительные конденсаторы 25 в цепь питания магнитострикционных преобразователей 22. Это повышает надежность устройства.

Кроме того, выполнение его силовой части на развязывающих диодных вентилях 12, 13, 15, 21, резисторной нагрузке 14 снижает массо-габаритные показатели и также способствует повышению надежности.

Это позволяет устанавливать устройство непосредственно на агрегат (объект 6) и отказаться от дорогостоящего кабельного силового оборудования, что также отличает его от прототипа.

Предлагаемое устройство может быть использовано на различных теплообменных агрегатах малого и среднего объема и не нуждается в настройке. (56) Авторское свидетельство СССР N 591234, кл. B 06 B 1/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР N 1097381, кл. B 06 B 1/04, 1982.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ, содержащее источник опорных электрических колебаний, последовательно подключенные фильтр низких частот и выпрямитель, соединенные с объектом первый и второй блоки возбуждения механических колебаний, каждый из которых включает тиристор, диод и преобразователь, первые выводы обмотки которого соединены с катодом диода, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности и снижения потребляемой мощности, в него введены первый и второй блоки формирования управляющих импульсов, закрепленный на объекте приемник акустических колебаний, блок автоматического регулирования мощности механических колебаний и источник порогового напряжения, а преобразователи выполнены в виде магнитострикционных преобразователей, причем выход источника опорных электрических колебаний соединен с фильтром низких частот, выходы выпрямителя связаны соответственно с первыми входами первого и второго блоков возбуждения механических колебаний и сигнальными входами первого и второго блоков формирования управляющих импульсов, управляющий вход блока автоматического регулирования мощности механических колебаний подключен к выходу управления источника порогового напряжения, сигнальный вход - к выходу приемника акустических колебаний, выходы - к управляющим входам первого и второго блоков формирования управляющих импульсов, первый выход первого блока формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом второго блока возбуждения механических колебаний, а первый выход второго блока формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом первого блока возбуждения механических колебаний, выходы первого и второго блоков возбуждения механических колебаний и вторые выходы блоков формирования управляющих импульсов соединены с третьим входом выпрямителя, при этом приемник акустических колебаний расположен в средней части корпуса объекта между первым и вторым блоками возбуждения механических колебаний, в каждый из блоков возбуждения механических колебаний введены накопительная емкость, связанная с первыми выводами обмотки преобразователя, световой индикатор и разделительный конденсатор, подключенные параллельно обмотке преобразователя, а вторые выводы обмотки преобразователя соединены с анодом тиристора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6