УСТАНОВКА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ Российский патент 2001 года по МПК B08B3/12 

Изобретение относится к чистке, а именно к чистке с использованием ультразвуковых колебаний, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки загрязненных поверхностей.

Известна установка для ультразвуковой очистки фирмы Elma, содержащая технологическую ванну и ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи, которые жестко закреплены на стальной пластине, являющейся частью дна ванны, через определенное расстояние, кратное половине длине звуковой волны, генерируемой преобразователями. Пластина вставлена в отверстие в дне ванны и жестко и герметично закреплена в нем таким образом, что преобразователи находятся снаружи. (Проспект фирмы Elma "Elma-Ultrasonik-Technology: Up to any task", 1998 г.).

Недостаток известной установки заключается в следующем. Поскольку преобразователи закреплены фактически на наружной поверхности дна ванны, то вдоль дна ванны распространяются паразитные изгибные колебания. Наличие паразитных изгибных колебаний нарушает равномерность акустического поля внутри ванны. Кроме того, наличие паразитных изгибных колебаний обусловливает взаимодействие между собой ультразвуковых преобразователей, что также нарушает равномерность акустического поля внутри ванны. Для снижения влияния паразитных изгибных колебаний на равномерность акустического поля в технологической ванне в известной установке осуществляют развязку ультразвуковых преобразователей. Для этого преобразователи размещают на поверхности пластины через расстояние, кратное половине длины звуковой волны, генерируемой преобразователями. Последнее усложняет конструкцию устройства, так как ставит размещение преобразователей в зависимость от частоты преобразования, а кроме того, предъявляет повышенные требования к стабильности генерируемой частоты и к идентичности параметров преобразователей. При этом сами изгибные колебания не устраняются. В результате отсутствия эффективного подавления паразитных изгибных колебаний снижается равномерность интенсивности акустического воздействия по всему объему ванны. Кроме того, конструкция усложняется также из-за требований к герметичности крепления пластины с преобразователями ко дну ванны.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство ультразвуковой очистки, содержащее технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний, причем плоскости излучателей преобразователей и демпфера соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны (заявка ЕР N 0479070, В 08 В 3/12, 1991 г.).

Недостаток известного устройства состоит в следующем. Поскольку преобразователи закреплены на наружной поверхности дна ванны, то вдоль дна ванны, так же как и в установке-аналоге, распространяются паразитные изгибные колебания. Как уже было показано выше, это обусловливает паразитное взаимодействие между собой ультразвуковых преобразователей, что нарушает равномерность акустического поля внутри ванны. Развязку ультразвуковых преобразователей в известной установке осуществляют путем частичного гашения паразитных изгибных колебаний. Для этого на наружной поверхности дна ванны устанавливают демпфер, на котором закрепляют преобразователи. Это упрощает конструкцию, поскольку снижает зависимость размещения преобразователей от частоты преобразования. Однако поскольку эффективность гашения паразитных изгибных колебаний в известной установке осуществляют варьируя толщиной демпфера, изменяя тем самым его упругость в направлении изгиба, то эффективность развязки преобразователей и эффективность гашения паразитной изгибной волны находятся в зависимости от его толщины. Повышение толщины демпфера приводит к усложнению конструкции устройства из-за проблем с его креплением к наружной поверхности дна ванны. В этом случае имеет большое значение вес демпфера. Необходимость принятия компромиссного решения снижает эффективность подавления паразитных изгибных колебаний, а следовательно, снижает эффективность развязки преобразователей и ухудшает равномерность распределения акустического поля внутри ванны.

Таким образом, аналог и прототип предлагаемой установки для ультразвуковой очистки, выявленные в результате патентного поиска, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении эффективности подавления паразитных изгибных колебаний, в улучшении равномерности распределения акустического поля внутри ванны и в упрощении конструкции установки.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания установки для ультразвуковой очистки, осуществление которой позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении эффективности подавления паразитных изгибных колебаний, в улучшении равномерности распределения акустического поля внутри ванны и в упрощении конструкции установки.

Суть изобретения заключается в том, что в установке для ультразвуковой очистки, содержащей технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний, причем плоскости излучателей преобразователей и демпфера соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны, демпфер паразитных изгибных колебаний выполнен в виде покрытия из смеси эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры, занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны, а его плоскость и плоскости излучателей преобразователей жестко соединены с наружной поверхностью дна ванны. Кроме того, покрытие выполнено с соотношением компонентов в смеси на единицу объема: эпоксидный клей 40-60%, кремнийсодержащее соединение 20-30% и алюминиевая пудра 20-30%.

Технический результат достигается следующим образом. В предлагаемой установке технологическая ванна является емкостью для очищающей среды. Ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи преобразуют электрическую энергию генератора в механические ультразвуковые колебания, которые благодаря жесткому соединению плоскости излучения преобразователей с плоскостью наружной поверхности дна ванны передаются через дно ванны в очищающую среду. Демпфер паразитных изгибных колебаний, который жестко соединен с плоскостью наружной поверхности дна ванны и занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны, обеспечивает развязку работающих преобразователей путем подавления паразитных изгибных колебаний, возникающих на наружной поверхности дна ванны. При этом, благодаря тому, что демпфер паразитных изгибных колебаний выполнен в виде покрытия, в предлагаемой установке, в отличие от прототипа, обеспечивается непрерывный равномерный контакт гасящего слоя с дном ванны, что повышает эффективность подавления паразитных изгибных колебаний и улучшает равномерность распределения акустического поля внутри ванны. Использование для покрытия смеси из эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры обеспечивает прочность и эластичность покрытия, что обеспечивает прочность и надежность его соединения и хороший контакт с наружной поверхностью дна ванны, повышает эффективность подавления паразитных изгибных колебаний и улучшает равномерность распределения акустического поля внутри ванны. Это объясняется следующим. Эластичность покрытия обеспечивает алюминий. Наличие в смеси кремнийсодержащего соединения упрочняет покрытие. Использование в качестве связующего эпоксидного клея, который рекомендован для работы с алюминием, его сплавами, для склеивания металлов, кремнийсодержащих материалов обеспечивают прочность и эластичность покрытия. Хорошая адгезия алюминия с металлами и свойство эпоксидного клея склеивать металлы обеспечивают качественное сцепление покрытия с материалом дна ванны (Общетехнический справочник, под ред. Е. А. Скороходова, М.: Машиностроение, 1990, с. 240, 241, 245). При этом гашение изгибной волны происходит как за счет толщины покрытия, так и за счет физических свойств среды, сформированной в покрытии. Последнее объясняется тем, что изгибная волна при распространении в сформированном покрытии, состав которого неоднороден, неоднократно отражается от микрочастиц смеси, образуя рассеянные волны, что и приводит к ее затуханию. Кроме того, затухание волны происходит из-за вязкости среды распространения, благодаря компоненту смеси алюминию.

Отсутствие у демпфера переходных слоев при контакте с дном снижает потери при передаче ультразвука, что также повышает равномерность акустического поля в ванне. Благодаря акустической развязке пьезоэлектрических преобразователей за счет эффективного гашения изгибных паразитных колебаний демпфером, выполненным в виде предлагаемого покрытия, расположение пьезоэлектрических преобразователей на наружной поверхности дна ванны не требует жесткой привязки к частоте ультразвуковых колебаний преобразователей и определяется только конструктивными особенностями установки. Это упрощает устройство и, кроме того, позволяет увеличить плотность расположения пьезоэлектрических преобразователей по наружной поверхности дна ванны, тем самым повысить удельную акустическую мощность установки и улучшить равномерность распределения акустического поля внутри ванны. Выполнение демпфера паразитных изгибных колебаний в виде покрытия упрощает конструкцию установки, так как исключает из нее узел - металлический демпфер, и сводит всю операцию по изготовлению и установке демпфера к простому нанесению покрытия из предлагаемой смеси на наружную поверхность дна ванны. Рекомендуемый количественный состав смеси покрытия является оптимальным и определен опытным путем. Заданный интервал в количественном составе компонентов смеси в покрытии позволяет добиться оптимальной картины распределения акустического поля в ванне, что также повышает эффективность подавления паразитных изгибных колебаний и улучшает равномерность распределения акустического поля внутри ванны.

Таким образом, предлагаемая установка ультразвуковой очистки при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности подавления паразитных изгибных колебаний, в улучшении равномерности распределения акустического поля внутри ванны и в упрощении конструкции установки.

На чертеже изображена установка ультразвуковой очистки. Установка содержит технологическую ванну 1, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи 2 и демпфер 3 паразитных изгибных колебаний. Ванна 1 заполнена очищающей средой 4 (очищаемые предметы не показаны). Плоскости излучателей преобразователей 2 и демпфера 3 жестко соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны 1. Демпфер 3 занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны 1. Демпфер 3 паразитных изгибных колебаний выполнен в виде покрытия из смеси эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры в соотношении на единицу объема: эпоксидный клей 40-60%, кремнийсодержащее соединение 20-30% и алюминиевая пудра 20-30%.

Сборку установки начинают с закрепления с помощью клея на наружной поверхности дна ванны 1 преобразователей 2. После этого всю свободную от преобразователей 2 наружную поверхность дна ванны 1 покрывают смесью из эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры в соотношении на единицу объма: эпоксидный клей 40-60%, кремнийсодержащее соединение 20-30% и алюминиевая пудра 20-30%. Конкретные количественные соотношения компонентов и толщину покрытия подбирают один раз опытным путем для заданного объема ванны 1, очищающей среды и генерируемой звуковой частоты, ориентируясь на картину распределения акустического поля в очищающей среде 4 ванны 1.

Установка ультразвуковой очистки работает следующим образом. В очищающую среду 4 ванны 1 загружают загрязненные предметы, например металлические. После подключения источника электропитания к ультразвуковым пьезоэлектрическим преобразователям 2, последние начинают генерировать ультразвуковые колебания, которые через дно ванны 1 передаются в очищающую среду 4. Поскольку плоскости излучателей преобразователей 2 жестко соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны 1, то одновременно вдоль дна ванны 1 от обоих преобразователей 2 начинает распространяться паразитная изгибная звуковая волна. Благодаря тому, что демпфер 3 паразитных изгибных колебаний также жестко соединен с плоскостью наружной поверхности дна ванны 1 и выполнен в виде покрытия из смеси эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры и занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны 1, паразитная изгибная волна, встречая на пути распространения неоднородности, постепенно затухает. Под воздействием звукового поля в очищающей среде 4, контактирующей с поверхностью очищаемого предмета, возникает кавитация, в результате чего сформируется микроударное воздействие на загрязненную поверхность предмета. Последнее приводит к разрушению и удалению загрязнений, прочно связанных с поверхностью очищаемого предмета.

Изобретение относится к чистке с использованием ультразвуковых колебаний и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки загрязненных поверхностей. Установка содержит технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний. Ванна заполнена очищающей жидкостью. Плоскости излучателей преобразователей и демпфера жестко соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны. Демпфер паразитных изгибных колебаний выполнен в виде покрытия из смеси эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры и занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны. Изобретение обеспечивает повышение эффективности подавления паразитных изгибных колебаний, улучшение равномерности распределения акустического поля внутри ванны, упрощение конструкции установки. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Установка для ультразвуковой очистки, содержащая технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний, причем плоскости излучателей преобразователей и демпфера соединены с плоскостью наружной поверхности дна ванны, отличающаяся тем, что демпфер паразитных изгибных колебаний выполнен в виде покрытия из смеси эпоксидного клея, кремнийсодержащего соединения в мелкодисперсном виде и алюминиевой пудры, занимает всю свободную от преобразователей наружную поверхность дна ванны, а его плоскость и плоскости излучателей преобразователей жестко соединены с наружной поверхностью дна ванны. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что покрытие выполнено с соотношением компонентов в смеси на единицу объема: эпоксидный клей 40-60%, кремнийсодержащее соединение 20-30% и алюминиевая пудра 20-30%.