УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДАМПИЛОНА Российский патент 2004 года по МПК H04R17/10 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройствам для озвучивания жидких, вязких и сыпучих сред, помещенных в ванну, с целью перемешивания компонент, диспергирования эмульсий, суспензий, очистки и стерилизации поверхностей. Излучатель может быть как пьезокерамического, так и магнитострикционного типов. При озвучивании жидких и вязких сред излучатель длительно работает в режиме интенсивной кавитации. Излучатель может применяться в ряде областей: химической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной, медицине и др.

Уровень техники
Известны ультразвуковые излучатели для озвучивания сред в ваннах [1, 2], содержащие излучающую накладку, выполненную с несквозной осевой полостью и радиальным выступом на излучающем торце, с помощью которого она жестко крепится к стенке ванны. Прототипом изобретения служит "Пьезокерамический ультразвуковой преобразователь для озвучивания жидкости в ванне" [2]. Характерным признаком известных устройств является наличие тонкостенной акустической развязывающей мембраны. Именно с ее помощью предотвращают передачу ультразвуковой мощности от излучающей накладки к стенке ванны, обусловленную указанным жестким креплением.

Общим недостатком аналогов является малый срок службы. Это вызвано кавитационным износом тонкостенной акустической развязывающей мембраны, что завершается ее разрушением.

Сущность изобретения
Изобретение имеет целью увеличение срока службы устройства. Цель достигается тем, что изменена форма выполнения связи между ультразвуковым излучателем и стенкой ванны путем введения дополнительного элемента. При этом отпадает необходимость наличия тонкостенной акустической развязывающей мембраны. Запас материала, расходуемого кавитационным износом, не ограничивается требованием тонкой стенки мембраны.

Отмеченное изменение формы выполнения связи заключается в следующей совокупности существенных признаков.

Ультразвуковой излучатель размещен в кожухе, содержит излучающую накладку, выполненную с несквозной осевой полостью и радиальным выступом на излучающем торце. Этим выступом излучающая накладка опирается на внутреннюю поверхность стенки ванны через эластичное, например, из мягкой резины, кольцо. В упомянутой полости дополнительно размещен шток, скрепленный штифтом с излучающей накладкой. Штоком, совместно с кожухом, радиальный выступ излучающей накладки стянут со стенкой ванны через эластичное кольцо. Наличие штока, скрепленного штифтом с излучающей накладкой, отличает изобретение от прототипа.

Изменение формы связи между излучателем и стенкой ванны выражается в том, что вместо жесткого крепления радиального выступа излучающей накладки со стенкой ванны соединение этих элементов выполнено внахлест через эластичную прокладку. Соединение фиксируется путем стягивания с помощью кожуха и штока. Предложенная форма связи исключает передачу ультразвуковой мощности от излучателя к стенке ванны и обеспечивает высокую эффективность передачи мощности в озвучиваемую среду без применения тонкостенной акустической развязывающей мембраны.

Основным техническим результатом является увеличение срока службы устройства, который в аналогах ограничивается кавитационным износом тонкой стенки мембраны. Длительный срок службы предлагаемого устройства обеспечен необходимым запасом расходуемой массы излучающей накладки, конструкция которой не содержит каких-либо необходимых тонких слоев материала.

Конструкция предлагаемого излучателя приведена на чертеже.

Возможность осуществления изобретения
Ультразвуковой излучатель Дампилона состоит из излучающей накладки 1 и отражающей накладки 2, между которыми зажаты пьезокерамические кольца 11, посаженные на изолирующую втулку 3, имеющие контактные лепестки 4. Излучающая накладка 1 выполнена с несквозной осевой полостью 12 и радиальным выступом 13 на излучающем торце; этим выступом она опирается на внутреннюю поверхность стенки ванны 14 через эластичное кольцо 5.

Внутри несквозной осевой полости 12 размещен шток 8, закрепленный на излучающей накладке 1 штифтом 10. С помощью гаек 9, шайбы 7 и кожуха 15 шток 8 стягивает излучающую накладку 1 ее радиальным выступом 13 со стенкой ванны 14 через эластичное кольцо 5.

При эксплуатации излучателя в агрессивной атмосфере кожух 15 герметизируют, в том числе, прокладкой 6.

Блок, состоящий из пьезокерамических колец 11, излучающей накладки 1 и отражающей накладки 2 представляет собой механический полуволновой резонатор продольных, направленных вдоль оси механических упругих колебаний, возбуждаемый переменным электрическим напряжением соответствующей частоты, которое подводится к контактным лепесткам 4 пьезокерамических колец 11. На резонансной частоте колебания имеют характер стоячей полуволны, с пучностями на торцах излучающей 1 и отражающей 2 накладок и узлом в средней области излучающей накладки 1, где расположен штифт 10, крепящий шток 8. По всей остальной своей поверхности внутри излучающей накладки 1 шток 8 свободно скользит относительно колеблющейся боковой стенки осевой полости 12, не воспринимая ее колебаний, что исключает передачу ультразвуковой мощности через шток 8 и кожух 15 к стенке ванны 14.

Колебания на рабочем торце излучающей накладки 1 имеют максимальную амплитуду, что вызывает соответствующую упругую деформацию кольца 5. Однако этой деформации, практически, в силу эластичности, не сопутствует механическое напряжение. Поток ультразвуковой мощности к стенке ванны 14 через эластичное кольцо 5, пропорциональный произведению упругой деформации на механическое напряжение в эластичном кольце 5, практически исключен. Мощность передается только в озвучиваемую среду, чем и обусловлена высокая эффективность излучателя.

Высокая эффективность излучателя, по необходимости, сопряжена с интенсивным кавитационным износом рабочего торца излучающей накладки 1. Длительный срок ее службы обеспечен соответствующим запасом расходуемой массы и отсутствием каких-либо тонких стенок, типа тонкостенной акустической развязывающей мембраны, присущей аналогам. Возникающая в процессе кавитационного износа шероховатость рабочей поверхности излучающей накладки усиливает кавитационный процесс на поверхности и снижает эффективность озвучивания среды. Это устраняют шлифовкой рабочей поверхности, которую производят без снятия излучателя с ванны. Гарантированный срок службы излучателя Дампилона составляет 5 тысяч часов.

Источники информации
1. (71)(73) Дампилон В.Г., Зудов Ю.Г., Шибаев Ю.А. Свидетельство на полезную модель, (19) RU (11) 6964 (13) U1, (51) 6 H 04 R 17/10, (22) 14.03.97, (46) 16.06.98, Бюл. 6. (54)
"Излучающая накладка пьезокерамического ультразвукового преобразователя".

2. Авторское свидетельство. (72) Бабиков О.И., (19) SU, (11) 1451875 A1, (51) 4 Н 04 R 17/10, (22) 24.05.84, (46) 15.01.89, Бюл. 2, (54) "Пьезокерамический ультразвуковой преобразователь для озвучивания жидкости в ванне".

Использование: для перемешивания компонент, диспергирования эмульсий, суспензий, очистки и стерилизации поверхностей. Может применяться в ряде областей: химической, пищевой, фармацевтической, машиностроительной, медицине и др. Сущность: форма связи между излучателем и стенкой ванны выполнена в виде соединения этих элементов внахлест через эластичную прокладку. Соединение фиксируется стягиванием радиального выступа накладки со стенкой ванны при помощи кожуха, охватывающего излучатель, и дополнительно введенного штока, закрепленного штифтом в осевой полости накладки. Такая форма указанной связи исключает поток ультразвуковой мощности от излучателя к стенке ванны и обеспечивает высокую эффективность озвучивания среды без наличия мембраны. Технический результат: увеличение срока службы в режиме интенсивной кавитации. 1 ил.

Ультразвуковой излучатель для озвучивания среды в ванне, размещенный в кожухе, содержащий излучающую накладку, выполненную с несквозной осевой полостью и радиальным выступом на излучающем торце, которым она опирается на внутреннюю поверхность стенки ванны через эластичное кольцо, отличающийся тем, что в упомянутой полости дополнительно свободно размещен шток, закрепленный на излучающей накладке штифтом, стягивающий с помощью кожуха радиальный выступ излучающей накладки со стенкой ванны, при этом штифт расположен в средней области излучающей накладки, где образуется узел возбуждаемой в ней стоячей полуволны.