ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК B06B1/16 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплотехнике для борьбы с твердыми солевыми отложениями на теплопередающих поверхностях, а также для интенсификации различных технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах.

Известен вибровозбудитель (патент США №2829529, кл. 74-87.1958), содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика. Привод выполнен в виде двигателя, на валу которого закреплено водило в виде лепестков. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и невысокая надежность, вследствие истирания лепестков и наличия электродвигателя, работающего в условиях высокой вибрации.

Известно изобретение по авторскому свидетельству СССР №656673 "Устройство для возбуждения колебаний", в котором для возбуждения колебаний используется вращающийся в цилиндрическом корпусе шарик, а для приведения шарика во вращение используется водило, выполненное в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком. Это изобретение, как показал опыт его практического применения, имеет серьезный недостаток, который заключается в низкой надежности аппарата, вследствие быстрого износа контактных поверхностей.

Известна аксиальная (торцевая) конструкция асинхронных двигателей (А.И.Бертинов, Ф.А.Бут и др. Специальные электрические машины. В двух томах. М.: Энергоатомиздат, 1993), отличительной особенностью которой является форма выполнения статора и ротора в виде плоских дисков, разделенных воздушным зазором, причем на статоре в радиально расположенных пазах укладывается трехфазная обмотка, а ротор выполняется в виде стального диска. Принцип действия такого двигателя не отличается от традиционного двигателя цилиндрической конструкции, однако конфигурация бегущего магнитного поля у аксиального двигателя существенно иная. Такой двигатель не применяется в вибрационной технике, поскольку не является эффективным источником механических колебаний.

Широко известны так называемые шаговые электродвигатели (Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Ч.2. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1979. - 304 с., с.143-151), питание обмоток статора которых осуществляется путем подачи импульсов напряжения от какого-либо коммутатора. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определенное угловое перемещение, называемое шагом. Коммутатор преобразует заданную последовательность управляющих импульсов в m-фазную систему однополярных или разнополярных прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов определяет частоту вращения ротора шагового двигателя. Такие двигатели также как и аксиальные не применяются для возбуждения вибраций.

Наиболее близким по своей технологической сущности к предлагаемому устройству является вибровозбудитель по авт. свид. СССР №915975, кл. В 06 В 1/16. Этот вибровозбудитель содержит корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика в виде статора трехфазного двигателя обращенной конструкции с трехфазной обмоткой, помещенной в пазах на наружной поверхности магнитопровода коаксиально с беговой дорожкой внутри корпуса, подключенной к сети трехфазного переменного тока. Такое устройство, как показал опыт его практического применения, обладает рядом несомненных достоинств, главным из которых является высокая надежность. Повышению надежности способствует то обстоятельство, что вращающийся шарик не создает колебаний в части конструкции, где размещается электрическая обмотка, вследствие чего последняя работает в благоприятных условиях.

Однако этой конструкции вибровозбудителя присущ существенный недостаток, который заключается в невозможности регулирования частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что является следствием того, что частота вращения магнитного поля n, увлекающего за собой шарик, при заданной частоте тока f и числе полюсов обмотки p есть величина постоянная

n=60f/p,

где n исчисляется в об/мин, f - в Гц, p - в шт.

Технической задачей является устранение указанного недостатка за счет изменения типа индуктора вибровозбудителя.

Решение задачи достигается тем, что вибровозбудитель, содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде статора электродвигателя, последний выполнен аксиальным, шаговой конструкции, с электромагнитными полюсами, обращенными к траектории движения шарика по беговой дорожке.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна". Заявляемое решение может быть реализовано в теплоэнергетике, в частности, для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах, что отвечает критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена конструктивная схема вибровозбудителя. На фиг.2 представлены схема перемещения шарика и диаграмма импульсов напряжения на обмотках.

Внутри корпуса 1 вибровозбудителя с беговой дорожкой 2 и волноводом 3 помещен шарик 4, приводимый в движение магнитным полем индуктора 5 аксиальной (торцевой) конструкции, содержащего магнитные полюса 6 с размещенными на них обмотками 7. Магнитные полюса 6 выполняются из электротехнической стали с малой коэрцитивной силой (слабой остаточной намагниченностью) и обращены в сторону траектории движения шарика 4 по беговой дорожки 2. Обмотки 7 концентрично охватывают полюса. Воздушный зазор 8 отделяет неподвижную конструкцию индуктора 5 от вибрирующего корпуса вибровозбудителя 1. Проводниками 9 обмотки полюсов 7 соединены с коммутатором (не показан).

Работу вибровозбудителя иллюстрирует фиг.2. В интервал времени от t₀ до t₁ подключенная с помощью коммутатора к источнику электроэнергии (коммутационный аппарат и источник не показаны) обмотка полюса 1 создает магнитное поле (фиг.2, а), притягивающее шарик 4. Силовые линии магнитного поля замыкаются по магнитной цепи, состоящей из полюса 1 с током (активного полюса), воздушного участка до соседних полюсов 2 и 4, включая зону расположения шарика, частично проходят через шарик 4 (фиг.1) и далее замыкаются через ярмо индуктора 5 (фиг.1). Токи в обмотках других полюсов 2, 3 и 4 (не активных) в это время отсутствуют и воздействие на движение шарика не оказывают. В интервал времени от t₁ до t₂ обмотка полюса 1 отключается от источника электроэнергии и напряжение подается на обмотку 2 (фиг.2, г). Шарик перемещается от полюса 1 к полюсу 2 (фиг.2, б). Далее в интервал t₂-t₃ напряжение с обмотки полюса 2 снимается и подается на обмотку полюса 3 и шарик продолжает движение по беговой дорожке. При t=t₄ первый цикл движения завершается и начинается второй.

Возникающая при вращении шарика центробежная сила воспринимается беговой дорожкой 2 (фиг.1), корпусом 1 вибратора, колебания которого передаются на технологический аппарат через волновод 3 (не показан).

Частота возбужденных колебаний зависит от частоты вращения шарика 4, а амплитуда определяется величиной центробежной силы F_ц=mV²/R, где m - масса шарика, V - линейная скорость шарика, R - радиус расточки беговой дорожки. Изменение частоты импульсов приводит к изменению частоты вращения шарика, а следовательно, частоты и амплитуды возбужденных колебаний.

Использование предлагаемого изобретения для интенсификации технологических процессов в газообразных, жидких и твердых средах повысит эффективность этих процессов за счет подбора рациональной частоты возбужденных колебаний.

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплоэнергетике, в частности, для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах. Сущность: вибровозбудитель содержит корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде статора электродвигателя. При этом статор выполнен аксиальным, шаговой конструкции, с электромагнитными полюсами, обращенными к траектории движения шарика по беговой дорожке. 2 ил.

Вибровозбудитель, содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде статора электродвигателя, отличающийся тем, что статор выполнен аксиальным, шаговой конструкции с электромагнитными полюсами, обращенными к траектории движения шарика по беговой дорожке.