Устройство для ультразвуковой обработки жидких сред Советский патент 1983 года по МПК B06B1/00 

Изобретение относится к устройствам для передачи ультразвуковой энергии в жидкие среды и может быть использовано для эмульгирования, диспвргирова:ния и проведения других . процессов в электронной, химической и других отраслях промышленности.

Для повышения качества ультра звуковой обработки жидких сред, например получения высокодисперсных и однородных по составу суспензий Ю и эмульсий, необходимо создавать интенсивноекавитационное поле, равномерно распределенное в рабочем объеме жидкости, при этом важен размер излучающей поверхности, вбли 15 зи которой локализуется зона интенсивной кавитации и отсутствие застойных зон в объеме жидкости.

Известен ультразвуковой стержневой волновод-излучатель, содержа- .« щий электроакустический преобразователь, согласующий элемент и стержневой волновод, снабженный тонкой пластиной, укрепленной на его. боковой поверхности по винтовой линии, „ а излучающая поверхность пластины . расположена под острым углом к оси волновода tn

В этом излучателе величина излучающей поверхности и однородность создаваемого ультразвукового поля до- вольно высока за счёт более равномерного распределения передаваемой ультразвуковой энергии по длине волновода, . однако они недостаточно высоки, особенно в направлении перпен- 35 икулярном к оси волновода.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакус-40 тические преобразователи ,подключенные к генератору электрических колебаний{2.

Недостаток данного устройства состоит в низком качестве обработки.

Целью изобретения является повы- дг ение качества обработки.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой обработки жидких сред камера выполнена прямоугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сто- ронах, на внутренних же поверхностях тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площадями поперечного сече- 55 ния и различными длинами.

Отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней минимальной резонансной частоте. „„ и угол 60 наклона Д /стержней к поверхностям сторон выбраны в пределах

т -. «ок.с

90.

d. / S; f

iMWH65

На чертеже схематически представлено устройство.

Устройство содержит рабочую камеру 1, электроакустические преобразователи 2 и 3, установленные на внешних поверхностях противоположных сторон 4 и 5 соответственно рабочей камере 1 и соединенные с широкополосным генератором б. На внутренних поверхностях тех же сторон 4 и 5 под углом,к ним жестко закреплены стержни 7, отличающиеся друг от друга площадью поперечного сечения, длиной и случайным образом распределенные по поверхностям этих сторон. Кроме этого, рабочая камера 1 содержит патрубки ввода 8 и вы- . вода 9 материалов.

Работает устройство следующим образом.

Подлежащая обработке жидкость через патрубок ввода 8 подается в рабочую камеру 1. Напряжением электрических колебаний широкополосного генератора 6 в электроакустических преобразователях 2 и 3 возбуждаются механические колебания широкого, например, шумового спектра частот, которые соответственно через верхнюю 4 и нижнюю 5 стороны рабочей камеры 1 передаются жестко закрепленным -на них стержням 7 и возбуждают в них продольные и изгибные колебания, передаваемые, в свою очередь, обрабатываемой среде.

) Энергия ультразвуковых колебаний наиболее эффективно передается стержнями 7 в жидкость за счет изгибных колебаний. Соотношение между возбуждаемыми в стержнях 7 продольными и изгибными колебаниями зависит от способов возбуждения электроакустических преобразователей 2 и 3 и угла наклона стержней к плоскостям сторон 4 и 5.

При возбуждении в электрических преобразователях 2 и 3 продольных колебаний таким образом, чтобы направление распространения волны было параллельньлм соответственно плоскостям граней 4 и 5, наибольшие изгибные колебания .наблюдаются при ct 90, однако эффективность возг буждения стержней зависит чэт их места расположения на сторонах 4 и 5.

Если же в преобразователях 2 и 3 возбуждаются .продольные колебания таким образом, что направление распространения волны перпендикулярно плоскостям сторон 4 и 5 соответственно, то эффективность изгибных колебаний увеличивается при уменьшении угла oi. Однако значительное уменьшение об (менее ЗО) приводит к необходимости значительно увеличить длину стержней 7 для. сохранения интенсивности ультразвукового поля в том же объеме жидкости, что уменьшает однородность ультразвукового поля и собственных резонансных частот стержней и неудобно с конструктивной точки зрения. Кроме этого, небольшие продольные колебания стержней 7 способствуют, повьииению равномерности ультразвукового поля в камере 1. Так как в преобразователях 2 и возбуждаются механические колебания широкого С шумового) спектра частот каждый из стержней 7 возбуждается на своей основной резонансной частоте изгибных колебаний, зависящей от его размеров, и ее гармониках. Резонансные колебания стержней 7 приводят к возникновению вблизи каж дого иЪ них зон интенсивной кавитации. В результате случайного распределения стержней 7 с различными резонансными частотами по поверхности обеих граней 4 и 5, результирующее ультразвуковое поле в объеме рабоче камеры 1 не имеет ярко выраженных зон пучностей и узлов колебания и области интенсивной кавитации равномерно распределены в объеме обрабатываемой жидкости. Обтекание стержней потоком жидкости приводит к образованию цирку ляционной зоны с вихревым характером течения вблизи каждого из стерж ней 7, В этой зоне происходит интенсивное смешивание компонентов, а при проведении процессов в гетерогенных системах - эмульгирование Интенсивные изгибные колебания стержней, возбуждаемых на основной резонансной частоте, а также ее гармониках, способствуют дополните ному повышению турбулентности и эф фективности массоп едачи. Стержни могут иметь в поперечном сечении различную форму: круглую, прямоугольную и т.п., выбираемую из условия олучения необходимой равномерности ультразвукового поля (выполнения д, ) Развитой турбулентности потоков жидкости и удобства конструктивного исполнения. Большое з.начение для повышения качества обработки жидкости имеет низкая чувствительность предлагаемого устройства к воздействию дестабили- . зирующих факторов, так как возбуждается широкий (шумовой) спектр колебаний и стержни сами выбирают те частоты, которые необходимы в данный момент времени, т.е. они постоянно возбуждаются на своих собственных резонансных частотах. Диапазон частот генератора широкого спект а частот 6 выбирается таким образом, чтобы эффективно возбуждались все стержни 7, включая стержни с минимальной E,viHH максимальвой | J oy;{ Резонансными частотами. Обработанная среда выводится из рабочей камеры 1 через патрубок бывода материала 9. Таким образом, настоящее устройство позволяет значительно повысить качество обработки жидких сред, например суспензий и эмульсий, за счет большой излучающей поверхности ( зависящей от количества и размеров стержней), интенсивного и равномерно распределенного в объеме рабочей камеры кавитационного поля, сильной турбулизации потоков .жидкости, способствующей процессам массопередачи., низкой чувствительности устройства к воздействию, дестабилизирующих факторов ..

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакустические преобразователи, подключенные к генератору электрических колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки, камера выполнена прямоугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сторонах, на внутренних же поверхностях тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площадями поперечного сечения и различными длинами. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней мокс Минимальной резонансной частоте и утол наклона об стержней к поверхностям граней выбраны в пре- § делах (О мокс } 30°5-cd« 90 7 « Е ммн ю ю 4 СО