Ультразвуковой преобразователь для обработки жидких сред Советский патент 1984 года по МПК B06B1/00 

Изобретение относится к устройст вам для передачи ультразвуковой . энергии в жид|сие среды и может быть использовано в ро-зличных технологических процессах (эмульгировании, ди пергировании, очистке и т.д.), элект ронной, химической и других отраслях промьшшенности. Известен ультразвуковой преобразо яатель, содержащий электроакустическнй вибратор, волновод продольных кв лебачий и волновод крутильных колеба ний с акустическим изолятором, в котором на боковой поверхности волново да крутильных колебаний радиально и консольно относительно узла колебаний установлены пластины tl Однако такой преобразователь не позволяет получать высокоразвитую излучающую поверхность в большом объеме и равномерное ультразвуковое поле. Известен также ультразвуковой излучатель, вьшолненнБЗй в виде ряда ус тановленных соосно и акустически свя занных с вибратором с-тержневых волноводов, на одном торце каждого из которых закреплена излучающая мембра на С23. Недостатком его является значительная неравномерность ультразвуковых Давлений во всем рабочем объе|ме жидкости. Наиболее близким к предлагаемому 1является преобразователь, вьшолненный в виде ряда установленных соосно и акустически связанных с вибратором полувопновых стержневых волноводов, из которых содещит яд параллельно распределенных по его длине плоских мембран различной толщи.ны. Такой преобразователь-обладает большой излучающей поверхностью t3l. Недостатками преобразователя являются значительная неравномерность ультразвуковых давлений в рабочем объеме жидкости, большая чувствитель ность к изменению акустической нагру ки, что приводит к уменьшению амгшитуд колебательного смещения мембран и снижению эффективности обработки жидких сред. Цель изобретения - повьш1ение эффективности ультразвуковой обработки жидких сред. Поставленная цель достигается тем что в ультразвуковом преобразователе для обработки жидких сред, выполненном в виде ряда установленных соосно и акустически связанных с вибратором полуволновьк стержневых волноводов, каждый из которых содержит ряд параллельно распределенных по его длине плоских мембран различной толщины, мембраны, ближайшие к середине каждого из волноводов, выполнены с резонансной частотой изгибных колебаний, совпадающей с резонансной частотой вибратора, а остальные мембраны выполнены по толщине, исходя из соотношения ..,.| (tosKXj/cosKXgj -l -а толщина мембраны, ближайшей к середине волновода-, di - толщина i -ой ме раны; координаты мембран d и ф соответственно; волновое число, механическая добротность мембраны. . Кроме того, мембраны с толщиной большей и меньшей толщины мембраны, ближайшей к середине каждого из волноводов чередуются между собой и. выполнены перфорированными. Такое вьшолнение преобразователя способствует созданию в рабочем объеме одинакового по интенсивности и равномерно распределенного по длине волноводов кавитационного поля и позволяет понизить чувствительность излучателя к влиянию дестабйлизирукнцих факторов. Выполнение мембран перфорированными повьшгает эффек-ЩЕность обработки за счет эффекта дросселирования и интенсифици- рования массообменных процессов между мембранами. На чертеже представлены ультразвуковой преобразователь и эпюра распределения амплитуд колебательного смещения волноводов и вибратора. Ультразвуковой преобразователь содержит волновода 1-3 с дпиной, равной половине длины волны, на которых закреплены разнотолшг1нные излучающие мембраны 4-8 одинакового диаметра с выполненными в них отверстиями 9. Волноводы жестко связаны с вибратором 10. Ультразвуковой преобразователь работает следующим образом. Возбуждаемые в вибраторе 10 упругие колебания по волноводам 1-3 передаются излучающим мембранам 4-8 и далее обрабатываемой среде, Толщина излучающей мембраны 4eJo ближайшей к середине к1аждого из вол новодов, т.е. находящейся вблизи узла Продольных колебаний соответствующего волновода и испытывающей действие наименьшей возбуждающей силы среди всех мембран, выбирается известным образом так, чтобы рез-онансная частота изгибных колебаний этой мембраны совпадала с резонансной частотой р вибратора 10, в результате чего в мембране 4 врзб5 даются резонансные изгибные колебания. . Следующие мембраны 5 и 6 закреплены на волноводах в местах, где ам плитуда смещений продольных колебаний всегда больше, чем в месте закрепления мембраны А и поэтому их толщИ){а изменяется таким образом, что бы а1«1литуда механических колебаний этих мембран и величина создаваемог ими в объеме жидкости ультразвуково поля Совпадала с этими же величинам надстроенной в резонанс мембраны 4. При этом резонансная частота f мембраны 5 расстраивается в меньшую сторону от.резонансной частоты fp {вибратора 10: fp xfp, .а резонансная частота 4 мембраны 6 - в большую: g что достигается соответ ствую1ф1мвыборог4 толщины мембран 5 и 6 с/у с/о - о где di - толщина i-й мембраны. Резонансные частоты 7 и распопокенных в пучностях продольны колебаний волноводов, в еще большей степени расстраиваются относительно резонансной частоты вибратора fp до получения амгащтуды механических колебаний мембран 7 и 8 и интенсивности создаваемого ими ультразвуков вого поля,также совпадаюцими с ана погичными величинаьш мемб| ан 4-6: , 7 у - ip - (, Л--в причем толщина мембраны 7 уменьшает ся, а мембраны 8 - увеличивается по с тсмйциной мембран 4-6: сравнению с} .«, 0 Необходимое для получения piaBHOмерного кавитационного поля отношение толщины «Sfj -fef мембраны к толщйне dfi мембраны, ближайшей к середине каждого из волноводов, определ ется из математического выражения -,. (co5KX-/cosKXo)-1 где X расстояние, отсчитываемое от торца полуволнового участка рассматриваемого волновода;координаты мембраны, ближайшей к середине каждого из волноводов и i-й мембраны, соответственно; резонансная частота i-й мембраны; волновое число; (jl- механическал добротность & изгибных колебаний мембраны4Ш - ширина полосы АЧХ изгибных механических колебаний на уровне 1/У2. Мекйраны целесообразно устанавливать равномерно по длине волноводов, при этом их количество на каждом войноввде выбирается из условия получения необходимой величины излучаю щей поверхности, равномерности ульт развукового поля и достижения необходимой амплитуды механических колебаний излучающих мембран. Для уменьшения чувствительности преобразователя к влиянию различных дестабилизирующих факторов мембраны с толщиной меньше и больше толадны мембраны, ближайшей к середине волновода, устанавливаются чередующимися по направлению от середины этого волновода к его торцам, т.е. между их толщиной соблюдается соотношение . Вьшолнение перфорированными позволяет как стимулировать . процессы массообмена, протекающие между отдельными разделеннымимембра вами объемами жидкости, устранить зоны с пониженной циркуляцией среды, так и дополнительно повысить эффективность диспергирования за счет дросселирования в отверстиях мембран, а также способствует образованию интенсивных турбулентных потоков и шкрозихрей в обрабатываемой жидкости, что оказывает благотворное влияние на получение эмульсий, суспензий, процессы очистки и т.д. Отверстия перфорации распределены по поверхности каждой излучающей мембраны равномерно. Диаметр отвер- . стий и плотность перфорации (степень

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ОБРАБ.ОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, выполнениь1й в виде ряда установленных соосно и акустически связанньк с вибратором полуволновьк стержневых волноводов, каждый из которых содержит ряд параллельно распределенных по его длине плоских мембран различной толщины, отличающийся тем, что, с, целью повБппения эффективности обработки, мембраны, ближайшие к се;редин€ каждого из волноводов, выполнены с резонансной частотой изгибных колебаний, совпадающей с резонансной частотой вибратора, а остальные мембраны вьшолнены по толщине исходя из соотношения (cos КХ,-/cos КХд 01 S Q где X.., X - коорданаты соответствуюО щих мембрану К - волновое число; Q - механическая добротность мембраны; - толщина мембраны, бли- : § жайшей к середине волно(Л вода-, . . d -толщийа i-й мембраны. с 2.Преобразователь по п. 1, о т личающий.ся тем, что мембраны с толщиной большей или меньшей . толщины мембраны, ближайшей к середине каждого из волноводов, чередуются между собой. 1О 3.Преобразователь по п; 1, о т -, Од ли чающийся тем, что мембра-. Од со ны вьшолнены перфорированными. 4