Способ ультразвуковой деструкции веществ и устройство для его осуществления Советский патент 1990 года по МПК B02C19/18 

СП

со

. Изобретение относится к области применения ультразвука для измельчения твердых веществ, эмульгирования, очи- стки поверхностей и .

Цель изобретения - повышение качества деструкции.

Сущность способа заключается в следующем,

Аппроксимируем разрушаемое вещест- Q во (объект) сплошной сферой. Для разрушения такой сферы необходимо возбудить в ней продольуо-поперечные: коле- бания достаточной интенсивности. Это означает, что нужно возбудить два ко- лебания (продольное и поперечное) оди- н;аковой частоты, которые при боль зшх амплитудах обладают значительными сме- тцениями частиц. Но поскольку эти смещения происходят во взаимно перпен- 20 дикулярных направлениях (а колебания совершают одни и те же частицы среды), то образовываются трещины и происходит разрушение объекта.

Для возбуждения .таких продольно- 25 поперечных волн выбирают акустический сигнал, модулированный. по амплитуде, со следующим соотношением частот:

f - f с 11 , Г 1 Г

30

л,

д.

где f, - модуляционная частота; fj - частота заполнения; с - скорость ультразвука в среде

распространения.

При падении такого сигнала на объект необходимо возбудить два колебания с соответственньи соотношением длин волн и равной частоты - поперечное

f -

л,

- фазовая скорость поперечной волны в веществе (объекте); - длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами объекта;

ьное

- Я. Л,

- фазовая скорость продольной

волны в веществе; - длина волны, соизм ;римая с геометрическими раг1мерами частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект речные волны имеют дипольную а продольная вола - монопольную форму. Таким образом, результирующий волновой процесс представляет собой одновременное быстрое - пульсирующее продольное колебание, которым управляет медленное - осциллирующее поперечное колебание.

При падении на исходньй объект рассмотренного двухчастотного акустического сигнала должны возбуждаться четьфе упругие волны: две продольные

с частотами fi и с частотами f. и

fj и две поперечные f соответственно.

Однако продольная волна частоты f, не возбуждается, так как она имеет фазовую скорость большую, чем с , поэтому длина ее волны больше, чем Я, . Поперечная волна с частотой f возбулда- ется, но энергетически эта волна слабая, так как она более высокого порядка, чем волна f

Cj.

2

т.е. длина

поперечной волны частоты fj соответственно меньше длины волны Я.

Следовательно, перестраивая частоты f, и f, можно настраиваться на нужные размеры объектов с целью возбуждения в них продольно-поперечных волн равной частоты, а при увеличении мощности возбуждающего сигнала возможно разрушение данных объектов.

Пример (измельчение известняка) . Скорость звука в известняке равна с 6,13-10 см/с. Берут объект с геометрическим размером 10 см, тог- да Л, 10 см, и разрутпают его на частицы размером 1 Мкм, тогда / . По указанным выражениям получают f, кГц, а гс:6-10 Гц. Излучаемая мощность при этом составляет величину порядка 10 кВт при воздействии в течение 30-40 мин.

На чертеже представлена блок- схема устройства для ультразвуковой деструкции ве.ществ.

Устройство для ультразвуковой де-- струкции веществ содержит модулятор 1, изменяющий один из параметров незатухающих колебаний, задающий генератор 2, генерирующий незатухающие колебания, усилитель 3 мощности, коммутатор 4, соединяюш 1Й выход усилителя мощности с акустической ристемой 5, блок 6 управления, изменяющий частоты, длительность,скважность и мощность сигнала по заданным исходным данным, емкость 7 с веществом 8 и блок 9 питания.

Устройство работает следующим об- разом.

При включении питания модулятор 1 вырабатывает колебания, модулирующие незатухающие колебания задающего генератора 2 в определенном диапазоне частот. Частотно-модулированные колебания из задающего генератора 2 передаются в усилитель 3 мощности которые с помощью коммутатора 4 передаются на акустическую систему 5.

Коммутатор 4 управляется блоком 6 управления, который вырабатывает управляющие команды по регулировке час- тоты, излучаемой мощности на выходе усилителя 3 мощности, по скважности и длительности излучае1 ого сигнала по заданным исходным данным. Излучаемые акустической системой 5 ультразвуковые колебания воздействуют на вещество 8, помещенное в емкость 7.

Блок 6 управления содержит переключающие устройства, устанавливающие длительность сигнала, излучаемую мощность, скважность-и частоту. Управляет блоком оператор устройства. Воздействие на объект продолжается до . образования заданной структуры.

При разрушении кристаллических и- горных пород максимальная плотность энергии, при которой начинают возникать необратимые изменения структуры вещества, составляет 10 эрг/см и не зависит от физико-механических свойств вещества.

Определяют необходимую мощность акустического излучения. Для достижения плотности энергии 10 эрг/см необходимая мощность составляет Вт. Создаваемое при этом давление при коэффициенте концентрации К 100 составляет 34,5 Па, что, на один-два порядка меньше чем требуется в известном устроййтве для достижения кавитации.

Частоты, рассчитанные по указанным соотношениям, для размеров вещества, равного 1 ,см, и необходимости получения частиц размером 1 мкм следующие модуляционная частота -- 100 кГц, несущая частота мГц.

Преимуществом предлагаемого способа является сохранение физико-химических свойств вещества, отсутствие за- грязнения полученных порошков примеся Ми от мелющих аппаратов, шаров и тому подобных, получение заданных фракций,

экономичность за счет исключения твердых сплавов и уменьшения подводимых мощностей - в известном обязательное получение кавитации.

Формула изобретения

1. Способ ультразвуковой деструкции веществ, включающий ультразвуковое облучение на двух разнесенных частотах, отличающийся тем, что, с целью повьшгения качества деструкции, облучение осуществляют последовательно тонально-модулированными сигналами, причем частоты выбирают из соотношений

0

5

j

f.

f с д, I. и

f

с

.

0

5

0

5

0

с

/1, / г

где f. - модуляционная частота; частота заполнения; скорость ультразвука в среде распространения; длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами объекта;

длина волны, соизмеримая с геометрическим размерами- частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект, с мощностью, о.беспечивающей плотность , энергии в веществе, равную 10 эрг/см.

2. Устройство для ультразвуковой деструкции веществ, включающее заданный генератор незатухающих колебаний, блок питания и коммутатор с акусти-с ческой системой, отличающее- с я тем, что, с целью повьшгения качества деструкции, оно снабжено модулятором, усилителем мощности и блоком управления, причем первый выход блока управления соединен с первьп-ш входами модулятора, задающего генератора незатухающих колебаний и усилителя мощности, второй выход блока управления подютючен к первому входу коммутатора, блок питания подключен к вторым входам модулятора, задающего генератора незатухающих колебаний, усилителя мощности, комг утатора и к входу блока управления, выход модулятора соединен с третьим входом задающего генератора незатухающих колеба:ний, вы-, ход которого соединен с трет5«им входом- усилителя мощности, а выход усилите- ля мощности соединен с третьим входом коммутатора.

Изобретение относится к автоматизации ультразвуковой деструкции веществ, может быть применено в горнодобывающей и строительной отраслях промышленности и позволяет повысить качество деструкции. Для достижения поставленной цели осуществляют ультразвуковое облучение последовательностью тонально-модулированных сигналов на двух разнесенных частотах, выбираемых в зависимости от скорости ультразвука в среде распространения и от длин волн, соизмеримых с геометрическими размерами объекта и с геометрическими размерами частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект. Устройство для осуществления способа содержит модулятор 1, задающий генератор 2, усилитель 3 мощности, коммутатор 4, акустическую систему 5, блок 6 управления и блок 9 питания. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.