Ультразвуковой излучатель Советский патент 1990 года по МПК B06B1/08 

(риг. 1

Изобретение относится к улыарзвуко- ной технике и может найти применение в машиностроении, электронной, химической и других отраслях промышленности для интенсификации процессов озвучивания сред при мойке, очистке, диспергирования и т.д.

Целью изобретения является повышение эффективности излучения и уменьшения габаритов излучателя.

На фиг. 1 представлен излучатель, продольный разрез; на фиг. 2 - эпюры продольных колебаний волновода; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 4 - эпюра изгибных колебаний дисков. ; Ультразвуковой излучатель содержит волновод в виде соосно установленных ци- л|индрических секций 1. Каждая из секций выполнена в виде магнитост-рикционной полоской спирали. Волновод снабжен обмот- кЬй возбуждения 2. Соседние секции волно- в|ода имеют противоположные знаки Магнитострикции и связаны друг с другом через диски 3 с перфорациями в форме лепестков 4. Длина лепестков кратна половине длины волны изгибных колебаний. Лепестки 4 соседних дисков сдви )уты друг относительно друга по винтовой линии на угол , где k-число дисков; п-число л песков диска. Секции 1 волновода и диски 3|расположены между торцовыми накладками 5, стянутыми шпилькой 6 из постоянно намагниченного материала. 1,лина каждой из секций 1 равна половине длины волны продольных колебаний. Поверхности дисков 3 снабжены идентичными кольцевыми сОосиыми выступами 7, внутренний диаметр которых равен внешнему диаметру волновода. Волновод закрыт кожухом 8, внешний диаметр которого меньше внешнего диаметра дисков 3. Торцовые накладки закрывают открытые торцы кожуха 8. Между выступами соседних дисков помещены дистанционные кольца 9.

Устройство работает следующим образом.

За счет выполнения шпильки 6 в виде постоянного магнита во внутреннем объеме излучателя создается постоянное магнитное поле подмагничивания секций 1 волнот вода. Соседние секции выполнены из материалов с равным по величине, но противоположным по знаку магнитострикциои- ным удлинением, например из никеля (К - -40) иалфера, 10-14 (К - +40), где

А к

к -г- 10 мкм. . При этом данная пара

материалов характеризуется практически совпадающими скоростями распространения продольной ультразвуковой волны: VNI

4780 м/с, Vio-14 4750 м/с. Рассеивание постоянного магнитного поля в излучателе минимально, так как она экранизируется разрезным кожухом 8 и торцовыми наклад- 5 ками 5, выполненными из ферромагнитного материала. Переменное магнитное поле создается за счет пропускания по обмотке возбуждения 2 электирческого тока ультра- звуковой частоты от генератора (не пока- 10 зан). Создание постоянного поля подмагничивания в излучателе позволяег упростить схему ультразвукового ген ато- ра (исключается постоянная составляющая тока), сократив его габариты и вес.

15 При воздействии постоянного и переменного магнитных полей на магнитострик- ционные материалы секций 1 волновода (за один полупериод переменного электрического тока) происходит мгновенное умень20 шение длины и соответственное увеличение диаметра и соответственное увеличение длины и уменьшение диаметра секций волновода в зависимости от знака магнито- стрикции. Эти чередующиеся изменения

25 происходят с частотой, переменного тока и передаются дискам 3, Таким образом, резонансные продольные колебания секций вол- новодаполуволновойдлины

трансформируются в резонансные изгиб30 ные колебания дисков с лепестками 4.

При этом за счет непосредственного контакта секций 1 волновода с дисками 3 достигается высокий КПД трансформации продольных колебаний в изгибные, так как

35 в передаче колебаний одновременно задействованы продольные и поперечные смещения обьема материала секций 1 волновода и соответствующий изгиб беззазорно соединенных с секциями 1 дисков 3. Равенство

40 и противоположный знак магнитострикций соседних секций волновода определяет неизменность продольной длины излучателя, т.е. постоянную предварительную затяжку элементов излучателя на шпильке и, следо45 вательно, неизменную резонансную частоту колебаний. Секции волновода используются только парами (попарно чередуясь), так как непарная установка приводит к изменению продольной длины излучателя

50 и уходу резонансной частоты колебаний.

Выполнение перфораций в виде лепестков позволяет снизить жесткость дисков, а следовательно, увеличить амплитуду изгибных колебаний. Поворот лепестков в излуча55 теле по винтовой линии облегчает создание турбулентных микропотоков и микровихрей в отбрабатываемой жидкости. При этом ус- траняют застойные зоны вблизи кожуха излучателя, улучшают перемешивание жидкости и, например, очистку каналов. Выполнеиие волноводов из ленты, свернутой в плоскую спираль, упрощает подбор заготовки и позволяет получить аналог магнито- стриктора, обычно набираемого из электрического изолированных, например, окислением поверхности тонких пластин. Такая конструкция снижает потери на нагрев за счет токов Фуко, и поэтому изготовление волновода, из ленты, свернутой в плоскую спираль, предпочтительно.

Излучатель согласно изобретению может быть эффективно применен для ультразвуковой очистки каналов и трубопроводов, в том числе от сравнительно малого до большого сечения, например от 30 до 300 мм. для возбуждения интенсивной кавитации в ваннах очистки, а также для диспергирования и перемещения компонентов сред и др.

Формула изобретения

Ультразвуковой излучатель, содержащий волновод в виде связанных между собой соосно установленных цилиндрических секций, активный элемент, кожух, перфорированные диски, расположенные парал- лельно друг другу и связанные с

волноводом, длина каждой из секций которого равна половине длины волны продольных колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности и уменьшения габаритов, цилиндрические секции волновода связаны друг с другом через диски и расположены между торцовыми накладками, стянутыми шпилькой из по- стоянно намагниченного материала, поверхности дисков снабжены идентичными кольцевыми соосными выступами, внутренний диаметр которых равен внешнему диаметру волновода,каждая из секций которого выполнена в виде магнитострикцион- ной плоской спирали, а перфорации дисков имеют форму лепестков длиной, кратной половине длины волны изгибных колебаний, причем лепестки соседних дисков сдвинуты друг относительно друга по винтовой линии на угол , 2Jficn где k - число дисков, п - число лепестков диска, соседние секции волновода имеют противоположные знаки магни- тострикции, внешний диаметр кожуха меньше внешнего диаметра дисков, а торцовые накладки закрывают открытые торцы кожуха

Изобретение относится к ультразвуковой технике. Цель изобретения - повышение эффективности излучения и уменьшение габаритов излучателя. Волновод выполнен в виде соосно установленных цилиндрических секций 1. Каждая из секций выполнена в виде магнитострикционной плоской спирали. Волновод снабжен обмоткой 2 возбуждения. Соседние секции волновода имеют противоположные знаки магнитострикции и связаны друг с другом через диски 3 с перфорациями в виде лепестков. Длина лепестков кратна половине длины волны изгибных колебаний. Лепестки соседних дисков сдвинуты друг относительно друга по винтовой линии на угол 2φ/KN, где K - число дисков

N - число лепестков диска. Секции 1 волновода и диски 3 расположены между торцовыми накладками 5, стянутыми шпилькой 6 из постоянно намагниченного материала. Длина каждой из секций 1 равна половине длины волны продольных колебаний. Поверхности дисков 3 снабжены идентичными кольцевыми соосными выступами 7, внутренний диаметр которых равен внешнему диаметру волновода. Волновод закрыт кожухом 8, внешний диаметр которого меньше внешнего диаметра дисков 3. Торцовые накладки закрывают открытые торцы кожуха 8. При протекании тока по обмотке 2 диаметры соседних секций волновода соответственно увеличиваются и уменьшаются в зависимости от их знака магнитострикции. Колебания волновода передаются дискам 3. 4 ил.

-/

Фиг 2