Ультразвуковая центрифуга Советский патент 1992 года по МПК B05B5/00 

(Л

С

Использование: разделение на фракции сыпучих, жидких и газообразных сред. Сущность изобретения: барабан ультразвуковой центрифуги выполнен в виде пьезокерамического резонатора, на внутренней и внешней поверхности которого размещены поло- сковые электроды. Один конец резонатора посредством пьезокерамического кольца жестко закреплен на корпусе, а на другом конце резонатора установлено кольцо с выводными отверстиями, выполненное из звукопоглощающего материала. Электроды объединены в две системы для подключения к источнику переменных напряжений, сдвинутых по фазе на nil. 6 ил.

Изобретение относится к технологическим процессам, в частности к центрифугам, и может быть использовано для разделения на фракции сыпучих, жидких и газообразных сред.

Известно использование центрифуг для разделения сред на фракции с механическим приводом барабана, поэтому для измерения их технических и эксплуатационных характеристик приходится прибегать к дополнительным конструктивным проработкам.

Недостатками данных центрифуг является их низкая долговечность и высокое энергопотребление.

Наиболее близкой по технической сущности является центрифуга также с механическим приводом барабана, в которой имеется цилиндрический корпус и барабан с приводом.

Недостатки такой центрифуги заключаются в том, что наличие вращающихся частей в конструкции снижает ее долговечность, как в целом всего класса устройств такого типа и увеличивает энергопотребление.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение энергоемкости.

Поставленная цель достигается за счет использования вращающегося ультразвукового поля. Это свойство реализовано тем, что в конструкции барабан и привод барабана совмещены и выполнены в виде пьезокерамического резонатора цилиндрической формы, поляризованного тангенциально. На внутренней и внешней поверхностях резонатора вдоль его оси размещены металлические полосковые электроды, количество которых равно 2т, где т - четное число не менее 4. Один конец резо натора закреплен жестко в корпусе посредством пьезокера vl

Ю

ю

ON

О

о

мического кольца с металлическими электродами на торцовых поверхностях. Свободный конец резонатора охвачен кольцом из звукопоглощающего материала с выводными диаметрально-противоположными отверстиями, направленными по касательной. Электроды на поверхности резонатора через один объединены в две системы, подключенные к источнику переменных напряжений, сдвинутых по фазе на п /2. В отдельно взятой системе электроды соединены между собой последовательно.

На фиг. 1 представлен общий вид центрифуги; на фиг. 2 - то же, разрез; на фиг. 3 - схема соединения электродов между собой и подключения ее к источнику питания на примере пьезокерамического резонатора с четырьмя полосковыми электродами на внутренней и внешней поверхностях цилиндра; на фиг. 4 - передача толщинных колебаний кольца крепления цилиндра в корпусе в изгибные колебания стенок цилиндра и траектория движения разделяемой на фракции среды; на фиг. 5 и 6 - схема соединения между собой электродов, подключение их к источнику питания, а также мгновенная картина деформации цилиндра с восемью электродами на поверхности.

Предлагаемая центрифуга представляет собой пьезокерамический резонатор 1 в виде цилиндра,поляризованного тангенциально (направление поляризации р показано на фиг, 1 стрелками). На внутренней и внешней поверхности цилиндра на равном расстоянии друг от друга нанесено четное 2т 8 количество электродов 2, охватывающих стенку цилиндра кольцом. Электроды соединены в две системы, подключенные к источнику переменных напряжений, сдвинутых по фазе на угол я /2. В системы объединены отдельно четные и нечетные электроды, причем внутри системы электроды соединены между собой через один последовательно. Цилиндр одним концом жестко.закреплен в корпусе 3 посредством пьезокерамического кольца 4, поляризованного по толщине, на торцовых поверхно- стях которого нанесены полосковые электроды 5. Свободный конец цилиндра охвачен кольцом 6 из звукопоглощающего материала, снабженным выводными отверстиями 7, направленными по касательной в диаметрально противоположных точках.

Центрифуга работает следующим образом.

От источника переменных напряжений, сдвинутых на Л/2, возбуждающее напряжение подается одновременно на четные и нечетные электроды. В результате в цилиндре устанавливается ультразвуковая вращающаяся волна,мгновенная картина которой показана на фиг. 2 в случае четырехэлект- родного резонатора и на фиг. 5 - в случае

восьмиэлектродного резонатора. Ультразвуковая волна создает внутри цилиндрического резонатора ультразвуковое вращающееся поле, которое увлекает за собой среду и раскручивает ее. В результате

действия центробежных сил раскручиваемая среда делится на фракции. При этом крупная фракция сосредотачивается у стенок цилиндра. Одновременно в пьезокера- мическом крепежном кольце возбуждаются

толщинные колебания, которые передаются стенкам цилиндрического резонатора, возбуждая в них бегущие изгибные волны вдоль стенки цилиндра. С одновременным разделением на фракции среда перемещается в объеме по спирали и, дойдя до звукопоглощающего кольца, выталкивается в специальные отверстия 7. Скорость вращения ультразвукового поля определяется количеством электродов, нанесенных на

боковую поверхность цилиндра. Так, в частности для резонатора из пьезомассы типа PZT-4 при соотношении размеров H/D 1, где Н - высота цилиндра; D - диаметр цилиндра; при D 3.10 м в случае восьми

электродов резонансная частота f 11-103 Гц. При возбуждении в резонаторе колебаний типа п 2, т.е. вдоль окружности укладывается две волны, частота вращения составляет w/n « 31.103 рад/с.

Предлагаемую конструкцию центрифуги выгодно отличает отсутствие движущихся частей, что обуславливает как надежность устройства, так и незначительную потребность в электроэнергии для раскручивания среды.

Форму л а изо бретен и я Ультразвуковая центрифуга, содержащая цилиндрические корпус и барабан, от- личающаяся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергоемкости за счет использования вращающегося ультразвукового поля,барабан выполнен в виде пьезокерамического резонатора, поляризованного тангенциально, на внутренней и

внешней поверхности резонатора вдоль его оси размещены полосковые электроды, количество которых равно 2т, где т - четное число не менее 4, один конец резонатора жестко закреплен в корпусе посредством

пьезокерамического кольца с металлическими электродами на торцевых поверхностях, свободный конец резонатора охвачен кольцом из звукопоглощающего материала, с выводными диаметрально-противопрложными отверстиями, направленными по касательной, причем электроды на поверхности резонатора через один объединены в две системы для подключения к источнику

переменных напряжений, сдвинутых по фазе на тг/2, а в системах электроды соединены между собой последовательно.

Ф1122