Магнитострикционный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК B06B1/08 H04R15/00 

I . .- . / Изобретение относится к техничеб ./кой акустике, в частности, к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных технологических процессах, например, при обработке жидких сред, сварке и т.д. Известен магнитострикционный преобразователь ультразвуковых радиальных колебаний, у которого обмотка возбуждения уложена вдоль , всей поверхности магнитопровода LjНедостаток такого преобразователя - малая интенсивность колебаний, и, вследствие указанного расположения обмотки возбуждения, невозможкость создания его акустического кон такта с объектом обработки или волно водно-излучающей системой при расположении их, например, внутри преобразователя.. Известен также преобразователь радиальных колебаний, у которого обмотка возбуждения не. препятствует непосредственному контакту с обраба,тываемым объектом или волноводной системой. В этом преобразователе кольцевые пластины, из которых он набран, имеют радиально расположенные равновеликие и равноотстоящие друг от друга отверстия, в которые . и уложена обмотка возбуждения . Основной недостаток данного преобразователя - небольшая интенсивность колебаний. Наиболее близким по технической сущности к предаагаемому является магнитастрикционный преобразователь, содержащий монолитный пакет из двух полуволновых стержневых элементов,. набранный из пластин, и обмотку возбуждения, проходящую через окна элементов и размещенную иа стержнях 1,3 . Однако известный преобразователь, позволяющий, получить высок;ую интенсивность колебаний, не может быть использован без дополнительных устрЬйств для получения интенсивных колебаний в объекте обработки. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей известного устройства-и повьшение его эффективности Поставленная цель достигается тем, что в пакете выполнено централ нов отверстие диаметром 0,15-0,30Л/ а полуволновые элементы расположены радиально-симметрично относительно центра отверстия, причем расстояние от центра отверстия до ближайшей к нему точки поверхности, каждого из .окон элементов составляет 0,1250,20 X, где Х-- длина продольной ультразвуковой волны в материале преобразователя. На фиг.1 приведен вариант преоб разователя с ДВ37МЯ полуволиовыми двухстержневыми элементами; на г. то же, с четырьмяполув6лновыми дву стержневыми элементами; на фиг.З то же, с шестью полуволновьми трехстержневыми элементами. Преобразователь 1 набран из плас тин 2, вьтолненных с центральным отверстием 3. Пакет преобразователя образован двумя, четырьмя или шесть (фиг.а, 16 и IB полуволновыми эле ментами 4, равномерно расположенным относительно отверстия 3. Каждьи из элементов имеет обмотку 5 возбуждения, проходящую через окна 6 элемеитов и уложенную на стержни. К торцам элементов преобразователя прикреплены прокладки из воздухоподобной резины 7, экранирующие в результате излучения от этих- торцов Диаметр центрального отверстий преобразователя составляет 0,15-О, З Выбор этих значений обусловлен тем, что при величине диаметра центрального отверстия 3 более 0,3 X механические напряжения, создаваемые ультразвуковыми колебаниями в месте сопряжения полуволновых элементов 4 могут превышать предел прочности материала преобразователя 1, что приведет к его разрушению. При вели чине центрального отверстия 3 менее 0,15 Х- наступает демпфирование полу волновых элементов 4 друг другом, в результате чего интенсивность радиальных колебаний резко снижается. В предлагаемом преобразователе ((1)иг. 1 ) диамг-тр центрального отвер стия равен 0,2 X что составляет ; 5X-HMi Расстояние от центра отверстия до ближайшей к нему точки поверхности окна полуволнового элемента составляет 0,125-0,2 X . Минимальное расстояние между ними определяется величиной магнитного потока в полуволновых элементах 4, обеспечивающего необходимую акустическую мощность преобразователя 1. При увеличении этого расстояния больше 0,2 Л значительно возрастает пассивная Maci са накладки (ярма) полуволнового элемента 4, в результате .чего изменяется егр резонансная частота, а интенсивность излучения колебаний понижается. В предлагаемом рреобразователе расстояние от центра отверстия до ближайшей к нему точки поверхности окна полуволнового элемента равна 40 мм и составляет 0,15 Д.. Указанные размеры, при ширине пластины и толщинепакета соответственно равных 65 и 55 мм,являются оптимальными для преобразователя, рассчитанного на частоту 19,5 кГц. Расстояние между противолежащими торцами преобразователя составляет 259 мм, а толщна пластин, из которых он набран, равна 0,15 мм. Преобразователь работает следующим образом. Переменное электрическое напряжение, подводимое к обмоткам 5 от ультразвукового генератора, например УЗГ-2-10 (не показан), возбуждает продольные колебания в полуволновых элементах 4. Излучение акустической энергии в объект обработки осуществляется только с поверхности центрального отверстия 3 преобразователя 1, так как на его торцах расположены экранирующие прокладки 7. Площадь поверхности центрального отверстия 3 преобразователя фиг.IdT и и ) равна 83 см. Потребляемая преобразователем электрическая мощность составляет около 10 кВт. Электроакустический КПД стержневых магнитострикционных преобразователей достигает 20-25%. Следовательно, мощность упругих колебаний, излуча емая поверхностью центрального отверстия,составдяет 2-2,5 кВт, т.е. интенсивность радиальных колебаний преобразователя равна 20-30 Вт/см. Таким образом, предлагаемый преобразователь позволит получать колебания интенсивностью в 1,5 раза вьше по .сравнению с известным. Вместе с

;этим, при равном количестве полуволновых элементов габаритные размеры колебательной системы с известным преобразователем примерно в два раза больше, чем предлагаемого. Кроме того, более высокая.интенсивность излучения колебаний его позволит сократить время ультразвукового воздействия на объект обработки в ряде технологических процессов. Так,например, при очистке труб время обработки уменьшится в 2-2,5 раза,- чтосокращает затраты на этот процесс.

Формула изобретения

Магнитострикционный преобразователь, содержащий монолитный пакет из полуволновых стержневых элементов, набранный из пластин, и обмотку возбуждения, проходящую через окно элементов и размещенную на стержнях.

отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повьшения эффективности, в пакете выполнено центральное отверстие диаметром О,05-0,30JI, а полуволновые элементы расположены радиально-симметрично относительно центра отверстия, причем расстояние от центра отверстия да ближайшей

к нему точки поверхности каждого из окон элементов составляет 0,100,20 -, где JL- длина продольной ультразвуковой волны в материале преобразователя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

- I. Патент США № 3246288, . кл. 340-11.

2.Авторское свидетельство СС.СР:

№ кл, В 06 В 1/08, 1966 . ч

3.Ультразвуковые преобразователи. Под ред. Кикучи EVM., Мир, 1972, ,с.216.

cpus.l - / г