Электромеханический преобразователь радиальных колебаний Советский патент 1982 года по МПК B06B1/08 

(54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕСЖРАЗОВАТЕЛЬ РАДИАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Изобретение относится к акустике, в частности к ультразвуковой технике, и может быть использовано в различном технологическом оборудовании, а также в аппаратуре для излучения и приема аку стических волн. Известен элестромеханический преобразователь радиальных колебаний, у кото рого обмотка возбуждения уложена по всей поверхности пакета, набранного из кольцевых, пластин, изготовленных из маг яитострикционного материала ll. Недостатками этого преобразователя являются отсутствие диапазона резонансных частот, обусловленное набором его пакета из кольцевых пластин, вьшолненны с одинаковым средним радиусом и из одн го магнитострикционногр материала, и расположение обмотки возбуждения на его излучающих поверхностях, что препят ствует созданию непосредственного акустического контакта, например с волноводноизлучаюшей системой. Наиболее близким по технической сущ-ностн к предлагаемому является электромеханический преобразователь радиальных колебаний, содержащий пакет одноразмерных пластин, выполненных из магнито- стрикционного материала, у которого обмотка возбуждения проходит через цилиндрические отверстия, выполненные в теле кольцевых Ш10СТИН и расположенные по окружности 2, Такое располюжение обмотки возбугхдения позволяет осуществить непосредственный акустический контакт преобразователя с волноводноизлучающей системой, но не обеспечивает ему диапазона резонансных частот, отсутствие которого и является его основным недостатком. Другой недостаток этого преобразователя заключается в низкой эффективности его охлаждения, не обеспечивающего оди накоаой температуры различным его материальным точкам (внутри активной части преобразователя температура вьиие), что отрицательно сказывается на магнитостриюдйокяых свойствах преобразохчателя, уменьшающихся с увеличением его температ фы. Это обусловлено тем, что известный преобразователь в силу его конструкционных: особенностей, охлаяшается ТОЛЬКО по наружной поверхности.

Цель изобретения - расширение диапае-она резо1шнснь х частот при сохранении равномернсстя излучения, а также повышение эффект ив Еюсти охла кяения магнито провода.

Поставленная цель достигается тем, что в активной части 1гпастицы выполнен, по крайней мере, один р,вдиусный паз глубиной 0,1-0,8 ширины актив- IS ет ной части пластины, разделяющий пласти ну на секторы с одинаковыми иентраль/т-ными углами, равными 2 и/,и и гра дусом, при этом магнитопровод выполнен в виде секций, смещенных одна относителько другой по окруу/.ности в одном направлении на угол, равный 2 и /N , где и . радиус окружности; на ко-i-opoft расположены центры цилиндркчес СИХ отверстий; и - количество цилиндрических отзерстий в пластике; W - количество радиусных, пазов ;з пластнне, Секпнй магнитопро.аода выполнены т-ол Диной, равной О,О2. - 0,15 его высоты, Выполнение радиусного пава в акт.ив кой части пластины обусяа.вливает ее деление на секторы с одинаковыми централь къгми углами, но с различными средмимк радиусами, вследствие чего каждьШ из этих секторов имеет свою собственную резонансную частоту, а пластина и, еле-довательно, весь преобразователь в лом диалааоы резонансньь частот. Выполнение магнитопровода в ввде секции ;ог1ределенной толщины .и последовательное смещение этих сеш.шй одна относни-ельно другой по окружности, преимущественно 8 одном напрас-лении, позволяет сохранять равномерность иолу :йния и обуслав.лйвает образование в теле уреобразователй сквозного спкралев{щного канала в случае вьшолнетгия радиуспого паза .о теле, пластины или р5эда сегментообраз- ных полостей на его излучающейр но не рабочей поверхности, в случае выполнеШ1Я радиусног й паза на одном из излучающих торцов пластины, В результате этого поверхность преЫэраэоаател.я, омы™ ваемая охладителем, увеличивается и, еле яовательно, процесс его йХла йден{ш, в П|:)Я

мой зависимости от которого находится .эффект магнитострикции, интенсифицируется.

На фиг. 1 показана кольцевая пластиKfa с радиусным пазом в теле пластины; ка фкг. 2 - то же, на одном из ее излучающих торцов.

Предлагаемый преобразователь набирают из магннтострикционных кольцевых гпастин 1, выполненных с цилиндрическими отверстиями 2, расположенными по окружности, и с радиусным пазом 3. .Выполнение радиусного паза 3 в активной части аж-дой иа пластин I обуславлива- ее деление секторы 4 и 5 с различНЫМИ cpeдшfми радиусами, срответственгю R и RT . В случае выполнения радиусного паза в теле пластины (фиг, 1) в ее активной части обоазуется участок 6, колебания которого при работе преобразователя не используются. Кольцевые пластины 1 предварительно собирают в секции толщиной, равной О,02О,15 высоты пакета. Затем эти секции собирают в обашК палсет, последовательно смещая их по окружности преимущественно в одном направлении одна относитель1Ю другой на угол, равный ухлу между центрами, по меньшей мере, двух рядом расположенных цклин дрических отверстий 2, т.е. на }тол 2i fj;,, град.усов„ Такая последовательность набора кол.ьцевых .т.шастин приводит к Образованию в теле .преобразователя сквозного спиралевидного каната, ес71и радиусный паз 3 выполнен в теле пластины 1, i-ши к образова,и5ю на его излучающей поверхности, не контшстирующей, например, с волноводнокзлучающей системой, ряда сегментообразных полостей в случае выполнения радиусного паза 3 на излучающем торце пластины. Если толщдна секции магнитопровода менее 0,02 его высоты, то заполнение озшадктэлем сегментообразных полостей или с.квозиого спиралевидного канала в силу возможности образования в них воадушных лодущек становится затруднительным. Выполнение секций толщиной бо.чее 0,15 высоты магнитопровода представляется нецелесообразным, поскольку рке при толш.ине секций, равной 0,10,15 его высоты, создаются условия, при которь.ж воздушные подущки в сквозном спиралевидном канале или в сегмен- тообразньрс полостях не образуются. Смещение секций прн кх наборе в об- Шй пакет ка угол меньше 2 / целесообразно, так как в этом случае циливдрические отверстия одной секции не совпадают с цилиндрическими отверстиями другой секции, и, следовательно, через них нельзя пропустить odMOTJcy возбуждения. Максимальное значение см щения секций одна относительно другой равное I j Н , в значительной степени способствует повышению эффективности охлаждения преобразователя и зависит от места выполнения радиусного паза, числа радиусных пазов в пластине и размеров радиусных пазов, выполняемых преимущественно равными между собой с точки зрения величины центрального угла. Так, если радиусный паз 3 выполнен в теле пластины 1 (фиг. l), то мак симальное значение угла смещения секШ1Й определяется разностью между величинами центрального угла сектора с радиусным пазом 3 и углом между двумя рядом расположенными цилиндрическими отверстиями 2. Если радиусный паз 3 выполнен на торце пластины 1 (фиг. 2) то за максимальный угол смещения секций пластин следует принять величину центрального угла сектора, в котором выполняют этот паз, KonHfjecTBo радиусных пазов 3, выпол няемых в акт11вной части кольцевых пластин 1, определяется габаритными размерами преобразователя, а их геометрические размеры - необходимой величиной диапазона резонансных частот. Причем в случае выполнения в активной части кольцевой пластины нескольких радиусны пазов, делящих ее на сектора, равных между собой по величине центрального угла, они могут иметь различные радиусы, длины и глубину. При выполнении радиусного паза 3 в теле пластины 1 (фиг. 1) его основным размерами являются радиус, глубина и длина, определяющие, соответственно, ве личины диапазона резонансньк частот и центральных углов секторов 4 и 5. Шир на паза 3, в своих максимальных значениях ограниченная механической прочностью участка 6, не оказывает влияния на величину диапазона резонансных частот преобразователя, но сказывается на эффективности его охлаждения. Поэтому ширину паза 3 целесообразно.выбирать близкой к ее максимальным значениям. Радиус паза 3 определяется габаритным размерами преобразователя, а его длина ( L ) из выражения L ° /N , где I - радиус паза, N - количество пазов в пластине. При такой длине ради696усного паза 3 секторы 4 и 5 имеют одинаковые центральные углы. При выполнении радиусного паза 3 на терце кольцевой пластины 1 (фиг. 2) его основополагающим размером являет ся глубина, поскольку именно она и определяет величину диапазона резонансньк частот преобразователя. Радиус этого паза определяет величину центральных углов секторов 4 и 5 и эффективность охлаждения преобразователя. Радиусный паз выполнен глубиной, равной (0,1-О,8)Н, где Н - ширина активной части пластины. Глубина радиусного паза менее 0,1 Н не обеспечивает 1феобразователю диапазона резонансных частот, а его максимальная глуб;-на ограничивается механической прочностью преобразователя на участке между его рабочей излучающей поверхностью и радиусным пазом. При выполнении радиусного паза в теле пластины за его глубину принимается расстояние между внещней (не рабочей )поверхностью преобразователя к поверхностью паза, расположенной S непосредственной близости к цилиндричес-v KHtvf отверстиям. Перед началом эксплуатации преобразователя на его поверхносгь подают охла дитель, например техническую воду. Омывая ее и заполняя, в зависимости от места выполнения радиусного паза 3, ctopaлевидный канал или сегментообразнью по-лости, вода охлаждаетпреобразователь, обеспечивая ему тем самым стабильность , магни1Х)стршщионных свойств в процессе его работы. При подключении обмотки возбуждения к источнику питания (не показан) в преобразователе возникают магнитные силовые линии, проходящие по окружностям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных его оси. Под влиянием магнитострикционных сил, развивающихся в теле преобразователя, дл1ша его средней окр окностн периодически изменяется, что и приводит к радиальным механическим колебаниям его излучающей поверхности. Но гфи этом, в силу деления кольцевой пластины 1 радиусным пазом 3 на секторы 4 и 5 с различными средними радиусами (R и RJ ) и со.своей собственной резонансной частотой -f и fa У каждого из Них, каждая пластина и, следовательно, весь тфеобразователь в целом имеет диапазон резонансных частот Л f , При работе преобразователя в нем устанавливается несколько различных, но, близких резоиансов. В случае работы на постоянную нагрузку, например при обработке жидкости, преобразователь работает на какой-то одной частоте, например на расчетной для данного преобразователя частоте f . При работе на постоянно изменяющуюся нагрузку, например щэи волочении I труб на цепных станах, гфеобразователь работает на резонансных частотах, отклоняющихся от расчетной, т.е. от fo , например в одну ( f ) fi в другую ( -f а стороны. Предлагаемый преобразователь при одинаковых габаритах имеет преимущества перед известными. Поверхность гфе- образователя, омываемая охладителем, значительно больше аналогичной поверхно сти известных,преобразователей, в результате чего при его охлаждении достигается большая эффективность. У известного преобразователя диапазо резонансных частот отсутствует, в то время как наличие аго у предлагаемого щзеобразователя расширяет сферу его использования и позволяет при работе на часто изменяющуюся нагрузку стабилизаровать работу колебательной системы и тем самым, например гфи безоправочном волочении труб, повысить выход годного продукта за счет сокращения их обрывности с 3 до 0,5%. Формула изобретения , Электромеханический преобразова- тель радиальных колебаний, содержашлй магнитопровод, выпояненный в виде паке- та кольцевых одноразмерных пластин из L магнитострикционного мг териада со сквозными цилиндрическими отверстиями, расположенными по окружности и обмотку возбуждения, проходящую через цилиндрические отверстия, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона резонансных частот при сохранении равномерности излучения, в активной части каждой пластины выполнен, по крайней мере, один радиусный паз глубиной ОД 0,8 ширины активной части пластины, разделяюишй пластину на секторы с оди наковыии центральными углами, равными f 2 - градусов, при этом магнитопровод выполнен в виде секций, смещенных одна относительно другой по окружности в одном направлении на угол, равный /X/ , где h - радиус окружности, на которой расположены центры цилиндрических отверстий; и количество цилиндрических отверстий в пластине; N количество радиусных пазов в пластине. 2. Преобразователь по п 1, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, секции магнитопровода выполнены толщиной, - - - ° высотьи Источники информации, принятые во В шмание при экспертизе 1. Патент США № 3246288, кл. 340-11, 1963. 2. Ультразвук, Под ред. И. П. Ролямикой. М., Советская энциклопедия . 1979, с. 198, рис 16 (прототип).