Android-приложение для поиска дешевых авиабилетов: play.google.com
Главная -> Ускорение научнотехнического прогресса

0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27

вводтшх в обрабатываемые среды. Рассмотрим, каким образом это может быть обеспечено.

Ранее было показано, что оптимальный диаметр рабочего инструмента ультразвуковой колебательной системы должен быть не менее 1 и не более 3 см. Поэтому для первых двух УЗ многофутащиональных аппаратов могут бьггь использованы рабочие инсфументы диаметром 1 см, для третьего аппарата - рабочий инсфумент диаметром 2 см, а для четвертого из приведенных УЗ аппаратов - рабочий инструмент диаметром 3 см.

Интенсивность ультразвуковых колебаний, вводимых через все рабочие инструменты в обрабатьшаемые среды должна быть 3....10 т/см\ Исходя из рабочей гипотезы, что для первого из аппаратов предложенного ряда достаточна средняя интенсивность излучения , а для остальных необходима максимальная интенсивности (энергии, приходящейся на единицу площади), а также при условии различной площади рабочих инструментов, получаем с.тедутощие требования:

1. Через двухстороннюю поверхность рабочего инструмента диаметром 1 см и, соответственно, площадью 1,5 см на обрабатьшаемые среды в объемах от 50 до 200 мл воздействует мощность, приблизительно равная 10 вт. При этом удельная плотность поглощаемой УЗ мощности изменяется от 50 до 200 вт/л. Поскольку коэффициент преобразования электрической энергии в энергию ультразвуковых колебаний для современных колебательных систем достигает 70...80% [12], а коэффициент полезного действия современных электронных устройств на транзисторах (УЗ генераторов), обеспечивающих преобразование энергии промьппленной частота (50 Гц) в энергию электрических колебаний ультразвуковой частоты (22 кГц) не .менее 80% [14], можно считать, что полный коэффициент полезного действия УЗ технологического аппарата не менее 50%.

Следовательно, для вьщеления 10 вт полезной мощности УЗ колебаний в объеме первого технологического аппарата необходимо использовать электронное устройство (УЗ генератор) мощностью не менее 20 вт. Учитьшая требования нормативно - технической документации, регламентирующей значения номинальных мощностей УЗ аппаратов [15]. номинальная .мощность рассматриваемого многофункционального УЗ аппарата должна быть равна 25 вт.

2. Второй из необходимых многофунишональных УЗ аппаратов должен обеспечивать введение в среду УЗ колебаний с интенсивност1ю Ю вт/см" через площадь поверхности рабочего инструмента площадью 1, 5

см. Следовательно, на обрабатываемый объем будет воздействовать 15 ВТ мощности УЗ колебаний и удельная мощность на единицу объема будет изменяться (для объемов от 100 мл до 300 мл ) в пределах от 50 вт/л до 150 вт/л. С учетом коэффициента полезного действия, равного 50%, такой УЗ аппарат должен выполняться с электрическим генератором мощностью не менее 30 вт. Придерживаясь нормативных требований на технологические установки номинальную мощность такого аппарата следует выбрать равной 40 вт.

3, В третьем, по приведенной вьпле классификации, УЗ технологическом аппарате, введение УЗ колебаний интенсивностью 10 вг/см" через поверхность рабочего инструмента площадью 7 см (диаметр - 2 см) требует применения генератора с мощностью не менее 140 вт. В соответствии с нормативными требованиями, номинальная мощность должна быть равна 160 вт. Удельная мощность такого аппарата (в зависиуюсги от используемого объема) соответствует приблизительно значениям от 50 вт/л до 200 вт/л.

4. Аналогичные оценки, проведенные для УЗ технологического аппарата, предназначенного для мелкосерийного производства, фермерских хозяйств и т.п. (четвертый тип аппарата) показывают, что при площади поверхности рабочего инструмента 15 см" удельная мощность может изменяться от 50 вт/л до 300 вт/л, Мощность УЗ технологического аппарата должна бьггь не менее 300 вт. Номинальная мощность, допускаемая для этого случая нормативной документацией, должна соответствовать 400 вт.

Таким образо.м, для удовлетворения потребностей современных потребителей необходимы 4 типа многофункциональных УЗ аппаратов технологического назначения, характеризуемых параметралш, приведенными в таблице 2. 1.



Таблица 2.1,

Типы многофункциональных аппаратов

Тип аппарата

Область применения

Обрабатываемый объем,

Диаметр рабочего инструмента, мм

Номи-иа.г1ьная мощь-ность генератора, ВТ

Объемная плотность вт/л

мин.

макс.

мин.

макс.

Индивидуальный

потребитель

0.05

Дом. хозяйство

Малое предприятие

Производство

ГЛАВА 3. УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Как было показано ранее, в состав любой ультразвуковой технологической установки, в том числе и в состав многофункциональных аппаратов входят источник энергии (генератор) и ультразвуковая колебательная система.

УЗ колебательная система технологического назначения состоит из преобразователя, согласующего элемента и рабочего инструмента (излучателя).

В преобразователе (активном элементе) колебательной системы происходит преобразование энергии электрических .колебаний в энергию упрутих колебаний ультразвуковой частоты и создается знакопеременная механическая сила.

Согласующий элемент системы (пассивный концентратор) осуществляет трансформацию скоростей и обеспечивает согласование внешней нагрузки и внутреннего активного элемента.

Рабочий инструмент создает ультразвуковое поле в обрабатываемом объекте или непосредственно воздействует на него.

Важнейшей характеристикой УЗ колебательных систем является резонансная частота. Обусловлено это тем, что эффективность технологических процессов определяется амплитудой колебаний (значений колебательных смещений), а максимальные значения а.мплит\д достигаются при возбуждении УЗ колебательной системы на резонансной частоте. Значения резонансной частоты УЗ колебательных систем должны быть пределах разрешенных диапазонов (для многофункциональных УЗ аппаратов это частота 22 ± 1,65 кГц ).

Отношение накопленной в УЗ колебательной системе энергии к энергаи, используемой для технологического воздействия за каждый период колебаний, назьшается добротностью колебательной системы. Добротность определяет максимальную амплитуду колебаний на резонансной частоте и характер зависимости амплитуды колебаний от чоты (т.е. ширину частотного диапазона).

Внешний вид типичной ультразвуковой колебательной системы показан на рис. 3.1. Она состоит из преобразователя - 1, трансформатора (концентратора) - 2, рабочего инструмента - 3, опоры - 4 и корпуса - 5.




Рис.ЗЛ.Двухполуволновая колебательная система и распределение амплитуд колебаний А и действутощих механических напряжений F

Распределение амплитуды колебаний А и сил (механических напряжений) F в колебательной системе имеег вид стоячих волн (при условии пренебрежения потерями и излучением).

Как видно из рис. З.1., существуют плоскости, в которых смещения и механические напряжения всегда равны нулю. Эти плоскости назьшаются узловыми. Плоскости, в которых смещения и напряжения минимальны назьшаются точностями. Максимальные значения смещений (амплитуд) всегда соответствую в минимальньш значениям механических напряжений и наоборот. Расстояния между двумя соседними узловыми плоскостями или пуостями всегда равны половине длины волны,

В колебательной системе всегда имеются соединешм, обеспечивающие акустическую и механическую связь её элементов. Соединения могут бьггь неразъелгаыми, однако при необходимости смены рабочего инструмента соединения вьшолняются резьбовьши.

УЗ колебательная система вместе с корпусом, устройствами подвода питающего напряжения, и вентилявдюнными отверср-иями выполняется обычно в виде отдельного узла. В дальнейшем, используя

термин УЗ колебательная система, мы будем говоршъ обо всем узле в целом.

Используемая в многофункциональных УЗ аппаратах технологического назначения колебательная система должна удовлетворять раду общих требований.

1. Работать в заданном частотном диапазоне.

2. Работать при всех возможных в ходе технологического процесса изменениях нагрузки.

3. Обеспечивать необходимую ингенсивиость излучения или

амплитуду колебаний.

4. Иметь максимально возможный коэффициент полезного действия.

5. Части УЗ колебательной системы, контактирующие с обрабатьгоаемыми веществами должны обладать кавитационной и химической стойкостью.

6. Иметь жесткое крепление в корпусе. 7.Должна иметь минимальные габариты и вес.

8. Должны вьшолняться требования техники безопасности.

Ультразвуковая колебательная система, показанная на рис. 3.1. является двух полуволновой колебательной системой . В ней преобразователь имеет резонансный размер, равный половине длины волны УЗ колебаний в материале преобразователя. Для увеличения амплитуды колебаний и согласовашм преобразователя с обрабатьшаемой средой используется концентратор, имеющий резонансный размер, соответствутопщй половине длины волны УЗ колебаний в материале концентратора.

Если показанная на рис. 3.1. колебательная система вьшолнена из стали (скорость распространения УЗ колебаний в стали более 5000 м/с ), то ее общий продольный размер соответствует

\ = С2п/ю > 23 см.

Для вьшолнения требований высокой ко.мпакгности и малого веса используются полуволновые колебательные системы, состоящие из чегвертьволновых преобразователя и концентратора. Такая колебательная Систем схематично показана на рис. 3.2. Обозначения элементов •лебательной системы соответствуют обозначениям на рис. 3.1.



0 1 2 [3] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27



0.03
Яндекс.Метрика