설치는 실험실 스탠드, 초음파 발생기, 고효율, 고품질 자기 변형 변환기 및 변환기에 대한 3개의 도파관 방출기(집중기)로 구성됩니다. 정격 출력 전력의 50%, 75%, 100%까지 출력 전력을 단계적으로 조정할 수 있습니다. 전력 조정과 세 가지 다른 도파관 방출기(1:0.5, 1:1 및 1:2 이득)를 사용하면 연구 중인 액체 및 탄성 매질에서 대략 0에서 1까지의 다양한 초음파 진동 진폭을 얻을 수 있습니다. 22kHz의 주파수에서 80μm.

다년간의 초음파 장비 제조 및 판매 경험을 통해 인지된 필요성모든 유형의 현대 첨단 기술 생산에 실험실 설치를 갖추었습니다.

나노재료와 나노구조체의 생산, 나노기술의 도입과 개발은 초음파 장비를 사용하지 않고는 불가능합니다.

이 초음파 장비를 사용하면 다음이 가능합니다.

• 금속 나노분말을 얻는 단계;
• 풀러렌으로 작업할 때 사용합니다.
• 강한 초음파 장 조건 하에서 핵반응 과정 연구(저온 열핵융합)
• 연구 및 산업 목적을 위한 액체 내 음파발광의 여기;
• 미세하게 분산된 정규화된 직접 및 역유제 생성;
• 목재 채점;
• 가스 제거를 위한 용융 금속의 초음파 진동 여기;
• 그리고 훨씬 더.

I10-840 시리즈의 디지털 발생기를 갖춘 최신 초음파 분산제

초음파 설치 (분산제, 균질화기, 유화제) I100-840은 디지털 제어, 부드러운 조정, 작동 주파수의 디지털 선택, 타이머 기능을 갖춘 액체 매체에 대한 초음파의 영향에 대한 실험실 연구용으로 설계되었습니다. 다양한 주파수와 전력의 진동 시스템을 연결하고 처리 매개변수를 비휘발성 메모리에 기록합니다.

설치에는 작동 주파수가 22 및 44kHz인 초음파 자기 변형 또는 압전 진동 시스템을 장착할 수 있습니다.

필요한 경우 분산제에 18, 30, 88kHz의 진동 시스템을 장착할 수 있습니다.

초음파 실험실 장치(분산제)가 사용됩니다.

• 다양한 액체 및 액체에 배치된 샘플에 대한 초음파 캐비테이션의 효과에 대한 실험실 연구용
• 난해하거나 난용성 물질 및 액체를 다른 액체에 용해시키는 데 사용됩니다.
• 다양한 액체의 캐비테이션 강도를 테스트하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 산업용 오일의 점도 안정성을 확인하려면(AMG-10 오일의 경우 GOST 6794-75 참조)
• 함침율 변화 연구용 섬유질 재료초음파의 영향을 받아 다양한 충전재로 섬유질 재료의 함침을 개선합니다.
• 하이드로소팅(연마 분말, 지형 변형제, 천연 및 인공 다이아몬드 등) 중 광물 입자의 응집을 방지합니다.
• 자동차 연료 장비, 인젝터 및 기화기의 복잡한 제품의 초음파 세척용;
• 기계 부품 및 메커니즘의 캐비테이션 강도에 대한 연구
• 그리고 아주 간단한 케이스- 고강도 초음파 세척조와 같습니다. 실험실 유리 제품 및 유리의 침전물과 침전물은 몇 초 안에 제거되거나 용해됩니다.

특허 RU 2286216 소유자:

본 발명은 특히 용해, 유화, 분산을 위한 강력한 음향장에서 현탁액을 초음파 세척 및 처리하는 장치와 자기왜곡 효과를 사용하여 기계적 진동을 생성하고 전달하는 장치에 관한 것입니다. 설비에는 초음파 막대 자기변형 변환기, 금속 원통형 파이프 형태로 만들어진 작업 챔버, 음향 도파관이 포함되어 있으며, 그 방사 끝은 탄성 밀봉 링을 통해 원통형 파이프의 하부 부분에 밀봉되어 연결되어 있습니다. , 그리고 이 도파관의 수신 끝은 초음파 막대 변환기의 방사 표면에 음향적으로 견고하게 연결됩니다. 환형 자기 변형 이미 터가 설비에 추가로 도입되며, 그 자기 회로는 작업 챔버의 파이프에 음향 적으로 견고하게 눌려집니다. 초음파 설치는 처리되는 액체 매체에 2주파수 음향장을 형성하여 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스의 강화를 보장합니다. 3 급여 f-ly, 1 병.

본 발명은 특히 용해, 유화, 분산을 위한 강력한 음향장에서 현탁액을 초음파 세척 및 처리하는 장치와 자기왜곡 효과를 사용하여 기계적 진동을 생성하고 전달하는 장치에 관한 것입니다.

초음파 센서를 사용하여 액체에 초음파 진동을 도입하는 장치가 알려져 있습니다(특허 DE, No. 3815925, B 08 B 3/12, 1989). 이 장치는 바닥에 밀봉된 플랜지를 사용하여 소리 방출 콘으로 고정됩니다. 액체 욕조 내부 영역.

가장 가까운 기술 솔루션제안된 것은 UZVD-6 유형의 초음파 설치입니다(A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "초음파 전기 기술 설치", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169). 막대 초음파 변환기, 작업 챔버가 포함되어 있습니다. 금속 원통형 파이프의 형태와 음향 도파관의 방사단이 탄성 밀봉 링에 의해 원통형 파이프의 하부에 밀폐 연결되고, 이 도파관의 수용단이 음향 도파관에 음향적으로 견고하게 연결됩니다. 막대 초음파 변형기의 방사 표면.

확인된 알려진 초음파 설비의 단점은 작업 챔버가 다음과 같다는 것입니다. 단일 소스자기 변형 변환기에서 도파관 끝을 통해 전달되는 초음파 진동으로, 기계적 특성과 음향 매개변수에 따라 최대 허용 방사 강도가 결정됩니다. 종종 초음파 진동 방사선의 강도는 최종 제품의 품질 측면에서 기술 프로세스의 요구 사항을 충족할 수 없으며, 이로 인해 액체 매질의 초음파 처리 시간이 연장되고 강도가 감소합니다. 기술적 과정.

따라서 특허 검색 중에 확인된 청구 발명의 초음파 설치, 유사체 및 프로토타입이 구현될 때 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스의 강화를 증가시키는 기술적 결과의 달성을 보장하지 않습니다. .

제안된 발명은 초음파 설비를 만드는 문제를 해결하며, 이를 구현하면 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스의 강도를 높이는 기술적 결과를 얻을 수 있습니다.

본 발명의 본질은 막대형 초음파 변환기, 금속 원통형 파이프 형태로 만들어진 작동 챔버, 그리고 방사 단부가 하부에 밀폐 연결되어 있는 음향 도파관을 포함하는 초음파 설비라는 사실에 있습니다. 탄성 밀봉 링에 의한 원통형 파이프 및 이 도파관의 수신 끝은 막대 초음파 변환기의 방출 표면에 음향적으로 견고하게 연결되며, 자기 회로가 음향적으로 견고하게 가압되는 추가 링 자기 변형 이미터가 도입됩니다. 작업실의 파이프에. 또한, 변위 유닛 영역의 도파관 방사 단부에는 탄성 밀봉 링이 부착됩니다. 이 경우 링 라디에이터의 자기 코어 하단은 음향 도파관의 방사 끝과 동일한 평면에 위치합니다. 더욱이, 음향 도파관의 방사 단부의 표면은 링 자기왜곡 이미터의 자기 회로 길이의 절반과 동일한 구의 반경을 갖는 오목하고 구형으로 만들어진다.

기술적 결과는 다음과 같이 달성됩니다. 막대형 초음파 변환기는 최종 제품의 강도와 품질을 보장하는 기술 프로세스를 수행하기 위해 시설의 작업실에서 음향장의 필수 매개변수를 제공하는 초음파 진동 소스입니다. 방사단이 원통형 파이프의 하부에 밀폐 연결되고 이 도파관의 수신단이 막대 초음파 변환기의 방사 표면에 음향적으로 견고하게 연결된 음향 도파관은 초음파 진동이 파이프 내부로 전달되도록 합니다. 작업실의 처리된 액체 매체. 이 경우, 도파관의 방사 끝이 탄성 밀봉 링을 통해 작업 챔버 파이프의 하부에 연결되어 있기 때문에 연결의 견고성과 이동성이 보장됩니다. 연결의 이동성은 변환기에서 도파관을 통해 작업 챔버, 처리 중인 액체 매체로 기계적 진동을 전달할 가능성, 기술 프로세스를 수행할 수 있는 능력, 따라서 필요한 기술 결과를 얻을 수 있는 가능성을 보장합니다.

또한, 청구된 설치에서는 변위 영역에 설치되는 프로토타입과 달리 변위 노드 영역의 도파관 방사단에 탄성 밀봉 링이 고정되어 있다. 안티노드. 결과적으로 프로토타입 설치 시 밀봉 링은 진동을 완화하고 진동 시스템의 품질 요소를 감소시켜 기술 프로세스의 강도를 감소시킵니다. 청구된 설치에서는 밀봉 링이 변위 장치 영역에 설치되므로 진동 시스템에 영향을 미치지 않습니다. 이를 통해 프로토타입에 비해 더 많은 전력이 도파관을 통과할 수 있어 방사 강도가 증가하므로 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화할 수 있습니다. 또한, 청구된 설치에서 밀봉 링은 조립 영역, 즉 변형이 없는 영역에서는 진동에 의해 파괴되지 않고 도파관의 방사 끝 부분 연결의 이동성을 유지합니다. 맨 아래방사선 강도를 유지할 수 있는 작업실의 파이프. 프로토타입에서는 밀봉 링이 도파관의 최대 변형 영역에 설치됩니다. 따라서 링은 진동에 의해 점차 파괴되어 방사선의 강도가 점차 감소하고 연결의 견고성이 깨지고 설치 성능이 저하됩니다.

링 자기 변형 이미터를 사용하면 높은 변환 전력과 상당한 방사 영역을 실현할 수 있으므로(A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 34) 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화합니다.

파이프는 원통형으로 만들어지고 설비에 도입되는 자기왜곡 이미터는 링 모양으로 만들어지기 때문에 파이프 외부 표면에 자기 회로를 누르는 것이 가능합니다. 자기 코어 권선에 공급 전압이 가해지면 플레이트에 자기 변형 효과가 발생하여 자기 코어의 환형 플레이트가 반경 방향으로 변형됩니다. 더욱이, 파이프가 금속으로 만들어지고 자기 회로가 파이프에 음향적으로 견고하게 압착된다는 사실로 인해 자기 회로의 환형 플레이트의 변형이 파이프 벽의 반경 방향 진동으로 변환됩니다. 결과적으로 링 자기 변형 이미 터의 여기 발생기의 전기 진동은 자기 변형 판의 방사형 기계적 진동으로 변환되고 자기 회로의 방사 평면과 파이프 표면의 음향 적으로 견고한 연결 덕분에 기계적으로 진동은 파이프 벽을 통해 처리된 액체 매체로 전달됩니다. 이 경우 처리되는 액체 매질의 음향 진동 원인은 작업 챔버의 원통형 파이프 내벽입니다. 그 결과, 청구된 설비에서는 제2 공진 주파수를 갖는 음향장이 처리되는 액체 매질에 형성됩니다. 더욱이, 청구된 설비에 링 자기왜곡 이미터를 도입하면 프로토타입에 비해 방출 표면의 면적이 증가합니다. 즉, 도파관의 방출 표면과 작업 챔버 내부 벽의 일부가 외부 표면에 위치합니다. 환형 자기 변형 이미 터가 눌려졌습니다. 방사 표면적의 증가는 작업실의 음향장의 강도를 증가시켜 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화할 수 있는 가능성을 제공합니다.

음향 도파관의 방사 끝과 동일한 평면에서 링 방사기의 자기 코어 하단 위치는 다음과 같습니다. 최선의 선택, 도파관의 방사 끝 아래에 배치하면 링 변환기(링 라디에이터 - 파이프)에 대한 데드(정체) 영역이 형성되기 때문입니다. 링 이미터의 자기 코어 하단을 도파관의 방사 끝 위에 배치하면 링 변환기의 효율이 감소합니다. 두 옵션 모두 처리된 액체 매질에 대한 전체 음향장의 영향 강도가 감소하고 결과적으로 기술 프로세스의 강화가 감소합니다.

링 자기왜곡 이미터의 방사 표면은 원통형 벽이므로 소리 에너지가 집중됩니다. 이미터의 자기 코어가 눌려지는 파이프의 중심선을 따라 집중된 음향장이 생성됩니다. 막대 초음파 변환기의 방사 표면은 오목한 구형 형태로 만들어지기 때문에 이 방사 표면도 소리 에너지를 집중시키지만 파이프의 중심선에 있는 지점 근처에 있습니다. 따라서, 다른 초점 거리두 방사 표면의 초점이 일치하여 작업실의 작은 부피에 강력한 음향 에너지를 집중시킵니다. 링 방사체의 자기 코어의 하단은 음향 도파관의 방사 단부와 동일 평면에 위치하므로, 오목한 구는 링 자기왜곡 방사체의 자기 회로 길이의 절반과 동일한 반경을 가지며, 음향 에너지의 초점은 파이프의 축선 중앙에 있습니다. 설치 작업실 중앙에는 강력한 음향 에너지가 작은 볼륨에 집중되어 있습니다 ( "초음파. 작은 백과 사전", 편집장 I.P. Golyanin, M.: 소련 백과 사전, 1979, p. 367-370). 두 방사 표면의 음향 에너지를 집중시키는 영역에서 처리되는 액체 매질에 대한 음향장의 영향 강도는 챔버의 다른 영역보다 수백 배 더 높습니다. 현장에 대한 강력한 노출 강도로 로컬 볼륨이 생성됩니다. 국부적인 강력한 충격 강도로 인해 가공이 어려운 재료도 파괴됩니다. 또한 이 경우 강력한 초음파가 벽에서 제거되어 챔버 벽이 파괴되고 벽 파괴 생성물로 처리된 재료가 오염되는 것을 방지합니다. 따라서, 링 자기왜곡 이미터의 자기 회로 길이의 절반과 동일한 구의 반경을 갖는 음향 도파관의 방사 단부의 표면을 오목하고 구형으로 만들면 음장이 음향 장에 미치는 영향의 강도가 증가합니다. 가공된 액체 매체이므로 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화할 수 있습니다.

위에 도시된 바와 같이, 청구된 설비에서는 두 개의 공진 주파수를 갖는 음향 장이 처리되는 액체 매질에 형성됩니다. 첫 번째 공진 주파수는 막대 자기 변형 변환기의 공진 주파수에 의해 결정되고, 두 번째 공진 주파수는 작업 챔버의 파이프에 눌려진 링 자기 변형 이미 터의 공진 주파수에 의해 결정됩니다. 링 자기왜곡 이미터의 공진 주파수는 lcp=λ=с/fres 식으로 결정됩니다. 여기서 lcp는 이미터 자기 코어의 중심선 길이이고, λ는 자기 코어 재료의 파장입니다. c는 자기 코어 재료의 탄성 진동 속도, fres는 이미터의 공진 주파수입니다(A. V. Donskoy, O. K. Keller, G. S. Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 25) ). 즉, 설치의 두 번째 공진 주파수는 링 자기 회로의 중심선 길이에 의해 결정되며, 이는 다시 작업 챔버 파이프의 외경에 의해 결정됩니다. 자기 회로의 중심선이 길어질수록 , 설치의 두 번째 공진 주파수가 낮아집니다.

청구된 설치에 두 개의 공진 주파수가 존재하므로 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화할 수 있습니다. 이는 다음과 같이 설명됩니다.

처리되는 액체 매질의 음향 장에 노출되면 음향 흐름이 발생합니다. 즉, 자유 불균일 음장에서 발생하는 액체의 고정 소용돌이 흐름입니다. 청구된 설비에서는 두 가지 유형의 음파가 처리되는 액체 매체에 형성되며 각각 고유한 공진 주파수를 갖습니다. 내면파이프 (작업 챔버), 평면파는 작업 챔버를 따라 아래에서 위로 전파됩니다. 두 개의 공진 주파수가 존재하면 처리되는 액체 매체에 대한 음향 흐름의 영향이 향상됩니다. 각 공진 주파수에서 자체 음향 흐름이 형성되어 액체를 집중적으로 혼합하기 때문입니다. 이는 또한 음향 흐름의 난류를 증가시키고 처리된 액체의 더욱 강렬한 혼합을 유도하여 처리된 액체 매질에 대한 음향장의 영향 강도를 증가시킵니다. 결과적으로 최종 제품의 품질을 손상시키지 않으면서 기술 프로세스가 강화됩니다.

또한 음향장의 영향으로 처리되는 액체 매질에서 캐비테이션이 발생합니다. 즉, 국부적인 압력 감소가 발생하는 액체 매질에 파열이 형성됩니다. 캐비테이션의 결과로 증기-가스 캐비테이션 기포가 형성됩니다. 음장이 약하면 기포가 장에서 공명하고 맥동합니다. 음장이 강하면 음파의 주기(이상적인 경우) 후에 기포가 이 장에 의해 생성된 고압 영역으로 들어가면서 붕괴됩니다. 기포가 붕괴되면 액체 매질에 강한 유체역학적 교란이 발생하고 강렬한 음파가 방출되며 공동화 액체와 접해 있는 고체 표면이 파괴됩니다. 청구된 설치에서 음향장은 프로토타입 설치의 음향장에 비해 더 강력하며, 이는 두 개의 공진 주파수가 존재하는 것으로 설명됩니다. 결과적으로, 청구된 설비에서는 캐비테이션 기포가 붕괴될 가능성이 더 높아서 캐비테이션 효과를 향상시키고 처리된 액체 매질에 대한 음향장의 영향 강도를 증가시켜 기술 프로세스의 강화를 보장합니다. 최종 제품의 품질.

음장의 공진 주파수가 낮을수록 기포의 크기는 커집니다. 왜냐하면 저주파의 주기가 길고 기포가 성장할 시간이 있기 때문입니다. 캐비테이션 중 기포의 수명은 하나의 주파수 기간입니다. 거품이 붕괴되면 강력한 압력이 생성됩니다. 거품이 클수록 고혈압슬램할 때 생성됩니다. 청구된 초음파 설비에서는 처리되는 액체의 이중 주파수 소리로 인해 캐비테이션 기포의 크기가 다릅니다. 큰 것들은 액체 매질에 대한 저주파 효과의 결과이고 작은 것들은 고주파의 결과입니다. 액체 매체에 노출. 표면을 청소하거나 현탁액을 처리할 때 작은 기포가 고체 입자의 균열과 구멍에 침투하여 붕괴되어 미세 충격 효과를 형성하여 내부에서 고체 입자의 무결성을 약화시킵니다. 거품 더 큰 크기세게 닫히면 고체 입자에 새로운 미세 균열이 형성되어 기계적 결합이 더욱 약화됩니다. 고체 입자가 분해됩니다.

유화, 용해 및 혼합 중에 큰 기포는 향후 혼합물 구성 요소의 분자간 결합을 파괴하고 사슬을 단축하며 분자간 결합을 추가로 파괴하기 위한 작은 기포의 조건을 만듭니다. 결과적으로 최종 제품의 품질을 저하시키지 않으면서 기술 프로세스가 더욱 강화됩니다.

또한, 청구된 설비에서는 처리된 액체 매질에서 서로 다른 공진 주파수와 음파의 상호 작용의 결과로 두 주파수의 중첩으로 인해 비트가 발생하고(중첩 원리) 진폭이 순간적으로 급격히 증가합니다. 음압의. 그러한 순간에 음파의 충격력은 설치의 특정 힘보다 몇 배 더 높을 수 있으며, 이는 기술 프로세스를 강화하고 최종 제품의 품질을 저하시키지 않을 뿐만 아니라 향상시킵니다. 또한, 음압 진폭의 급격한 증가는 캐비테이션 영역에 캐비테이션 핵의 공급을 촉진합니다. 캐비테이션이 증가합니다. 기공, 요철, 표면 균열 등에 캐비테이션 기포 발생 단단한, 서스펜션에 위치하여 모든 미세 부피의 액체를 집중적으로 혼합하는 국소 음향 흐름을 형성하므로 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 기술 프로세스를 강화할 수도 있습니다.

따라서 위에서 설명한 바와 같이, 처리되는 액체 매질에 2-주파수 음장을 형성할 가능성으로 인해 청구된 초음파 설비는 구현 시 기술의 강화를 증가시키는 기술적 결과의 달성을 보장합니다. 최종 제품의 품질을 저하시키지 않는 공정: 표면 세척 결과, 액체 내 고체 성분 분산, 유화 공정, 액체 매질 성분의 혼합 및 용해.

그림은 주장된 초음파 설치를 보여줍니다. 초음파 설비에는 방사 표면 2, 음향 도파관 3, 작업 챔버 4, 링 자기 변형 이미터 6의 자기 회로 5, 탄성 밀봉 링 7, 핀 8이 있는 초음파 막대 자기 변형 변환기 1이 포함되어 있습니다. 자기 회로 도 5에는 여자 권선(도시되지 않음)을 만들기 위한 구멍(9)이 있다. 작업 챔버(4)는 금속, 예를 들어 강철 원통형 파이프 형태로 만들어진다. 설치 예에서, 도파관(3)은 원뿔대 형태로 만들어지며, 방사단(10)은 탄성 밀봉 링(7)에 의해 작업 챔버(4)의 파이프 바닥에 밀봉 연결되고, 수용부 끝(11)은 핀(8)에 의해 컨버터(1)의 방사 표면(2)에 축 방향으로 연결됩니다. 자기 코어(5)는 링 모양의 자왜판 패키지 형태로 만들어지고 작업 챔버(4)의 파이프에 음향적으로 견고하게 압착됩니다. ; 또한, 자기 회로(5)에는 여자 권선(도시되지 않음)이 장착되어 있다.

탄성 밀봉 링(7)은 변위 단위 영역에서 도파관(3)의 방사 단부(10)에 고정된다. 이 경우, 링 이미터(6)의 자기 코어(5)의 하단은 음향 도파관(3)의 방사단(10)과 동일 평면에 위치한다. 또한, 음향 도파관(3)의 방사단(10)의 표면은 오목하고 구형이며 링 자기 변형 이미 터 (6)의 자기 코어 (5) 길이의 절반과 동일한 구형 반경을 갖습니다.

막대형 초음파 변환기로는 예를 들어 PMS-15A-18(BT3.836.001 TU) 또는 PMS-15-22 9SYuIT.671.119.003 TU 유형의 초음파 자기왜곡 변환기를 사용할 수 있습니다. 기술 프로세스에 더 높은 주파수(44kHz, 66kHz 등)가 필요한 경우 로드 변환기는 압전세라믹을 기반으로 합니다.

자기 코어(5)는 예를 들어 니켈과 같은 네거티브 변형을 갖는 재료로 만들어질 수 있다.

초음파 설치는 다음과 같이 작동합니다. 컨버터(1)의 여자 권선과 링 자기왜곡 이미터(6)에 공급 전압이 공급된다. 작업 챔버(4)는 용해, 유화, 분산 등을 수행하기 위해 처리되는 액체 매질(12)로 채워지거나 액체 매질로 채워진다. 표면 청소를 위해 부품이 배치되는 곳입니다. 작업 챔버(4)에 공급 전압을 공급한 후 두 개의 공진 주파수를 갖는 음향 장이 액체 매질(12)에 형성됩니다.

생성된 2주파수 음향장의 영향으로 처리된 매체(12)에서 음향 흐름과 캐비테이션이 발생합니다. 동시에 위에 표시된 것처럼 캐비테이션 기포의 크기는 다릅니다. 더 큰 것은 액체 매질에 대한 저주파의 영향으로 인한 결과이고 작은 것은 고주파의 결과입니다.

예를 들어, 표면을 분산시키거나 청소할 때 캐비테이션 액체 매질에서 작은 기포가 혼합물의 고체 구성 요소의 균열 및 공동에 침투하여 붕괴되어 미세 충격 효과를 형성하여 내부에서 고체 입자의 무결성을 약화시킵니다. 더 큰 기포가 붕괴되면 내부에서 약해진 입자가 작은 조각으로 부서집니다.

또한 서로 다른 공진 주파수와 음파의 상호 작용으로 인해 비트가 발생하여 음압의 진폭이 순간적으로 급격히 증가하고(음향 충격) 표면의 층이 더욱 강력하게 파괴됩니다. 현탁액을 얻을 때 처리된 액체 환경에서 고체 부분을 더 많이 분쇄하고 세척합니다. 동시에, 두 개의 공진 주파수가 존재하면 음향 흐름의 난류가 강화되어 처리되는 액체 매체의 더 강렬한 혼합과 부품 표면과 현탁액 모두에서 고체 입자의 더 강렬한 파괴에 기여합니다.

유화 및 용해 중에 큰 캐비테이션 기포는 향후 혼합물 구성 요소의 분자간 결합을 파괴하고 사슬을 단축하며 분자간 결합을 추가로 파괴하기 위한 작은 캐비테이션 기포의 조건을 만듭니다. 처리되는 액체 매질의 2주파수 초음파화 결과인 음향 충격파와 음향 흐름의 증가된 난류도 분자간 결합을 파괴하고 매질 혼합 과정을 강화합니다.

가공된 액체 매질에 대한 위의 요소들의 결합된 영향으로 인해 최종 제품의 품질을 저하시키지 않고 수행되는 기술 프로세스가 강화됩니다. 테스트 결과에 따르면 프로토타입과 비교하여 선언된 컨버터의 전력 밀도는 두 배 더 높습니다.

캐비테이션 효과를 향상시키기 위해 설치 시 증가된 정압을 제공할 수 있으며 이는 프로토타입과 유사하게 구현될 수 있습니다(A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh "Ultrasonic Electrotechnological Installations", Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 169) : 작업실의 내부 공간에 연결된 파이프라인 시스템; 압축 공기 실린더; 안전 밸브그리고 압력계. 이 경우 작업실에는 밀봉된 뚜껑이 장착되어 있어야 합니다.

1. 막대형 초음파 변환기, 금속 원통형 파이프 형태로 제작된 작업실, 탄성체에 의해 원통형 파이프의 하부에 방사단이 밀폐 연결되는 음향 도파관을 포함하는 초음파 설비 밀봉 링을 포함하며, 이 도파관의 수신단은 방사 표면 막대에 음향적으로 견고하게 연결되며, 링 자기왜곡 이미터가 설비에 추가로 도입되고, 자기 회로가 파이프에 음향적으로 견고하게 압착되는 것을 특징으로 하는 초음파 변환기 작업실.

제1항에 있어서, 탄성 밀봉 링은 변위 유닛의 영역에서 도파관의 방사 단부에 고정되는 것을 특징으로 하는 장치.

제2항에 있어서, 링 방사기의 자기 코어의 하단은 음향 도파관의 방사 말단과 동일한 평면에 위치되는 것을 특징으로 하는 설비.

제3항에 있어서, 음향 도파관의 방사 단부의 표면은 링 자기왜곡 방출기의 자기 회로 길이의 절반과 동일한 구의 반경을 갖는 오목한 구형으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 장치.

이 처리 방법은 재료에 대한 기계적 효과를 기반으로 합니다. 충격의 주파수가 들리지 않는 소리의 범위(f = 6-10 5kHz)에 해당하기 때문에 초음파라고 합니다.

음파는 탄성 매체에서만 전파될 수 있는 기계적 탄성 진동입니다.

음파가 탄성 매질에서 전파되면 물질 입자는 진동이라고 불리는 속도로 해당 위치 주위에서 탄성 진동을 수행합니다.

종파에서 매질의 응축 및 희박화는 소위 음압이라는 과잉을 특징으로 합니다.

음파의 전파 속도는 음파가 이동하는 매질의 밀도에 따라 달라집니다. 물질적 환경에서 전파될 때 음파는 기술 프로세스에 사용될 수 있는 에너지를 전달합니다.

초음파 처리의 장점:

다양한 기술을 이용하여 음향에너지를 얻을 수 있는 가능성

광범위한 초음파 응용 분야(치수 가공부터 용접, 납땜 등에 이르기까지)

자동화 및 운영의 용이성;

결점:

다른 유형의 에너지에 비해 음향 에너지 비용이 증가합니다.

초음파 진동 발생기 제조의 필요성;

제조의 필요성 특수 도구~와 함께 특별한 속성그리고 모양.

초음파 진동에는 다양한 프로세스 개발의 기초로 사용할 수 있는 다양한 효과가 수반됩니다.

캐비테이션, 즉 액체에 기포가 형성되어 터지는 것입니다.

이 경우 큰 국지적 순간 압력이 발생하여 10 8 N/m2에 도달합니다.

에너지의 일부가 열로 변환되고 일부가 물질의 구조를 변경하는 데 소비되는 물질에 의한 초음파 진동의 흡수.

이러한 효과는 다음 용도로 사용됩니다.

이질적인 현탁액에서 서로 다른 질량의 분자와 입자를 분리합니다.

입자의 응고(확대);

물질을 분산(분쇄)하여 다른 물질과 혼합하는 행위

큰 부유 기포의 형성으로 인한 액체 또는 용융물의 탈기.

1.1. 초음파 설비의 요소

모든 초음파 설치(USU)에는 세 가지 주요 요소가 포함됩니다.

초음파 진동원;

음향 속도 변압기(허브);

고정 디테일.

초음파 진동(UV)의 원인은 기계적 진동과 전기적 진동의 두 가지 유형이 있습니다.

기계적 에너지는 액체나 기체의 이동 속도와 같은 기계적 에너지를 변환합니다. 여기에는 초음파 사이렌이나 휘파람이 포함됩니다.

초음파 테스트 변환의 ​​전기 소스 전력해당 주파수의 기계적 탄성 진동으로 변환됩니다. 변환기는 전기 역학적, 자기 변형적, 압전적입니다.

가장 널리 사용되는 것은 자기 변형 및 압전 변환기입니다.

자기 변형 변환기의 작동 원리는 다음의 영향을 받아 강자성 재료로 만들어진 금속 몸체의 길이 변화로 나타나는 세로 자기 변형 효과를 기반으로 합니다. 자기장.

자기 변형 효과 다양한 재료다른. 니켈과 퍼멘두르(철과 코발트의 합금)는 자기왜곡이 높습니다.

자기변형 변환기 패키지는 교류 전류를 여기시키기 위해 권선이 배치된 얇은 판으로 만들어진 코어입니다. 전자기장고주파.

압전 변환기의 작동 원리는 전기장에서 기하학적 치수(두께 및 부피)를 변경하는 일부 물질의 능력을 기반으로 합니다. 압전 효과는 가역적입니다. 압전재료 판이 압축 또는 인장 변형을 받으면 가장자리에 전하가 나타납니다. 압전소자를 변수에 넣으면 전기장, 그러면 환경에 초음파 진동이 발생하여 변형됩니다. 압전 재료로 만들어진 진동판은 전기 기계 변환기입니다.

바륨 티타늄과 납 지르코네이트-티타늄을 기반으로 한 압전 소자가 널리 사용됩니다.

음향 속도 변환기(세로 탄성 진동 집중 장치)는 다음을 가질 수 있습니다. 다른 모양(그림 1.1).

쌀. 1.1. 허브 모양

이는 변환기의 매개변수를 부하와 일치시키고, 진동 시스템을 부착하고, 처리되는 재료 영역에 초음파 진동을 도입하는 역할을 합니다. 이러한 장치는 부식 및 캐비테이션 저항성, 내열성 및 공격적인 환경에 대한 저항성을 갖춘 재료로 만들어진 다양한 섹션의 막대입니다.

1.2. 기술적 사용초음파 진동

산업계에서 초음파는 재료에 가해지는 힘, 강화 및 프로세스의 초음파 제어라는 세 가지 주요 영역에서 사용됩니다.

재료에 힘을 가함

경질 및 초경질 합금의 기계적 가공, 안정적인 유제 생성 등에 사용됩니다.

가장 일반적으로 사용되는 것은 16-30kHz의 특성 주파수에서 두 가지 유형의 초음파 처리입니다.

도구를 사용하는 기계의 치수 처리;

액체 매체를 사용한 욕조 청소.

초음파 기계의 주요 작동 메커니즘은 음향 장치입니다(그림 1.2). 작업 도구를 진동 운동으로 설정하도록 설계되었습니다. 음향 장치는 권선 2가 연결된 전기 진동 발생기(일반적으로 튜브)로부터 전력을 공급받습니다.

음향 장치의 주요 요소는 전기 진동 에너지를 기계적 탄성 진동 에너지(진동기 1)로 변환하는 자기 변형(또는 압전) 변환기입니다.

쌀. 1.2. 초음파 설치 음향 장치

권선의 자기장 방향으로 초음파 주파수에 따라 교대로 길어졌다 짧아졌다 하는 진동자의 진동은 진동자 끝부분에 부착된 집속기(4)에 의해 증폭됩니다.

강철 공구(5)는 허브의 끝 부분과 공작물(6) 사이에 틈이 있도록 부착됩니다.

진동기는 흐르는 냉각수가 공급되는 에보나이트 케이싱(3)에 배치됩니다.

도구는 주어진 구멍 섹션의 모양을 가져야 합니다. 작은 연마 가루 입자가 포함된 액체가 노즐 7에서 공구 끝과 작업물 표면 사이의 공간으로 공급됩니다.

공구의 진동 끝 부분에서 연마 입자가 고속을 획득하고 부품 표면에 부딪혀 가장 작은 칩을 녹아웃시킵니다.

각 타격의 생산성은 미미하지만, 공구의 높은 진동 주파수(16-30kHz)와 높은 가속도와 동시에 이동하는 많은 수의 연마 입자로 인해 설치 생산성이 상대적으로 높습니다.

재료 층이 제거되면 도구가 자동으로 공급됩니다.

연마액은 압력을 받아 가공 구역으로 공급되어 가공 폐기물을 씻어냅니다.

초음파 기술을 사용하면 피어싱, 치즐링, 드릴링, 절단, 연삭 등과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

초음파 욕조(그림 1.3)는 표면을 청소하는 데 사용됩니다. 금속 부품부식 생성물, 산화막, 미네랄 오일등.

초음파 욕조의 작동은 초음파의 영향으로 액체에서 발생하는 국부적인 수압 충격의 효과를 기반으로 합니다.

이러한 욕조의 작동 원리는 다음과 같습니다. 공작물(1)을 액체 세척 매체(2)로 채워진 탱크(4)에 담급니다. 초음파 진동의 방출기는 접착제 조성물(8)을 사용하여 자기변형 진동기(6)에 연결된 다이어프램(5)입니다. 욕조는 스탠드(7)에 설치됩니다. 초음파 진동파(3)가 전파됩니다. 작업 영역처리가 수행되는 곳.

쌀. 1.3. 초음파욕조

초음파 세척은 접근하기 어려운 구멍, 오목한 부분 및 작은 채널에서 오염 물질을 제거할 때 가장 효과적입니다. 또한, 이 방법을 사용하면 이러한 비혼화성 물질의 안정적인 에멀젼을 얻을 수 있습니다. 일반적인 방법으로물과 기름, 수은과 물, 벤젠 등과 같은 액체.

초음파 장비는 상대적으로 고가이기 때문에 대량 생산 조건에서만 소형 부품의 초음파 세척을 사용하는 것이 경제적으로 타당합니다.

기술 프로세스 강화

초음파 진동은 일부 화학 공정의 과정을 크게 변화시킵니다. 예를 들어, 특정 소리 강도에서의 중합은 더욱 강렬합니다. 소리 강도가 감소하면 역과정인 해중합이 가능합니다. 따라서 이 특성은 중합 반응을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 초음파 진동의 주파수와 강도를 변경하면 필요한 반응 속도를 얻을 수 있습니다.

야금학에서 용융물에 초음파 주파수의 탄성 진동을 도입하면 결정이 크게 미세화되고 결정화 중 축적 형성이 가속화되며 다공성이 감소하고 응고된 용융물의 기계적 특성이 증가하며 금속의 가스 함량.

초음파 공정 제어

초음파 진동을 사용하면 기술 프로세스의 진행 상황을 지속적으로 모니터링할 수 있습니다. 실험실 테스트샘플 이를 위해 음파 매개 변수의 의존성은 다음과 같습니다. 물리적 특성환경에 작용한 후 이러한 매개변수의 변화를 통해 그 상태를 충분히 정확하게 판단합니다. 일반적으로 낮은 강도의 초음파 진동이 사용됩니다.

음파의 에너지를 변화시킴으로써 화합물이 아닌 다양한 혼합물의 구성을 조절할 수 있습니다. 이러한 매체의 소리 속도는 변하지 않으며 부유 물질 불순물의 존재는 소리 에너지의 흡수 계수에 영향을 미칩니다. 이를 통해 다음을 결정할 수 있습니다. 백분율출발 물질의 불순물.

매체 사이의 경계면에서 음파를 반사(초음파 빔을 통한 "전송")함으로써 모놀리스에 불순물이 있는지 확인하고 초음파 진단 장치를 만드는 것이 가능합니다.

결론: 초음파는 사람의 귀에 들리지 않는 20kHz~1GHz의 진동 주파수를 갖는 탄성파입니다. 초음파 설비는 고주파 음향 진동으로 인해 재료 가공에 널리 사용됩니다.

초음파 세척은 일반적으로 하나 이상의 욕조를 포함하는 초음파 설비를 사용하여 수행됩니다. 초음파 발생기. 기술적 목적에 따라 범용 설치와 특수 목적 설치를 구별합니다. 전자는 주로 단일 및 대량 생산을 위한 광범위한 부품을 청소하는 데 사용됩니다. 대량 생산에서는 특수 목적의 설비가 사용되며, 종종 자동화된 장치와 생산 라인이 사용됩니다.

그림 28 – UZV-0.4 초음파 세척용 수조

범용 욕조의 전력 범위는 0.1~10kW이고 용량은 0.5~150리터입니다. 소형 전력 욕조에는 바닥에 압전세라믹 변환기가 내장되어 있는 반면, 강력한 욕조에는 여러 개의 자기 변형 변환기가 있습니다.

초음파 탁상 욕조 UZU-0.1은 동일한 유형입니다. UZU-0.25 및 UZU-0.4. 이 욕조는 실험실 조건 및 개별 생산에 더 자주 사용됩니다. 전력을 공급하기 위해 출력 전력이 100, 250 및 400W인 반도체 발전기가 사용됩니다. 욕조에는 몸체가 있다 직사각형 모양그리고 탈부착 가능한 커버. 압전세라믹 변환기(PP1-0.1 유형)는 욕조의 힘에 따라 1~3개의 양으로 욕조 바닥에 내장되어 있습니다. 메쉬 바스켓은 부품을 대량으로 적재하는 데 사용할 수 있습니다. 욕조에는 청소 후 부품을 헹구기 위한 구획이 공통 본체에 내장되어 있습니다.

그림에서. 그림 28은 UZGZ-0.4 발생기와 함께 작동하는 UZV-0.4 유형의 탁상용 초음파 세척조를 보여줍니다. 원통형 금속 방음체(1)와 힌지로 몸체에 연결된 커버(3)와 손잡이가 달린 편심 클램프(2)로 구성된다. 자기변형 변환기 패키지는 공진막인 욕조의 작동 부분 바닥에 납땜되어 있습니다. 본체에는 공급 및 배수용 파이프가 2개 있습니다. 흐르는 물, 변환기를 냉각시킵니다. 이 파이프의 피팅은 호스를 쉽게 연결할 수 있도록 하우징 하단에 있습니다. 본체에는 욕조에서 떨어진 곳에 발전기를 설치할 때 발전기의 초음파 진동을 켜고 끄는 토글 스위치가 있습니다. 세척액 배수구를 여는 손잡이와 해당 피팅도 있습니다. 욕조에는 청소할 부품을 적재할 수 있는 바구니가 장착되어 있습니다.

그림 29 – UZV-18M 초음파 세척용 수조

더 높은 전력의 범용 세척 욕조 중 펼친 RAS 유형 욕조를 받았습니다. 이 유형의 욕조는 비슷한 디자인을 가지고 있습니다. 그림에서. 29는 UZV-18M 유형의 욕조를 보여줍니다. 용접프레임(1)은 방음설계로 제작된다. 균형추 4가 있는 뚜껑 5로 닫힙니다. 뚜껑을 올리고 내리는 작업은 핸들 6을 사용하여 수동으로 수행됩니다. PMS-6-22 유형의 자기 변형 변환기 8은 욕조 작업 부분의 바닥 9에 내장되어 있습니다. 목욕의 힘에 따라 4개까지). 세척액의 증기를 흡입하기 위해 온보드 수집기에는 배출 파이프 II가 설치되어 있습니다. 환기 시스템워크샵 작업 부분 바닥에는 세척액 배수용 탭이 내장되어 있습니다. 밸브 핸들(19)이 앞쪽으로 이동된다. 파이프 14 및 16을 통한 배수는 침전조, 하수 시스템 또는 욕조에 내장된 탱크 7로 수행될 수 있습니다. 작업 부분에 액체가 넘치는 것을 방지하기 위해 배수관이 있습니다.

모든 초음파의 구성 기술 설치에너지원(발전기)과 초음파 진동 시스템을 포함하는 다기능 장치를 포함합니다.

기술적 목적을 위한 초음파 진동 시스템은 변환기, 정합 요소 및 작업 도구(방출기)로 구성됩니다.

진동 시스템의 변환기(활성 요소)에서 전기 진동 에너지는 초음파 주파수의 탄성 진동 에너지로 변환되고 교번 기계적 힘이 생성됩니다.

시스템의 일치 요소(수동 집중 장치)는 속도 변환을 수행하고 외부 부하와 내부 활성 요소의 조정을 보장합니다.

작업 도구는 처리 중인 대상에 초음파 필드를 생성하거나 직접 영향을 줍니다.

가장 중요한 특징진동 시스템의 초음파는 공진 주파수입니다. 이는 기술 프로세스의 효율성이 진동의 진폭(진동 변위 값)에 의해 결정되고 초음파 진동 시스템이 공진 주파수에서 여기될 때 최대 진폭 값이 달성된다는 사실 때문입니다. 초음파 진동 시스템의 공진 주파수 값은 허용 범위 내에 있어야 합니다(다기능 초음파 장치의 경우 주파수는 22 ± 1.65kHz임).

초음파 진동 시스템에 축적된 에너지와 각 진동 기간 동안 기술적 충격에 사용되는 에너지의 비율을 진동 시스템의 품질 계수라고 합니다. 품질 계수는 공진 주파수에서 진동의 최대 진폭과 주파수에 대한 진동 진폭의 의존성(즉, 주파수 범위의 폭)의 특성을 결정합니다.

모습일반적인 초음파 진동 시스템은 그림 2에 나와 있습니다. 이는 변환기(1), 변압기(집중기)(2), 작업 도구(3), 지지대(4) 및 하우징(5)으로 구성됩니다.

그림 2 - 2반파 진동 시스템과 진동 진폭 A 및 유효 기계적 응력 F의 분포

진동 시스템의 진동 진폭 A와 힘(기계적 응력) F의 분포는 정재파의 형태를 갖습니다(손실과 복사를 무시하는 경우).

그림 2에서 볼 수 있듯이 변위와 기계적 응력이 항상 0인 평면이 있습니다. 이러한 평면을 절점 평면이라고 합니다. 변위와 응력이 최소인 평면을 배점(antinode)이라고 합니다. 변위(진폭)의 최대값은 항상 기계적 응력의 최소값에 해당하며 그 반대도 마찬가지입니다. 인접한 두 절점면 또는 배점 사이의 거리는 항상 파장의 절반과 같습니다.

진동 시스템에는 항상 해당 요소의 음향 및 기계적 연결을 제공하는 연결이 있습니다. 연결은 영구적일 수 있지만 작업 도구를 변경해야 하는 경우 연결은 나사산으로 이루어집니다.

하우징, 공급 전압 공급 장치 및 환기 구멍일반적으로 별도의 노드로 수행됩니다. 앞으로는 초음파 진동 시스템이라는 용어를 사용하여 전체 장치를 전체적으로 이야기하겠습니다.

기술적 목적으로 다기능 초음파 장치에 사용되는 진동 시스템은 여러 가지 일반 요구 사항을 충족해야 합니다.

1) 주어진 주파수 범위에서 작동합니다.

2) 기술 프로세스 중에 가능한 모든 부하 변경에 대해 작업합니다.

3) 필요한 방사 강도 또는 진동 진폭을 제공합니다.

4) 가능한 최고의 효율성을 갖습니다.

5) 처리된 물질과 접촉하는 초음파 진동 시스템의 부품에는 캐비테이션 및 내화학성이 있어야 합니다.

6) 본체에 견고한 마운트가 있어야 합니다.

7) 최소한의 크기와 무게를 가지고 있어야 합니다.

8) 안전 요구사항을 충족해야 합니다.

그림 2에 표시된 초음파 진동 시스템은 2개의 반파장 진동 시스템입니다. 여기서 변환기는 변환기 재료의 초음파 진동 파장의 절반에 해당하는 공진 크기를 갖습니다. 진동의 진폭을 증가시키고 변환기를 처리된 매체와 일치시키기 위해 집광 장치 재료의 초음파 진동 파장의 절반에 해당하는 공진 크기를 갖는 집광 장치가 사용됩니다.

그림 2에 표시된 진동 시스템이 강철로 만들어진 경우(강철의 초음파 진동 전파 속도는 5000m/s 이상) 전체 세로 크기는 L = C2p/w ~ 23cm에 해당합니다.

높은 소형화 및 경량화 요구 사항을 충족하기 위해 1/4파 변환기와 집선기로 구성된 반파장 발진 시스템이 사용됩니다. 이러한 진동 시스템은 그림 3에 개략적으로 표시되어 있습니다. 진동 시스템 요소의 지정은 그림 3의 지정에 해당합니다.

그림 3 - 2/4파장 진동 시스템

이 경우 초음파 진동 시스템의 가능한 최소 세로 크기와 질량을 보장하고 기계적 연결 수를 줄이는 것이 가능합니다.

이러한 진동 시스템의 단점은 기계적 응력이 가장 큰 평면에서 변환기를 집중 장치에 연결한다는 것입니다. 그러나 이 단점은 최대 유효 응력 지점에서 컨버터의 능동 소자를 이동함으로써 부분적으로 제거될 수 있습니다.

초음파 장치의 응용

강력한 초음파는 물리적, 화학적 과정을 자극하는 독특하고 환경 친화적인 수단입니다. 주파수가 20,000~60,000Hz이고 강도가 0.1W/sq.cm를 초과하는 초음파 진동입니다. 유통 환경에 돌이킬 수 없는 변화를 가져올 수 있습니다. 이는 다음 분야에서 고출력 초음파의 실제 사용 가능성을 미리 결정합니다.

기술 프로세스: 광물 원료 가공, 금속 광석의 농축 및 습식 제련 공정 등

석유 및 가스 산업: 회복 유정, 점성유 추출, 모래중유 시스템의 분리 공정, 중유 제품의 유동성 증가 등

야금 및 기계 공학: 금속 용융물 정제, 잉곳/주조 구조 연삭, 금속 표면 처리를 통해 강화 및 내부 응력 완화, 기계 부품의 외부 표면 및 내부 구멍 청소 등

화학 및 생화학적 기술: 추출, 수착, 여과, 건조, 유화, 현탁액 획득, 혼합, 분산, 용해, 부유, 탈기, 증발, 응고, 합체, 중합 및 해중합 공정, 나노물질 획득 등의 공정.

에너지: 액체의 연소 및 고체 연료, 연료 유제 제조, 바이오 연료 생산 등

농업, 식품 및 경공업: 종자 발아 및 식물 성장 과정, 식품 첨가물 제조, 제과 기술, 알코올 및 무알콜 음료 제조 등

유틸리티: 우물 회복, 준비 식수, 열교환기 내벽의 침전물 제거 등

보호 환경: 청소 폐수석유제품, 중금속, 잔류성 물질로 오염됨 유기 화합물, 오염된 토양 청소, 산업용 가스 흐름 청소 등

2차 원료 가공: 고무 탈황, 오일 오염물질로부터 야금 스케일 제거 등