Устройство для ультразвуковой обработки жидких сред
1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакустические преобразователи , подключенные к генератору электрических колебаний, отличающееся тем, что, с целью повышения качества обработки, камера выполнена прямоугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сторонах, на внутренних же поверхностях тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площадями поперечного сечения и различными длинами. 2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней мокс Минимальной резонансной частоте и утол наклона об стержней к поверхностям граней выбраны в пре- § делах (О мокс } 30°5-cd« 90 7 « Е ммн ю ю 4 СО
COOS СОВЕТСКИХ
OhjWMI
РЕСПУБЛИ1 1 (191 (11) з15р В 06 В 1/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИР т 2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН1 в 1 И ОТКРЫТИЙ
К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3235931/18-10 (22) 16.01.81 (46) 15.06.83. Бюл. 9 22 (72) В.М. Колешко и Ю.В. Мешков (71) Институт электроники АН Белорусской ССР (53) 534. 232(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство
СССР М 467768, кл. В 06 В 1/06,1972.
2. Авторское свидетельство СССР
Ю 716624, кл. В 06 В 1/00, 1978 (прототип). (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРА - .
ЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКИХ СРЕД, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакустические преобразователи, подключенные к генератору электрических колебаний, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения качества обработки, камера выполнена прямоугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сторонах, на -внутренних же поверхностях тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным образом распределенные стержни с различными площадями поперечного сечения
-и различными длинами.
2. Устройство по п. 1 о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что .отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней
11„„ „ к минимальной резонансной частоте т „„ и у -ол наклона а(.стержней к поверхностям граней выбраны B npe- g
O делах
7 ° 30 с 90 о м
1022749
Изобретение относится к устройствам для передачи ультразвуковой энергии в жидкие среды и может быть использовано для эмульгирования, диспергирования и проведения других процессов в электронной, химической и других отраслях промышленности.
Для повышения качества ультра."» звуковой обработки жидких сред, на- пример получения высокодисперсных и однородных по составу суспензий и эмульсий, необходимо создавать интенсивное-кавитационное поле, равномерно. распределенное в рабочем объеме жидкости, при этом важен размер излучающей поверхности, вбли- (5 зи которой локализуется зона интенсивной кавитации и отсутствие застойных зон в объеме жидкости.
Известен ультразвуковой стержневой волновод-излучатель, содержащий электроакустический преобразователь, согласующий элемент и стержневой волновод, снабженный тонкой пластиной, укрепленной на его. боковой поверхности по винтовой линии, а излучающая поверхность пластины расположена под острым углом к оси волновода f1 3.
В этом излучателе величина излучаю,щей поверхности и однородность со,здаваемого ультразвукового поля довольно высока за счет более равномерного распределения передаваемой ультразвуковой энергии по длине волновода, однако они недостаточно вы.соки, особенно в направлении перпен- 35 дикулярном к оси волновода.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее рабочую камеру, к внешней поверхности которой жестко прикреплены электроакус-40 тические преобразователи, подключенные к генератору электрических колебанийф3.
Недостаток данного устройства состоит в низком качестве обработки.
Целью изобретения является повышение качества обработки.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для ультразвуковой обработки жидких сред камера выполнена прямоугольной, причем преобразователи установлены на ее противоположных сто- 50 ронах, на внутренних же поверхностях тех же сторон под одинаковыми углами к ним жестко закреплены случайным об". разом распределенные стержни с различными площадями поперечного сече- 55 ния и различными длинами.
Отношение величин максимальной резонансной частоты изгибных колебаний стержней 1 к минимальной резонансной частоте % „ и угол &О наклона Ь стержней к поверхностям сторон выбраны в пределах
7 . 30о с 90 м «с Ммн
На чертеже схематически представлено устройство.
Устройство содержит рабочую камеру 1, электроакустические преобразователи 2 и 3, установленные на внешних поверхностях противоположных сторон 4 и 5 соответственно рабочей камере 1 и соединенные с широкополосным генератором б. На внутренних поверхностях тех же сторон 4 и 5 под углом к ним жестко закреплены стержни 7, отличающиеся друг от друга площадью поперечного сечения, длиной и случайным образом распределенные по поверхностям этих сторон. Кроме этого, рабочая камера
1 содержит патрубки ввода 8 и вывода 9 материалов.
Работает устройство следующим образом.
Подлежащая обработке жидкость через патрубок ввода 8 подается в рабочую камеру 1. Напряжением электрических колебаний широкополосного генератора 6 в электроакустических преобразователях 2 и 3 возбуждаются механические колебания широкого, например, шумового спектра частот, которые соответственно через верхнюю 4 и нижнюю 5 стороны рабочей камеры 1 передаются жестко закрепленным.на них стержням 7 и возбуждают в них продольные и изгибные колебания, передаваемые, в свою очередь, обрабатываемой среде.
Энергия ультразвуковых колебаний наиболее эффективно передается стержнями 7 в жидкость за счет изгибных колебаний. Соотношение между возбуждаемыми в стержнях 7 продольными и изгибными колебаниями зависит от способов возбуждения электроакустических преобразователей 2 и 3 и угла наклона стержней к плоскостям сторон 4 и 5. . При возбуждении в электрических преобразователях 2 и 3 продольных колебаний таким образом, чтобы направление распространения волны было параллельным соответственно плоскостям граней 4 и 5, наибольшие изгибные колебания .наблюдаются при
oL= 90, однако эффективность воз-: буждения стержней зависит аозт их места расположения на сторонах 4 и 5.
Если же в преобразователях 2 и 3 возбуждаются, продольные колебания таким образом, что направление распространения волны перпендикулярно плоскостям сторон 4 и 5 соответственно, то эффективность изгибных колебаний увеличивается при уменьшении угла a(. Однако значительное уменьшение K (менее 30о) приводит к необходимости значительно увеличить длину стержней 7 дпя. сохранения интенсивности ультразвукового поля в том же объеме жидкости, что умень-, 1022749
Составитель В; Вавер
Редактор Т. Митейко Техред К.Иыцьо Корректор А. Повх
Эакаэ 4108/4 Тираж 492 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 шает однородность ультразвукового поля и собственных резонансных частот стержней и неудобно с конструктивной точки зрения.
Кроме этого, небольшие продольные колебания стержней 7 способствуют повышению равномерности ультразвукового поля в камере 1.
Так как в преобразователях 2 и 3 возбуждаются механические колебания широкого (шумового) спектра частот, каждый из стержней 7 возбуждается на своей основной резонансной частоте изгибных колебаний, зависящей от его размеров, и ее гармониках.
Резонансные колебания стержней 7 15 приводят к возникновению вблизи каждого иэ них зон интенсивной кавитации.
В результате случайного распределения стержней 7 с различными резонансными частотами по поверхности обеих граней 4 и 5, результирующее ультразвуковое поле в объеме рабочей камеры 1 не имеет ярко выраженных зон пучностей и узлов колебания и области интенсивной кавитации равномерно распределены в объеме обрабатываемой жидкости.
Обтекание стержней потоком жидкости приводит к образованию цирку-. ляционной зоны с вихревым характером течения вблизи каждого из стержней 7. В этой зоне происходит интенсивное смешивание компонентов, а при проведении процессов в гетерогенных системах — эмульгирование. З5
Интенсивные изгибные колебания стержней, возбуждаемых на основной резонансной частоте, а также ее гармониках, способствуют дополнительному повышению турбулентности и эф- 4р фективности массопередачи.
Стержни могут иметь в поперечном сечении различную форму: круглую, прямоугольную и т.п., выбираемую иэ условия -олучения необходимой равномерности ультразвукового поля (выполнения т акс/ямим 7/7 ), разви той турбулентйости потоков жидкости и удобства конструктивного исполнения.
Большое значение для повышения качества обработки жидкости имеет низкая чувствительность предлагаемого устройства к воздействию дестабилизирующих факторов, так как возбуждается широкий (шумовой) спектр колебаний и стержни сами выбирают те частоты, которые необходимы в данный.момент времени, т.е. они постоянно возбуждаются на своих собственных. резонансных частотах.
Диапазон частот генератора широкого спектра частот б выбирается таким образом, чтобы эффективно возбуждались все стержни 7, включая стержни с минимальной 1 „ини максимальной мокс резонансными частотами.
Обработанная среда выводится из рабочей камеры 1 через патрубок Вы вода материала 9.
Таким образом, настоящее устройство позволяет значительно повысить качество обработки жидких сред, например суспензий и эмульсий, за счет большой излучающей поверхности (зависящей от количества и размеров стержней), интенсивного и равномерно распределенного в объеме рабочей камеры кавитационного поля, сильной турбулизации потоков жидкости, способствующей процессам массопередачи, низкой чувствительности устройства к воздействию дестабилизирующих факторов.
