Низкочастотный акустический преобразователь

 

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для диспергирования различных твердых минералов, в частности кварцевых песков и сопутствующих им минералов. Техническим результатом является повышение мощности импульсного воздействия на обрабатываемую жидкость от импульса давления, повышение степени диспергирования содержащихся в ней включений. Для этого преобразователь содержит полый корпус с загрузочным и разгрузочным узлами, расположенный в корпусе поршневой возбудитель колебаний с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения. Он снабжен концентратором звуковой энергии, полузамкнутый ограниченный внутренний объем которого имеет эллипсоидную внутреннюю поверхность с двумя фокальными плоскостями и сообщен с одной стороны с полостью корпуса, а с другой - с полостью разгрузочного узла, полость корпуса выполнена с осесимметрично расположенными отражательной верхней поверхностью второго порядка с по крайней мере одним загрузочным отверстием, сообщаемым с загрузочным узлом, и нижней поверхностью, плавно переходящей в эллипсоидную внутреннюю поверхность полузамкнутого ограниченного объема концентратора звуковой энергии. Одна фокальная плоскость указанного концентратора звуковой энергии совмещена с фокальной плоскостью отражательной поверхности второго порядка, а вторая - со входом разгрузочного узла. Поршневой возбудитель колебаний выполнен из по крайней мере одного поршня, связанного штоком с электромеханическим приводом. 10 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к устройствам для диспергирования различных твердых минералов, в частности кварцевых песков и сопутствующих им минералов.

Известно акустическое устройство для возбуждения низкочастотных колебаний во флотационной пульпе, содержащее полые упругие оболочки, образующие канал для протекания обрабатываемой жидкости (пульпы), и узел поочередного их сжатия от давления сжатого воздуха на их наружные поверхности и тем самым возбуждения колебаний в пульпе (см. SU 484012, В 03 D 1/14, 1975г.).

Недостатком известного устройства является малая мощность импульсного воздействия на флотационную пульпу и материалы, содержащиеся в ней.

Известен низкочастотный акустический преобразователь, содержащий полый корпус с загрузочным и разгрузочным узлами, расположенный в корпусе поршневой возбудитель колебаний с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения (см. US 6135357, НКИ 239/4, 2000г.).

Недостатком известного устройства является малая мощность импульсного воздействия на обрабатываемую жидкость и, как следствие, незначительная степень диспергирования включений, содержащихся в ней. Недостатком устройств с приводом возвратно-поступательного движения поршня является также наличие больших горизонтальных динамических нагрузок.

Задачей патентуемого изобретения является повышение мощности импульсного воздействия на обрабатываемую жидкость от импульса давления и повышение степени диспергирования содержащихся в ней включений за счет создания многократного воздействия ударными нагрузками от каждого импульса давления и концентрация ударных нагрузок в определенных областях внутри устройства, а также уменьшения горизонтальных динамических нагрузок, возникающих при работе привода возвратно-поступательного движения поршня.

Указанная задача достигается тем, что низкочастотный акустический преобразователь, содержащий полый корпус с загрузочным и разгрузочным узлами, расположенный в корпусе поршневой возбудитель колебаний с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения снабжен концентратором звуковой энергии, полузамкнутый ограниченный внутренний объем которого имеет эллипсоидную внутреннюю поверхность с двумя фокальными плоскостями и сообщен с одной стороны с полостью корпуса, а с другой - с полостью разгрузочного узла. Полость корпуса выполнена с осесимметрично расположенными отражательной верхней поверхностью второго порядка с по крайней мере одним загрузочным отверстием, сообщаемым с загрузочным узлом, и нижней поверхностью, плавно переходящей в эллипсоидную внутреннюю поверхность полузамкнутого ограниченного объема концентратора звуковой энергии, причем одна фокальная плоскость указанного концентратора звуковой энергии совмещена с фокальной плоскостью отражательной поверхности второго порядка, а вторая - со входом разгрузочного узла, при этом поршневой возбудитель колебаний выполнен из по крайней мере одного поршня, связанного штоком с электромеханическим приводом.

А также тем, что отражательная поверхность второго порядка выполнена в виде части сферической поверхности.

А также тем, что нижняя поверхность корпуса выполнена в виде поверхности эллипсоидного тора.

А также тем, что поршневой возбудитель колебаний выполнен из трех поршней, расположенных осесимметрично в полости корпуса и связанных штоками с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения.

А также тем, что нижние части штоков жестко связаны между собой.

А также тем, что поршни выполнены в виде эллипсоидов.

А также тем, что поршни выполнены с футеровкой на внешней поверхности.

А также тем, что внутренние поверхности полого корпуса, концентратора звуковой энергии и разгрузочного узла выполнены с футеровкой.

А также тем, что привод возвратно-поступательного движения выполнен в виде кривошипно-шатунного механизма с ползуном, связанного карданной передачей с приводом вращения от по крайней мере одного электродвигателя, установленного на фундаменте.

А также тем, что ползун кривошипно-шатунного механизма выполнен в виде втулки, установленной со скользящей посадкой на неподвижной направляющей, например, в виде неподвижного цилиндра и соединенной кронштейном, например, в виде траверсы с по крайней мере одним штоком поршня или со штоками поршней.

А также тем, что низкочастотный акустический преобразователь снабжен вторым аналогичным первому, кривошипно-шатунным механизмом, коленчатый вал которого соединен с приводом вращения от второго электродвигателя, установленного на фундаменте, причем коленчатые валы обоих кривошипно-шатунных механизмов соединены между собой зубчатыми колесами.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез низкочастотного акустического преобразователя; на фиг.2 - разрез по линии А-А на фиг.1; на фиг. 3 - электромеханический привод возвратно-поступательного движения, размещенного в верхней части преобразователя; на фиг.4 - вид В на фиг.3; на фиг.5 - кривошипно-шатунный механизм.

Низкочастотный акустический преобразователь содержит полый корпус 1 с загрузочным 2 и разгрузочным 3 узлами. В корпусе 1 расположен поршневой возбудитель колебаний (ПВК) 4, приводимый в работу электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения 5, расположенного в верхней части преобразователя над корпусом 1. В нижней части корпуса 1 расположен концентратор звуковой энергии (КЗЭ) 6.

Полузамкнутый ограниченный внутренний объем 7 концентратора звуковой энергии 6 имеет эллипсоидную внутреннюю поверхность 8 с двумя фокальными плоскостями 9 и 10. Внутренний объем 7 КЗЭ 6 сообщен с одной стороны (сверху) с полостью 11 корпуса 1, а с другой (снизу) - с полостью 12 разгрузочного узла 3. Полость 11 корпуса 1 выполнена с осесимметрично распложенными отражательной верхней поверхностью 13 второго порядка и нижней поверхностью 14. Верхняя поверхность 13 имеет по крайней мере одно загрузочное отверстие 15 в периферийной части, которое сообщается с загрузочным узлом. 2. Нижняя поверхность 14 корпуса 1 плавно переходит в эллипсоидную внутреннюю поверхность 8 внутреннего объема 7 КЗЭ 6. Одна (верхняя) фокальная плоскость 9 КЗЭ 6 совмещена с фокальной плоскостью 16 отражательной поверхности 13 второго порядка. Другая (нижняя) фокальная плоскость 10 КЗЭ 6 совмещена со входом разгрузочного узла 3.

Поршневой возбудитель колебаний (ПВК) 4 выполнен из по крайней мере одного поршня 17, связанного штоком 18 с электромеханическим приводом 5. ПВК 4 может быть выполнен из, например, трех поршней 17, 19 и 20, расположенных осесимметрично в полости 11 корпуса 1 и связанных штоками 18, 21 и 22 с электромеханическим приводом 5 возвратно-поступательного движения. Штоки 18, 21 и 22 могут быть жестко связаны между собой связями 23 для придания большей жесткости.

Отражательная поверхность 13 второго порядка может быть выполнена в виде части сферической поверхности, а нижняя - в виде поверхности эллипсоидного тора. Поршни 17, 19 и 20 могут быть выполнены в виде эллипсоидов и с футеровкой 24 на внешней поверхности. Внутренние поверхности полого корпуса 1, КЗЭ 6 разгрузочного узла 3 выполнены с футеровкой 25.

Электромеханический привод 5 возвратно-поступательного движения, предпочтительно, может быть выполнен в виде, например, двух аналогичных кривошипно-шатунных механизмов с ползуном 26, связанным шатунами 27 с коленчатыми валами 28, установленными в корпусе привода 29 на подшипниках. Коленчатые валы указанных механизмов соединены между собой при помощи зубчатых колес 30, а с электродвигателями 31 - при помощи карданных валов 32.

Электродвигатели 31 установлены на фундаменте (не показан), чтобы не воспринимать вибрации, возникающие при работе преобразователя. Ползун 26 кривошипно-шатунного механизма установлен со скользящей посадкой на неподвижной направляющей 33, закрепленной в корпусе привода 29. К ползуну 26 крепится трехлучевой кронштейн, лучи которого стянуты упругими стяжками 35 для придания кронштейну большей жесткости. На каждом луче кронштейна 34 закреплены верхние концы 36 штоков 18, 21 и 22. Штоки 18, 21 и 22 проходят через гидравлические уплотнения 37 в верхней крышке 38 корпуса 1 и через отверстия 39 в верхней поверхности полости 11 корпуса 1.

Низкочастотный акустический преобразователь работает следующим образом.

Влажный материал, например водопесчаная пульпа, из бункера (не показан) через загрузочный узел 2 и загрузочное отверстие 15 поступает в полость 11 корпуса 1. При включении электродвигателей 30 вращение от них через карданные валы 32 передается на коленчатые валы 28 возвратно-поступательного механизма 5 с ползуном 26, приводящие в движение шатуны 27 и связанный с ними ползун 26. В результате ползун 26 будет совершать возвратно-поступательное перемещение, скользя по неподвижной направляющей 33. Вместе с ползуном 26 будут совершать возвратно-поступательное движение жестко с ним связанный кронштейн 34 и соответственно жестко связанные с последним штоки 18, 21 и 22 и поршни 17, 19 и 20. При этом двухфазная среда (водопесчаная пульпа) приходит в колебательное состояние, а поршни 17, 19 и 20 генерируют в ней внутри корпуса 1 низкочастотные звуковые волны, которые, отражаясь от сферической поверхности 13, фокусируются на фокальной плоскости 9 концентратора звуковой энергии 6, имеющего внутреннюю поверхность в виде эллипсоида вращения.

В КЗЭ 6 находящийся поток водопесчаной пульпы подвергается импульсному воздействию звуковой энергии в результате многократного ее отражения от внутренней поверхности, что способствует более интенсивному воздействию и более полному использованию потока энергии. Далее обработанный материал разгружается через разгрузочный узел 3.

При необходимости разгрузочный узел 3 может быть перекрыт задвижкой (не показана).

Установка электродвигателей 31 на фундаменте и передача вращения от электродвигателей 31 на коленчатые валы 28 возвратно-поступательного механизма 5 с ползуном 26 через карданные валы 32 предотвращает передачу вибрационных нагрузок, возникающих при работе акустического преобразователя.

Наличие двух кривошипно-шатунных механизмов с ползунами и с вращающимися в противоположные стороны коленчатыми валами позволяет значительно снизить горизонтальные динамические нагрузки, возникающие при работе преобразователя.

Патентуемый преобразователь позволяет значительно повысить степень импульсного воздействия на пульпу и получить на выходе материал с большей степенью диспергирования.

Формула изобретения

1. Низкочастотный акустический преобразователь, содержащий полый корпус с загрузочным и разгрузочным узлами, расположенный в корпусе поршневой возбудитель колебаний с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения, отличающийся тем, что он снабжен концентратором звуковой энергии, полузамкнутый ограниченный внутренний объем которого имеет эллипсоидную внутреннюю поверхность с двумя фокальными плоскостями и сообщен с одной стороны с полостью корпуса, а с другой - с полостью разгрузочного узла, полость корпуса выполнена с осесимметрично расположенными отражательной верхней поверхностью второго порядка с по крайней мере одним загрузочным отверстием, сообщаемым с загрузочным узлом, и нижней поверхностью, плавно переходящей в эллипсоидную внутреннюю поверхность полузамкнутого ограниченного объема концентратора звуковой энергии, причем одна фокальная плоскость указанного концентратора звуковой энергии совмещена с фокальной плоскостью отражательной поверхности второго порядка, а вторая - со входом разгрузочного узла, при этом поршневой возбудитель колебаний выполнен из по крайней мере одного поршня, связанного штоком с электромеханическим приводом.

2. Низкочастотный акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что отражательная поверхность второго порядка выполнена в виде части сферической поверхности.

3. Низкочастотный акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что нижняя поверхность корпуса выполнена в виде поверхности эллипсоидного тора.

4. Низкочастотный акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что поршневой возбудитель колебаний выполнен из трех поршней, расположенных осесимметрично в полости корпуса и связанных штоками с электромеханическим приводом возвратно-поступательного движения.

5. Низкочастотный акустический преобразователь по п.4, отличающийся тем, что нижние части штоков жестко связаны между собой.

6. Низкочастотный акустический преобразователь по п.4, отличающийся тем, что поршни выполнены в виде эллипсоидов.

7. Низкочастотный акустический преобразователь по п.4, отличающийся тем, что поршни выполнены с футеровкой на внешней поверхности.

8. Низкочастотный акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что внутренние поверхности полого корпуса, концентратора звуковой энергии и разгрузочного узла выполнены с футеровкой.

9. Низкочастотный акустический преобразователь по п.1, отличающийся тем, что привод возвратно-поступательного движения выполнен в виде по крайней мере одного кривошипно-шатунного механизма с ползуном, связанным шатуном с коленчатым валом, соединенным карданным валом с приводом вращения от одного электродвигателя, установленного на фундаменте.

10. Низкочастотный акустический преобразователь по п.9, отличающийся тем, что ползун кривошипно-шатунного механизма установлен со скользящей посадкой на неподвижной направляющей и соединен кронштейном с по крайней мере одним штоком поршня или со штоками поршней.

11. Низкочастотный акустический преобразователь по п.9, отличающийся тем, что он снабжен вторым аналогичным первому, кривошипно-шатунным механизмом, коленчатый вал которого соединен с приводом вращения от второго электродвигателя, установленного на фундаменте, причем коленчатые валы обоих кривошипно-шатунных механизмов соединены между собой зубчатыми колесами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5