Способ ультразвуковой очистки поверхностей и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к ультразвуковой технике и может быть использована в технологическом оборудовании при очистке деталей в жидкой среде. Способ включает создание регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, установленных в вершинах и на сторонах правильных многоугольников, радиусы описанных окружностей которых кратны нечетному числу четвертей длины волны ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в материале ванны, на расстоянии друг от друга, равном четверти длины указанной волны. Устройство для осуществления способа содержит излучатели и генераторы переменного электрического напряжения. Для создания регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, генераторы выполнены автономными, и каждый из излучателей соединен с выходом одного генератора, вход которого соединен с выходом коммутатора, а вход коммутатора соединен с выходом процессора. Группа изобретений обеспечивает повышение КПД технологических ультразвуковых установок за счет уменьшения доли энергии, используемой на создание движения рабочей среды, а также уменьшение времени очистки за счет удаления с очищаемой поверхности продуктов распада загрязнителя по мере их возникновения. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в технологическом оборудовании при очистке деталей в жидкой среде.

Современные технические моющие средства работают по принципу отщепления загрязнения от поверхностей. При воздействии на загрязненные поверхности в слое загрязнителя образуются микроскопические трещины. Моющий раствор проникает в них и концентрируется в полостях, образовавшихся между обрабатываемой поверхностью и загрязнителем. Далее сконцентрировавшийся в полостях раствор создает расклинивающий эффект и отрывает загрязнитель от поверхности. Для эффективной работы недостаточно пассивного нахождения деталей в моющем растворе. Раствор должен найти микротрещину в загрязнении и проникнуть в нее. Только в этой ситуации он сможет отщепить грязь от обрабатываемой поверхности, а для этого ему необходимо создать соответствующее возмущение. Наиболее эффективным источником такого возмущения является ультразвук. Однако при очистке поверхностей от различных твердых загрязнителей, обладающих повышенной адгезией и способностью к диффузии (нагар от продуктов сгорания топлива, окалина, ржавчина, накипь и т.д.), для повышения эффективности и сокращения времени процесса необходимо периодически удалять с обрабатываемой поверхности тонкий поверхностный слой продуктов распада загрязнителя. Для этого применяют различные способы: барботирование, покачивание обрабатываемой детали в рабочей среде, периодическое ополаскивание обрабатываемой поверхности проточной рабочей жидкостью. Для создания движения рабочей среды обычно используют механические устройства, компрессоры и насосы различных типов.

Известна ванна для ультразвуковой обработки в жидкости, с расположением излучателей в вершинах и центре правильного шестигранника, радиус описанной окружности которого λ/4 кратен начетному числу четвертей длины поперечной ультразвуковой волны поперечных ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в материале ванны [1]. Такое расположение излучателей обеспечивает однородность акустического поля за счет исключения суперпозиции механических и акустических колебаний между соседними излучателями. Однако в однородном акустическом поле течение рабочей среды практически невозможно из-за отсутствия перепадов его напряженности в его локальных областях.

Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий источник трехфазного переменного электрического напряжения с симметричным сдвигом фаз и излучатель с несколькими вибраторами, размещенными в вершинах равносторонних треугольников, сопряженных своими боковыми сторонами [2]. В таком преобразователе мгновенный перепад напряженности ультразвукового поля в его локальных областях приводит к образованию в рабочей среде над преобразователем пучка вихрей. Однако невысокое значение величины перепада давлений не позволяет создать условий для возникновения регулярного течения среды.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности работы ультразвуковых технологических установок за счет создания регулярного течения рабочей среды в ванне.

Указанный результат достигается тем, что создают регулярное течение рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, установленных в вершинах и на сторонах правильных многоугольников, радиусы описанных окружностей которых кратны нечетному числу четвертей длины волны ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в материале ванны, на расстоянии друг от друга, равном четверти длины указанной волны.

Этот результат достигается также и тем, что производят одновременное выключение диаметрально расположенных излучателей.

Указанный результат достигается и устройством для ультразвуковой очистки поверхностей, содержащим излучатели и генераторы переменного электрического напряжения, в котором для создания регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, генераторы выполнены автономными, и каждый из излучателей соединен с выходом одного генератора, вход которого соединен с выходом коммутатора, а вход коммутатора соединен с выходом процессора.

Излучатели, расположенные в вершинах и на сторонах правильных многоугольников на одинаковом расстоянии λ/4 друг от друга (фиг.1), подключены к автономным генераторам переменного электрического напряжения. Каждый из генераторов подключен одним из своих входов к выходу коммутатора, обеспечивающего его кратковременное выключение. Частоту выключений, временной промежуток выключенного состояния, очередность выключений генераторов задает процессор (фиг.2). При выключении генератора происходит выключение соответствующего излучателя. При выключении одного из излучателей в рабочей среде создается мгновенный перепад давлений δР между областью однородного акустического поля максимальной интенсивности, расположенной над работающими излучателями, и областью нулевой интенсивности поля, расположенной над выключенным излучателем. Это приводит к возникновению течения рабочей среды из области высокого давления в область низкого давления. При включении первого излучателя и выключении следующего излучателя, расположенного рядом справа или слева, возникает новый перепад давлений δР и, как следствие, течение рабочей среды в область над выключенным излучателем. Таким образом, поочередное выключение излучателей обеспечивает регулярность и направленность течения рабочей среды.

При размещении излучателей на расстоянии, равном λ/4, в вершинах и на сторонах многоугольников, радиусы описанных окружностей которых кратны λ/4, и одновременном поочередном выключении излучателей, расположенных на одном диаметре указанных окружностей, достигается эффект регулярного движения рабочей среды относительно неподвижной обрабатываемой поверхности.

При экспериментальной проверке преобразователя на резонансной частоте излучателей 33 кГц при частоте переключений коммутатора от 12 Гц до 1 кГц получена достаточно высокая эффективность работы преобразователя. Скорость течения рабочей среды составила от 0,5 до 5 см/с.

Технический результат - повышение КПД технологических ультразвуковых установок достигается за счет уменьшения на 50% доли энергии, используемой на создание движения рабочей среды, уменьшения на 15-20% времени очистки за счет удаления с очищаемой поверхности продуктов распада загрязнителя по мере их возникновения.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Авторское свидетельство СССР №578127. Ванна для ультразвуковой обработки. МКИ В 08 В 3/12. Опубл. Бюл. №40, 1977 г.

2. Авторское свидетельство СССР №359060. Ультразвуковой преобразователь. МКИ В 06 В 1/06. Опубл. Бюл. №35, 1973 г.

1. Способ ультразвуковой очистки поверхностей, заключающийся в создании регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, установленных в вершинах и на сторонах правильных многоугольников, радиусы описанных окружностей которых кратны нечетному числу четвертей длины волны ультразвуковых колебаний, возбуждаемых в материале ванны, на расстоянии друг от друга, равном четверти длины указанной волны.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что производят одновременное выключение диаметрально расположенных излучателей.

3. Устройство для ультразвуковой очистки поверхностей, содержащее излучатели и генераторы переменного электрического напряжения, отличающееся тем, что для создания регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей генераторы выполнены автономными и каждый из излучателей соединен с выходом одного генератора, вход которого соединен с выходом коммутатора, а вход коммутатора соединен с выходом процессора.