Вибровозбудитель

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплоэнергетике, в частности для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах. Сущность: вибровозбудитель содержит корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде трехфазной обмотки. При этом магнитная система размещена аксиально плоскости вращения шарика. 2 ил.

 

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплотехнике для борьбы с твердыми солевыми отложениями на теплопередающих поверхностях, а также для интенсификации различных технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах.

Известен вибровозбудитель (патент США №2829529, кл. 74-87, 1958), содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика. Привод выполнен в виде двигателя, на валу которого закреплено водило в виде лепестков. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и невысокая надежность вследствие истирания лепестков и наличия электродвигателя, работающего в условиях высокой вибрации.

Известно изобретение по авторскому свидетельству СССР №656673 "Устройство для возбуждения колебаний", в котором для возбуждения колебаний используется вращающийся в цилиндрическом корпусе шарик, а для приведения шарика во вращение используется водило, выполненное в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком. Это изобретение, как показал опыт его практического применения, имеет серьезный недостаток, который заключается в низкой надежности аппарата вследствие быстрого износа контактных поверхностей.

Известна аксиальная (торцевая) конструкция асинхронных двигателей (А.И.Бертинов, Ф.А.Бут и др. Специальные электрические машины. В двух томах. M., Энергоатомиздат, 1993), отличительной особенностью которой является форма выполнения статора и ротора в виде плоских дисков, разделенных воздушным зазором, причем на статоре в радиально расположенных пазах укладывается трехфазная обмотка, а ротор выполняется в виде стального диска. Принцип действия такого двигателя не отличается от традиционного двигателя цилиндрической конструкции, однако конфигурация бегущего магнитного поля у аксиального двигателя существенно иная. Такой двигатель не применяется в вибрационной технике, поскольку не является эффективным источником механических колебаний.

Наиболее близким по своей технологической сущности к предлагаемому устройству является вибровозбудитель по авт. свид. СССР №915975, кл. В 06 В 1/16 "Вибровозбудитель". Этот вибровозбудитель содержит корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика в виде электромагнитной конструкции с трехфазной обмоткой, помещенной в пазах на наружной поверхности магнитопровода коаксиально с беговой дорожкой внутри корпуса, подключенной к сети трехфазного переменного тока. Такое устройство, как показал опыт его практического применения, обладает рядом несомненных достоинств, главным из которых является высокая надежность. Повышению надежности способствует то обстоятельство, что вращающийся шарик не создает колебаний в части конструкции, где размещается электрическая обмотка, вследствие чего последняя работает в благоприятных условиях.

Вместе с тем, этой конструкции вибровозбудителя присущ существенный недостаток - недостаточно высокая амплитуда возбуждаемых колебаний, что является следствием того, что на вращающийся шарик, кроме центробежной силы F_ц, являющейся основным источником возбуждаемых колебаний корпуса (вибраций) вибровозбудителя, действует противоположно направленная сила магнитного тяжения F_эм, создаваемая трехфазной обмоткой. Последняя компенсирует часть центробежной силы, снижая тем самым амплитуду возбуждаемых колебаний.

Техническим решением задачи является устранение указанного недостатка за счет изменения места расположения трехфазной обмотки вибровозбудителя. Решение задачи достигается тем, что вибровозбудитель, содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде трехфазной обмотки, отличающийся тем, что трехфазная обмотка и магнитопровод выполнены аксиальными.

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна". Заявляемое решение может быть реализовано в теплоэнергетике, в частности для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах, что отвечает критерию "промышленная применимость".

На фиг.1 представлена конструктивная схема вибровозбудителя; на фиг.2 приведены диаграммы рассматриваемых сил, действующих на шарик у прототипа а) и предложенного вибровозбудителя б) (сила тяжести и иные силы, действующие на шарик, не рассматриваются).

Внутри корпуса 1 вибровозбудителя с беговой дорожкой 2 и волноводом 3 помещен шарик 4, приводимый в движение магнитным полем трехфазной обмотки 5, которая размещена в пазах 7 магнитопровода 6 аксиальной (торцевой) конструкции. Воздушный зазор 8 отделяет неподвижную конструкцию магнитной системы от вибрирующего корпуса вибровозбудителя 1.

В установившемся режиме вибровозбудитель работает следующим образом (фиг.1). Подключенная с помощью коммутационного аппарата к трехфазному источнику электроэнергии (коммутационный аппарат и источник переменного тока на фиг.1 не показаны), обмотка 5 создает в вибровозбудителе вращающееся магнитное поле, которое наводит в стальном шарике 4 вихревые токи. Взаимодействие этих вихревых токов с вращающимся магнитным полем приводит к вращению шарика 4 по внутренней беговой дорожке 2 в направлении вращения магнитного поля, аналогично тому, как вращающееся магнитное поле увлекает тороидальный ротор асинхронного короткозамкнутого двигателя. Возникающая при вращении шарика центробежная сила воспринимается беговой дорожкой 2, корпусом 1 вибратора, колебания которого передаются на технологический аппарат через волновод 3 (технологический аппарат на фиг.1 не показан).

Частота возбужденных колебаний зависит от частоты вращения шарика 4, а амплитуда определяется величиной центробежной силы F_ц=mV²/R, где m - масса шарика, V - линейная скорость шарика, R - радиус расточки беговой дорожки.

Размещение магнитной системы вибровозбудителя аксиально плоскости вращения шарика изменяет направление сил, действующих на шарик (фиг.2). Если в цилиндрической конструкции прототипа (фиг.2, а) сила магнитного тяжения F_эм направлена встречно центробежной F_ц, снижая результирующую пары сил, то в предлагаемой конструкции эти силы направлены под углом π/2 [рад.], в результате чего результирующая рассматриваемой пары сил увеличивается в сравнении с прототипом, что приводит к увеличению амплитуды возбуждаемых колебаний.

Использование предлагаемого изобретения для интенсификации технологических процессов в газообразных, жидких и твердых средах повысит эффективность этих процессов за счет подбора рациональной частоты возбужденных колебаний.

Вибровозбудитель, содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде трехфазной обмотки, отличающийся тем, что магнитная система размещена аксиально плоскости вращения шарика.