Устройство для ультразвуковой очистки изделий

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки различных деталей от загрязнений, а также в быту для очистки текстильных изделий. Изобретение обеспечивает повышение эффективности и экономичности очистки. Устройство содержит излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения. Генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f_в, а излучатели выбраны с резонансными частотами из диапазона частот f_н-f_в, где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f_в - верхнее значение частоты. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки различных деталей от загрязнений, а также в быту для очистки текстильных изделий.

Современные ультразвуковые моющие устройства работают по принципу создания достаточно мощного ультразвукового поля во всем объеме моющей жидкости. Под действием ультразвука моющее средство эффективно проникает в загрязнение за счет образования в нем микротрещин и пор и отщепляет его от обрабатываемой поверхности. Однако для повышения эффективности очистки требуется создавать движение рабочей среды. В промышленных установках для создания упорядоченного движения рабочей жидкости применяются различные способы механического перемешивания. Предлагаемое устройство позволяет создать упорядоченное движение рабочей жидкости посредством создания неоднородного акустического поля в объеме рабочей жидкости. Неоднородность поля приводит к возникновению в локальных областях объема рабочей жидкости повышенного давления. Жидкость под действием разности давлений перетекает из области высокого давления в область низкого.

Известна ванна для ультразвуковой обработки в жидкости, с расположением излучателей в вершинах и центре правильного шестигранника, радиус описанной окружности которого кратен начетному числу четвертей длины поперечной ультразвуковой волны, возбуждаемой в материале ванны (Авторское свидетельство СССР №578127, МКИ: В08В 3/12). Такое расположение излучателей обеспечивает однородное акустического поле 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, что приводит к недостаточно качественной очистке изделий.

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 (Авторское свидетельство СССР №359060, МКИ: В06В 1/06).

В таком преобразователе неоднородность акустического поля приводит к образованию вихрей и создает некоторый перепад давлений. Однако величина этого перепада недостаточно велика для создания упорядоченного движения рабочей жидкости, что также отрицательно сказывается на качестве очистки изделий.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для ультразвуковой очистки поверхностей, содержащее 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 (Патент РФ на изобретение №2262397, МПК: В08В 3/12).

Недостатком известного устройства является необходимость использования в его конструкции большое количество генераторов, соответствующих числу излучателей и коммутатор. Это существенно увеличивает затраты на его производство и повышает его стоимость. Недостатком известного устройства является его высокое энергопотребление.

Изобретение направлено на решение задачи, заключающейся в создании экономичного устройства очистки изделий при обеспечении высокого качества очистки изделий.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для ультразвуковой очистки изделий, содержащем излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения, согласно изобретению, генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f_в, а излучатели выбраны с резонансными частотами из данного диапазона частот, где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f_в - верхнее значение частоты. В качестве генератора может быть использован генератор качающейся частоты, а часть излучателей могут иметь одинаковую резонансную частоту. Кроме того, в одном из вариантов исполнения устройства излучатели с одинаковой резонансной частотой могут располагаться на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f_н-f_в.

Технический результат, получаемый при использовании изобретения, заключается в устранении недостатков прототипа, перечисленных выше, и в итоге обеспечивает интенсификацию процесса и, как следствие, уменьшения продолжительности процесса очистки при снижении энергопотребления на 10-15% и получение высокого качества очистки.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлено заявляемое устройство с N излучателями, где N - порядковый номер излучателя, на фиг.2 - один из вариантов расположения излучателей, на фиг.3 - частный случай исполнения устройства, на фиг 4 - блок-схема генератора качающейся частоты (ГКЧ). Позициями обозначены: 1 - задающий генератор качающейся частоты, 2 - узел формирования временной задержки, 3 - предварительный усилитель 4 - выходной каскад, 5 - сетевой выпрямитель с фильтром, 6 - источник питания схемы управления, 7 - излучатель, 8 - генератор, 9 - процессор, 10 - генератор качающейся частоты (ГКЧ).

Изобретение представляет собой устройство, содержащее N излучателей 7, лежащих в одной плоскости, и генератор 8 переменного электрического напряжения, причем для создания волнообразного движения рабочей среды в ванне путем последовательного возбуждения излучателей генератор выполнен в виде управляемого генератора с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f_в, где f_н - нижний предел диапазона, a f_в - верхний предел (фиг.1). Изменением частоты генератора управляет процессор 9, при этом изменение частоты может производиться как дискретно, так и непрерывно. Излучатели подключены к генератору параллельно и имеют различные резонансные частоты f_n из диапазона частот f_н-f_в. Числовые значения параметров f_н и f_в определяются резонансными характеристиками применяемых излучателей. В устройстве возможно применение как пьезокерамических, так и магнитострикционных излучателей. В устройстве могут быть использованы сразу несколько излучателей с одной резонансной частотой, причем они могут располагаться упорядоченно, например в порядке увеличения резонансной частоты или произвольно. Одним из вариантов упорядоченного расположения излучателей может служить размещение их в одной плоскости, например на дне ванны в радиальном направлении от центра дна ванны. Расстояние между соседними излучателями радиального направления может быть выбрано равным четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f_н-f_в (размер А), при этом на одном радиусе находятся излучатели, имеющие одну и ту же резонансную частоту f_n (фиг.2). Частным случаем выполнения устройства является использование генератора качающейся частоты диапазона f_н-f_в, при этом процессор из устройства может быть исключен (фиг.3).

Устройство работает следующим образом: генератор преобразует напряжение питающей сети в переменное напряжение той частоты, которая задается процессором. Это переменное напряжение поступает одновременно на все излучатели. Излучатели преобразуют электрическую энергию в энергию акустической волны. Если частота генератора совпадает с резонансной частотой одного излучателя или группы излучателей, то амплитуда их колебаний становится больше амплитуды колебаний остальных излучателей. Это приводит к образованию в объеме рабочей жидкости над этими излучателями пучка вихрей. Создается перепад давлений ΔР между областью малого акустического поля и областью с его максимальной интенсивностью. Возникает волнообразное движение рабочей жидкости из области высокого давления в область низкого. При изменении частоты генератора происходит возбуждение излучателей с другой резонансной частотой, находящихся в другой области, и процесс повторяется. При использовании генератора качающейся частоты происходит непрерывное сканирование диапазона частот f_н-f_в снизу вверх и наоборот. В случае упорядоченного расположения излучателей в зависимости от их резонансной частоты происходит их последовательное возбуждение и соответственно создается направленное движение рабочей жидкости.

Заявляемая конструкция была реализована в лабораторной установке. Управляемый генератор был выполнен в виде генератора качающейся частоты диапазона f_н-f_в. Генератор собран по типовой схеме, состоящей из следующих основных узлов: задающего генератора качающейся частоты 1, узла формирования временной задержки 2, предварительного усилителя 3, выходного каскада 4, а также сетевого выпрямителя с фильтром 5 и источника питания 6 схемы управления. Схема управления включает в себя узлы 1-3 (фиг.4). Параллельно генератору подключены шесть излучателей диаметром 50 мм с резонансными частотами 40, 42, 44, 46, 48, 50 кГц, изготовленных из пьезокерамики ЦТС-19 с серебряными обкладками. Для предотвращения короткого замыкания излучатели были загерметизированы водонепроницаемым эластичным герметиком. Излучатели были размещены на дне ванны в произвольном порядке. Полоса качания генератора составляла 10 кГц (f_н - 40 кГц, f_в - 50 кГц), период качания 5 сек. При сканировании заданного частотного диапазона происходило последовательное возбуждение излучателей и создавалось волнообразное движение жидкости в объеме ванны.

Заявляемое устройство, помимо улучшения перечисленных выше характеристик, позволяет повысить производительность очистки.

1. Устройство для ультразвуковой очистки изделий, содержащее излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения, отличающееся тем, что генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f_в, а излучатели выбраны с резонансными частотами из диапазона частот f_н-f_в,

где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f_в - верхнее значение частоты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве генератора выбран генератор качающейся частоты.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что часть излучателей имеют одинаковую резонансную частоту.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что излучатели с одинаковой резонансной частотой расположены на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f_н-f_в.