Устройство подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл


 


Владельцы патента RU 2428633:

Тиняков Владимир Викторович (RU)
Ганин Дмитрий Рудольфович (RU)
Мазуров Евгений Федорович (RU)

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к устройствам для ввода ультразвуковых колебаний в жидкий металл, а также может быть использовано в тех областях промышленности, где возникает необходимость в применении регулируемых интенсивных ультразвуковых колебаний. Устройство подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл типа излучателя Гартмана содержит корпус и соединенную с ним трубку для подачи пульсирующего потока газа. В корпусе соосно и с возможностью перемещения друг относительно друга установлены сопло и резонатор. В корпусе резонатора установлен электрически изолированный спай термопары, а другой спай термопары находится в холодной зоне вне излучателя, при этом при пропускании тока охлаждается первый спай термопары, охлаждая при этом нагреваемое скачками уплотнения дно резонатора, а другой спай термопары нагревается и передает тепло в окружающую среду. Благодаря особенностям выполнения предлагаемое изобретение обеспечивает повышение долговечности, термо- и износостойкости дна резонатора, стабилизирует работу и увеличивает рабочий ресурс устройства подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл в условиях интенсивного нагрева. 1 ил.

 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к устройствам для ввода ультразвуковых колебаний в жидкий металл, а также может быть использовано в тех областях промышленности, где возникает необходимость в применении регулируемых интенсивных ультразвуковых колебаний.

Известны различные аэродинамические преобразователи, применяемые для получения акустических колебаний в газообразных средах. К аппаратам этого типа относятся газоструйные излучатели (аэродинамические свистки), статические и динамические сирены. Основными элементами газоструйного излучателя являются сопло, через которое пропускается струя газа, и резонирующая камера, возбуждаемая пульсациями давления, возникающими при срыве струи после достижения в ней скоростей с числами Маха, близкими к единице. Процесс, наблюдаемый при натекании истекающей из сопла стационарной струи на преграду, например трубку, открытый конец которой направлен навстречу струе, может быть как стационарным, так и пульсирующим. Впервые пульсирующий режим течения наблюдал Гартман (1919), и в настоящее время такие газоструйные генераторы Гартмана находят широкое применение в качестве мощных акустических излучателей. Генератор Гартмана представляет собой круглое, слабо сужающееся сопло, перед которым соосно с ним расположен резонатор, своим открытым концом направленный навстречу газовой струе. При этом корпус (держатель) обеспечивает соосность сопла и резонатора и позволяет перемещать их относительно друг друга.

Известен газоструйный излучатель типа Гартмана с перпендикулярным расположением оси сопло - резонатор по отношению к камере озвучивания (Розенберг Л.Д. Источники мощного ультразвука. М.: Наука. 1967. С.50), например, содержащий корпус и соединенную с ним трубку для подачи пульсирующего потока газа, установленные в корпусе соосно и с возможностью перемещения друг относительно друга сопло и резонатор. При этом материалом для изготовления излучателя служили металлы, например магниевый сплав АМ-5, нержавеющая сталь 1Х18Н9Т, латунь ЛС-59 и др. Данное устройство является наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому изобретению.

Недостатком данного устройства является нагрев дна резонатора (резонансной трубки), обнаруженный в 1954 г. Шпрингером. Первоначально была зарегистрирована температура, равная 698 K. Впоследствии были проведены специальные исследования теплового эффекта и получены более высокие температуры - максимальная - около 1800 K (Купцов В.М., Остроухова С.И., Филиппов К.Н. Пульсации давления и нагрев газа при втекании сверхзвуковой струи в цилиндрическую полость // Изв. АН СССР, сер. МЖГ. 1977. №5. С.104-111). Высокие уровни температур достигаются за доли секунды, и эти уровни выше, если использовать одноатомные или с меньшей молярной массой газы, а трубки делать сужающиеся в направлении дна. Нагрев ускоряется и температура увеличивается, если колебания происходят не на основной, а на более высокочастотных модах (Ляхов В.Н., Подлубный В.В., Титаренко В.В. Воздействие ударных волн и струй на элементы конструкций: Математическое моделирование в нестационарной газодинамике. М.: Машиностроение, 1989. С.125-128).

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является стабилизация работы и увеличение рабочего ресурса устройства подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл в условиях интенсивного нагрева.

Техническим результатом изобретения является повышение долговечности, термо- и износостойкости резонатора (дна резонатора) предлагаемого устройства.

Указанная задача решается тем, что в устройстве для подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл типа излучателя Гартмана, содержащем корпус и соединенную с ним трубку для подачи пульсирующего потока газа, установленные в корпусе соосно и с возможностью перемещения друг относительно друга сопло и резонатор, согласно изобретению в корпусе резонатора установлен электрически изолированный спай термопары, а другой спай термопары находится в холодной зоне вне излучателя, при этом при пропускании тока охлаждается первый спай термопары, охлаждая при этом нагреваемое скачками уплотнения дно резонатора, а другой спай термопары нагревается и передает тепло в окружающую среду.

Резонатор обычно имеет цилиндрическую форму. Необходимо, чтобы стенки резонатора были достаточно акустически жесткими и термостойкими. С целью повышения долговечности, термо- и износостойкости резонатора (дна резонатора) предлагаемого устройства целесообразно в корпусе резонатора установить электрически изолированный спай термопары, а другой спай термопары установить в холодной зоне вне излучателя, при этом при пропускании электрического тока охлаждается первый спай термопары, охлаждая при этом нагреваемое скачками уплотнения дно резонатора, а другой спай термопары нагревается и передает тепло в окружающую среду. Изготовление резонатора (резонансной камеры) с установкой в корпусе резонатора электрически изолированного спая термопары, а другого спая термопары в холодной зоне вне излучателя при пропускании электрического тока дает новый эффект - повышает долговечность, термо- и износостойкость резонатора (дна резонатора), предлагаемого устройства при высоких температурах.

На чертеже показано устройство подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл.

Устройство подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл состоит из корпуса 1, сопла 2, резонатора 3, трубки для подачи пульсирующего потока в жидкий металл 4, термопары из двух разных металлических проводов 5 и 6 с двумя спаями, один из которых расположен в корпусе резонатора, а другой вне устройства и источника постоянного тока 7, присоединенного к проводам термопары и расположенного вне устройства.

Устройство работает следующим образом.

При подаче сжатого газа в корпус 1 и далее в установленное в нем сопло 2, перед которым соосно с ним расположен резонатор 3, своим открытым концом (дном) направлен навстречу газовой струе. При сверхкритическом перепаде давлений между давлением в сопле 2 и в окружающей атмосфере струя вне сопла 2 становится сверхзвуковой. При торможении струи резонатором 3 перед ним возникает отсоединенный скачок уплотнения, а кинетическая энергия струи в резонаторе 3 переходит в потенциальную энергию сжатого газа. Если резонатор 3 находится в области, где давление в свободной струе повышается, то процесс опорожнения резонатора 3 становится периодическим. Взаимодействие струй основной и вытекающей из резонатора 3 приводит к тому, что участок струи между скачком уплотнения и дном резонатора 3 становится источником мощных акустических колебаний, которые через трубку для подачи пульсирующего потока в жидкий металл 4 вводят в жидкий металл. При этом применение резонатора 3 (дна резонатора 3) с термопарой дает новый эффект - повышает долговечность резонатора 3 (дна резонатора 3) предлагаемого устройства при высоких температурах, так как при установке в корпусе резонатора электрически изолированного спая термопары, а в холодной зоне вне излучателя другого спая термопары при пропускании электрического тока охлаждается первый спай термопары, охлаждая при этом нагреваемое скачками уплотнения дно резонатора, а другой спай термопары нагревается и передает тепло в окружающую среду.

Благодаря особенностям выполнения предлагаемое изобретение обеспечивает повышение долговечности, термо- и износостойкости резонатора (дна резонатора), стабилизирует работу и увеличивает рабочий ресурс устройства подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл в условиях интенсивного нагрева.

Устройство подачи продувочных газов и одновременной генерации ультразвуковых колебаний в жидкий металл типа излучателя Гартмана, содержащее корпус и соединенную с ним трубку для подачи пульсирующего потока газа, установленные в корпусе соосно и с возможностью перемещения относительно друг друга сопло и резонатор, отличающееся тем, что в корпусе резонатора установлен электрически изолированный спай термопары, а другой спай термопары находится в холодной зоне вне излучателя, при этом при пропускании тока охлаждается первый спай термопары, охлаждая при этом нагреваемое скачками уплотнения дно резонатора, а другой спай термопары нагревается и передает тепло в окружающую среду.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях, в котельных и т.д. .

Изобретение относится к области химической технологии и, в частности, может быть использовано для зажигания газового потока, содержащего метан и хлор, при инициировании процесса хлорирования природного газа при производстве хлорметанов.

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к области энергетики. .

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для интенсификации тепло- и массообменных процессов. .

Изобретение относится к теплотехнике, в частности к средствам поджига двухкомпонентных, в том числе и двухфазных, смесей, и может быть использовано при создании различных тепловых машин, в том числе и жидкостных ракетных двигателей.

Изобретение относится к энергетике и машиностроению. .

Изобретение относится к газовой горелке, которая является составной частью изделий для курения. .
Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к повышению эффективности использования излишков кислорода. .

Изобретение относится к сиренам, мощным акустическим излучателям, действие которых основано на периодическом прерывании потока газа или жидкости. .

Изобретение относится к устройствам для создания акустических колебаний в проточной жидкости и может быть использовано для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидромеханических и тепломассообменных процессов в системе «жидкость-жидкость».

Изобретение относится к сиренам - самым мощным акустическим излучателям, действие которых основано на периодическом прерывании потока газа или жидкости. .

Изобретение относится к области интенсификации при добыче нефти. .

Изобретение относится к гидроакустике и гидродинамике, а именно к средствам для создания встречных концентрических вихрей в проточной жидкой или газообразной среде, предназначено для выработки тепловой энергии (вихревой теплогенератор) или для производства всех видов дисперсных систем (диспергатор-гомогенизатор).

Изобретение относится к гидродинамике и гидроакустике, а именно к устройствам для создания мощных вихревых резонансных гидроакустических колебаний в проточной жидкой или газообразной среде.

Изобретение относится к гидродинамике и гидроакустике, а именно к устройствам для создания мощных вихревых резонансных гидроакустических колебаний в проточной жидкой или газообразной среде, предназначено для выработки тепла в качестве вихревого теплогенератора или для создания всех видов дисперсных систем в качестве диспергатора-гомогенизатора и может быть использовано в энергетической, нефтегазовой, медицинской, фармацевтической, пищевой, химической, парфюмерно-косметической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах контроля и управления для измерения технологических параметров газов в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к технике создания кавитационных процессов и может быть использовано в различных отраслях промышленности для проведения и интенсификации различных физико-химических, гидравлических и тепло-массообменных процессов.

Изобретение относится к устройствам получения высококачественных дисперсных систем и может быть использовано в двигателестроении для приготовления топливно-воздушной смеси в автомобильных, судовых, авиационных и стационарных двигателях внутреннего сгорания, а также в медицинской, химической, фармацевтической, энергетической, металлургической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к резанию труднообрабатываемых металлов и может быть использовано при чистовой отделочной алмазно-абразивной обработке отверстий, например при хонинговании
Наверх