Ultraheli paigaldus. Laboratoorse ultraheli paigaldus. Ultraheli seadmete rakendamine

Ultraheli paigaldus materjalide peeneks lihvimiseks vesikeskkonnas ultrahelilaine mõjul kavitatsiooni protsessi käigus.

Ultraheliseade on mõeldud erineva kõvadusega materjalide hajutamiseks vedelas keskkonnas nanosuuruseni, homogeniseerimiseks, pastöriseerimiseks, emulgeerimiseks, elektrienergia intensiivistamiseks. keemilised protsessid, aktiveerimine jne.

Kirjeldus:

Ultraheliseade “Hammer” on mõeldud erineva kõvadusega materjalide hajutamiseks vedelas keskkonnas nanosuuruseni, homogeniseerimiseks, pastöriseerimiseks, emulgeerimiseks, elektrokeemiliste protsesside intensiivistamiseks, aktiveerimiseks jne. Ultraheliseadet kasutatakse dispergeeriva vahendina (veski), homogenisaatorina, emulgaatorina, pastörisaatorina jne.

Kas ultraheli kavitatsioon paigaldus voolu tüüp. Peamised üksikasjad ja sisevooder reaktorid on valmistatud kavitatsioonikindlast materjalist.

Tänu disainifunktsioonid ja ainulaadsus generaator ultraheli vibratsioonid, tagatakse samaaegne ultraheli mõju kõigi piesoelementide kavitatsioonikambri sisemisse töötsooni. Nendes tingimustes muutub löögijõud piisavaks, et purustada isegi kõige kõvemad materjalid nanoskaala tasemele. mineraalid, nagu näiteks kvartsliiv, bariit jne. Pehmemate ainete ja orgaaniliste materjalide jaoks (nt kobediatomiit, saepuru jne) paigalduse võimsus muutub.

Ultrahelipaigaldise individuaalne arvutamine ja valmistamine on võimalik sõltuvalt nõuetest lõpptulemus. Iga üksiku toodangu puhul on võimalik lisaarvestus vastavalt tehnoloogilised omadused installatsiooni integreerimine olemasolevasse tootmisliini.

Paigaldamise tööskeem:

Eelised:

- puudumine mehaaniline protsess lihvimis-, hõõrumis- ja osad,

– Ultraheliseadet on lihtne paigaldada ja kasutada,

– ultraheliinstallatsioon võimaldab lihvida materjale vedelas keskkonnas molekulide suurusega võrreldavateks suurusteks (~10 nm),

– võimaldab lihvida materjale, mille tootlikkus on kuni 3 m 3 peeneks hajutatud segu tunnis,

– ehitusmaterjalide tootmise liinide odavnemine(kaovad gaasivarustuskulud, vähenevad energiatarbimise kulud, vähenevad remondi- ja hoolduskulud),

– tootmisliini pikkust ja vajalikku pinda on vähendatud,

– tehnoloogilist protsessi on kiirendatud,

– Toote osa läbipõlemine on välistatud,

– rajatise tule- ja plahvatusohutuse taset on tõstetud,

– ohutus (tolmu, kahjulike ainete täielik puudumine),

– teeninduspersonali arvu on vähendatud,

– Lihvimiselemendi töökindlus on suurenenud tänu liikuvate ja hõõrduvate osade ja mehhanismide puudumisele.

Rakendus:

– materjalide lihvimine vesidispersiooni tootmiseks värvi- ja lakimaterjalid,

– teravilja, saepuru ettevalmistamine alkoholitööstuses,

– piima pastöriseerimine,

– kaevandamine ravimtaimed,

– väga produktiivne jäätmevaba mahlade, püreede, mooside tootmine,

– desinfitseerimine ja Kanalisatsioonitorude puhastamine,

– lindude väljaheidete ja sõnniku töötlemine,

– bariidi puurimisvedelike tootmine,

– saamine vuukimislahendused,

– kiirgusjäätmete kõrvaldamine,

– vanaadiumi ekstraheerimine Lõuna-Venemaa naftast,

– savi valmistamine sisse keraamika tootmine,

– betooni tootmine bariidi lisamisega,

– saamine tuleaeglustavad katted bariidi lisamisega,

– baasil autošampoonide tootmine titaan dioksiid,

– abrasiivtööriistade keraamiliste sidemete tootmine,

– parafiinipõhiste mootorijahutusvedelike tootmine.

Tehnilised andmed:

Materjalide töötlemiseks kasutatava paigalduse peamised omadused (mikromarmorkaltsiidi näitel):

Märkus: tehnoloogia kirjeldus ultraheli materjali lihvimispaigaldise “Molot” näitel.

automatiseeritud ultraheli paigaldus
jäätmevaba tootmine Venemaal
jäätmevaba tootmisäri
jäätmevaba tootmistsükkel
materjalide lihvimise tüübid
reoloogiliste materjalide lihvimise tüübid
kivisüsi-vesi kütus
materjalide hajutamine
bariidi lisamine
vanaadiumi ekstraheerimine
materjali lihvimine
reoloogiliste materjalide lihvimine
puistematerjalide lihvimine
kõvade materjalide lihvimine
kavitatsiooniüksus
kavitatsiooniseadmed
osta kavitatsiooniseadmeid
kavitatsiooni meetod
materjali purustamise masin
materjalide lihvimise meetodid
tahkete materjalide lihvimise meetodid
piima pastöriseerimise meetodid
seadmed materjalide lihvimiseks
seadmed tahkete materjalide lihvimiseks
Linnusõnniku töötlemise seadmed
reoveepuhastuse põhipuhastus ja desinfitseerimine
reovee puhastamine ja desinfitseerimine
diislikütuse puhastamine
piima pastöriseerimine ja normaliseerimine
kodulindude allapanu ja sõnniku töötlemine
teravilja ettevalmistamine töötlemiseks
teravilja ettevalmistamine ladustamiseks
Ultraheliseadme tööpõhimõte
keraamiliste sidemete tootmine
tahkete materjalide lihvimisprotsessid
lihvimismaterjalide energiakulude vähendamine
kaasaegsed jäätmevabad tootmistehnoloogiad
materjalide lihvimise meetodid
keskkonnasõbraliku ja jäätmevaba tootmise tehnoloogia
materjalide peenlihvimine
ultraheli kavitatsiooniseade
piima pastöriseerimine ultraheligahaamer
pulbermaterjalide ultraheli dispersioon
ultraheliseadmed ja nende rakendusedtegevustrakenduse tööpõhimõte
ultraheli paigaldus materjalide peeneks lihvimiseks düüside steriliseerimiseelseks puhastamiseks meditsiinilised instrumendid osad töötlemiseks voolumõõturid VPU TsSM eelsteriliseerimise kontroll keevitus hind osta hambaravi günekoloogiline loputus skanner vooluring laineandur uzu pesu skaalari operaator

Nõudluse tegur 928

Küsitlused

Kas meie riik vajab industrialiseerimist?

• Jah, me vajame seda (90%, 2486 häält)
• Ei, pole vaja (6%, 178 häält)
• Ei tea (4%, 77 häält)

Tehnoloogiate otsimine

Ultrahelipaigaldised, mis on mõeldud erinevate osade töötlemiseks võimsa ultraheliakustilise väljaga vedelas keskkonnas. Seadmed UZU4-1.6/0 ja UZU4M-1.6/0 võimaldavad lahendada kütuse- ja hüdraulikaõlisüsteemide filtrite peenpuhastusprobleeme süsiniku ladestustest, tõrvaainetest, õli koksiproduktidest jne. Puhastatud filtrid saavad tegelikult teise elu. Lisaks saab neid korduvalt ultraheliga töödelda. Saadaval on ka paigaldused väike võimsus UZSU seeria erinevate osade puhastamiseks ja ultraheli pinnatöötluseks. Ultraheli puhastusprotsesse on vaja elektroonikas, mõõteriistade tööstuses, lennunduses, raketi- ja kosmosetehnoloogias ning kõikjal, kus on vaja kõrgtehnoloogilisi puhtaid tehnoloogiaid.

Installatsioonid UZU 4-1.6-0 ja UZU 4M-1.6-0

Erinevate filtrite ultrahelipuhastus lennukid vaigustest ainetest ja koksiproduktidest.

Mis tahes ultraheli koostis tehnoloogiline paigaldus, sealhulgas multifunktsionaalsed seadmed, mis sisaldavad energiaallikat (generaatorit) ja ultraheli võnkesüsteemi.

Tehnoloogilise otstarbega ultrahelivõnkesüsteem koosneb muundurist, sobituselemendist ja töövahendist (emitterist).

Võnkusüsteemi muunduris (aktiivelemendis) muundatakse elektriliste vibratsioonide energia ultrahelisageduse elastsete vibratsioonide energiaks ja tekib vahelduv mehaaniline jõud.

Süsteemi sobituselement (passiivne kontsentraator) teostab kiiruste muundamist ning tagab väliskoormuse ja sisemise koordineerimise. aktiivne element.

Tööriist tekitab töödeldavas objektis ultrahelivälja või mõjutab seda otseselt.

Ultraheli võnkesüsteemide kõige olulisem omadus on resonantssagedus. Selle põhjuseks on asjaolu, et tehnoloogiliste protsesside efektiivsuse määrab võnkumiste amplituud (võnkumiste nihete väärtused) ja maksimaalsed amplituudi väärtused saavutatakse siis, kui ultraheli võnkesüsteem ergastatakse resonantssagedusel. Ultraheli võnkesüsteemide resonantssageduse väärtused peavad jääma lubatud piiridesse (multifunktsionaalsete ultraheliseadmete puhul on see sagedus 22 ± 1,65 kHz).

Ultraheli võnkesüsteemis kogunenud energia suhet tehnoloogiliseks mõjuks kasutatud energiasse iga võnkeperioodi kohta nimetatakse võnkesüsteemi kvaliteediteguriks. Kvaliteeditegur määrab võnkumiste maksimaalse amplituudi resonantssagedusel ja võnkumiste amplituudi sagedusest sõltuvuse olemuse (s.o sagedusvahemiku laiuse).

Tüüpilise ultraheli võnkesüsteemi välimus on näidatud joonisel 2. See koosneb muundurist - 1, trafost (kontsentraatorist) - 2, töövahendist - 3, toest - 4 ja korpusest - 5.

Joonis 2 - Kahepoollaineline võnkesüsteem ja vibratsiooni amplituudide A ja efektiivsete mehaaniliste pingete F jaotus

Võnkumiste A ja jõudude (mehaaniliste pingete) F amplituudi jaotus võnkesüsteemis on seisulainete kujul (eeldusel, et kaod ja kiirgus on tähelepanuta jäetud).

Nagu on näha jooniselt 2, on olemas tasapinnad, milles nihked ja mehaanilised pinged on alati nullid. Neid tasapindu nimetatakse sõlmtasanditeks. Tasapindu, milles nihked ja pinged on minimaalsed, nimetatakse antisõlmedeks. Nihkete (amplituudide) maksimaalsed väärtused vastavad alati mehaaniliste pingete minimaalsetele väärtustele ja vastupidi. Kahe kõrvuti asetseva sõlmetasandi või antisõlme vahelised kaugused on alati võrdsed poole lainepikkusest.

Võnkusüsteemil on alati ühendused, mis tagavad selle elementide akustilise ja mehaanilise ühenduse. Ühendused võivad olla püsivad, kuid kui on vaja töövahendit vahetada, tehakse ühendused keermestatud.

Ultraheli võnkesüsteem koos korpuse, toiteseadmete ja ventilatsiooniavadega valmistatakse tavaliselt eraldi seadmena. Edaspidi, kasutades terminit ultraheli võnkesüsteem, räägime kogu seadmest kui tervikust.

Multifunktsionaalsetes ultraheliseadmetes tehnoloogilisel eesmärgil kasutatav võnkesüsteem peab vastama mitmetele üldnõuetele.

1) töötada etteantud sagedusvahemikus;

2) Töötage igal võimalikul ajal tehnoloogiline protsess koormuse muutused;

3) tagada vajalik kiirgusintensiivsus või vibratsiooni amplituud;

4) omama võimalikult suurt efektiivsust;

5) Ultraheli võnkesüsteemi töödeldud ainetega kokkupuutuvatel osadel peab olema kavitatsiooni- ja kemikaalikindlus;

6) olema jäik kinnitus korpuses;

7) peavad olema minimaalsed mõõtmed ja kaal;

8) Ohutusnõuded peavad olema täidetud.

Joonisel 2 kujutatud ultraheli vibratsioonisüsteem on kahe poollaine vibratsioonisüsteem. Selles on muunduri resonantsi suurus, mis on võrdne poolega muunduri materjalis oleva ultraheli vibratsiooni lainepikkusest. Võnkumiste amplituudi suurendamiseks ja anduri sobitamiseks töödeldava keskkonnaga kasutatakse kontsentraatorit, mille resonantsi suurus vastab poolele kontsentraatori materjali ultrahelivõnkumiste lainepikkusest.

Kui joonisel 2 kujutatud võnkesüsteem on valmistatud terasest (ultrahelivõnke levimiskiirus terases on üle 5000 m/s), siis vastab selle kogu pikisuurus L = C2p/w ~ 23 cm.

Kõrge kompaktsuse ja väikese kaalu nõuete täitmiseks kasutatakse poollaine võnkesüsteeme, mis koosnevad veerandlaine muundurist ja kontsentraatorist. Selline võnkesüsteem on skemaatiliselt kujutatud joonisel 3. Võnkesüsteemi elementide tähistused vastavad joonisel 3 toodud tähistustele.

Joonis 3 – Kaheveerandlaineline võnkesüsteem

Sel juhul on võimalik tagada ultrahelivõnkesüsteemi minimaalne võimalik pikisuunaline suurus ja mass, samuti vähendada mehaaniliste ühenduste arvu.

Sellise võnkesüsteemi puuduseks on muunduri ühendamine kontsentraatoriga suurima mehaanilise pinge tasapinnal. Seda puudust saab aga osaliselt kõrvaldada, nihutades muunduri aktiivset elementi maksimaalse efektiivse pinge kohast.

Ultraheli seadmete rakendamine

Võimas ultraheli on ainulaadne keskkonnasõbralik vahend füüsiliste ja keemiliste protsesside stimuleerimiseks. Ultraheli vibratsioonid sagedusega 20 000 - 60 000 Hertsi ja intensiivsusega üle 0,1 W/sq.cm. võib põhjustada pöördumatuid muutusi turustuskeskkonnas. See määrab võimalused ette praktiline kasutamine võimas ultraheli järgmistes piirkondades.

Tehnoloogilised protsessid: mineraalsete toorainete töötlemine, metallimaakide rikastamine ja hüdrometallurgia protsessid jne.

Nafta- ja gaasitööstus: taastumine naftakaevud, viskoosse õli ekstraheerimine, eraldusprotsessid liiva-raskeõli süsteemis, raskete naftatoodete voolavuse suurendamine jne.

Metallurgia ja masinaehitus: metallisulamite rafineerimine, valuploki/valu struktuuri lihvimine, metallpinna töötlemine selle tugevdamiseks ja sisepingete leevendamiseks, masinaosade välispindade ja siseõõnsuste puhastamine jne.

Keemilised ja biokeemilised tehnoloogiad: ekstraheerimise, sorptsiooni, filtreerimise, kuivatamise, emulgeerimise, suspensioonide saamise, segamise, dispergeerimise, lahustamise, flotatsiooni, degaseerimise, aurustamise, koagulatsiooni, koalestsentsi, polümerisatsiooni ja depolümerisatsiooni protsessid, nanomaterjalide saamine jne.

Energia: vedeliku põlemine ja tahke kütus, kütuseemulsioonide valmistamine, biokütuse tootmine jne.

Põllumajandus, toiduaine- ja kergetööstus: seemnete idanemise ja taimede kasvu protsessid, toiduvalmistamine toidulisandid, kondiitritoodete tehnoloogia, alkohoolsete ja mittealkohoolsete jookide valmistamine jne.

Kommunaalteenused: kaevu vee taastamine, ettevalmistus joogivesi, eemaldades siseseintelt sademeid soojusvahetid jne.

Keskkonnakaitse: naftatoodete, raskmetallide, püsivate orgaaniliste ühenditega saastunud reovee puhastamine, saastunud pinnase puhastamine, tööstuslike gaasivoogude puhastamine jne.

Sekundaarsete toorainete töötlemine: kummi devulkaniseerimine, metallurgilise katlakivi puhastamine õlisaasteainetest jne.

Keskmes seda meetodit töötlemine on mehaaniline mõju materjalile. Seda nimetatakse ultraheliks, kuna löökide sagedus vastab kuuldamatute helide vahemikule (f = 6-10 5 kHz).

Helilained on mehaanilised elastsed vibratsioonid, mis võivad levida ainult elastses keskkonnas.

Kui helilaine levib elastses keskkonnas, tekitavad materjaliosakesed oma asukoha ümber elastseid võnkumisi kiirusega, mida nimetatakse võnkuvaks.

Söötme kondenseerumist ja harvenemist pikilaines iseloomustab liigne, nn helirõhk.

Helilaine levimise kiirus sõltub keskkonna tihedusest, milles see liigub. Materiaalses keskkonnas levides kannab helilaine endas energiat, mida saab kasutada tehnoloogilistes protsessides.

Ultraheliravi eelised:

Akustilise energia saamise võimalus erinevate tehniliste meetodite abil;

Lai valik ultrahelirakendusi (alates mõõtmete töötlemisest kuni keevitamise, jootmiseni jne);

Automatiseerimise ja töö lihtsus;

Puudused:

Kõrgenenud akustilise energia hind võrreldes teiste energialiikidega;

Ultraheli vibratsioonigeneraatorite valmistamise vajadus;

Spetsiaalsete omaduste ja kujuga spetsiaalsete tööriistade valmistamise vajadus.

Ultraheli vibratsiooniga kaasnevad mitmed efektid, mida saab kasutada erinevate protsesside arendamise aluseks:

Kavitatsioon ehk mullide teke vedelikus ja nende lõhkemine.

Sel juhul tekivad suured lokaalsed momentrõhud, mis ulatuvad 10 8 N/m2;

Ultraheli vibratsioonide neeldumine aine poolt, mille käigus osa energiast muundatakse soojuseks ja osa kulub aine struktuuri muutmisele.

Neid efekte kasutatakse:

Erineva massiga molekulide ja osakeste eraldamine heterogeensetes suspensioonides;

Osakeste koagulatsioon (suurenemine);

Aine dispergeerimine (purustamine) ja teistega segamine;

Vedelike või sulade degaseerimine hõljuvate mullide tekke tõttu suured suurused.

1.1. Ultrahelipaigaldiste elemendid

Iga ultraheli paigaldus (USU) sisaldab kolme põhielementi:

Ultraheli vibratsiooni allikas;

Akustiline kiirustrafo (jaotur);

Kinnitusdetailid.

Ultraheli vibratsiooni (UV) allikad võivad olla kahte tüüpi - mehaanilised ja elektrilised.

Mehaaniline muundur mehaaniline energia, näiteks vedeliku või gaasi liikumiskiirus. Nende hulka kuuluvad ultrahelisireenid või viled.

Ultraheli testimise elektrilised allikad elektrienergia vastava sagedusega mehaanilisteks elastseteks vibratsioonideks. Andurid on elektrodünaamilised, magnetostriktiivsed ja piesoelektrilised.

Kõige laialdasemalt kasutatavad on magnetostriktiivsed ja piesoelektrilised muundurid.

Magnetostriktiivsete muundurite tööpõhimõte põhineb pikisuunalisel magnetostriktiivsel efektil, mis väljendub ferromagnetilistest materjalidest valmistatud metallkeha pikkuse muutumises (ilma nende mahtu muutmata) magnetväli.

Magnetostriktiivne efekt on erinevate materjalide puhul erinev. Niklil ja permenduril (raua ja koobalti sulam) on kõrge magnetostriktsioon.

Magnetostriktiivse muunduri pakett on õhukestest plaatidest valmistatud südamik, millele asetatakse mähis, et ergutada selles vahelduvat kõrgsageduslikku elektromagnetvälja.

Piesoelektriliste muundurite tööpõhimõte põhineb mõnede ainete võimel muuta oma geomeetrilisi mõõtmeid (paksust ja mahtu) elektriväljas. Piesoelektriline efekt on pöörduv. Kui piesomaterjali plaat allutatakse surve- või tõmbedeformatsioonile, tekivad selle servadele elektrilaengud. Kui muutujasse asetatakse piesoelektriline element elektriväli, siis see deformeerub, põnev sisse keskkond ultraheli vibratsioonid. Piesoelektrilisest materjalist võnkuv plaat on elektromehaaniline muundur.

Laialdaselt kasutatakse piesoelemente, mis põhinevad baariumtitaanil ja pliitsirkonaat-titaanil.

Akustilistel kiirustrafodel (pikisuunaliste elastsete vibratsioonide kontsentraatorid) võivad olla erineva kujuga(joonis 1.1).

Riis. 1.1. Rummu kujundid

Nende eesmärk on sobitada anduri parameetreid koormusega, kinnitada võnkesüsteemi ja viia töödeldava materjali piirkonda ultraheli vibratsioon. Need seadmed on mitmesuguste sektsioonidega vardad, mis on valmistatud materjalidest, millel on korrosiooni- ja kavitatsioonikindlus, kuumakindlus ja vastupidavus agressiivsele keskkonnale.

1.2. Tehnoloogiline kasutamine ultraheli vibratsioonid

Tööstuses kasutatakse ultraheli kolmes põhivaldkonnas: jõud materjalile, protsesside intensiivistamine ja ultraheli juhtimine.

Jõud materjalile

Seda taotletakse mehaaniline töötlemine kõvad ja ülikõvad sulamid, stabiilsete emulsioonide saamine jne.

Kõige sagedamini kasutatakse kahte tüüpi ultrahelitöötlust iseloomulike sagedustega 16–30 kHz:

Mõõtmetöötlus masinatel, kasutades tööriistu;

Puhastamine vannides vedela keskkonnaga.

Ultraheli masina peamiseks töömehhanismiks on akustiline seade (joon. 1.2). See on ette nähtud töötööriista võnkuvale liikumisele seadmiseks. Akustiline seade saab toite elektrilisest võnkegeneraatorist (tavaliselt torust), millega on ühendatud mähis 2.

Akustilise üksuse põhielement on magnetostriktiivne (või piesoelektriline) elektrivibratsiooni energia muundur mehaaniliste elastsete vibratsioonide energiaks - vibraator 1.

Riis. 1.2. Ultraheli paigaldamise akustiline seade

Ultrahelisagedusega vaheldumisi mähise magnetvälja suunas pikenev ja lühenev vibraatori vibratsioone võimendab vibraatori otsa kinnitatud kontsentraator 4.

Rummu külge kinnitatakse terastööriist 5 nii, et selle otsa ja tooriku 6 vahele jääb tühimik.

Vibraator asetatakse eboniidist korpusesse 3, millesse juhitakse jooksev jahutusvesi.

Tööriistal peab olema etteantud auguosa kuju. Pisikeste abrasiivpulbri teradega vedelik juhitakse düüsist 7 tööriista otsa ja tooriku pinna vahele.

Tööriista võnkuvast otsast omandavad abrasiivsed terad suure kiiruse, tabavad detaili pinda ja löövad sellelt välja väikseimad laastud.

Kuigi iga löögi tootlikkus on tühine, on paigaldise tootlikkus suhteliselt kõrge, mis on tingitud tööriista kõrgest vibratsioonisagedusest (16–30 kHz) ja suurest suurest kiirendusest üheaegselt liikuvast abrasiiviterade arvust.

Kui materjali kihid eemaldatakse, automaatne söötmine tööriist.

Abrasiivvedelik suunatakse surve all töötlemistsooni ja peseb ära töötlemisjäätmed.

Ultrahelitehnoloogia abil saate teha selliseid toiminguid nagu augustamine, meiseldamine, puurimine, lõikamine, lihvimine ja muud.

Ultrahelivanne (joonis 1.3) kasutatakse metallosade pindade puhastamiseks korrosiooniproduktidest, oksiidkiledest, mineraalõlid ja jne.

Ultrahelivanni töö põhineb kohalike hüdrauliliste löökide mõju kasutamisel, mis tekivad vedelikus ultraheli mõjul.

Sellise vanni tööpõhimõte on järgmine: toorik (1) sukeldatakse vedela pesuvahendiga (2) täidetud paaki (4). Ultraheli vibratsiooni emitter on membraan (5), mis on liimikompositsiooni (8) abil ühendatud magnetostriktiivse vibraatoriga (6). Vann on paigaldatud alusele (7). Ultraheli vibratsioonilained (3) levivad sisse tööala kus töötlemine toimub.

Riis. 1.3. Ultraheli vann

Ultrahelipuhastus on kõige tõhusam saasteainete eemaldamisel raskesti ligipääsetavatest õõnsustest, süvenditest ja väikestest kanalitest. Lisaks võimaldab see meetod saada stabiilseid vedelike emulsioone, mis tavapärastel meetoditel ei segune, nagu vesi ja õli, elavhõbe ja vesi, benseen ja teised.

Ultraheliseadmed on suhteliselt kallid, mistõttu on väikesemõõtmeliste detailide ultrahelipuhastust majanduslikult otstarbekas kasutada ainult masstootmise tingimustes.

Tehnoloogiliste protsesside intensiivistamine

Ultraheli vibratsioon muudab oluliselt mõne keemilise protsessi kulgu. Näiteks polümerisatsioon teatud helitugevuse juures on intensiivsem. Kui heli intensiivsus väheneb, on võimalik vastupidine protsess - depolümerisatsioon. Seetõttu kasutatakse seda omadust polümerisatsioonireaktsiooni juhtimiseks. Ultraheli vibratsiooni sagedust ja intensiivsust muutes on võimalik saavutada vajalik reaktsioonikiirus.

Metallurgias põhjustab ultraheli sagedusega elastsete vibratsioonide sisseviimine sulatitesse kristallide märkimisväärset täiustamist ja kristalliseerumise ajal kogunemise kiirenemist, poorsuse vähenemist, tahkunud sulamite mehaaniliste omaduste suurenemist ja sulandite mehaaniliste omaduste vähenemist. gaasisisaldus metallides.

Ultraheli protsessi juhtimine

Ultraheli vibratsiooni abil on võimalik pidevalt jälgida tehnoloogilise protsessi kulgu ilma proovide laboratoorse analüüsita. Sel eesmärgil helilaine parameetrite sõltuvust füüsikalised omadused keskkonda ja seejärel nende parameetrite muutuste põhjal pärast keskkonda mõjutamist hinnata selle olekut piisava täpsusega. Reeglina kasutatakse madala intensiivsusega ultraheli vibratsioone.

Helilaine energiat muutes saate kompositsiooni juhtida erinevad segud, mis ei ole keemilised ühendid. Heli kiirus sellises keskkonnas ei muutu ja heljumi lisandite olemasolu mõjutab helienergia neeldumistegurit. See võimaldab määrata lisandite protsenti algses aines.

Helilainete peegeldumise teel meediumite vahelisel liidesel (ultrahelikiirega "ülekanne") on võimalik kindlaks teha lisandite olemasolu monoliidis ja luua ultraheli diagnostikaseadmeid.

Järeldused: ultraheli on elastsed lained võnkesagedusega 20 kHz kuni 1 GHz, mis on inimkõrvale kuulmatud. Ultraheliseadmeid kasutatakse kõrgsageduslike akustiliste vibratsioonide tõttu materjalide töötlemiseks laialdaselt.

Lihtsaima ultraheli seadistuse abil saate näidata ultraheli levimist erinevates keskkondades, ultraheli peegeldumist ja murdumist kahe keskkonna piiril, ultraheli neeldumist erinevaid aineid. Lisaks on võimalik demonstreerida õliemulsioonide tootmist, saastunud osade puhastamist, ultrahelikeevitust, ultrahelivedeliku purskkaevu ja ultrahelivibratsiooni bioloogilist mõju.

Sellise installatsiooni tootmist saavad koolide töökodades läbi viia keskkooliõpilased.

Ultraheliga tehtud katsete demonstreerimiseks mõeldud seadistus koosneb elektroonilisest generaatorist (joonis 1), elektrivibratsiooni ultrahelivibratsiooniks muutvast kvartsmuundurist ja läätse anumast (joonis 2) ultraheli fokuseerimiseks. Toiteallikas on ainult toitetrafo Tr1, kuna generaatorilampide anoodahelad saavad otse toite vahelduvvoolu(ilma alaldita). See lihtsustus ei mõjuta negatiivselt seadme tööd ja samal ajal lihtsustab oluliselt selle vooluringi ja disaini.

Elektrooniline generaator on valmistatud push-pull ahela järgi, kasutades kahte trioodahelasse ühendatud 6TK lampi (lampide ekraanivõred on ühendatud anoodidega). Lampide anoodahelates on lülitus L1C2, mis määrab tekkivate võnkumiste sageduse ja võrguahelad tagasisidemähisega L2. Katoodiahelad sisaldavad väikest takistust R1, mis määrab suuresti lampide töörežiimi.

Joonis 1. Generaatori skeem

Kõrgsageduslik signaal antakse kvartsresonaatorile läbi isolatsioonikondensaatorite C4 ja C5. Kvarts asetatakse hermeetiliselt suletud kvartsihoidikusse (joonis 2) ja ühendatakse generaatoriga 1 m pikkuste juhtmetega.

Riis. 2. Objektiivi anum ja kvartsihoidja

Ahel sisaldab lisaks vaadeldavatele osadele ka kondensaatoreid C1 ja C3 ning induktiivpoolit Dr1, mille kaudu antakse anoodipinge lampide anoodidele. See induktiivpool takistab kõrgsagedusliku signaali lühistamist läbi kondensaatori C1 ja toitetrafo pöörde-pöörde mahtuvuse.

Generaatori peamised omatehtud osad on mähised L1 ja L2, mis on valmistatud lamedate spiraalide kujul. Nende valmistamiseks peate välja lõikama puidust malli. 25 cm laiusest lauast lõigatakse välja kaks ruutu, mis toimivad põskede šabloonina. Iga põse keskele tuleks teha augud 10-15 mm läbimõõduga metallvarda jaoks ja ühte põske 3 mm laiune auk või soon mähise väljundi kinnitamiseks. Metallvardale lõigatakse mõlemast otsast niit ja põsed asetatakse kahe mutri vahele mähitud traadi läbimõõduga võrdsel kaugusel. Siinkohal võib malli valmistamise lugeda lõpetatuks ja alustada mähiste kerimist.

Metallvarras kinnitatakse ühest otsast kruustangisse, esimene (sisemine) traadi pööre asetatakse põskede vahele, misjärel keeratakse mutrid kinni ja kerimine jätkub. Mähisel L1 on 16 pööret ja mähisel L2 on 12 pööret vasktraat läbimõõduga 3 mm. Rullid L1 ja L2 valmistatakse eraldi, seejärel asetatakse üksteise kohale tekstoliidist või plastikust risttalale (joonis 3). Rullidele suurema tugevuse andmiseks lõigatakse ristsae või viiliga välja süvendid. Mähiste kinnitamiseks tuleb üks neist vajutada ülalt teise ristiga (ilma süvenditeta) ja teine ​​asetada otse orgaanilisest klaasist, getinaksist või plastist valmistatud plaadile, mis on paigaldatud generaatori metallšassiile.

Riis. 3

Kõrgsageduslik drossel on keritud PELSHO-0,25 mm traadi abil keraamilisele või plastraamile läbimõõduga 30 mm. Kerimine toimub lahtiselt 100 pöörde kaupa. Kokku on drossel 300-500 pööret. Selles disainis on kasutatud omatehtud jõutrafot, mis on valmistatud Sh-33 plaatidest valmistatud südamikust, komplekti paksus on 33 mm. Võrgumähis sisaldab 544 pööret PEL-0,45 traati. Võrgumähis on ette nähtud ühendamiseks 127 V pingega võrku. 220 V pingega võrgu kasutamise korral peab mähis I sisaldama 944 pööret PEL-0,35 traati. Astmemähisel on 2980 keerdu PEL-0,14 traati ja lampide hõõgmähisel 30 keerdu PEL-1,0 traati. Seda trafot saab asendada jõutrafo kaubamärk ELS-2, kasutades ainult võrgumähist, lampide hõõgniidi mähist ja astmelist mähist täielikult või mis tahes jõutrafot, mille võimsus on vähemalt 70 VA ja astmeline mähis, mis annab koormusel 470 V 6TK lampide anoodidel.

Kvartsist hoidik on valmistatud pronksist vastavalt joonisel fig. 4. Korpusesse puuritakse 3 mm läbimõõduga puuriga L-kujuline auk traadi l väljalaskmiseks. Korpusesse sisestatakse kummirõngas e, mis on mõeldud kvartsi pehmendamiseks ja isoleerimiseks. Sõrmust saab lõigata tavalisest pliiatsi kustutuskummist. Kontaktrõngas b on lõigatud 0,2 mm paksusest messingfooliumist. Sellel rõngal on kroonleht traadi jootmiseks. Mõlemad juhtmed l ja i peavad olema hea isolatsiooniga. Traat on joodetud tugiääriku O külge. Juhtmeid ei soovita kokku keerata.

Joonis 4. Kvartsist hoidik

Objektiivi anum koosneb silindrist e ja ultraheliläätsest b (joonis 5). Silinder on painutatud 3 mm paksusest orgaanilisest klaasist plaadist ümarale puidust šabloonile läbimõõduga 19 mm.

Joonis 5. Objektiivi anum

Plaati kuumutatakse leegi kohal pehmenemiseni, painutatakse malli järgi ja liimitakse äädikaessentsiga. Liimitud silinder seotakse niitidega ja jäetakse kaheks tunniks kuivama. Pärast seda liivapaber Joondage silindri otsad ja eemaldage keermed. Ultraheliläätse b valmistamiseks peate valmistama kuullaagrist 18-22 mm läbimõõduga teraskuulist spetsiaalse seadme (joonis 6). Palli tuleks lõõmutada, kuumutades seda punase kuumusega ja aeglaselt jahutades. Pärast seda puuritakse kuuli 6 mm läbimõõduga auk ja lõigatakse sisekeere. Selle kuuli kinnitamiseks puurmasina padrunisse tuleb vardast valmistada varras, mille ühes otsas on niit.

Joonis 6. Seade

Keeratud kuuliga varras kinnitatakse masina padrunisse, masin lülitatakse sisse keskmisel kiirusel ja palli surumisel 10 - 12 mm paksusesse orgaanilisest klaasist plaadile saadakse vajalik sfääriline süvend. Kui pall läheb sügavamale tema raadiusega võrdsele kaugusele, puurimismasin lülitage see välja ja ilma palli vajutamist lõpetamata jahutage see veega. Selle tulemusena saadakse orgaanilises klaasplaadis ultraheliläätse sfääriline süvend. Süvendiga plaadist lõigatakse rauasaega välja 36 mm küljega ruut, süvendi ümber moodustunud rõngakujuline eend tasandatakse peeneteralise liivapaberiga ja plaat lihvitakse altpoolt maha nii, et põhja jääks 0,2 mm paksud jäänused süvendi keskel. Seejärel lihvige liivapaberiga kriimustatud kohad läbipaistvaks ja treipink lõigake nurgad nii, et sfääriline süvend jääks plaadi keskele. Plaadi alumisele küljele on vaja teha 3 mm kõrgune ja 23,8 mm läbimõõduga eend, et tsentreerida läätse kvartshoidja külge.

Olles niisutanud silindri ühte otsast rikkalikult äädika essentsi või dikloroetaaniga, liimige see ultraheliläätse külge nii, et silindri kesktelg langeb kokku läätse keskpunkti läbiva teljega. Pärast kuivatamist puuritakse liimitud anumasse kolm auku trimmikruvide jaoks. Kõige parem on neid kruvisid pöörata spetsiaalse kruvikeerajaga, mis on valmistatud tavalisest 10–12 cm pikkusest ja 1,5–2 mm läbimõõduga traadist ning varustatud käepidemega isoleermaterjal. Pärast kindlaksmääratud osade valmistamist ja generaatori paigaldamist võite alustada seadme seadistamist, mis tavaliselt taandub L1C2 vooluahela seadistamisele resonantsi kvartsi loomuliku sagedusega. Kvartsplaati (joonis 4) tuleb pesta voolavas vees seebiga ja kuivatada. Ülemine kontaktrõngas b puhastatakse läikivaks. Asetage kvartsplaat ettevaatlikult kontaktrõnga peale ja pärast mõne tilga trafoõli tilgutamist plaadi servadele keerake kork nii, et see surub kvartsplaati. Ultraheli vibratsiooni näitamiseks täidetakse kaanel olevad süvendid a ja d trafoõli või petrooleumiga. Pärast toite sisselülitamist ja minutilist soojendamist keerake häälestusnuppu ja saavutage resonants kvartsplaadi generaatori võnkumiste vahel. Resonantsi hetkel täheldatakse kaane süvendisse valatud vedeliku maksimaalset paisumist. Pärast generaatori seadistamist võite alustada katsete demonstreerimist.

Generaatori disain.

Üks tõhusamaid demonstratsioone on vedeliku purskkaevu valmistamine ultraheli vibratsiooni mõjul. Vedeliku purskkaevu saamiseks peate asetama “läätse” anuma kvartsihoidja peale, et “läätse” anuma põhja ja kvartsplaadi vahele ei koguneks õhumulle. Seejärel tuleks läätseanumasse valada tavaline joogivesi ja minut pärast generaatori sisselülitamist ilmub veepinnale ultrahelipurskkaev. Purskkaevu kõrgust saab muuta reguleerimiskruvide abil, olles eelnevalt generaatorit kondensaatori C2 abil reguleerinud. Kogu süsteemi õige seadistuse korral saate 30-40 cm kõrguse purskkaevu (joonis 7).

Joonis 7. Ultraheli purskkaev.

Samaaegselt purskkaevu ilmumisega tekib veeudu, mis on kavitatsiooniprotsessi tulemus, millega kaasneb iseloomulik susisev heli. Kui "läätse" anumasse valatakse vee asemel trafoõli, suureneb purskkaevu kõrgus märgatavalt. Purskkaevu saab pidevalt jälgida, kuni vedeliku tase “läätse” anumas langeb 20 mm-ni. Purskkaevu pikemaks vaatlemiseks tuleks seda kaitsta klaastoruga B, mille siseseinu mööda saab purskav vedelik tagasi voolata.

Kui ultraheli vibratsioon mõjutab vedelikku, tekivad selles mikroskoopilised mullid (kavitatsiooni nähtus), millega kaasneb mullide moodustumise kohas rõhu märkimisväärne tõus. See nähtus viib aineosakeste või elusorganismide hävimiseni vedelikus. Kui asetate väikese kala või dafnia veega "läätsega anumasse", siis pärast 1-2-minutilist ultrahelikiirgust nad surevad. "Läätse" anuma projitseerimine veega ekraanile võimaldab järjepidevalt jälgida kõiki selle kogemuse protsesse suurel publikul (joonis 8).

Joonis 8. Ultraheli vibratsiooni bioloogiline mõju.

Kirjeldatud seadme abil saate demonstreerida ultraheli kasutamist puhastamiseks väikesed osad reostusest. Selleks asetage vedeliku purskkaevu alusele väike osa (kellaratas, metallitükk vms), mis on rikkalikult määritud määrdega. Purskkaev väheneb oluliselt ja võib üldse seiskuda, kuid saastunud osa puhastatakse järk-järgult. Tuleb märkida, et osade ultraheli puhastamine nõuab rohkem kasutamist võimsad generaatorid Seetõttu ei ole võimalik kogu saastunud osa lühikese aja jooksul puhastada ja peate piirduma vaid mõne hamba puhastamisega.

Kavitatsiooninähtust kasutades võib saada õliemulsiooni. Selleks valatakse “läätse” anumasse vesi ja peale lisatakse veidi trafoõli. Emulsiooni pritsimise vältimiseks peate läätseanuma koos sisuga katma klaasiga. Kui generaator sisse lülitada, tekib vee ja õli purskkaev. 1-2 minuti pärast. kiiritamisel moodustub läätseanumas stabiilne piimjas emulsioon.

On teada, et ultraheli vibratsioonide levimist vees saab nähtavaks teha ja ultraheli mõningaid omadusi saab selgelt näidata. Selleks on vaja läbipaistva ja tasase põhjaga ning võimalikult suurt vanni, mille külgede kõrgus on vähemalt 5-6 cm Vann asetatakse näidislauas oleva augu kohale, nii et kogu läbipaistvat põhja saab altpoolt valgustada. Valgustuseks on hea kasutada punktvalgusallikana kuuevoldist autopirni, et projitseerida uuritavad protsessid auditooriumi lakke (joonis 9).

Joonis 9. Ultrahelilainete murdumine ja peegeldumine.

Võite kasutada ka tavalist väikese võimsusega lambipirni. Vanni valatakse vett nii, et kvartsihoidikus olev kvartsplaat on vertikaalselt asetatuna sellesse täielikult sukeldatud. Pärast seda saate generaatori sisse lülitada ja kvartsihoidjat vertikaalsest kaldasendist liigutades jälgida ultrahelikiire levikut auditooriumi lae projektsioonis. Sel juhul saab kvartshoidjat hoida sellega ühendatud juhtmetest l ja c või kinnitada see spetsiaalsesse hoidikusse, mille abil saab sujuvalt muuta ultrahelikiire langemisnurki. vertikaalsed ja horisontaalsed tasapinnad. Ultraheli kiirt vaadeldakse valgustäppide kujul, mis paiknevad piki ultraheli vibratsiooni levikut vees. Asetades ultrahelikiire teele mis tahes takistuse, saab jälgida kiire peegeldumist ja murdumist.

Kirjeldatud paigaldus võimaldab läbi viia muid katseid, mille iseloom sõltub õpitavast programmist ja klassiruumi varustusest. Generaatori koormusena võite lisada baariumtitanaatplaate ja üldiselt kõiki plaate, millel on piesoelektriline efekt sagedustel 0,5 MHz kuni 4,5 MHz. Kui on olemas plaadid muude sageduste jaoks, on vaja muuta induktiivpoolide pöörete arvu (suurendada sagedustel alla 0,5 MHz ja vähendada sagedustel üle 4,5 MHz). Võnkuahela ja tagasisidemähise teisendamisel sagedusele 15 kHz saate kvartsi asemel sisse lülitada mis tahes magnetostriktiivse muunduri, mille võimsus ei ületa 60 VA