Ultrazvučna instalacija. Laboratorijska ultrazvučna instalacija. Primjena ultrazvučnih uređaja

Ultrazvučna instalacija za fino mljevenje materijala u vodenoj sredini pod utjecajem ultrazvučnog vala tijekom procesa kavitacije.

Ultrazvučna instalacija namijenjena je za raspršivanje materijala različitog stupnja tvrdoće u tekućem mediju do nanoveličine, homogenizaciju, pasterizaciju, emulzifikaciju, pojačavanje električne kemijski procesi, aktivacija itd.

Opis:

Ultrazvučna instalacija “Hammer” namijenjena je za dispergiranje materijala različitog stupnja tvrdoće u tekućem mediju do nanoveličine, homogenizaciju, pasterizaciju, emulzifikaciju, intenziviranje elektrokemijskih procesa, aktivaciju itd. Ultrazvučna jedinica se koristi kao disperzant (mlinac), homogenizator, emulgator, pasterizator, itd.

Je ultrazvučna kavitacija montaža vrsta protoka. Glavni detalji i unutarnja obloga reaktori su izrađeni od materijala otpornog na kavitaciju.

zahvaljujući značajke dizajna i jedinstvenost generator ultrazvučnim vibracijama, osiguran je istovremeni ultrazvučni udar u unutarnju radnu zonu kavitacijske komore svih piezoelemenata. Pod tim uvjetima, sila udarca postaje dovoljna da razbije čak i najtvrđe materijale do razine nanomjere. minerali, kao što je kvarcni pijesak, barit itd. Za mekše tvari i organske materijale (kao što je dijatomejska zemlja, piljevina itd.) mijenja se snaga instalacije.

Moguć je individualni proračun i izrada ultrazvučne instalacije ovisno o zahtjevima za konačni rezultat. Za svaku pojedinačnu proizvodnju moguć je dodatni obračun prema tehnološke karakteristike integracija instalacije u postojeću proizvodnu liniju.

Dijagram instalacije:

Prednosti:

- odsutnost mehanički proces jedinice i dijelovi za brušenje, trljanje,

– Ultrazvučna jedinica je jednostavna za instaliranje i rukovanje,

– ultrazvučna instalacija omogućuje mljevenje materijala u tekućem mediju do veličina usporedivih s veličinom molekula (~10 nm),

– omogućuje mljevenje materijala s produktivnošću do 3 m 3 fino raspršene smjese na sat,

– smanjena cijena linija za proizvodnju građevinskog materijala(eliminiraju se troškovi opskrbe plinom, smanjuju se troškovi potrošnje energije, smanjuju se troškovi popravka i održavanja),

– smanjena je duljina proizvodne linije i potrebna površina,

– ubrzan je tehnološki proces,

– Izgaranje dijela proizvoda je isključeno,

– povećan je stupanj protupožarne sigurnosti objekta,

– sigurnost (potpuna odsutnost prašine, štetnih tvari),

– smanjen je broj servisnog osoblja,

– Pouzdanost elementa za mljevenje povećana je zbog odsutnosti pokretnih i trljajućih dijelova i mehanizama.

Primjena:

– mljevenje materijala za proizvodnju dispergiranih u vodi materijali za boje i lakove,

– priprema žitarica, piljevine u alkoholnoj industriji,

– pasterizacija mlijeka,

– izvlačenje ljekovito bilje,

– visokoproduktivna bezotpadna proizvodnja sokova, pirea, džemova,

– dezinfekcija i pročišćavanje otpadnih voda,

– prerada ptičjeg izmeta i gnoja,

– proizvodnja baritnih tekućina za bušenje,

– primanje otopine za injektiranje,

– zbrinjavanje radijacijskog otpada,

– ekstrakcija vanadija iz južne ruske nafte,

– priprema gline u proizvodnja keramike,

– proizvodnja betona s dodatkom barita,

– primanje premazi koji usporavaju vatru s dodatkom barita,

– proizvodnja autošampona na bazi titanijev dioksid,

– izrada keramičkih spojeva za abrazivne alate,

– proizvodnja rashladnih tekućina za motore na bazi parafina.

Tehnički podaci:

Glavne karakteristike postrojenja za obradu materijala (na primjeru mikromramornog kalcita):

Napomena: opis tehnologije na primjeru ultrazvučne instalacije za mljevenje materijala "Molot".

automatizirana ultrazvučna instalacija
proizvodnja bez otpada u Rusiji
posao proizvodnje bez otpada
proizvodni ciklus bez otpada
vrste brušenja materijala
vrste mljevenja reoloških materijala
ugljen-voda gorivo
disperzija materijala
dodavanjem barita
ekstrakcija vanadija
mljevenje materijala
mljevenje reoloških materijala
mljevenje rasutih materijala
brušenje tvrdih materijala
kavitacijska jedinica
oprema za kavitaciju
kupiti opremu za kavitaciju
metoda kavitacije
stroj za drobljenje materijala
metode mljevenja materijala
metode mljevenja čvrstih materijala
metode pasterizacije mlijeka
oprema za mljevenje materijala
oprema za mljevenje čvrstih materijala
Oprema za preradu peradi
osnovna obrada i dezinfekcija pročišćavanja otpadnih voda
pročišćavanje i dezinfekcija otpadnih voda
pročišćavanje dizelskog goriva
pasterizacija i normalizacija mlijeka
obrada peradi i stajnjaka
priprema žitarica za preradu
priprema žitarica za skladištenje
princip rada ultrazvučne jedinice
proizvodnja keramičkih veza
postupci mljevenja čvrstih materijala
smanjenje troškova energije za mljevenje materijala
suvremene tehnologije proizvodnje bez otpada
metode mljevenja materijala
tehnologija ekološki prihvatljive proizvodnje bez otpada
fino mljevenje materijala
ultrazvučna kavitacijska jedinica
ultrazvučna pasterizacija mlijekačekić
ultrazvučna disperzija praškastih materijala
ultrazvučne instalacije i njihove primjeneakcijskiprincip rada primjene
ultrazvučna instalacija za fino mljevenje materijala za predsterilizacijsko čišćenje mlaznica medicinski instrumenti dijelovi za obradu mjerača protoka VPU TsSM predsterilizacija kontrola zavarivanje cijena kupiti stomatološki ginekološki ispiranje skener krug val senzor uzu pranje skaler operator

Faktor potražnje 928

Ankete

Treba li našoj zemlji industrijalizacija?

• Da, treba nam (90%, 2.486 glasova)
• Ne, nije potrebno (6%, 178 glasova)
• Ne znam (4%, 77 glasova)

Tražite tehnologije

Ultrazvučne instalacije dizajnirane za obradu različitih dijelova sa snažnim ultrazvučnim akustičnim poljem u tekućem okruženju. Jedinice UZU4-1.6/0 i UZU4M-1.6/0 omogućuju rješavanje problema finog čišćenja filtara sustava goriva i hidrauličkog ulja od naslaga ugljika, katranastih tvari, proizvoda koksiranja nafte itd. Očišćeni filtri zapravo dobivaju drugi život. Štoviše, mogu se više puta podvrgnuti ultrazvučnom tretmanu. Dostupne su i instalacije mala snaga UZSU serija za čišćenje i ultrazvučnu površinsku obradu raznih dijelova. Ultrazvučni procesi čišćenja neophodni su u elektronici, industriji instrumenata, zrakoplovstvu, raketnoj i svemirskoj tehnologiji i svugdje gdje su potrebne visokotehnološke čiste tehnologije.

Instalacije UZU 4-1.6-0 i UZU 4M-1.6-0

Ultrazvučno čišćenje raznih filtera zrakoplov od smolastih tvari i proizvoda koksiranja.

Sastav bilo kojeg ultrazvučnog tehnološke instalacije, uključujući višenamjenske uređaje koji uključuju izvor energije (generator) i ultrazvučni oscilatorni sustav.

Ultrazvučni oscilatorni sustav za tehnološke potrebe sastoji se od pretvornika, elementa za prilagođivanje i radnog alata (emitera).

U pretvaraču (aktivnom elementu) oscilatornog sustava energija električnih titraja pretvara se u energiju elastičnih titraja ultrazvučne frekvencije i stvara se izmjenična mehanička sila.

Prilagodni element sustava (pasivni koncentrator) provodi transformaciju brzina i osigurava koordinaciju vanjskog i unutarnjeg opterećenja. aktivni element.

Radni alat stvara ultrazvučno polje u predmetu koji se obrađuje ili izravno utječe na njega.

Najvažnija karakteristika ultrazvučnih oscilatornih sustava je rezonantna frekvencija. To je zbog činjenice da je učinkovitost tehnoloških procesa određena amplitudom oscilacija (vrijednostima oscilatornih pomaka), a maksimalne vrijednosti amplitude postižu se kada se ultrazvučni oscilatorni sustav pobuđuje na rezonantnoj frekvenciji. Vrijednosti rezonantne frekvencije ultrazvučnih oscilatornih sustava moraju biti unutar dopuštenih raspona (za višenamjenske ultrazvučne uređaje to je frekvencija od 22 ± 1,65 kHz).

Omjer energije akumulirane u ultrazvučnom oscilatornom sustavu i energije koja se koristi za tehnološki učinak za svaki oscilacijski period naziva se faktor kvalitete oscilatornog sustava. Faktor kvalitete određuje najveću amplitudu oscilacija na rezonantnoj frekvenciji i prirodu ovisnosti amplitude oscilacija o frekvenciji (tj. širinu frekvencijskog područja).

Izgled Tipični ultrazvučni oscilatorni sustav prikazan je na slici 2. Sastoji se od pretvarača - 1, transformatora (koncentratora) - 2, radnog alata - 3, nosača - 4 i kućišta - 5.

Slika 2 - Dvopolvalni oscilatorni sustav i raspodjela amplituda vibracija A i efektivnih mehaničkih naprezanja F

Raspodjela amplitude titranja A i sila (mehaničkih naprezanja) F u oscilatornom sustavu ima oblik stojnih valova (pod uvjetom da se zanemare gubici i zračenje).

Kao što se može vidjeti sa slike 2, postoje ravnine u kojima su pomaci i mehanička naprezanja uvijek jednaki nuli. Ove ravnine se nazivaju nodalne ravnine. Ravnine u kojima su pomaci i naprezanja minimalni nazivaju se antinodi. Maksimalne vrijednosti pomaka (amplitude) uvijek odgovaraju minimalne vrijednosti mehanička naprezanja i obrnuto. Udaljenosti između dviju susjednih nodalnih ravnina ili antinoda uvijek su jednake polovici valne duljine.

Oscilatorni sustav uvijek ima veze koje osiguravaju zvučnu i mehaničku povezanost njegovih elemenata. Priključci mogu biti stalni, ali ako je potrebno promijeniti radni alat, priključci se izvode navojnim.

Ultrazvučni oscilatorni sustav, zajedno s kućištem, uređajima za napajanje i ventilacijskim otvorima, obično se izvodi u obliku zasebne jedinice. Ubuduće ćemo pod pojmom ultrazvučni oscilatorni sustav govoriti o cijeloj jedinici kao cjelini.

Oscilirajući sustav koji se koristi u višenamjenskim ultrazvučnim uređajima za tehnološke potrebe mora zadovoljiti niz općih zahtjeva.

1) rade u zadanom frekvencijskom rasponu;

2) Radite u svakom mogućem trenutku tehnološki proces promjene opterećenja;

3) Osigurati potreban intenzitet zračenja ili amplitudu vibracija;

4) imaju najveću moguću učinkovitost;

5) Dijelovi ultrazvučnog oscilatornog sustava u kontaktu s obrađenim tvarima moraju imati kavitacijsku i kemijsku otpornost;

6) imaju kruti nosač u tijelu;

7) Mora imati minimalne dimenzije i težinu;

8) Sigurnosni zahtjevi moraju biti ispunjeni.

Ultrazvučni vibrirajući sustav prikazan na slici 2 je dvopolovalni vibrirajući sustav. U njemu pretvornik ima rezonantnu veličinu jednaku polovici valne duljine ultrazvučnih vibracija u materijalu pretvornika. Za povećanje amplitude oscilacija i usklađivanje pretvornika s medijem koji se obrađuje koristi se koncentrator koji ima rezonantnu veličinu koja odgovara polovici valne duljine ultrazvučnih oscilacija u materijalu koncentratora.

Ako je oscilatorni sustav prikazan na slici 2. izrađen od čelika (brzina širenja ultrazvučnih vibracija u čeliku je veća od 5000 m/s), tada njegova ukupna uzdužna veličina odgovara L = C2p/w ~ 23 cm.

Za ispunjavanje zahtjeva velike kompaktnosti i male težine koriste se poluvalni oscilatorni sustavi koji se sastoje od četvrtvalnog pretvarača i koncentratora. Takav oscilatorni sustav shematski je prikazan na slici 3. Oznake elemenata oscilatornog sustava odgovaraju oznakama na slici 3.

Slika 3 - Dvočetvrtvalni oscilatorni sustav

U ovom slučaju moguće je osigurati minimalnu moguću uzdužnu veličinu i masu ultrazvučnog oscilatornog sustava, kao i smanjiti broj mehaničkih veza.

Nedostatak ovakvog oscilatornog sustava je veza pretvarača s koncentratorom u ravnini najvećeg mehaničkog naprezanja. Međutim, ovaj se nedostatak može djelomično otkloniti pomicanjem aktivnog elementa pretvarača s točke maksimalnog efektivnog naprezanja.

Primjena ultrazvučnih uređaja

Snažan ultrazvuk jedinstveno je ekološki prihvatljivo sredstvo za poticanje fizičkih i kemijskih procesa. Ultrazvučne vibracije s frekvencijom od 20.000 - 60.000 Hertza i intenzitetom od preko 0,1 W/sq.cm. može uzrokovati nepovratne promjene u distribucijskom okruženju. To unaprijed određuje mogućnosti praktičnu upotrebu snažan ultrazvuk u sljedećim područjima.

Tehnološki procesi: prerada mineralnih sirovina, obogaćivanje i procesi hidrometalurgije metalnih ruda i dr.

Industrija nafte i plina: oporavak naftne bušotine, vađenje viskozne nafte, procesi separacije u sustavu pijesak-teška nafta, povećanje fluidnosti teških naftnih proizvoda itd.

Metalurgija i strojarstvo: pročišćavanje metalnih talina, brušenje strukture ingota/odljevka, obrada metalne površine radi ojačanja i rasterećenja unutarnjih naprezanja, čišćenje vanjskih površina i unutarnjih šupljina strojnih dijelova itd.

Kemijske i biokemijske tehnologije: procesi ekstrakcije, sorpcije, filtracije, sušenja, emulgiranja, dobivanja suspenzija, miješanja, dispergiranja, otapanja, flotacije, otplinjavanja, isparavanja, koagulacije, koalescencije, polimerizacijskih i depolimerizacijskih procesa, dobivanja nanomaterijala i dr.

Energija: izgaranje tekućine i kruto gorivo, priprema emulzija goriva, proizvodnja biogoriva itd.

Poljoprivreda, prehrambena i laka industrija: procesi klijanja sjemena i rasta biljaka, kuhanje dodaci hrani, slastičarska tehnologija, pripremanje alkoholnih i bezalkoholnih pića i dr.

Komunalije: sanacija vodocrpilišta, priprema vode za piće, uklanjanje naslaga s unutarnjih stijenki izmjenjivači topline itd.

Zaštita okoliša: pročišćavanje otpadnih voda onečišćenih naftnim derivatima, teškim metalima, postojanim organskim spojevima, pročišćavanje onečišćenih tla, pročišćavanje strujanja industrijskih plinova itd.

Prerada sekundarnih sirovina: devulkanizacija gume, čišćenje metalurškog kamenca od naftnih kontaminanata i dr.

U srži ovu metodu obrada je mehanički učinak na materijal. Naziva se ultrazvučnim jer frekvencija udara odgovara rasponu nečujnih zvukova (f = 6-10 5 kHz).

Zvučni valovi su mehaničke elastične vibracije koje se mogu širiti samo u elastičnom mediju.

Kada se zvučni val širi u elastičnom mediju, čestice materijala izvode elastične oscilacije oko svojih položaja brzinom koja se naziva oscilatorna.

Kondenzacija i razrijeđenost medija u longitudinalnom valu karakterizirana je prekomjernim, takozvanim zvučnim tlakom.

Brzina širenja zvučnog vala ovisi o gustoći medija u kojem se kreće. Kada se širi u materijalnom okruženju, zvučni val nosi energiju koja se može iskoristiti u tehnološkim procesima.

Prednosti ultrazvučnog tretmana:

Mogućnost dobivanja akustične energije različitim tehničkim metodama;

Širok raspon primjena ultrazvuka (od obrade dimenzija do zavarivanja, lemljenja itd.);

Jednostavnost automatizacije i rada;

Mane:

Povećani trošak akustične energije u usporedbi s drugim vrstama energije;

Potreba za proizvodnjom ultrazvučnih generatora vibracija;

Potreba za proizvodnjom specijalni alati s posebnim svojstvima i oblikom.

Ultrazvučne vibracije popraćene su brojnim efektima koji se mogu koristiti kao osnova za razvoj različitih procesa:

Kavitacija, tj. stvaranje mjehurića u tekućini i njihovo pucanje.

U tom slučaju nastaju veliki lokalni trenutni tlakovi koji dosežu 10 8 N/m2;

Apsorpcija ultrazvučnih vibracija tvari pri čemu se dio energije pretvara u toplinu, a dio troši na promjenu strukture tvari.

Ovi se učinci koriste za:

Razdvajanje molekula i čestica različitih masa u heterogenim suspenzijama;

Koagulacija (povećanje) čestica;

Raspršivanje (drobljenje) tvari i miješanje s drugima;

Otplinjavanje tekućina ili talina zbog stvaranja plutajućih mjehurića velike veličine.

1.1. Elementi ultrazvučnih instalacija

Svaka ultrazvučna instalacija (USU) uključuje tri glavna elementa:

Izvor ultrazvučnih vibracija;

Akustični transformator brzine (hub);

Detalji pričvršćivanja.

Izvori ultrazvučnih vibracija (UV) mogu biti dvije vrste - mehanički i električni.

Mehanički pretvarač mehanička energija, na primjer, brzina kretanja tekućine ili plina. To uključuje ultrazvučne sirene ili zviždaljke.

Električni izvori ultrazvučne ispitne transformacije električna energija u mehaničke elastične vibracije odgovarajuće frekvencije. Pretvarači su elektrodinamički, magnetostrikcijski i piezoelektrični.

Najviše se koriste magnetostrikcijski i piezoelektrični pretvornici.

Princip rada magnetostrikcijskih pretvarača temelji se na longitudinalnom magnetostrikcijskom efektu koji se očituje u promjeni duljine metalnog tijela izrađenog od feromagnetskih materijala (bez promjene volumena) pod utjecajem magnetsko polje.

Magnetostrikcijski učinak raznih materijala drugačiji. Nikal i permendur (legura željeza i kobalta) imaju visoku magnetostrikciju.

Paket magnetostrikcijskog pretvornika je jezgra izrađena od tankih ploča na koje je postavljen namot koji u njemu pobuđuje izmjenično elektromagnetsko polje visoka frekvencija.

Princip rada piezoelektričnih pretvarača temelji se na sposobnosti nekih tvari da mijenjaju svoje geometrijske dimenzije (debljinu i volumen) u električnom polju. Piezoelektrični efekt je reverzibilan. Ako je ploča izrađena od pijezomaterijala podvrgnuta tlačnoj ili vlačnoj deformaciji, tada električni naboji. Ako se piezoelektrični element postavi u varijablu električno polje, tada će biti deformiran, uzbudljiv u okruženje ultrazvučne vibracije. Oscilirajuća ploča izrađena od piezoelektričnog materijala je elektromehanički pretvarač.

Piezoelementi na bazi barij-titana i olovo-cirkonat-titana naširoko se koriste.

Akustični transformatori brzine (koncentratori uzdužnih elastičnih vibracija) mogu imati drugačiji oblik(Slika 1.1).

Riža. 1.1. Oblici glavčine

Služe za usklađivanje parametara pretvornika s opterećenjem, za pričvršćivanje oscilatornog sustava i za uvođenje ultrazvučnih vibracija u područje materijala koji se obrađuje. Ovi uređaji su šipke različitih presjeka, izrađene od materijala otpornih na koroziju i kavitaciju, toplinu i otpornost na agresivna okruženja.

1.2. Tehnološka uporaba ultrazvučne vibracije

U industriji se ultrazvuk koristi u tri glavna područja: djelovanje na materijal, pojačavanje i ultrazvučna kontrola procesa.

Sila na materijal

Primjenjivo za strojna obrada tvrdih i supertvrdih legura, dobivanje stabilnih emulzija i dr.

Najčešće se koriste dvije vrste ultrazvučnog tretmana na karakterističnim frekvencijama od 16-30 kHz:

Obrada dimenzija na strojevima pomoću alata;

Čišćenje u kupkama s tekućim medijima.

Glavni radni mehanizam ultrazvučnog stroja je akustična jedinica (slika 1.2). Namijenjen je za dovođenje radnog alata u oscilatorno gibanje. Akustična jedinica dobiva snagu od generatora električnih oscilacija (obično cijevi), na koji je spojen namot 2.

Glavni element akustičke jedinice je magnetostrikcijski (ili piezoelektrični) pretvarač energije električnih vibracija u energiju mehaničkih elastičnih vibracija - vibrator 1.

Riža. 1.2. Akustična jedinica ultrazvučne instalacije

Vibracije vibratora, koje se naizmjenično produljuju i skraćuju ultrazvučnom frekvencijom u smjeru magnetskog polja namota, pojačavaju se koncentratorom 4 koji je pričvršćen na kraj vibratora.

Čelični alat 5 pričvršćen je na glavčinu tako da između njegovog kraja i obratka 6 postoji razmak.

Vibrator je smješten u ebonitno kućište 3, u koje se dovodi tekuća rashladna voda.

Alat mora imati oblik zadanog dijela rupe. Tekućina sa sitnim zrncima abrazivnog praha dovodi se u prostor između kraja alata i površine obratka iz mlaznice 7.

Od oscilirajućeg kraja alata, abrazivna zrna postižu veliku brzinu, udaraju o površinu dijela i izbijaju iz nje najmanje strugotine.

Iako je produktivnost svakog udarca zanemariva, produktivnost instalacije je relativno visoka, što je posljedica visoke frekvencije vibracija alata (16–30 kHz) i velikog broja abrazivnih zrnaca koja se kreću istovremeno s velikim ubrzanjem.

Kako se uklanjaju slojevi materijala, automatsko hranjenje alat.

Abrazivna tekućina se pod pritiskom dovodi u zonu obrade i ispire otpad od obrade.

Koristeći ultrazvučnu tehnologiju, možete izvoditi operacije kao što su bušenje, klesanje, bušenje, rezanje, brušenje i druge.

Ultrazvučne kupke (slika 1.3) koriste se za čišćenje površina metalnih dijelova od proizvoda korozije, oksidnih filmova, mineralna ulja itd.

Posao ultrazvučna kupka temelji se na korištenju učinka lokalnih hidrauličkih udara koji se javljaju u tekućini pod utjecajem ultrazvuka.

Princip rada takve kupelji je sljedeći: izradak (1) se uranja u spremnik (4) napunjen tekućim sredstvom za pranje (2). Odašiljač ultrazvučnih vibracija je dijafragma (5), spojena na magnetostrikcijski vibrator (6) pomoću ljepljive smjese (8). Kada se postavlja na postolje (7). U njemu se šire valovi ultrazvučnih vibracija (3). radno područje gdje se vrši obrada.

Riža. 1.3. Ultrazvučna kupka

Ultrazvučno čišćenje najučinkovitije je pri uklanjanju onečišćenja iz teško dostupnih šupljina, udubljenja i malih kanala. Osim toga, ova metoda omogućuje dobivanje stabilnih emulzija tekućina koje se ne miješaju konvencionalnim metodama, kao što su voda i ulje, živa i voda, benzen i drugi.

Oprema ultrazvučnog uređaja je relativno skupa, pa je ekonomski isplativa za korištenje ultrazvučno čišćenje dijelovi male veličine samo u masovnoj proizvodnji.

Intenzifikacija tehnoloških procesa

Ultrazvučne vibracije značajno mijenjaju tijek nekih kemijskih procesa. Na primjer, polimerizacija pri određenom intenzitetu zvuka je intenzivnija. Kada se intenzitet zvuka smanji, moguć je obrnuti proces - depolimerizacija. Stoga se ovo svojstvo koristi za kontrolu reakcije polimerizacije. Promjenom frekvencije i intenziteta ultrazvučnih vibracija može se postići potrebna brzina reakcije.

U metalurgiji, uvođenje elastičnih vibracija ultrazvučne frekvencije u taline dovodi do značajnog usitnjavanja kristala i ubrzanja stvaranja naslaga tijekom kristalizacije, smanjenja poroznosti, povećanja mehaničkih svojstava skrutnutih talina i smanjenja sadržaj plina u metalima.

Ultrazvučna kontrola procesa

Uz pomoć ultrazvučnih vibracija moguće je kontinuirano pratiti tijek tehnološkog procesa bez laboratorijske analize uzoraka. U tu svrhu, ovisnost parametara zvučnog vala o fizička svojstva okoliša, a zatim se po promjenama tih parametara nakon djelovanja na okoliš s dovoljnom točnošću prosuđuje njegovo stanje. U pravilu se koriste ultrazvučne vibracije niskog intenziteta.

Promjenom energije zvučnog vala možete kontrolirati kompoziciju razne smjese, koji nisu kemijski spojevi. Brzina zvuka u takvim medijima se ne mijenja, a prisutnost nečistoća suspendirane tvari utječe na koeficijent apsorpcije zvučne energije. To omogućuje određivanje postotka nečistoća u izvornoj tvari.

Odrazom zvučni valovi na sučelju između medija ("prijenos" ultrazvučnim snopom) moguće je utvrditi prisutnost nečistoća u monolitu i izraditi ultrazvučne dijagnostičke uređaje.

Zaključci: ultrazvuk su elastični valovi s frekvencijom osciliranja od 20 kHz do 1 GHz, nečujni ljudskom uhu. Ultrazvučne instalacije imaju široku primjenu za obradu materijala zbog visokofrekventnih akustičnih vibracija.

Pomoću jednostavne ultrazvučne postavke možete prikazati širenje ultrazvuka u različitim medijima, refleksiju i lom ultrazvuka na granici dva medija, apsorpciju ultrazvuka u razne tvari. Osim toga, moguće je demonstrirati proizvodnju uljnih emulzija, čišćenje kontaminiranih dijelova, ultrazvučno zavarivanje, ultrazvučnu fontanu tekućine, te biološke učinke ultrazvučnih vibracija.

Izradu takve instalacije mogu provoditi učenici srednjih škola u školskim radionicama.

Postrojenje za demonstraciju pokusa s ultrazvukom sastoji se od elektroničkog generatora (slika 1), kvarcnog pretvarača električnih vibracija u ultrazvučne vibracije i posude s lećom (slika 2) za fokusiranje ultrazvuka. Napajanje uključuje samo energetski transformator Tr1, budući da se anodni krugovi generatorskih žarulja napajaju izravno izmjenična struja(bez ispravljača). Ovo pojednostavljenje ne utječe negativno na rad uređaja i istodobno značajno pojednostavljuje njegov krug i dizajn.

Elektronički generator je izrađen prema push-pull krugu pomoću dvije 6PCS žarulja spojenih u triodni krug (zaslonske mreže žarulja spojene su na anode). Anodni krugovi svjetiljki uključuju krug L1C2, koji određuje frekvenciju generiranih oscilacija, a zavojnica je uključena u mrežne krugove povratna informacija L2. Katodni krugovi uključuju mali otpor R1, koji u velikoj mjeri određuje način rada svjetiljki.

Sl.1. Shematski dijagram generator

Visokofrekventni signal dovodi se u kvarcni rezonator preko izolacijskih kondenzatora C4 i C5. Kvarc se stavlja u hermetički zatvoren kvarcni držač (slika 2) i spaja na generator žicama duljine 1 m.

Riža. 2. Posuda za leće i kvarcni držač

Osim razmatranih dijelova, krug sadrži i kondenzatore C1 i C3 kao i prigušnicu Dr1 preko koje se anodni napon dovodi na anode žarulja. Ovaj gas sprječava kratki spoj visokofrekventni signal kroz kondenzator C1, te međuzavojni kapacitet energetskog transformatora.

Glavni domaći dijelovi generatora su zavojnice L1 i L2, izrađene u obliku ravnih spirala. Da biste ih napravili, morate izrezati drveni predložak. Od daske širine 25 cm izrezuju se dva kvadrata koji služe kao šablone obraza. U sredini svakog obraza treba napraviti rupe za metalnu šipku promjera 10-15 mm, au jednom od obraza treba izrezati rupu ili utor širine 3 mm za pričvršćivanje izlaza zavojnice. Na metalnoj šipki se na oba kraja ureže navoj i između dvije matice se postavljaju obrazi na udaljenosti jednakoj promjeru namotane žice. U ovom trenutku, proizvodnja predloška može se smatrati završenom i možemo početi namatati zavojnice.

Metalna šipka se na jednom kraju stegne u škripac, prvi (unutarnji) zavoj žice se postavi između čeljusti, nakon čega se zategnu matice i nastavlja namotavanje. Zavojnica L1 ima 16 zavoja, a zavojnica L2 12 zavoja bakrena žica promjera 3 mm. Zavojnice L1 i L2 izrađuju se zasebno, zatim se postavljaju jedna iznad druge na prečku od tekstolita ili plastike (slika 3). Kako bi se zavojnicama dala veća čvrstoća, u poprečnim dijelovima se izrezuju udubljenja pilom za metal ili turpijom. Za učvršćivanje zavojnica, jednu od njih treba pritisnuti odozgo drugim križem (bez udubljenja), a drugu postaviti izravno na ploču od organskog stakla, getinaksa ili plastike, postavljenu na metalnu šasiju generatora.

Riža. 3

Visokofrekventna prigušnica namotana je na keramički ili plastični okvir promjera 30 mm pomoću žice PELSHO-0,25 mm. Namatanje se izvodi u rasutom stanju u dijelovima od po 100 zavoja. Ukupno, prigušnica ima 300-500 okretaja. Ovaj dizajn koristi domaći energetski transformator izrađen na jezgri od Sh-33 ploča, debljina seta je 33 mm. Mrežni namot sadrži 544 zavoja žice PEL-0,45. Mrežni namot predviđen je za spajanje na mrežu s naponom od 127 V. U slučaju korištenja mreže s naponom od 220 V, namot I mora sadržavati 944 zavoja žice PEL-0,35. Povećavajući namot ima 2980 zavoja žice PEL-0.14, a namot sa žarnom niti 30 zavoja žice PEL-1.0. Ovaj transformator se može zamijeniti energetski transformator marke ELS-2, koristeći samo mrežni namot, namot sa žarnom niti žarulja i pojačani namot u potpunosti ili bilo koji energetski transformator snage najmanje 70 VA i pojačani namot koji daje 470 V pri opterećenju na anodama 6PCS žarulja.

Kvarcni držač izrađen je od bronce prema crtežu prikazanom na sl. 4. U kućištu se svrdlom promjera 3 mm izbuši rupa u obliku slova L za izlaz žice l. U kućište se umetne gumeni prsten koji služi za amortizaciju i izolaciju kvarca. Prsten se može izrezati iz obične gumice za olovku. Kontaktni prsten b izrezan je iz mjedene folije debljine 0,2 mm. Ovaj prsten ima laticu za lemljenje žice. Obje žice l i i moraju imati dobru izolaciju. Žica je zalemljena na potpornu prirubnicu O. Ne preporučuje se međusobno uvijanje žica.

sl.4. Kvarcni držač

Posuda za leću sastoji se od cilindra e i ultrazvučne leće b (slika 5). Cilindar je savijen od ploče organskog stakla debljine 3 mm na okrugli dio drveni šablon promjer 19 mm.

sl.5. Posuda za leće

Ploča se zagrijava na plamenu dok ne omekša, savija se prema predlošku i lijepi octenom esencijom. Zalijepljeni cilindar se veže nitima i ostavi da se suši dva sata. Nakon toga šmirgl papir Poravnajte krajeve cilindra i uklonite navoje. Za izradu ultrazvučne leće b potrebno je izraditi poseban uređaj (slika 6) od čelične kuglice promjera 18-22 mm iz kugličnog ležaja. Kuglu treba žariti zagrijavanjem do crvene temperature i polaganim hlađenjem. Nakon toga se u kuglici izbuši rupa promjera 6 mm i izreže unutarnji navoj. Da biste ovu kuglicu učvrstili u steznoj glavi stroja za bušenje, morate od šipke napraviti šipku s navojem na jednom kraju.

sl.6. Uređaj

Šipka s zavrnutom kuglicom steže se u steznu glavu stroja, stroj se uključuje na srednju brzinu i utiskivanjem kuglice u ploču od organskog stakla debljine 10 - 12 mm dobiva se željeno sferno udubljenje. Kada lopta zađe dublje do udaljenosti jednake njezinom polumjeru, bušilica isključiti i, ne prestajući pritiskati kuglicu, ohladiti je vodom. Kao rezultat, u organskoj staklenoj ploči dobiva se sferno udubljenje ultrazvučne leće. Iz ploče s udubljenjem izreže se kvadrat sa stranom od 36 mm pomoću metalne pile, prstenasta izbočina koja se formira oko udubljenja izravnava se fino zrnastim brusnim papirom, a ploča se brusi odozdo tako da dno bude 0,2 mm. gusta ostaje u središtu udubine. Zatim izgrebana područja izbrusite brusnim papirom do prozirnosti i tokarilica odrežite kutove tako da kuglasto udubljenje ostane u središtu tanjura. Na donjoj strani ploče potrebno je napraviti izbočinu visine 3 mm i promjera 23,8 mm za centriranje leće na kvarcnom držaču.

Nakon što ste obilno navlažili jedan od krajeva cilindra octenom esencijom ili dikloroetanom, zalijepite ga na ultrazvučnu leću tako da se središnja os cilindra podudara s osi koja prolazi kroz središte leće. Nakon sušenja u zalijepljenoj posudi se izbuše tri rupe za trim vijke. Najbolje je te vijke okretati pomoću posebnog odvijača izrađenog od obične žice duljine 10-12 cm i promjera 1,5-2 mm, opremljenog ručkom od izolacijski materijal. Nakon izrade navedenih dijelova i ugradnje generatora, možete pristupiti podešavanju uređaja, koje se obično svodi na postavljanje kruga L1C2 u rezonanciju s prirodnom frekvencijom kvarca. Kvarcnu ploču (slika 4) treba oprati sapunom tekuća voda i suha. Kontaktni prsten b na vrhu se čisti dok ne postane sjajan. Pažljivo postavite kvarcnu ploču na vrh kontaktnog prstena i nakon što kapnete nekoliko kapi transformatorskog ulja na rubove ploče, zavrnite čep tako da pritisne kvarcnu ploču. Za označavanje ultrazvučnih vibracija, udubljenja a i d na poklopcu su ispunjena transformatorskim uljem ili kerozinom. Nakon uključivanja struje i zagrijavanja na minutu, okrenite gumb za ugađanje i postignite rezonanciju između oscilacija oscilatora kvarcne ploče. U trenutku rezonancije uočava se maksimalno bubrenje tekućine ulivene u udubljenje na poklopcu. Nakon postavljanja generatora možete započeti demonstraciju pokusa.

Dizajn generatora.

Jedna od najučinkovitijih demonstracija je proizvodnja fontane tekućine pod utjecajem ultrazvučnih vibracija. Kako biste dobili fontanu tekućine, trebate staviti posudu s „lećom“ na vrh kvarcnog držača tako da se između dna posude s „lećom“ i kvarcne ploče ne stvaraju nakupljanja mjehurića zraka. Zatim u posudu s lećama ulijte običnu vodu za piće i minutu nakon uključivanja generatora na površini vode pojavit će se ultrazvučna fontana. Visina fontane može se mijenjati pomoću vijaka za podešavanje, prethodno namjestivši generator pomoću kondenzatora C2. Pravilnim postavljanjem cijelog sustava može se dobiti vodoskok visine 30-40 cm (slika 7).

sl.7. Ultrazvučna fontana.

Istovremeno s pojavom fontane pojavljuje se i vodena magla koja je posljedica procesa kavitacije praćenog karakterističnim šištavim zvukom. Ako se umjesto vode u posudu s "lećama" ulije transformatorsko ulje, fontana se znatno povećava u visinu. Kontinuirano promatranje fontane može se provoditi sve dok razina tekućine u posudi s lećom ne padne na 20 mm. Za dulje promatranje fontane treba je zaštititi staklenom cijevi B, uz čije unutarnje stijenke šikljajuća tekućina može teći natrag.

Kada ultrazvučne vibracije djeluju na tekućinu, u njoj se stvaraju mikroskopski mjehurići (fenomen kavitacije), što je praćeno značajnim povećanjem tlaka na mjestu stvaranja mjehurića. Ova pojava dovodi do uništenja čestica materije ili živih organizama u tekućini. Ako malu ribu ili dafniju stavite "u posudu s lećama" s vodom, tada će nakon 1-2 minute ultrazvučnog zračenja umrijeti. Projekcija “leće” posude s vodom na platno omogućuje dosljedno promatranje svih procesa ovog iskustva u velikoj publici (slika 8).

sl.8. Biološki učinak ultrazvučnih vibracija.

Pomoću opisanog uređaja možete demonstrirati korištenje ultrazvuka za čišćenje male dijelove od zagađenja. Da biste to učinili, stavite mali dio (zupčanik sata, komad metala, itd.) obilno podmazan mašću na podnožje fontane tekućine. Fontana će se značajno smanjiti i može potpuno prestati, ali će se onečišćeni dio postupno očistiti. Treba napomenuti da ultrazvučno čišćenje dijelova zahtijeva upotrebu više snažni generatori, stoga je nemoguće očistiti cijeli kontaminirani dio u kratkom vremenu i potrebno je ograničiti se na čišćenje samo nekoliko zuba.

Pomoću fenomena kavitacije može se dobiti uljna emulzija. Da biste to učinili, voda se ulije u posudu s "lećama" i na vrh se doda malo transformatorskog ulja. Kako biste izbjegli prskanje emulzije, posudu s lećom sa sadržajem morate pokriti staklom. Kada se generator uključi, stvara se fontana vode i ulja. Nakon 1-2 minute. zračenjem, u posudici leće nastaje stabilna mliječna emulzija.

Poznato je da se širenje ultrazvučnih vibracija u vodi može učiniti vidljivim i neka se svojstva ultrazvuka mogu jasno pokazati. Da biste to učinili, potrebna vam je kada s prozirnim i ravnim dnom i što većom visinom stranica od najmanje 5-6 cm. Kada se postavlja iznad rupe u pokaznom stolu, tako da cijela prozirno dno može biti osvijetljeno odozdo. Za rasvjetu je dobro koristiti automobilsku žarulju od šest volti kao točkasti izvor svjetlosti za projiciranje procesa koji se proučavaju na strop gledališta (slika 9).

Sl.9. Refrakcija i refleksija ultrazvučnih valova.

Također možete koristiti običnu žarulju male snage. Voda se ulijeva u kadu tako da je kvarcna ploča u kvarcnom držaču, kada se postavi okomito, potpuno uronjena u nju. Nakon toga možete uključiti generator i pomicanjem kvarcnog držača iz okomitog u nagnuti položaj promatrati širenje ultrazvučne zrake u projekciji na stropu gledališta. U tom slučaju, kvarcni držač može se držati žicama l i c spojenim na njega, ili se može unaprijed učvrstiti u posebnom držaču, uz pomoć kojeg možete glatko mijenjati kutove upadanja ultrazvučne zrake u vertikalne i horizontalne ravnine. Ultrazvučni snop se promatra u obliku svjetlosnih točaka smještenih uzduž širenja ultrazvučnih vibracija u vodi. Postavljanjem bilo koje prepreke na putu ultrazvučne zrake, može se promatrati refleksija i lom zrake.

Opisana instalacija omogućuje provođenje drugih eksperimenata, čija priroda ovisi o programu i opremi koja se proučava. radna soba. Kao opterećenje generatora možete uključiti ploče barij titanata i, općenito, sve ploče koje imaju piezoelektrični učinak na frekvencijama od 0,5 MHz do 4,5 MHz. Ako postoje pločice za druge frekvencije, potrebno je promijeniti broj zavoja u induktorima (povećati za frekvencije ispod 0,5 MHz i smanjiti za frekvencije iznad 4,5 MHz). Prilikom pretvaranja oscilatornog kruga i povratne zavojnice na frekvenciju od 15 kHz, možete uključiti bilo koji magnetostrikcijski pretvarač snage ne veće od 60 VA umjesto kvarca