Lắp đặt siêu âm. Lắp đặt siêu âm phòng thí nghiệm. Ứng dụng của thiết bị siêu âm

Lắp đặt siêu âm để nghiền mịn vật liệu trong môi trường nước dưới tác động của sóng siêu âm trong quá trình xâm thực.

Việc lắp đặt siêu âm được thiết kế để phân tán các vật liệu có độ cứng khác nhau trong môi trường lỏng đến kích thước nano, đồng nhất hóa, thanh trùng, nhũ hóa, tăng cường điện quá trình hóa học, kích hoạt, v.v.

Sự miêu tả:

Việc lắp đặt siêu âm “Hammer” được thiết kế để phân tán các vật liệu có độ cứng khác nhau trong môi trường lỏng đến kích thước nano, đồng nhất hóa, thanh trùng, nhũ hóa, tăng cường các quá trình điện hóa, kích hoạt, v.v. Bộ phận siêu âm được sử dụng làm chất phân tán (máy nghiền), chất đồng nhất, chất nhũ hóa, chất thanh trùng, v.v.

Là siêu âm cavitation cài đặt loại dòng chảy. Chi tiết chính và lớp lót bên trong lò phản ứng được làm bằng vật liệu chống xâm thực.

Nhờ vào tính năng thiết kế và sự độc đáo máy phát điện rung động siêu âm, đảm bảo tác động siêu âm đồng thời vào vùng làm việc bên trong của buồng tạo bọt của tất cả các nguyên tố áp điện. Trong những điều kiện này, lực tác động trở nên đủ để phá vỡ cả những vật liệu cứng nhất ở cấp độ nano. khoáng sản, chẳng hạn như cát thạch anh, barit, v.v. Đối với các chất mềm hơn và các vật liệu hữu cơ (như đất diatomit, mạt cưa v.v.) sức mạnh của cài đặt thay đổi.

Có thể tính toán riêng lẻ và sản xuất lắp đặt siêu âm, tùy thuộc vào yêu cầu đối với kết quả cuối cùng. Đối với mỗi sản phẩm riêng lẻ, có thể tính toán bổ sung theo tính năng công nghệ tích hợp việc lắp đặt vào dây chuyền sản xuất hiện có.

Sơ đồ lắp đặt:

Thuận lợi:

- vắng mặt quá trình cơ khí các bộ phận và bộ phận mài, cọ xát,

– Thiết bị siêu âm dễ lắp đặt và vận hành,

– cài đặt siêu âm cho phép bạn nghiền vật liệu trong môi trường lỏng đến kích thước tương đương với kích thước của phân tử (~10 nm),

– cho phép bạn nghiền các vật liệu có năng suất lên tới 3 m 3 hỗn hợp phân tán mịn mỗi giờ,

– Giảm chi phí dây chuyền sản xuất vật liệu xây dựng(chi phí cung cấp khí đốt được loại bỏ, chi phí tiêu thụ năng lượng giảm, chi phí sửa chữa và bảo trì giảm),

– chiều dài của dây chuyền sản xuất và diện tích cần thiết đã được giảm bớt,

– quy trình công nghệ được đẩy nhanh hơn,

– Sự cháy của một phần sản phẩm được loại trừ,

– mức độ an toàn cháy nổ của cơ sở đã được tăng lên,

– an toàn (hoàn toàn không có bụi, các chất có hại),

– số lượng nhân viên phục vụ đã giảm,

– Độ tin cậy của bộ phận mài đã được tăng lên do không có các bộ phận và cơ cấu chuyển động và cọ xát.

Ứng dụng:

– nghiền vật liệu để sản xuất nước phân tán vật liệu sơn và vecni,

– chế biến ngũ cốc, mùn cưa trong ngành sản xuất rượu,

– thanh trùng sữa,

– khai thác dược liệu,

– sản xuất nước ép, xay nhuyễn, mứt,

– khử trùng và Làm sạch cống thoát nước,

– xử lý phân chim và phân,

– sản xuất dung dịch khoan barit,

– nhận được giải pháp vữa,

– xử lý chất thải phóng xạ,

– chiết xuất vanadi từ dầu miền nam nước Nga,

– chuẩn bị đất sét sản xuất gốm sứ,

– sản xuất bê tông có bổ sung barit,

– nhận được lớp phủ chống cháy với việc bổ sung barit,

– sản xuất dầu gội ô tô dựa trên titan dioxit,

– sản xuất các liên kết gốm cho các dụng cụ mài mòn,

– sản xuất chất làm mát động cơ dựa trên parafin.

Thông số kỹ thuật:

Các đặc điểm chính của việc lắp đặt vật liệu chế biến (sử dụng ví dụ về canxit vi đá cẩm thạch):

Lưu ý: mô tả công nghệ sử dụng ví dụ về lắp đặt mài vật liệu siêu âm “Molot”.

lắp đặt siêu âm tự động
sản xuất không rác thải ở Nga
kinh doanh sản xuất không có chất thải
chu kỳ sản xuất không có chất thải
mài các loại vật liệu
các loại nghiền vật liệu lưu biến
nhiên liệu nước than
phân tán vật liệu
thêm barit
chiết xuất vanadi
mài vật liệu
nghiền vật liệu lưu biến
nghiền vật liệu rời
mài vật liệu cứng
đơn vị cavitation
thiết bị tạo bọt
mua thiết bị cavitation
phương pháp tạo bọt
máy nghiền vật liệu
phương pháp nghiền vật liệu
phương pháp nghiền vật liệu rắn
phương pháp thanh trùng sữa
thiết bị nghiền vật liệu
thiết bị nghiền vật liệu rắn
thiết bị chế biến phân gia cầm
xử lý cơ bản và khử trùng xử lý nước thải
xử lý và khử trùng nước thải
làm sạch nhiên liệu diesel
thanh trùng và bình thường hóa sữa
xử lý chất thải và phân gia cầm
chuẩn bị ngũ cốc để chế biến
chuẩn bị ngũ cốc để lưu trữ
nguyên lý hoạt động của thiết bị siêu âm
sản xuất trái phiếu gốm
quá trình nghiền vật liệu rắn
giảm chi phí năng lượng cho vật liệu nghiền
Công nghệ sản xuất hiện đại không có chất thải
phương pháp nghiền vật liệu
Công nghệ sản xuất thân thiện với môi trường và không có chất thải
nghiền mịn vật liệu
đơn vị cavitation siêu âm
tiệt trùng sữa bằng sóng siêu âmcây búa
phân tán siêu âm của vật liệu bột
lắp đặt siêu âm và ứng dụng của chúnghoạt độngnguyên tắc hoạt động của ứng dụng
lắp đặt siêu âm để nghiền mịn vật liệu để làm sạch vòi phun trước khi khử trùng dụng cụ y tế các bộ phận để xử lý đồng hồ đo lưu lượng VPU TsSM kiểm soát trước khi khử trùng giá hàn mua máy quét rửa phụ khoa nha khoa cảm biến sóng mạch máy rửa uzu toán tử

yếu tố nhu cầu 928

Thăm dò ý kiến

Nước ta có cần công nghiệp hóa không?

• Có, chúng tôi cần nó (90%, 2.486 phiếu bầu)
• Không, không cần thiết (6%, 178 phiếu)
• Không biết (4%, 77 phiếu)

Tìm kiếm công nghệ

Lắp đặt siêu âm được thiết kế để xử lý các bộ phận khác nhau với trường âm siêu âm mạnh mẽ trong môi trường chất lỏng. Các thiết bị UZU4-1.6/0 và UZU4M-1.6/0 cho phép giải quyết các vấn đề làm sạch tốt bộ lọc nhiên liệu và hệ thống dầu thủy lực khỏi cặn cacbon, chất hắc ín, sản phẩm cốc hóa dầu, v.v. Bộ lọc được làm sạch thực sự có được tuổi thọ thứ hai. Hơn nữa, chúng có thể được xử lý bằng siêu âm nhiều lần. Cài đặt cũng có sẵn năng lượng thấp Dòng UZSU dùng để làm sạch và xử lý bề mặt bằng siêu âm các bộ phận khác nhau. Quy trình làm sạch bằng siêu âm là cần thiết trong các ngành công nghiệp điện tử, thiết bị đo đạc, hàng không, tên lửa và vũ trụ cũng như bất cứ nơi nào cần có công nghệ sạch công nghệ cao.

Lắp đặt UZU 4-1.6-0 và UZU 4M-1.6-0

Làm sạch siêu âm các bộ lọc khác nhau phi cơ từ các chất nhựa và các sản phẩm luyện cốc.

Thành phần của bất kỳ siêu âm lắp đặt công nghệ, bao gồm các thiết bị đa chức năng bao gồm nguồn năng lượng (máy phát điện) và hệ thống dao động siêu âm.

Một hệ thống dao động siêu âm cho mục đích công nghệ bao gồm một bộ chuyển đổi, một bộ phận phù hợp và một công cụ làm việc (bộ phát).

Trong bộ chuyển đổi (phần tử chủ động) của hệ dao động, năng lượng của dao động điện được chuyển hóa thành năng lượng của dao động đàn hồi có tần số siêu âm và tạo ra một lực cơ học luân phiên.

Phần tử phù hợp của hệ thống (bộ tập trung thụ động) thực hiện việc chuyển đổi tốc độ và đảm bảo sự phối hợp giữa tải bên ngoài và bên trong. yếu tố hoạt động.

Công cụ gia công tạo ra trường siêu âm trong đối tượng đang được xử lý hoặc ảnh hưởng trực tiếp đến đối tượng đó.

Đặc tính quan trọng nhất của hệ thống dao động siêu âm là tần số cộng hưởng. Điều này là do hiệu suất của các quy trình công nghệ được xác định bởi biên độ dao động (giá trị của chuyển vị dao động) và giá trị biên độ cực đại đạt được khi hệ thống dao động siêu âm được kích thích ở tần số cộng hưởng. Các giá trị tần số cộng hưởng của hệ thống dao động siêu âm phải nằm trong khoảng cho phép (đối với thiết bị siêu âm đa chức năng là tần số 22 ± 1,65 kHz).

Tỷ lệ năng lượng tích lũy trong hệ thống dao động siêu âm với năng lượng được sử dụng cho tác động công nghệ trong mỗi chu kỳ dao động được gọi là hệ số chất lượng của hệ thống dao động. Hệ số chất lượng xác định biên độ dao động cực đại ở tần số cộng hưởng và bản chất sự phụ thuộc của biên độ dao động vào tần số (tức là độ rộng của dải tần).

Hình dáng bên ngoài của một hệ thống dao động siêu âm điển hình được thể hiện trong Hình 2. Nó bao gồm đầu dò - 1, máy biến áp (bộ tập trung) - 2, dụng cụ làm việc - 3, giá đỡ - 4 và vỏ - 5.

Hình 2 - Hệ dao động hai nửa sóng và sự phân bố biên độ dao động A và ứng suất cơ hiệu dụng F

Sự phân bố biên độ dao động A và lực (ứng suất cơ học) F trong hệ dao động có dạng sóng dừng (với điều kiện bỏ qua tổn thất và bức xạ).

Như có thể thấy trong Hình 2, có những mặt phẳng trong đó chuyển vị và ứng suất cơ học luôn bằng không. Những mặt phẳng này được gọi là mặt phẳng nút. Các mặt phẳng trong đó chuyển vị và ứng suất nhỏ nhất được gọi là các antinode. Giá trị lớn nhất của chuyển vị (biên độ) luôn tương ứng với giá trị nhỏ nhất của ứng suất cơ học và ngược lại. Khoảng cách giữa hai mặt phẳng nút hoặc antinode liền kề luôn bằng một nửa bước sóng.

Một hệ thống dao động luôn có các kết nối cung cấp kết nối âm thanh và cơ học cho các phần tử của nó. Các kết nối có thể cố định, nhưng nếu cần thay đổi công cụ làm việc, các kết nối sẽ được tạo ren.

Hệ thống dao động siêu âm cùng với vỏ, thiết bị cấp nguồn và lỗ thông gió thường được chế tạo dưới dạng một khối riêng biệt. Trong tương lai, bằng cách sử dụng thuật ngữ hệ thống dao động siêu âm, chúng ta sẽ nói về toàn bộ thiết bị.

Hệ thống dao động được sử dụng trong các thiết bị siêu âm đa chức năng phục vụ mục đích công nghệ phải đáp ứng một số yêu cầu chung.

1) Hoạt động trong dải tần số nhất định;

2) Làm việc mọi lúc có thể Quy trình công nghệ tải thay đổi;

3) Cung cấp cường độ bức xạ hoặc biên độ rung theo yêu cầu;

4) Đạt hiệu quả cao nhất có thể;

5) Các bộ phận của hệ dao động siêu âm tiếp xúc với chất được xử lý phải có khả năng chống xâm thực, kháng hóa chất;

6) Có giá đỡ cứng trong thân;

7) Phải có kích thước và trọng lượng tối thiểu;

8) Phải đáp ứng các yêu cầu về an toàn.

Hệ thống rung siêu âm thể hiện trên Hình 2 là hệ thống rung hai nửa sóng. Trong đó, đầu dò có kích thước cộng hưởng bằng một nửa bước sóng dao động siêu âm trong vật liệu đầu dò. Để tăng biên độ dao động và làm cho đầu dò phù hợp với môi trường đang được xử lý, người ta sử dụng bộ tập trung có kích thước cộng hưởng tương ứng với một nửa bước sóng của dao động siêu âm trong vật liệu bộ tập trung.

Nếu hệ dao động trên Hình 2 được làm bằng thép (tốc độ truyền dao động siêu âm trong thép lớn hơn 5000 m/s) thì tổng kích thước dọc của nó tương ứng với L = C2p/w ~ 23 cm.

Để đáp ứng yêu cầu về độ nén cao và trọng lượng nhẹ, hệ thống dao động nửa sóng được sử dụng, bao gồm bộ chuyển đổi một phần tư sóng và bộ tập trung. Một hệ thống dao động như vậy được thể hiện dưới dạng sơ đồ trong Hình 3. Ký hiệu các phần tử của hệ thống dao động tương ứng với các ký hiệu trong Hình 3.

Hình 3 - Hệ dao động hai phần tư sóng

Trong trường hợp này, có thể đảm bảo kích thước và khối lượng theo chiều dọc tối thiểu có thể của hệ thống dao động siêu âm, cũng như giảm số lượng kết nối cơ học.

Nhược điểm của hệ thống dao động như vậy là việc kết nối bộ chuyển đổi với bộ tập trung trong mặt phẳng có ứng suất cơ học lớn nhất. Tuy nhiên, nhược điểm này có thể được loại bỏ một phần bằng cách dịch chuyển phần tử hoạt động của bộ chuyển đổi khỏi điểm có ứng suất hiệu dụng tối đa.

Ứng dụng của thiết bị siêu âm

Siêu âm mạnh mẽ là một phương tiện độc đáo thân thiện với môi trường để kích thích các quá trình vật lý và hóa học. Rung động siêu âm có tần số 20.000 - 60.000 Hertz và cường độ trên 0,1 W/sq.cm. có thể gây ra những thay đổi không thể đảo ngược trong môi trường phân phối. Điều này quyết định trước những khả năng công dụng thực tế siêu âm mạnh mẽ trong các lĩnh vực sau.

Quy trình công nghệ: chế biến nguyên liệu khoáng sản, làm giàu và quy trình thủy luyện quặng kim loại, v.v.

Ngành dầu khí: phục hồi Những giếng dầu, chiết xuất dầu nhớt, các quá trình tách trong hệ thống dầu nặng cát, tăng tính lưu động của sản phẩm dầu nặng, v.v.

Luyện kim và cơ khí: luyện kim loại nóng chảy, mài cấu trúc của phôi/đúc, xử lý bề mặt kim loại để tăng cường và giảm ứng suất bên trong, làm sạch bề mặt bên ngoài và các khoang bên trong của các bộ phận máy, v.v.

Công nghệ hóa học và sinh hóa: các quá trình chiết, hấp phụ, lọc, sấy khô, nhũ hóa, thu huyền phù, trộn, phân tán, hòa tan, tuyển nổi, khử khí, bay hơi, đông tụ, kết tụ, trùng hợp và khử polyme, thu được vật liệu nano, v.v.

Năng lượng: đốt cháy chất lỏng và nhiên liệu rắn, chuẩn bị nhũ tương nhiên liệu, sản xuất nhiên liệu sinh học, v.v.

Nông nghiệp, thực phẩm và công nghiệp nhẹ: quá trình nảy mầm của hạt và phát triển cây trồng, nấu ăn phụ gia thực phẩm, công nghệ bánh kẹo, pha chế đồ uống có cồn và không cồn, v.v.

Tiện ích: phục hồi nước giếng, chuẩn bị nước giếng uống nước, loại bỏ cặn từ các bức tường bên trong trao đổi nhiệt vân vân.

Bảo vệ môi trường: lọc nước thải nhiễm các sản phẩm dầu mỏ, kim loại nặng, hợp chất hữu cơ khó phân hủy, lọc đất bị ô nhiễm, lọc dòng khí công nghiệp, v.v.

Xử lý nguyên liệu thô thứ cấp: khử lưu hóa cao su, làm sạch cặn luyện kim khỏi các chất gây ô nhiễm dầu, v.v.

Tại cốt lõi phương pháp này xử lý là một tác động cơ học lên vật liệu. Gọi là siêu âm vì tần số va chạm tương ứng với dải âm thanh không nghe được (f = 6-10 5 kHz).

Sóng âm là dao động đàn hồi cơ học chỉ truyền được trong môi trường đàn hồi.

Khi sóng âm lan truyền trong môi trường đàn hồi, các hạt vật chất thực hiện dao động đàn hồi xung quanh vị trí của chúng với tốc độ gọi là dao động.

Sự ngưng tụ và hiếm của môi trường trong sóng dọc được đặc trưng bởi sự dư thừa, cái gọi là áp suất âm thanh.

Tốc độ truyền sóng âm phụ thuộc vào mật độ môi trường mà nó chuyển động. Khi lan truyền trong môi trường vật chất, sóng âm mang theo năng lượng có thể được sử dụng trong các quy trình công nghệ.

Ưu điểm của điều trị siêu âm:

Khả năng thu được năng lượng âm thanh bằng các kỹ thuật kỹ thuật khác nhau;

Một loạt các ứng dụng siêu âm (từ xử lý chiều đến hàn, hàn, v.v.);

Dễ dàng tự động hóa và vận hành;

Sai sót:

Chi phí năng lượng âm thanh tăng so với các loại năng lượng khác;

Sự cần thiết phải chế tạo máy tạo rung siêu âm;

Sự cần thiết phải sản xuất các công cụ đặc biệt có tính chất và hình dạng đặc biệt.

Rung động siêu âm đi kèm với một số hiệu ứng có thể được sử dụng làm cơ sở cho sự phát triển của các quy trình khác nhau:

Cavitation, tức là sự hình thành bong bóng trong chất lỏng và sự vỡ của chúng.

Trong trường hợp này, áp suất tức thời cục bộ lớn phát sinh, đạt tới 10 8 N/m2;

Sự hấp thụ rung động siêu âm của một chất trong đó một phần năng lượng được chuyển thành nhiệt và một phần được dùng để thay đổi cấu trúc của chất đó.

Những hiệu ứng này được sử dụng để:

Tách các phân tử và hạt có khối lượng khác nhau trong huyền phù không đồng nhất;

Sự đông tụ (phóng to) của các hạt;

Phân tán (nghiền) một chất và trộn nó với chất khác;

Khử khí của chất lỏng hoặc tan chảy do hình thành bong bóng nổi kích thước lớn.

1.1. Các yếu tố của cài đặt siêu âm

Bất kỳ cài đặt siêu âm (USU) nào đều bao gồm ba yếu tố chính:

Nguồn rung động siêu âm;

Máy biến tốc độ âm thanh (trung tâm);

Chi tiết buộc chặt.

Nguồn rung siêu âm (UV) có thể có hai loại - cơ và điện.

Chuyển đổi cơ khí năng lượng cơ học, ví dụ, tốc độ chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí. Chúng bao gồm còi báo động siêu âm hoặc còi.

Nguồn điện của biến đổi thử nghiệm siêu âm năng lượng điện thành dao động đàn hồi cơ học có tần số tương ứng. Đầu dò là điện động lực, từ giảo và áp điện.

Được sử dụng rộng rãi nhất là các bộ chuyển đổi từ giảo và áp điện.

Nguyên lý hoạt động của bộ chuyển đổi từ giảo dựa trên hiệu ứng từ giảo theo chiều dọc, biểu hiện ở sự thay đổi chiều dài của thân kim loại làm bằng vật liệu sắt từ (không thay đổi thể tích) dưới tác động của từ trường.

Hiệu ứng từ giảo là khác nhau đối với các vật liệu khác nhau. Niken và permendur (hợp kim của sắt và coban) có độ từ giảo cao.

Bộ chuyển đổi từ giảo là một lõi được làm từ các tấm mỏng trên đó đặt một cuộn dây để kích thích trường điện từ tần số cao xen kẽ trong đó.

Nguyên lý hoạt động của đầu dò áp điện dựa trên khả năng của một số chất thay đổi kích thước hình học (độ dày và thể tích) của chúng trong điện trường. Hiệu ứng áp điện có thể đảo ngược. Nếu một tấm vật liệu áp điện chịu biến dạng nén hoặc biến dạng kéo thì các điện tích sẽ xuất hiện trên các cạnh của nó. Nếu một phần tử áp điện được đặt trong một biến điện trường, khi đó nó sẽ bị biến dạng, kích thích ở môi trường rung động siêu âm. Một tấm dao động làm bằng vật liệu áp điện là một bộ chuyển đổi cơ điện.

Các nguyên tố áp điện dựa trên bari titan và chì zirconat-titan được sử dụng rộng rãi.

Máy biến tốc độ âm thanh (bộ tập trung dao động đàn hồi dọc) có thể có hình dạng khác nhau(Hình 1.1).

Cơm. 1.1. Hình dạng trung tâm

Chúng có tác dụng khớp các thông số của đầu dò với tải, gắn hệ thống dao động và đưa các rung động siêu âm vào khu vực vật liệu đang được xử lý. Các thiết bị này là những thanh có nhiều phần khác nhau, được làm bằng vật liệu có khả năng chống ăn mòn và xâm thực, chịu nhiệt và chống lại môi trường xâm thực.

1.2. Sử dụng công nghệ rung động siêu âm

Trong công nghiệp, siêu âm được sử dụng trong ba lĩnh vực chính: lực tác dụng lên vật liệu, tăng cường và kiểm soát siêu âm các quá trình.

Lực tác dụng lên vật liệu

Nó được áp dụng cho gia công hợp kim cứng và siêu cứng, thu được nhũ tương ổn định, v.v.

Được sử dụng phổ biến nhất là hai loại xử lý siêu âm ở tần số đặc trưng 16–30 kHz:

Xử lý chiều trên máy sử dụng công cụ;

Làm sạch trong bồn tắm bằng chất lỏng.

Cơ chế hoạt động chính của máy siêu âm là bộ phận âm thanh (Hình 1.2). Nó được thiết kế để đưa công cụ làm việc vào chuyển động dao động. Thiết bị âm thanh nhận năng lượng từ một máy phát dao động điện (thường là một ống) mà cuộn dây 2 được kết nối.

Bộ phận chính của thiết bị âm thanh là bộ chuyển đổi từ giảo (hoặc áp điện) từ năng lượng của dao động điện thành năng lượng của dao động đàn hồi cơ học - máy rung 1.

Cơm. 1.2. Đơn vị âm thanh lắp đặt siêu âm

Các dao động của máy rung, xen kẽ kéo dài và rút ngắn với tần số siêu âm theo hướng từ trường của cuộn dây, được khuếch đại bởi bộ tập trung 4 gắn ở đầu máy rung.

Dụng cụ thép 5 được gắn vào trục sao cho có khoảng hở giữa đầu của nó và phôi 6.

Máy rung được đặt trong vỏ ebonite 3, trong đó nước làm mát được cung cấp.

Dụng cụ này phải có hình dạng của một phần lỗ nhất định. Một chất lỏng chứa các hạt bột mài mòn nhỏ được cung cấp vào khoảng trống giữa phần cuối của dụng cụ và bề mặt phôi từ vòi 7.

Từ đầu dao động của dụng cụ, các hạt mài mòn đạt tốc độ cao, chạm vào bề mặt của bộ phận và đánh bật các mảnh vụn nhỏ nhất ra khỏi nó.

Mặc dù năng suất của mỗi lần thổi không đáng kể nhưng năng suất lắp đặt tương đối cao, đó là do tần số rung của dụng cụ cao (16–30 kHz) và một số lượng lớn hạt mài mòn chuyển động đồng thời với gia tốc cao.

Khi các lớp vật liệu được loại bỏ, cho ăn tự động dụng cụ.

Chất lỏng mài mòn được cung cấp cho khu vực xử lý dưới áp suất và rửa trôi chất thải xử lý.

Sử dụng công nghệ siêu âm, bạn có thể thực hiện các thao tác như xỏ lỗ, đục, khoan, cắt, mài và các thao tác khác.

Bể siêu âm (Hình 1.3) được sử dụng để làm sạch bề mặt của các bộ phận kim loại khỏi các sản phẩm ăn mòn, màng oxit, dầu khoáng và vân vân.

Hoạt động của bể siêu âm dựa trên việc sử dụng tác động của các cú sốc thủy lực cục bộ xảy ra trong chất lỏng dưới tác động của siêu âm.

Nguyên lý hoạt động của bồn tắm như sau: phôi (1) được ngâm trong bể (4) chứa đầy môi trường rửa lỏng (2). Bộ phát rung động siêu âm là một màng ngăn (5), được kết nối với máy rung từ giảo (6) bằng cách sử dụng chế phẩm kết dính (8). Bồn tắm được lắp đặt trên giá đỡ (7). Sóng dao động siêu âm (3) lan truyền trong khu vực làm việc nơi quá trình xử lý được thực hiện.

Cơm. 1.3. Bồn tắm siêu âm

Làm sạch bằng siêu âm hiệu quả nhất khi loại bỏ các chất gây ô nhiễm khỏi các khoang, hốc và kênh nhỏ khó tiếp cận. Ngoài ra, phương pháp này có thể thu được nhũ tương ổn định của chất lỏng không thể trộn lẫn bằng các phương pháp thông thường, chẳng hạn như nước và dầu, thủy ngân và nước, benzen và các loại khác.

Thiết bị siêu âm tương đối đắt tiền, vì vậy việc sử dụng làm sạch siêu âm các bộ phận có kích thước nhỏ chỉ khả thi về mặt kinh tế trong điều kiện sản xuất hàng loạt.

Tăng cường các quy trình công nghệ

Rung động siêu âm làm thay đổi đáng kể tiến trình của một số quá trình hóa học. Ví dụ, quá trình trùng hợp ở cường độ âm thanh nhất định sẽ mạnh hơn. Khi cường độ âm thanh giảm, quá trình ngược lại có thể xảy ra - khử polyme. Do đó, tính chất này được sử dụng để kiểm soát phản ứng trùng hợp. Bằng cách thay đổi tần số và cường độ rung động siêu âm, có thể đạt được tốc độ phản ứng cần thiết.

Trong luyện kim, việc đưa các rung động đàn hồi của tần số siêu âm vào nóng chảy dẫn đến sự tinh chế đáng kể các tinh thể và tăng tốc hình thành các chất tích tụ trong quá trình kết tinh, giảm độ xốp, tăng tính chất cơ học của nóng chảy đông đặc và giảm độ xốp. hàm lượng khí trong kim loại.

Kiểm soát quá trình siêu âm

Với sự trợ giúp của rung động siêu âm, có thể theo dõi liên tục tiến trình của quy trình công nghệ mà không cần phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm. Với mục đích này, sự phụ thuộc của các thông số của sóng âm vào tính chất vật lý môi trường, và sau đó bằng những thay đổi trong các thông số này sau khi tác động lên môi trường, trạng thái của nó được đánh giá với độ chính xác vừa đủ. Theo quy định, rung động siêu âm cường độ thấp được sử dụng.

Bằng cách thay đổi năng lượng của sóng âm, bạn có thể kiểm soát thành phần hỗn hợp khác nhau, không phải là hợp chất hóa học. Tốc độ âm thanh trong môi trường như vậy không thay đổi và sự hiện diện của tạp chất lơ lửng ảnh hưởng đến hệ số hấp thụ năng lượng âm thanh. Điều này giúp xác định được tỷ lệ phần trăm tạp chất trong chất ban đầu.

Bằng sự phản xạ của sóng âm tại giao diện giữa các môi trường (“truyền” bằng chùm siêu âm), có thể xác định sự hiện diện của tạp chất trong khối nguyên khối và tạo ra các thiết bị chẩn đoán siêu âm.

Kết luận: Siêu âm là sóng đàn hồi có tần số dao động từ 20 kHz đến 1 GHz, tai người không nghe được. Cài đặt siêu âm được sử dụng rộng rãi để xử lý vật liệu do rung động âm thanh tần số cao.

Sử dụng thiết lập siêu âm đơn giản nhất, bạn có thể hiển thị sự lan truyền của siêu âm trong các môi trường khác nhau, sự phản xạ và khúc xạ của siêu âm ở ranh giới của hai môi trường, sự hấp thụ siêu âm trong các chất khác nhau. Ngoài ra, có thể chứng minh việc sản xuất nhũ tương dầu, làm sạch các bộ phận bị ô nhiễm, hàn siêu âm, phun chất lỏng siêu âm và tác động sinh học của rung động siêu âm.

Việc sản xuất một tác phẩm sắp đặt như vậy có thể được thực hiện tại các xưởng của trường bởi học sinh trung học.

Thiết lập để trình diễn các thí nghiệm với siêu âm bao gồm một máy phát điện tử (Hình 1), một bộ chuyển đổi thạch anh từ các dao động điện thành dao động siêu âm và một ống chứa thấu kính (Hình 2) để tập trung siêu âm. Nguồn điện chỉ bao gồm máy biến áp Tr1, vì mạch anode của đèn máy phát được cấp nguồn trực tiếp Dòng điện xoay chiều(không có bộ chỉnh lưu). Việc đơn giản hóa này không ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động của thiết bị, đồng thời đơn giản hóa đáng kể mạch và thiết kế của thiết bị.

Máy phát điện tử được chế tạo theo mạch kéo đẩy sử dụng hai đèn 6 CÁI được kết nối trong mạch triode (lưới màn hình của đèn được kết nối với cực dương). Mạch anode của đèn bao gồm mạch L1C2 xác định tần số dao động được tạo ra và mạch lưới bao gồm cuộn phản hồi L2. Các mạch điện cực âm bao gồm một điện trở nhỏ R1, điện trở này quyết định phần lớn chế độ của đèn.

Hình.1. Sơ đồ mạch máy phát điện

Tín hiệu tần số cao được cung cấp cho bộ cộng hưởng thạch anh thông qua các tụ cách ly C4 và C5. Thạch anh được đặt trong giá đỡ thạch anh kín (Hình 2) và nối với máy phát điện bằng dây dài 1 m.

Cơm. 2. Bình chứa thấu kính và giá đỡ thạch anh

Ngoài các bộ phận đã xem xét, mạch điện còn chứa các tụ điện C1 và C3 cũng như cuộn cảm Dr1 qua đó điện áp cực dương được cung cấp cho cực dương của đèn. Cuộn cảm này ngăn tín hiệu tần số cao bị đoản mạch qua tụ điện C1 và điện dung lần lượt của máy biến áp điện.

Các bộ phận tự chế chính của máy phát điện là cuộn dây L1 và L2, được chế tạo dưới dạng xoắn ốc phẳng. Để làm chúng, bạn cần cắt ra một mẫu gỗ. Hai hình vuông được cắt ra từ một tấm ván rộng 25 cm, dùng làm má mẫu. Ở giữa mỗi má, nên tạo các lỗ cho một thanh kim loại có đường kính 10-15 mm, và ở một trong các má, nên khoét một lỗ hoặc rãnh rộng 3 mm để gắn đầu ra của cuộn dây. Một sợi chỉ được cắt trên thanh kim loại ở cả hai đầu và má được đặt giữa hai đai ốc ở khoảng cách bằng đường kính của dây quấn. Tại thời điểm này, việc sản xuất mẫu có thể được coi là hoàn thành và chúng ta có thể bắt đầu cuộn dây.

Thanh kim loại được kẹp ở một đầu trong một cái kẹp, vòng dây đầu tiên (bên trong) được đặt giữa hai má, sau đó các đai ốc được siết chặt và tiếp tục cuộn dây. Cuộn L1 có 16 vòng, cuộn L2 có 12 vòng dây đồng với đường kính 3 mm. Các cuộn dây L1 và L2 được làm riêng biệt, sau đó đặt chồng lên nhau trên một thanh ngang làm bằng textolite hoặc nhựa (Hình 3). Để mang lại cho cuộn dây độ bền cao hơn, các phần lõm được cắt ra trên các thanh ngang bằng cưa sắt hoặc dũa. Để cố định các cuộn dây, một trong số chúng phải được ép từ phía trên bằng chữ thập thứ hai (không có hốc) và cuộn thứ hai phải được đặt trực tiếp trên một tấm làm bằng thủy tinh hữu cơ, getinax hoặc nhựa, gắn trên khung kim loại của máy phát điện.

Cơm. 3

Cuộn cảm tần số cao được quấn trên khung gốm hoặc nhựa có đường kính 30 mm bằng dây PELSHO-0,25 mm. Việc cuộn dây được thực hiện với số lượng lớn theo từng đoạn 100 vòng. Tổng cộng cuộn cảm có 300-500 vòng. Thiết kế này sử dụng máy biến áp điện tự chế được chế tạo trên lõi làm bằng tấm Sh-33, độ dày của bộ là 33 mm. Cuộn dây mạng chứa 544 vòng dây PEL-0,45. Cuộn dây mạng được thiết kế để nối vào mạng có điện áp 127 V. Trong trường hợp sử dụng mạng có điện áp 220 V, cuộn dây I phải chứa 944 vòng dây PEL-0,35. Cuộn dây tăng áp có 2980 vòng dây PEL-0,14 và cuộn dây sợi đốt của đèn có 30 vòng dây PEL-1,0. Máy biến áp này có thể được thay thế máy biến áp nhãn hiệu ELS-2, chỉ sử dụng hoàn toàn cuộn dây điện, cuộn dây tóc của đèn và cuộn dây tăng áp hoặc bất kỳ máy biến áp điện nào có công suất ít nhất 70 VA và cuộn dây tăng áp cung cấp điện áp 470 V khi tải trên cực dương của đèn 6 CÁI.

Giá đỡ thạch anh được làm bằng đồng theo bản vẽ trong hình. 4. Trong trường hợp, dùng mũi khoan có đường kính 3 mm, khoan một lỗ hình chữ L để làm đầu ra của dây l. Một vòng cao su e được lắp vào vỏ, có tác dụng đệm và cách nhiệt cho thạch anh. Chiếc nhẫn có thể được cắt từ một cục tẩy bút chì thông thường. Vòng tiếp xúc b được cắt từ lá đồng dày 0,2 mm. Chiếc nhẫn này có một cánh hoa để hàn dây. Cả hai dây l và i đều phải có khả năng cách điện tốt. Dây được hàn vào mặt bích đỡ O. Không nên xoắn các dây lại với nhau.

Hình 4. Người giữ thạch anh

Bình chứa thấu kính bao gồm một hình trụ e và một thấu kính siêu âm b (Hình 5). Ống trụ được uốn từ một tấm thủy tinh hữu cơ dày 3 mm trên một tấm gỗ tròn có đường kính 19 mm.

Hình.5. Bình đựng thấu kính

Tấm được đun nóng trên ngọn lửa cho đến khi mềm ra, uốn cong theo mẫu và dán bằng tinh chất giấm. Xi lanh dán được buộc bằng chỉ và để khô trong hai giờ. Sau đó giấy nhám Căn chỉnh các đầu cuối của hình trụ và tháo ren. Để chế tạo thấu kính siêu âm b, bạn cần chế tạo một thiết bị đặc biệt (Hình 6) từ một quả bóng thép có đường kính 18-22 mm từ ổ bi. Quả bóng phải được ủ bằng cách nung đến nhiệt độ đỏ và làm nguội từ từ. Sau đó, một lỗ có đường kính 6 mm được khoan trên quả bóng và cắt một sợi bên trong. Để cố định quả bóng này vào mâm cặp của máy khoan, bạn cần chế tạo một thanh có ren ở một đầu của thanh.

Hình 6. Thiết bị

Thanh có bi bắt vít được kẹp vào mâm cặp máy, bật máy ở tốc độ trung bình và bằng cách ép bi vào tấm thủy tinh hữu cơ dày 10 - 12 mm sẽ thu được phần lõm hình cầu cần thiết. Khi quả bóng đi sâu hơn đến một khoảng bằng bán kính của nó, máykhoan tắt nó đi và không ngừng nhấn quả bóng, làm nguội nó bằng nước. Kết quả là thu được một hốc hình cầu của thấu kính siêu âm trong tấm thủy tinh hữu cơ. Một hình vuông có cạnh 36 mm được cắt ra khỏi tấm có phần lõm bằng cưa sắt, phần nhô ra hình khuyên xung quanh phần lõm được san bằng giấy nhám mịn và tấm được mài từ bên dưới sao cho đáy 0,2 mm. phần còn lại dày ở trung tâm của hốc. Sau đó chà nhám các khu vực bị trầy xước bằng giấy nhám cho đến khi trong suốt và máy tiện cắt các góc sao cho phần lõm hình cầu vẫn ở giữa tấm. Ở mặt dưới của tấm, cần tạo một phần nhô ra cao 3 mm và đường kính 23,8 mm để đặt thấu kính vào tâm thạch anh.

Sau khi làm ẩm thật nhiều một trong các đầu cuối của hình trụ bằng tinh chất giấm hoặc dichloroethane, dán nó vào thấu kính siêu âm sao cho trục trung tâm của hình trụ trùng với trục đi qua tâm thấu kính. Sau khi sấy khô, ba lỗ được khoan trong thùng dán để làm vít trang trí. Tốt nhất nên xoay các ốc vít này bằng tuốc nơ vít đặc biệt làm từ dây thông thường dài 10-12 cm và đường kính 1,5-2 mm và được trang bị tay cầm làm bằng vật liệu cách điện. Sau khi sản xuất các bộ phận được chỉ định và lắp đặt máy phát điện, bạn có thể bắt đầu thiết lập thiết bị, thường là cài đặt mạch L1C2 cộng hưởng với tần số tự nhiên của thạch anh. Tấm thạch anh trong (Hình 4) phải được rửa bằng xà phòng dưới vòi nước chảy và sấy khô. Vòng tiếp xúc b phía trên được làm sạch cho đến khi sáng bóng. Cẩn thận đặt tấm thạch anh lên trên vòng tiếp xúc và sau khi nhỏ vài giọt dầu biến thế lên các cạnh của tấm, vặn nắp sao cho nó ép vào tấm thạch anh. Để biểu thị rung động siêu âm, các hốc a và d trên nắp được đổ đầy dầu biến áp hoặc dầu hỏa. Sau khi bật nguồn và khởi động trong một phút, xoay núm điều chỉnh và đạt được sự cộng hưởng giữa các dao động của bộ tạo tấm thạch anh. Tại thời điểm cộng hưởng, người ta quan sát thấy độ phồng tối đa của chất lỏng đổ vào phần lõm trên nắp. Sau khi thiết lập trình tạo, bạn có thể bắt đầu trình diễn các thử nghiệm.

Thiết kế máy phát điện.

Một trong những minh chứng hiệu quả nhất là việc tạo ra một đài phun chất lỏng dưới tác động của rung động siêu âm. Để có được một vòi chất lỏng, bạn cần đặt bình “thấu kính” lên trên giá đỡ thạch anh để không có sự tích tụ bọt khí hình thành giữa đáy bình “thấu kính” và tấm thạch anh. Sau đó, bạn nên đổ nước uống thông thường vào bình chứa thấu kính và một phút sau khi bật máy phát điện, một đài phun nước siêu âm sẽ xuất hiện trên mặt nước. Chiều cao của đài phun nước có thể được thay đổi bằng cách sử dụng vít điều chỉnh, trước đó đã điều chỉnh máy phát điện bằng tụ điện C2. Với việc thiết lập chính xác toàn bộ hệ thống, bạn có thể có được một đài phun nước cao 30-40 cm (Hình 7).

Hình 7. Đài phun nước siêu âm.

Đồng thời với sự xuất hiện của đài phun nước, sương nước xuất hiện, đó là kết quả của quá trình tạo bọt kèm theo âm thanh rít đặc trưng. Nếu đổ dầu máy biến áp vào bình “thấu kính” thay vì đổ nước, chiều cao của đài phun nước sẽ tăng lên rõ rệt. Việc quan sát liên tục đài phun nước có thể được thực hiện cho đến khi mức chất lỏng trong bình “thấu kính” giảm xuống 20 mm. Để quan sát đài phun nước được lâu, cần bảo vệ đài phun nước bằng ống thủy tinh B, dọc theo thành trong của đài phun nước có thể chảy ngược lại.

Khi rung động siêu âm ảnh hưởng đến chất lỏng, các bong bóng cực nhỏ sẽ hình thành trong đó (hiện tượng tạo bọt), kèm theo sự gia tăng đáng kể áp suất tại vị trí hình thành bong bóng. Hiện tượng này dẫn đến sự phá hủy các hạt vật chất hoặc sinh vật sống trong chất lỏng. Nếu bạn đặt một con cá nhỏ hoặc daphnia “vào một chiếc bình có thấu kính” chứa nước, thì sau 1-2 phút chiếu xạ siêu âm, chúng sẽ chết. Việc chiếu một bình “thấu kính” có nước lên màn hình giúp có thể quan sát nhất quán tất cả các quá trình của trải nghiệm này trước một lượng lớn khán giả (Hình 8).

Hình.8. Tác dụng sinh học của rung động siêu âm.

Sử dụng thiết bị được mô tả, bạn có thể chứng minh việc sử dụng sóng siêu âm để làm sạch bộ phận nhỏ từ ô nhiễm. Để làm điều này, đặt một bộ phận nhỏ (bánh răng đồng hồ, một miếng kim loại, v.v.) được bôi trơn nhiều bằng mỡ ở đáy đài phun chất lỏng. Đài phun nước sẽ giảm đi đáng kể và có thể ngừng hẳn nhưng phần bị ô nhiễm sẽ dần được làm sạch. Cần lưu ý rằng việc làm sạch các bộ phận bằng siêu âm đòi hỏi phải sử dụng nhiều máy phát điện mạnh mẽ Vì vậy, không thể làm sạch toàn bộ phần răng bị nhiễm bẩn trong thời gian ngắn và bạn cần hạn chế chỉ làm sạch một vài chiếc răng.

Sử dụng hiện tượng xâm thực, có thể thu được nhũ tương dầu. Để làm điều này, nước được đổ vào bình “thấu kính” và một ít dầu biến thế được thêm lên trên. Để tránh nhũ tương bắn tung tóe, bạn cần đậy bình đựng thấu kính bằng thủy tinh. Khi bật máy phát điện, một dòng nước và dầu được hình thành. Sau 1-2 phút. chiếu xạ, một nhũ tương màu trắng đục ổn định được hình thành trong bình chứa thấu kính.

Được biết, sự lan truyền của rung động siêu âm trong nước có thể được nhìn thấy rõ ràng và một số tính chất của siêu âm có thể được chứng minh rõ ràng. Để làm được điều này, bạn cần một bồn tắm có đáy phẳng, trong suốt và càng lớn càng tốt, chiều cao các cạnh ít nhất là 5-6 cm, bồn tắm được đặt phía trên lỗ trên bàn trình diễn sao cho toàn bộ đáy trong suốt có thể được chiếu sáng từ bên dưới. Để chiếu sáng, tốt nhất nên sử dụng bóng đèn ô tô sáu volt làm nguồn sáng điểm để chiếu các quá trình đang được nghiên cứu lên trần khán phòng (Hình 9).

Hình.9. Khúc xạ và phản xạ của sóng siêu âm.

Bạn cũng có thể sử dụng bóng đèn công suất thấp thông thường. Nước được đổ vào bồn tắm sao cho tấm thạch anh trong giá đỡ thạch anh khi đặt thẳng đứng sẽ ngập hoàn toàn trong đó. Sau đó, bạn có thể bật máy phát điện và di chuyển giá đỡ thạch anh từ vị trí thẳng đứng sang vị trí nghiêng, quan sát sự lan truyền của chùm tia siêu âm trong hình chiếu trên trần khán phòng. Trong trường hợp này, giá đỡ thạch anh có thể được giữ bằng các dây l và c nối với nó hoặc có thể được cố định trước trong một giá đỡ đặc biệt, với sự trợ giúp của nó, bạn có thể thay đổi một cách trơn tru các góc tới của chùm tia siêu âm trong các mặt phẳng thẳng đứng và nằm ngang. Chùm tia siêu âm được quan sát dưới dạng các đốm sáng nằm dọc theo đường truyền dao động siêu âm trong nước. Bằng cách đặt bất kỳ chướng ngại vật nào trên đường đi của chùm tia siêu âm, có thể quan sát được sự phản xạ và khúc xạ của chùm tia.

Việc cài đặt được mô tả cho phép tiến hành các thí nghiệm khác, tính chất của thử nghiệm này phụ thuộc vào chương trình đang được nghiên cứu và thiết bị của lớp học. Là tải của máy phát điện, bạn có thể bao gồm các tấm bari titanat và nói chung là bất kỳ tấm nào có hiệu ứng áp điện ở tần số từ 0,5 MHz đến 4,5 MHz. Nếu có tấm dành cho các tần số khác thì cần thay đổi số vòng trong cuộn cảm (tăng ở tần số dưới 0,5 MHz và giảm ở tần số trên 4,5 MHz). Khi chuyển đổi mạch dao động và cuộn phản hồi sang tần số 15 kHz, bạn có thể bật bất kỳ bộ chuyển đổi từ giảo nào có công suất không quá 60 VA thay vì thạch anh