RU2284215C1 - Ring-type magnetostrictive transducer - Google Patents
Ring-type magnetostrictive transducer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2284215C1 RU2284215C1 RU2005104192/15A RU2005104192A RU2284215C1 RU 2284215 C1 RU2284215 C1 RU 2284215C1 RU 2005104192/15 A RU2005104192/15 A RU 2005104192/15A RU 2005104192 A RU2005104192 A RU 2005104192A RU 2284215 C1 RU2284215 C1 RU 2284215C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetostrictive
- liquid medium
- pipe
- magnetic circuit
- ring
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам для обработки суспензий в мощных акустических полях, в частности для растворения, эмульгирования, диспергирования, а также к устройствам для получения и передачи механических колебаний с использованием эффекта магнитострикции.The invention relates to a device for processing suspensions in powerful acoustic fields, in particular for dissolution, emulsification, dispersion, as well as to devices for receiving and transmitting mechanical vibrations using the magnetostriction effect.
Известен кольцевой магнитострикционный преобразователь ЦМУ, описанный в литературе: Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М.: Энергия, 1976, с.194, рис.8-2. Известный кольцевой магнитострикционный преобразователь ЦМУ содержит кольцевой магнитострикционный излучатель с обмоткой возбуждения, у которого вовнутрь магнитопровода запрессован звукопрозрачный металлический стакан.Known ring magnetostrictive Converter TsMU, described in the literature: D.A. Gershgal, V.M. Fridman. Ultrasonic technological equipment. - M.: Energy, 1976, p.194, Fig. 8-2. The well-known ring magnetostrictive converter TsMU contains a ring magnetostrictive radiator with an excitation winding, in which a soundproof metal cup is pressed inside the magnetic circuit.
Наиболее близким к предлагаемому является кольцевой магнитострикционный преобразователь ЦМС-8, описанный в литературе: А.В.Донской, O.K.Келлер, Г.С.Кратыш. Ультразвуковые электротехнологические установки. - Ленинград: Энергоиздат, 1982, с.41, 42, 172. Магнитострикционный преобразователь ЦМС-8 содержит кольцевой магнитострикционный излучатель и цилиндрическую трубу, на которую методом горячей посадки насажены кольца магнитопровода излучателя, штампованные из листового магнитострикционного материала. Под действием переменного магнитного потока, создаваемого обмоткой магнитопровода, в магнитопроводе возникают радиальные механические колебания, обусловленные магнитострикционным эффектом, которые через стенку трубы передаются в обрабатываемую жидкую среду.Closest to the proposed is the ring magnetostrictive converter CMS-8, described in the literature: A.V. Donskoy, O.K. Keller, G.S. Kratysh. Ultrasonic electrotechnological installations. - Leningrad: Energoizdat, 1982, p.41, 42, 172. The TsMS-8 magnetostrictive transducer contains an annular magnetostrictive emitter and a cylindrical tube onto which the radiator magnetic rings are stamped from sheet magnetostrictive material by hot-seated. Under the action of an alternating magnetic flux created by the winding of the magnetic circuit, radial mechanical vibrations occur in the magnetic circuit due to the magnetostrictive effect, which are transmitted through the pipe wall to the processed liquid medium.
Недостаток известных кольцевых магнитострикционных преобразователей состоит в следующем. Наиболее часто кольцевые магнитострикционные преобразователи применяют как составную часть трубопровода технологической линии для ультразвуковой обработки жидкости в потоке (растворения, эмульгирования, диспергирования), например в аппаратах проходного типа. Их монтируют в разрыв трубопровода. В этом случае подбирают кольцевые излучатели с внутренним диаметром магнитопровода, равным внутреннему диаметру трубопровода. При этом рабочие частоты преобразователя определяются заданным диаметром трубопровода и резонансными размерами размещенного на трубе магнитопровода, что зачастую не может полностью удовлетворить требованиям технологического процесса обработки жидкой среды, в частности, из-за недостаточной интенсивности, так как большинство технологических процессов требуют наличие режима кавитации обрабатываемой суспензии. Из литературы известно, что интенсивность преобразователя по прототипу не превышает 0,8 Вт/см2 (Д.А.Гершгал, В.М.Фридман. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М.: Энергия, 1976, с.317, таблица П-1), а для получения акустической кавитации в жидкости нужна такая интенсивность колебаний, которая создает звуковые поля с амплитудой давления, превышающей прочность жидкости на разрыв, т.е. более 1 Вт/см2 (Применение ультразвука в промышленности. Под редакцией д-ра техн. наук проф. А.И.Маркова, М.: Машиностроение, 1975, с.24).A disadvantage of the known ring magnetostrictive converters is as follows. Most often, ring magnetostrictive transducers are used as an integral part of the pipeline of a technological line for ultrasonic processing of a liquid in a stream (dissolution, emulsification, dispersion), for example, in continuous flow apparatuses. They are mounted in the gap of the pipeline. In this case, select ring emitters with an inner diameter of the magnetic circuit equal to the inner diameter of the pipeline. At the same time, the operating frequencies of the converter are determined by the given diameter of the pipeline and the resonant dimensions of the magnetic circuit placed on the pipe, which often cannot fully meet the requirements of the technological process for processing a liquid medium, in particular, due to insufficient intensity, since most technological processes require the cavitation mode of the processed suspension . From the literature it is known that the intensity of the Converter according to the prototype does not exceed 0.8 W / cm 2 (D.A. Gershgal, V.M. Fridman. Ultrasonic technological equipment. - M .: Energy, 1976, p. 317, table P- 1), and to obtain acoustic cavitation in a fluid, such an intensity of oscillation is needed that creates sound fields with a pressure amplitude exceeding the tensile strength of the fluid, i.e. more than 1 W / cm 2 (Application of ultrasound in industry. Edited by Dr. of Technical Sciences, Professor A.I. Markov, M .: Mashinostroenie, 1975, p.24).
Таким образом, выявленные в процессе патентного поиска кольцевые магнитострикционные преобразователи, аналог и прототип заявленного изобретения, при осуществлении не обеспечивают достижения технического результата, заключающегося в повышении интенсификации технологического процесса без снижения качества обработки среды.Thus, the ring magnetostrictive converters, the analogue and the prototype of the claimed invention, revealed during the patent search, in the implementation do not provide the achievement of the technical result, which consists in increasing the intensification of the technological process without reducing the quality of the processing environment.
Предлагаемое изобретение решает задачу создания кольцевого магнитострикционного преобразователя, осуществление которого обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении интенсификации технологического процесса без снижения качества обработки жидкой среды.The present invention solves the problem of creating a ring magnetostrictive transducer, the implementation of which ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the intensification of the technological process without reducing the quality of processing a liquid medium.
Сущность изобретения заключается в том, что в кольцевой магнитострикционный преобразователь, содержащий первый кольцевой магнитострикционный излучатель и первую цилиндрическую трубу, выполненную из звукопрозрачного материала, на которую акустически жестко напрессован магнитопровод первого кольцевого магнитострикционного излучателя, дополнительно введены второй кольцевой магнитострикционный излучатель и выполненная из звукопрозрачного материала вторая цилиндрическая труба с герметично закрытыми входом и выходом, которая концентрично и с зазором закреплена внутри первой цилиндрической трубы, а магнитопровод второго кольцевого магнитострикционного излучателя акустически жестко запрессован во внутреннюю полость второй цилиндрической трубы. Кроме того, магнитопровод первого кольцевого магнитострикционного излучателя выполнен из материала с отрицательной стрикцией, а магнитопровод второго кольцевого магнитострикционного излучателя выполнен из материала с положительной стрикцией.The essence of the invention lies in the fact that in the annular magnetostrictive transducer containing the first annular magnetostrictive emitter and the first cylindrical tube made of a soundproof material onto which the magnetic circuit of the first annular magnetostrictive emitter is acoustically pressed, a second annular magnetostrictive emitter and made of translucent material are additionally introduced cylindrical pipe with hermetically sealed inlet and outlet, which end thrice and with a gap fixed inside the first cylindrical pipe, and the magnetic circuit of the second annular magnetostrictive emitter is acoustically rigidly pressed into the inner cavity of the second cylindrical pipe. In addition, the magnetic circuit of the first annular magnetostrictive radiator is made of negative striction material, and the magnetic circuit of the second annular magnetostrictive emitter is made of material with positive striction.
Технический результат достигается следующим образом. Выполнение магнитопровода излучателя из магнитострикционного материала позволяет реализовать большие мощности преобразователей и значительные площади излучающих систем (А.В.Донской, O.K.Келлер, Г.С.Кратыш. Ультразвуковые электротехнологические установки. - Ленинград: Энергоиздат, 1982, с.34), а следовательно, позволяет обеспечить интенсификацию технологического процесса и качество обработки жидкой среды.The technical result is achieved as follows. The implementation of the magnetic circuit of the emitter from magnetostrictive material allows you to realize high power converters and significant areas of the radiating systems (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh. Ultrasonic electrotechnological installations. - Leningrad: Energoizdat, 1982, p. 34), and therefore , allows for the intensification of the process and the quality of the processing of the liquid medium.
Поскольку первая и вторая трубы выполнены цилиндрическими, а магнитопроводы первого и второго кольцевых магнитострикционных излучателей выполнены в виде пакета магнитострикционных пластин, имеющих форму колец (А.В.Донской, O.K.Келлер, Г.С.Кратыш. Ультразвуковые электротехнологические установки. - Ленинград: Энергоиздат, 1982, с.с.41, 42, 172), то обеспечивается возможность напрессовки на наружную поверхность первой трубы и впрессовки во внутреннюю полость второй трубы соответствующих магнитопроводов излучателей. Это обеспечивает работоспособность устройства, а следовательно, осуществление заявленного технического результата. При этом благодаря тому что первая и вторая трубы выполнены цилиндрическими и из звукопрозрачного материала, а магнитопровод первого и второго кольцевых излучателей акустически жестко соответственно напрессован на первую трубу и запрессован во внутреннюю полость второй трубы, радиальная деформация кольцевых пластин магнитопроводов, возникающая за счет магнитострикционного эффекта, трансформируется в радиальные колебания стенок соответствующих труб. В результате первый и второй кольцевые магнитострикционные излучатели преобразуют электрические колебания соответствующих возбуждающих генераторов в радиальные механические колебания, а благодаря акустически жесткому соединению их плоскостей излучения с поверхностью соответствующей трубы механические колебания передаются через стенки труб в обрабатываемую жидкую среду, формируя в ней ультразвуковые колебания - акустическое поле.Since the first and second pipes are cylindrical, and the magnetic circuits of the first and second ring magnetostrictive emitters are made in the form of a package of magnetostrictive plates in the form of rings (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh. Ultrasonic Electrotechnological Installations. - Leningrad: Energoizdat , 1982, pp. 41, 42, 172), then it is possible to press on the outer surface of the first pipe and to press into the inner cavity of the second pipe of the respective magnetic circuits of the emitters. This ensures the operability of the device, and therefore, the implementation of the claimed technical result. Moreover, due to the fact that the first and second pipes are made cylindrical and made of a soundproof material, and the magnetic circuit of the first and second ring emitters is acoustically rigidly respectively pressed onto the first pipe and pressed into the internal cavity of the second pipe, the radial deformation of the ring plates of the magnetic circuits arising due to the magnetostrictive effect transforms into radial vibrations of the walls of the corresponding pipes. As a result, the first and second ring magnetostrictive emitters convert the electrical vibrations of the respective exciting generators into radial mechanical vibrations, and due to the acoustically rigid connection of their radiation planes with the surface of the corresponding pipe, the mechanical vibrations are transmitted through the pipe walls to the processed liquid medium, forming ultrasonic vibrations in it - the acoustic field .
Благодаря тому что вторая цилиндрическая труба закреплена внутри первой цилиндрической трубы концентрично и с зазором, формируется рабочая камера заявленного преобразователя с равномерным распределением звукового давления. При этом, поскольку вторая цилиндрическая труба выполнена с герметично закрытыми входом и выходом и закреплена внутри первой цилиндрической трубы концентрично и с зазором, рабочая камера заявленного преобразователя представляет собой полый цилиндр, у которого первая образующая принадлежит поверхности первой цилиндрической трубы и формирует внешнюю стенку полого цилиндра, а вторая образующая принадлежит поверхности второй цилиндрической трубы и формирует внутреннюю стенку, ограничивающую полость цилиндра. При этом благодаря акустически жесткому соединению излучающих поверхностей соответствующих магнитопроводов с поверхностью соответствующей трубы образующие обеих поверхностей полого цилиндра являются источниками акустических колебаний. В результате, по сравнению с прототипом, в заявленном преобразователе площадь излучающей поверхности значительно увеличена даже при условии той же интенсивности излучения акустической мощности. Следовательно, удельная акустическая мощность в рабочей камере предложенного преобразователя выше, чем в рабочей камере преобразователя по прототипу. Увеличение удельной мощности обеспечивает возможность интенсификации технологического процесса без снижения качества обработки жидкой среды.Due to the fact that the second cylindrical pipe is fixed concentrically and with a gap inside the first cylindrical pipe, the working chamber of the inventive transducer with a uniform distribution of sound pressure is formed. Moreover, since the second cylindrical pipe is made with hermetically sealed inlet and outlet and is fixed concentrically and with a gap inside the first cylindrical pipe, the working chamber of the inventive converter is a hollow cylinder, in which the first generatrix belongs to the surface of the first cylindrical pipe and forms the outer wall of the hollow cylinder, and the second generatrix belongs to the surface of the second cylindrical pipe and forms the inner wall bounding the cylinder cavity. Moreover, due to the acoustically rigid connection of the radiating surfaces of the respective magnetic circuits with the surface of the corresponding pipe, the generatrices of both surfaces of the hollow cylinder are sources of acoustic vibrations. As a result, in comparison with the prototype, in the inventive converter, the area of the radiating surface is significantly increased even under the condition of the same radiation intensity of acoustic power. Therefore, the specific acoustic power in the working chamber of the proposed transducer is higher than in the working chamber of the transducer according to the prototype. The increase in specific power provides the possibility of intensification of the technological process without compromising the quality of processing a liquid medium.
Поскольку в заявленной конструкции кольцевого магнитострикционного преобразователя длина окружности первой трубы больше длины окружности второй трубы, то и длина средней линии магнитопровода первого кольцевого магнитострикционного излучателя больше длины средней линии магнитопровода второго кольцевого магнитострикционного излучателя, что обуславливает отличие их резонансных частот. При этом резонансная частота первого излучателя ниже резонансной частоты второго, так как резонансная частота в этом случае определяется из выражения: lcp=λ= /fрез, где lcp - длина средней линии магнитопровода излучателя, λ - длина волны в материале магнитопровода, с - скорость упругих колебаний в материале магнитопровода, f рез - резонансная частота излучателя (А.В.Донской, O.K.Келлер, Г.С.Кратыш. Ультразвуковые электротехнологические установки. - Ленинград: Энергоиздат, 1982, с.25). Иначе говоря, благодаря тому что дополнительно введены вторая цилиндрическая труба, выполненная из звукопрозрачного материала, и второй кольцевой магнитострикционный излучатель, магнитопровод которого акустически жестко запрессован во внутреннюю полость второй цилиндрической трубы, в заявленном преобразователе в обрабатываемой жидкой среде формируются ультразвуковые колебания с двумя резонансными частотами: низкочастотные и высокочастотные. В прототипе, у которого рабочая камера имеет форму цилиндрической трубы с фиксированными геометрическими размерами, фиксирован и диаметр магнитопровода кольцевого магнитострикционного излучателя, напрессованного на трубу, т.е. в прототипе в обрабатываемой жидкой среде формируются ультразвуковые колебания только с одной фиксированной частотой. Наличие двух резонансных частот в заявленном преобразователе позволяет интенсифицировать технологический процесс и повысить качество обработки жидкой среды. Это объясняется следующим.Since in the claimed design of the ring magnetostrictive converter the circumference of the first pipe is greater than the circumference of the second pipe, the length of the middle line of the magnetic circuit of the first ring magnetostrictive radiator is greater than the length of the middle line of the magnetic circuit of the second ring magnetostrictive radiator, which leads to the difference in their resonant frequencies. In this case, the resonant frequency of the first emitter is lower than the resonant frequency of the second, since the resonant frequency in this case is determined from the expression: lcp = λ = / fres, where lcp is the length of the midline of the emitter’s magnetic circuit, λ is the wavelength in the material of the magnetic circuit, and s is the elastic velocity oscillations in the material of the magnetic circuit, fres — resonant frequency of the emitter (A.V. Donskoy, OKKeller, G.S. Kratysh. Ultrasonic Electrotechnological Installations. - Leningrad: Energoizdat, 1982, p.25). In other words, due to the additional introduction of a second cylindrical tube made of a soundproof material and a second annular magnetostrictive emitter, the magnetic circuit of which is acoustically rigidly pressed into the internal cavity of the second cylindrical tube, ultrasonic vibrations with two resonant frequencies are formed in the inventive transducer in the processed liquid medium: low-frequency and high-frequency. In the prototype, in which the working chamber has the shape of a cylindrical pipe with fixed geometric dimensions, the diameter of the magnetic circuit of a ring magnetostrictive emitter pressed onto the pipe is also fixed, i.e. in the prototype, ultrasonic vibrations with only one fixed frequency are formed in the liquid medium being processed. The presence of two resonant frequencies in the inventive Converter allows you to intensify the process and improve the quality of processing of a liquid medium. This is explained by the following.
При воздействии акустического поля в обрабатываемой жидкой среде возникают акустические течения - стационарные вихревые потоки жидкости, возникающие в свободном неоднородном звуковом поле.Under the influence of an acoustic field in the processed liquid medium, acoustic flows arise - stationary vortex fluid flows arising in a free inhomogeneous sound field.
Кроме того, под воздействием акустического поля в обрабатываемой жидкой среде возникает кавитация - образование разрывов жидкой среды там, где происходит местное понижение давления. В результате кавитации образуются парогазовые кавитационные пузырьки, которые резонируют с акустическим полем. Чем ниже частота, тем крупнее пузырек, так как период у низкой частоты большой и пузыри успевают вырасти. Жизнь пузырька при кавитации - один период частоты. Захлопываясь, пузырек создает мощное давление. Чем больше пузырек, тем больше его кинетическая энергия, тем более высокое давлении создается при его захлопывании. В заявленном преобразователе благодаря двухчастотному озвучиванию обрабатываемой жидкости кавитационные пузырьки отличаются по размерам: более крупные являются следствием воздействия на жидкую среду низкой частоты, а мелкие - высокой частоты. При обработке суспензии мелкие пузырьки проникают в трещины и полости твердой составляющей смеси и, захлопываясь, формируют микроударные воздействия, ослабляя целостность твердой частицы изнутри. Пузырьки большего размера, захлопываясь, разбивают ослабленную изнутри частицу на мелкие фракции.In addition, under the influence of the acoustic field in the processed liquid medium, cavitation occurs - the formation of discontinuities of the liquid medium where local pressure decrease occurs. As a result of cavitation, vapor-gas cavitation bubbles are formed, which resonate with the acoustic field. The lower the frequency, the larger the bubble, since the period at the low frequency is large and the bubbles have time to grow. Cavitation bubble life is one period of frequency. Slamming, the bubble creates powerful pressure. The larger the bubble, the greater its kinetic energy, the higher the pressure created when it collapses. In the inventive converter, due to the two-frequency sounding of the liquid being treated, cavitation bubbles differ in size: larger ones are the result of exposure to a liquid medium of low frequency, and small ones - of high frequency. When processing the suspension, small bubbles penetrate into the cracks and cavities of the solid component of the mixture and, collapsing, form micro-shock effects, weakening the integrity of the solid particle from the inside. Larger bubbles, collapsing, break the particle weakened from the inside into small fractions.
При эмульгировании и смешивании большие пузырьки разрушают межмолекулярные связи у составляющих будущей смеси, укорачивая цепочки, и формируют для маленьких пузырьков условия для дальнейшего разрушения межмолекулярных связей.When emulsifying and mixing, large bubbles destroy the intermolecular bonds of the components of the future mixture, shortening the chains, and form conditions for small bubbles for further destruction of the intermolecular bonds.
В результате повышается интенсификация технологического процесса и качество обработки жидкой среды.As a result, the intensification of the technological process and the quality of processing the liquid medium are increased.
Благодаря наличию в заявленном преобразователе двух рабочих частот в обрабатываемой жидкой среде в результате взаимодействия акустических волн с разными резонансными частотами возникают биения, обусловленные наложением двух частот (принцип суперпозиций), которые вызывают резкое мгновенное возрастание амплитуды акустического давления. В такие моменты мощность удара акустической волны может в несколько раз превысить удельную мощность преобразователя, что интенсифицирует технологический процесс и улучшает качество обработки жидкой среды.Due to the presence of two operating frequencies in the inventive converter in the liquid medium being processed, as a result of the interaction of acoustic waves with different resonant frequencies, beats occur due to the superposition of two frequencies (superposition principle), which cause a sharp instantaneous increase in the amplitude of the acoustic pressure. At such moments, the impact power of an acoustic wave can several times exceed the specific power of the transducer, which intensifies the technological process and improves the quality of processing of a liquid medium.
Кроме того, резкое возрастание амплитуды акустического давления облегчает подвод кавитационных зародышей в зону кавитации; интенсивность кавитации возрастает. Кавитационные пузырьки, формируясь в порах, неровностях, трещинах поверхности твердого тела, находящегося в суспензии, образуют локальные акустические течения, которые интенсивно перемешивают жидкость во всех микрообъемах, что также позволяет интенсифицировать технологический процесс без снижения качества обработки жидкой среды.In addition, a sharp increase in the amplitude of the acoustic pressure facilitates the supply of cavitation nuclei to the cavitation zone; cavitation intensity increases. Cavitation bubbles, forming in pores, irregularities, cracks in the surface of a solid body in suspension, form local acoustic flows that intensively mix the liquid in all microvolumes, which also allows you to intensify the process without compromising the quality of processing the liquid medium.
Кроме того, в заявленном преобразователе сочетание двух частот усиливает воздействие на обрабатываемую жидкую среду акустических течений и кавитации, так как в их образовании участвует каждая из частот: низкая и высокая, что приводит к возрастанию турбулентности акустических течений. Последнее интенсифицирует процессы диспергации твердых составляющих в жидкости, процессы эмульгации, перемешивание или растворение составляющих жидкой среды, что также позволяет интенсифицировать технологический процесс без снижения качества обработки жидкой среды.In addition, in the inventive converter, the combination of two frequencies enhances the impact on the processed liquid medium of acoustic flows and cavitation, since each of the frequencies is involved in their formation: low and high, which leads to an increase in turbulence of acoustic flows. The latter intensifies the processes of dispersion of solid components in a liquid, the processes of emulsification, mixing or dissolution of components of a liquid medium, which also allows you to intensify the process without compromising the quality of processing of the liquid medium.
Известно, что магнитострикционные материалы в магнитном поле ведут себя по-разному. Одни под действием магнитного поля увеличивают геометрические размеры, а другие - уменьшают. Первые материалы относят к материалам с положительной стрикцией, а вторые относят к материалам с отрицательной стрикцией. Благодаря тому что в заявленном преобразователе магнитопровод первого кольцевого магнитострикционного излучателя выполнен из материала с отрицательной стрикцией, а магнитопровод второго кольцевого магнитострикционного излучателя выполнен из материала с положительной стрикцией, обеспечивается плотное, акустически жесткое прилегание соответствующих поверхностей пластин магнитопроводов излучателей к поверхностям труб. В таком преобразователе для формирования акустического поля в обрабатываемой жидкой среде используется не сила упругой деформации трубы, а сила деформации магнитопровода излучателя, что делает параметры системы стабильными. В результате по всей площади излучающей поверхности создается звуковое давление постоянной амплитуды, повышается интенсивность излучения и КПД преобразователя. Все это позволяет интенсифицировать технологический процесс без снижения качества обработки жидкой среды.It is known that magnetostrictive materials in a magnetic field behave differently. Some under the influence of a magnetic field increase the geometric dimensions, while others - reduce. The first materials are classified as materials with a positive striction, while the second are classified as materials with a negative striction. Due to the fact that in the inventive converter, the magnetic circuit of the first ring magnetostrictive radiator is made of negative striction material, and the magnetic circuit of the second ring magnetostrictive radiator is made of material with positive striction, a dense, acoustically rigid fit of the corresponding surfaces of the plates of the magnetic circuits of the emitters to the pipe surfaces is provided. In such a transducer, for forming an acoustic field in the liquid being processed, it is not the elastic pipe deformation force that is used, but the deformation of the emitter magnetic circuit, which makes the system parameters stable. As a result, a sound pressure of constant amplitude is created over the entire area of the radiating surface, the radiation intensity and the efficiency of the converter increase. All this allows you to intensify the process without compromising the quality of processing the liquid medium.
Таким образом, из вышеизложенного следует, что заявленный кольцевой магнитострикционный преобразователь при осуществлении обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении интенсификации технологического процесса без снижения качества обработки среды.Thus, from the foregoing, it follows that the claimed ring magnetostrictive converter during implementation ensures the achievement of a technical result, which consists in increasing the intensification of the technological process without reducing the quality of the processing environment.
На чертеже изображен кольцевой магнитострикционный преобразователь с рубашкой охлаждения с примером выполнения варианта крепления второй трубы (в разрезе).The drawing shows a ring magnetostrictive transducer with a cooling jacket with an example of the embodiment of the fastening of the second pipe (in section).
Кольцевой магнитострикционный преобразователь содержит первый кольцевой магнитострикционный излучатель 1 и первую цилиндрическую трубу 2, выполненную из звукопрозрачного материала, например или стальную, или керамическую, или кварцевую, в зависимости от назначения преобразователя. Магнитопровод 3 первого 1 кольцевого магнитострикционного излучателя выполнен в виде пакета магнитострикционных пластин, имеющих форму колец, и напрессован на первую цилиндрическую трубу 2. На магнитопровод 3 намотаны обмотки возбуждения и поляризации (на чертеже не показаны).An annular magnetostrictive transducer comprises a first annular magnetostrictive emitter 1 and a first cylindrical tube 2 made of a translucent material, for example, either steel, ceramic, or quartz, depending on the purpose of the converter. The magnetic circuit 3 of the first 1 ring magnetostrictive emitter is made in the form of a package of magnetostrictive plates having the shape of rings, and is pressed onto the first cylindrical tube 2. The excitation and polarization windings are wound on the magnetic circuit 3 (not shown in the drawing).
Кроме того, кольцевой магнитострикционный преобразователь содержит вторую выполненную из того же звукопрозрачного материала цилиндрическую трубу 4 с герметично закрытыми входом 5 и выходом 6 и второй кольцевой магнитострикционный излучатель 7 со вторыми обмотками возбуждения и поляризации (на чертеже не показаны). Магнитопровод 8 второго 7 кольцевого магнитострикционного излучателя также выполнен в виде пакета магнитострикционных пластин, имеющих форму колец. Вторая цилиндрическая труба 4 концентрично и с зазором закреплена внутри первой цилиндрической трубы 2, а магнитопровод 8 второго 7 кольцевого магнитострикционного излучателя запрессован во внутреннюю полость второй 4 цилиндрической трубы. При этом магнитопровод 8 должен быть размещен напротив магнитопровода 3. Оптимальный вариант - длина пакетов магнитопроводов должна быть одинаковой, что обеспечит равномерность распределения звукового поля в рабочей камере.In addition, the annular magnetostrictive transducer contains a second cylindrical pipe 4 made of the same soundproof material with hermetically sealed inlet 5 and outlet 6 and a second annular magnetostrictive emitter 7 with second excitation and polarization windings (not shown in the drawing). The magnetic circuit 8 of the second 7 ring magnetostrictive emitter is also made in the form of a package of magnetostrictive plates having the shape of rings. The second cylindrical pipe 4 is concentrically and with a gap fixed inside the first cylindrical pipe 2, and the magnetic circuit 8 of the second 7 ring magnetostrictive emitter is pressed into the inner cavity of the second 4 cylindrical pipe. In this case, the magnetic circuit 8 should be placed opposite the magnetic circuit 3. The best option is the length of the packages of magnetic circuits should be the same, which will ensure uniform distribution of the sound field in the working chamber.
Магнитопровод 3 первого кольцевого магнитострикционного излучателя 1 выполнен из материала с отрицательной стрикцией, например из никеля. Магнитопровод 8 второго кольцевого магнитострикционного излучателя 7 выполнен из материала с положительной стрикцией, например, из железокобальтового сплава 49К2Ф. В магнитопроводах 3 и 8 предусмотрены отверстия 9, 10 для выполнения возбуждающей и поляризационной обмоток.The magnetic core 3 of the first annular magnetostrictive emitter 1 is made of a material with a negative striction, for example, nickel. The magnetic circuit 8 of the second annular magnetostrictive emitter 7 is made of a material with positive striction, for example, of iron-cobalt alloy 49K2F. In magnetic circuits 3 and 8, openings 9, 10 are provided for performing exciting and polarizing windings.
В примере выполнения кольцевого магнитострикционного преобразователя первый магнитопровод 3 помещен в рубашку охлаждения 11 со штуцером 12 для подачи охлаждающей жидкости 13.In an exemplary embodiment of a ring magnetostrictive converter, the first magnetic circuit 3 is placed in a cooling jacket 11 with a fitting 12 for supplying a cooling fluid 13.
Рубашка охлаждения 14 второго магнитопровода 8 может быть выполнена, например, в виде продолжения концов второй трубы 4, которые свободны от магнитопровода, с образованием полостей правой 15 и левой 16. При этом, например, правая 15 полость через отверстие в первой трубе и трубку 17 жестко соединяется с рубашкой охлаждения 11 первого магнитопровода 3, а левая жестко закрепляется во втором отверстии в первой трубе 2 посредством второй трубки 18, которая сообщается со стоком охлаждающей жидкости. В результате вторая труба 4 оказывается закрепленной внутри первой трубы 2 концентрично и с зазором. Охлаждающая жидкость 13 циркулирует в рубашках охлаждения 11, 14 под действием насоса (на чертеже не показан), или водопроводной сети. Форму концов второй трубы 4 логично выполнить обтекаемой. Питающие провода для обмоток возбуждения и поляризации могут быть пропущены, например, через трубки для ввода 12 и вывода 18 охлаждающей жидкости 13. Свободные от магнитопровода концы первой трубы снабжены фланцами 19, 20 для присоединения к трубопроводу.The cooling jacket 14 of the second magnetic circuit 8 can be made, for example, in the form of a continuation of the ends of the second pipe 4, which are free from the magnetic circuit, with the formation of cavities of the right 15 and left 16. In this case, for example, the right 15 cavity through the hole in the first pipe and tube 17 rigidly connected to the cooling jacket 11 of the first magnetic circuit 3, and the left is rigidly fixed in the second hole in the first pipe 2 by means of a second pipe 18, which communicates with the drain of coolant. As a result, the second pipe 4 is fixed inside the first pipe 2 concentrically and with a gap. Coolant 13 circulates in cooling jackets 11, 14 under the action of a pump (not shown), or a water supply network. The shape of the ends of the second pipe 4 is logical to streamline. The supply wires for the field windings and polarization can be passed, for example, through the tubes for input 12 and output 18 of the cooling fluid 13. The ends of the first pipe free from the magnetic circuit are provided with flanges 19, 20 for connection to the pipeline.
Кольцевой магнитострикционный преобразователь работает следующим образом. На обмотки возбуждения и поляризации, намотанные на магнитопроводы 3 и 8, подают напряжение питания. В рабочий объем преобразователя насосом (на чертеже не показан) подают обрабатываемую жидкую среду 21, например, для выполнения растворения, эмульгирования, диспергирования. После подачи напряжения на обмотки магнитопроводов 3 и 8 первый 2 и второй 7 кольцевые магнитострикционные излучатели за счет магнитострикционного эффекта преобразуют электрические колебания возбуждающих генераторов в механические колебания, каждый на своей резонансной частоте. Благодаря акустически жесткому соединению их плоскостей излучения с поверхностью соответствующей трубы 2 и 4 механические колебания магнитопроводов 3 и 8 передаются через стенки труб 2 и 4 в обрабатываемую жидкую среду.Ring magnetostrictive Converter operates as follows. The excitation and polarization windings wound on the magnetic circuits 3 and 8 are supplied with a supply voltage. In the working volume of the Converter pump (not shown) serves the processed liquid medium 21, for example, to perform dissolution, emulsification, dispersion. After applying voltage to the windings of the magnetic circuits 3 and 8, the first 2 and second 7 ring magnetostrictive emitters, due to the magnetostrictive effect, convert the electrical vibrations of the exciting generators into mechanical vibrations, each at its own resonant frequency. Due to the acoustically rigid connection of their radiation planes with the surface of the corresponding pipe 2 and 4, the mechanical vibrations of the magnetic circuits 3 and 8 are transmitted through the walls of the pipes 2 and 4 to the processed liquid medium.
Под воздействием формируемого двухчастотного акустического поля в обрабатываемой среде возникают акустические течения и кавитация. При этом, как было показано выше, кавитационные пузырьки отличаются по размерам: более крупные являются следствием воздействия на жидкую среду низкой частоты, а мелкие - высокой частоты.Under the influence of the generated two-frequency acoustic field, acoustic flows and cavitation arise in the medium being treated. Moreover, as shown above, cavitation bubbles differ in size: larger ones are a consequence of exposure to a liquid medium of low frequency, and small ones - of a high frequency.
При обработке суспензии мелкие пузырьки проникают в трещины и полости твердой составляющей смеси и, захлопываясь, формируют микроударные воздействия, ослабляя целостность твердой частицы изнутри. Пузырьки большего размера, захлопываясь, разбивают ослабленную изнутри частицу на мелкие фракции. Кроме того, в результате взаимодействия акустических волн с разными резонансными частотами возникают биения, приводящие к резкому мгновенному возрастанию амплитуды акустического давления, что приводит к еще большему измельчению твердых фракций в обрабатываемой жидкой среде. Одновременно наличие двух резонансных частот усиливает турбулентность акустических течений, что способствует более интенсивному перемешиванию обрабатываемой жидкой среды.When processing the suspension, small bubbles penetrate into the cracks and cavities of the solid component of the mixture and, collapsing, form micro-shock effects, weakening the integrity of the solid particle from the inside. Larger bubbles, collapsing, break the particle weakened from the inside into small fractions. In addition, as a result of the interaction of acoustic waves with different resonant frequencies, beats occur, leading to a sharp instant increase in the amplitude of the acoustic pressure, which leads to even greater grinding of solid fractions in the processed liquid medium. At the same time, the presence of two resonant frequencies enhances the turbulence of acoustic flows, which contributes to more intensive mixing of the processed liquid medium.
При эмульгировании и растворении большие пузырьки разрушают межмолекулярные связи у составляющих будущей смеси, укорачивая цепочки, и формируют для маленьких пузырьков условия для дальнейшего разрушения межмолекулярных связей. Ударная акустическая волна и повышенная турбулентность акустических течений, являющиеся результатами двухчастотного озвучивания обрабатываемой жидкой среды, также разрушают межмолекулярные связи и интенсифицируют процесс перемешивания среды.When emulsifying and dissolving, large bubbles destroy the intermolecular bonds of the components of the future mixture, shortening the chains, and form conditions for small bubbles for further destruction of the intermolecular bonds. The shock acoustic wave and increased turbulence of acoustic flows, which are the results of two-frequency sounding of the processed liquid medium, also destroy intermolecular bonds and intensify the process of mixing the medium.
В результате совместного воздействия этих факторов на обрабатываемую жидкую среду технологический процесс интенсифицируется без снижения качества обработки.As a result of the combined effect of these factors on the processed liquid medium, the technological process is intensified without compromising the quality of processing.
Как показали испытания, по сравнению с прототипом удельная мощность заявленного преобразователя в два раза выше.As tests have shown, in comparison with the prototype, the specific power of the claimed converter is two times higher.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005104192/15A RU2284215C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Ring-type magnetostrictive transducer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005104192/15A RU2284215C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Ring-type magnetostrictive transducer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2284215C1 true RU2284215C1 (en) | 2006-09-27 |
Family
ID=37436450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005104192/15A RU2284215C1 (en) | 2005-02-16 | 2005-02-16 | Ring-type magnetostrictive transducer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2284215C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446030C2 (en) * | 2010-06-02 | 2012-03-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Device to produce castings |
| RU2492590C1 (en) * | 2011-12-26 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Magnetostrictive converter of high-frequency ultrasonic vibrations |
-
2005
- 2005-02-16 RU RU2005104192/15A patent/RU2284215C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2446030C2 (en) * | 2010-06-02 | 2012-03-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Device to produce castings |
| RU2492590C1 (en) * | 2011-12-26 | 2013-09-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Magnetostrictive converter of high-frequency ultrasonic vibrations |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7504075B2 (en) | Ultrasonic reactor and process for ultrasonic treatment of materials | |
| US5026167A (en) | Ultrasonic fluid processing system | |
| US5032027A (en) | Ultrasonic fluid processing method | |
| US8651230B2 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| US7156201B2 (en) | Ultrasonic rod waveguide-radiator | |
| CN103028540B (en) | Ultrasonic tool head | |
| JP3278846B2 (en) | Modular unit for tubular sonicator | |
| RU2325959C2 (en) | Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating | |
| US10702889B2 (en) | Modular, submersible ultrasonic tubular transducer | |
| EP1148943B1 (en) | Process and apparatus for irradiating fluids | |
| US6958569B1 (en) | Acoustic driver assembly for a spherical cavitation chamber | |
| RU2284215C1 (en) | Ring-type magnetostrictive transducer | |
| US7354556B2 (en) | Process and apparatus for irradiating fluids | |
| EP2195122B1 (en) | High capacity ultrasonic reactor system | |
| RU2286216C1 (en) | Ultrasonic plant | |
| EP3017863B1 (en) | Ultrasonic system for mixing multiphase media and liquids, and associated method | |
| Luche et al. | Practical considerations for process optimization | |
| CN203018298U (en) | Ultrasonic tool head | |
| RU141803U1 (en) | ULTRASONIC FLOWING MACHINE | |
| Gâmbuteanu et al. | Principles and effects of acoustic cavitation | |
| EP4190440A1 (en) | Intensified multifrequency sonoreactor device | |
| RU2434674C1 (en) | Device for physicochemical treatment of fluids | |
| CN216605539U (en) | Anticorrosive ultrasonic processor | |
| Zhou et al. | A tubular focused sonochemistry reactor | |
| RU2304261C1 (en) | Method and device for heat and mass exchange |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130212 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160217 |