ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ВИБРАТОР

Полезная модель относится к устройствам для получения и передачи механических колебаний в различные среды и может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов, в частности теплообмена в паровых котлах, конденсаторах турбин, бойлерах и т.д., а так же для целей снижения тяговых усилий при установке вибратора на плугах и других сельскохозяйственных орудиях, для стяживания плодов с деревьев (яблоки, груши и т.д.), уменьшения биологических отложений на корпусах судов и водозаборных приморских электростанций, ускорения различных физико-химических процессов и т.д.
Известно техническое решение - см. патент США №2829529 - высокочастотный вибратор, включающий цилиндрическую обойму с внутренней беговой дорожкой в которой размещен с возможностью радиального перемещения шарик, а так же электромотор, на оси которого закреплена цилиндрическая обойма. При вращении электромотора шарик создает в цилиндрической обойме центробежные силы, которые и возбуждают колебания широкого спектра частот и амплитуд.
Недостатками известного устройства заключаются в том, что возбуждаемые колебания имеют малую мощность и достаточно узкий частотный диапазон, вследствие недостаточно высокой скорости вращения электромотор.
Зависимость основных параметров известного вибратора
u
где F - возбуждаемая центробежная сила [Дж]
m - масса шарика [кг]
V - линейная скорость движения шарика [м/с]
R - радиус цилиндрической обоймы [м]
Кроме этого, применение асинхронных двигателей затрудняет регулирование скорости (частоты) вращения и требует специальных источников питания повышенной частоты тока, а колебания обоймы, которая закреплена непосредственно к электромотору отрицательно сказывается на надежности работы электроприборов и они быстро выходят из строя.
В качестве прототипа нами выбран патент (а.с. СССР №856583) который содержит цилиндрическую обойму с внутренней беговой дорожкой в которой размещен шарик, управляемый источник импульсного тока, а так же обмотка и датчик положения шарика, подключенными к выходу и входу управляемого источника импульсного тока.
Вибратор широко применялся с 1975 года на предприятиях Юга России, позволил получить на ряде предприятий значительный экономический эффект, однако выявились и некоторые недостатки. Прежде всего невысокая степень надежности вследствие износа ферромагнитного шарика перемещающегося по внутренней дорожке кольцевой обоймы, а во-вторых - нарушение параметров вибрации (а именно частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний) за счет торможения скорости движения шарика воздухом, образующимся в канале беговой дорожки при высокой скорости движения шарика.
Техническим решением задачи является повышение эффективности работы вибратора за счет устранения известных недостатков.
Задача достигается тем, что высокочастотный вибратор, содержащий цилиндрическую обойму с внутренней беговой дорожкой, в которой размещен с возможностью перемещения ферромагнитный шарик, обойма так же снабжена обмоткой и с двух сторон имеет крышки, одна из крышек снабжена отверстиями для выхода воздуха, а обмотка подключена к источнику импульсного тока, при этом шарик предварительно обрабат постоянным магнитным поле напряженностью 1000-2000 А/м в течении 60 минут.
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что при высокой скорости движения ферромагнитного шарика вибратора воздух находящийся в пространстве цилиндрической обоймы и крышек - сжимается и оказывает сопротивление движению шарика, и практически существенно снижает параметры вибрации. Предварительная обработка шарика в постоянном магнитном поле существенно (почти на два порядка) повышает прочностные характеристики шарика, что особенно важно, учитывая высокую скорость его вращения по кольцевой обойме (см. журнал «Наука и техника» №6 за 1980 год. статья «магнит увеличит долговечность инструмента»).
На чертеже представлена конструкция высокочастотного вибратора.
Высокочастотный вибратор содержит цилиндрическую обойму 1, изготовленную из немагнитного материала (например меди или титана), ферромагнитный шарик 2 (при этом шарик предварительно обрабатывается постоянным магнитным поле напряженностью 1000-2000 А/м в течении 60 минут), внутреннее ограничительное кольцо 3 (также изготовленное из немагнитного материала), две боковые крышки 4, которые предназначены для исключения возможности выпадения шарика при пусках и остановках вибратора, а так же возможности попадания внутрь посторонних предметов, силовую обмотку 5, намотанную непосредственно на обойму 1 и ограничительное кольцо 3, источник импульсного тока 6, волновод 7 служащий для передачи колебаний к металлоконструкции того или иного технологического аппарата 8. При этом одна из боковых крышек имеет отверстия для выхода воздуха из обоймы по которой перемещается ферромагнитный шарик.
Высокочастотный вибратор работает следующим образом. При включении источника импульсного тока 6 по силовой обмотке 5 протекает мощный импульс тока, в результате чего происходит мощное импульсное электромагнитное ноле, вызывающее вихревые токи в шарике 2. Взаимодействие импульсного магнитного поля силовой обмотки 5 и электромагнитного поля в шарике 2, приводит к мощному силовому импульсу, прикладываемому к шарику 2 и направленному к середине обмотки 5. Под действием этой силы шарик втягивается в обмотку и за счет инерционных сил делает оборот по внутренней дорожке обоймы 1. Как только шарик проходит датчик 7, последний выдает сигнал на подачу следующего импульса от источника импульсного тока 6. Далее процесс повторяется автоматически. Максимальное значение частоты зависит от источника импульсного тока 6. При вращении шарика 2 в обойме 1 возникают огромные центробежные силы, приводящие к высокочастотной вибрации обоймы, которая посредством волновода 8 передается на металлоконструкцию технологического аппарата 9.