УЗЕЛ ПОГРУЖНОГО УЛЬТРАЗВУКОВОГО БЛОКА, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЙ ПОВЫШЕНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к горно-обогатительному оборудованию, в том числе к отдельному узлу погружного ультразвукового блока, и может найти применение в ультразвуковом оборудовании при регенерации или промывки керамических фильтров на вакуумных дисковых фильтровальных машинах.
Известен скважинный акустический излучатель, содержащий набор соосно расположенных пьезокерамических преобразователей, соединенных между собой через установочные детали и скрепленных центрирующим стержнем, герметизирующий эластичный кожух с двумя торцевыми крышками, заполненный электроизоляционной жидкостью. Каждый пьезокерамический преобразователь имеет форму правильной прямой многогранной призмы, грани которой выполнены в виде пьезокерамических пластин. Соединение пьезокерамических пластин с установочными деталями выполнено с возможностью осуществления пьезокерамическими пластинами упругих поперечных колебаний. Внутренние объемы пьезокерамических преобразователей и объем, образованный их наружной поверхностью и эластичным кожухом, имеют гидродинамическую связь (RU 2244946, МПК G01V 1/52, опубл. 20.01.2005).
Известное решение снижает резонансную частоту скважинного акустического излучателя без увеличения его размеров и обеспечивает его высокую эффективность, кроме того благодаря механическому контакту всех колец ультразвукового преобразователя обеспечивается термостабилизация, что синхронизирует работу ультразвуковых излучателей по частотным характеристикам. Недостатком известного устройства является то, что схема применима для соосно располагающихся ультразвуковых преобразователей.
Известен ультразвуковой пьезоэлектрический преобразователь проходного типа, представляющий собой металлический цилиндр, выполненный из акустически прозрачного материала, с расположенными на нем вибраторами. Цилиндр выполнен в виде толстостенной трубы из материала с низким акустическим сопротивлением, внутренняя поверхность которой цилиндрическая, а наружная поверхность выполнена в форме многогранника, стороны которого разделены продольными по граням и кольцевыми пазами на излучающие участки, образующие с закрепленными на них пьезоэлектрическими элементами и четвертьволновыми стальными накладками составные полуволновые вибраторы, причем глубина продольных и кольцевых пазов выполнена не менее половины толщины трубы, на внутренней стороне толстостенной трубы установлена тонкостенная гильза, выполненная из звукопрозрачного коррозионно-стойкого материала, длина которой превышает длину толстостенной трубы, при этом в длинных преобразователях толстостенная труба может быть составлена из отдельных кольцевых элементов, состоящих из одного и более рядов радиально расположенных вибраторов, установленных на одной гильзе, а количество вибраторов может быть меньше количества излучающих участков (RU 2222387, МПК В06В 1/06, опубл. 27.01.2004).
В известном устройстве излучаемая преобразователем в озвучиваемую жидкость ультразвуковая энергия используется не с максимальным КПД, так как излучение проходит через коррозийностойкую гильзу, в которой дополнительно имеют место потери мощности. К недостаткам этого устройства следует отнести и большой объем механической обработки сложных внешних и внутренних форм поверхности корпуса преобразователя, что значительно повышает себестоимость его изготовления.
Известен ультразвуковой погружной излучатель, включающий корпус из нержавеющей стали и крышку, жестко соединенными между собой.
Мощность одной рабочей стороны ультразвукового погружной излучателя составляет не более 250 Вт. Рабочим узлом погружного ультразвукового излучателя является рабочая поверхность со встроенными в него пьезокерамическими преобразователями, которые являются источником ультразвуковых колебаний. Рабочая частота ультразвуковых преобразователей составляет 25,5 кГц. Ультразвуковые излучатели приклеены к корпусу излучателя на клеевой состав (Режимы доступа: http://www.psb-gals.ru/catalog/pui/psb-1125×150.700-35.html: http://gradtex-ural.ru/pogruzhnye_izluchateli:
https://stc-soltec.ru/oborudovanie/vspomogatelnoe-oborudovanie/pogruzhnye-izluchateli/).
Недостатком погружного ультразвукового излучателя является отсутствие стабилизации работы ультразвуковых излучателей по частотным характеристикам.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является стержневой пьезокерамический акустический излучатель давления с односторонней лучевой диаграммой направленности, содержащий корпус из стали в виде трубки, активирующий элемент, состоящий из множества пьезокерамических шайб, размещенных на армирующей стяжке, которая размещена в корпусе, излучающий элемент усеченной цилиндрической формы, демпфер, размещенный на конце армирующей стяжки и жестко связанный с корпусом и с одним торцом активирующего элемента. Пьезокерамические шайбы активирующего элемента размещены на изолирующем слое, нанесенном на армирующую стяжку, и объединены по меньшей мере в три секции. Один торец излучающего элемента выполнен наклонным к оси корпуса под углом в пределах от 90 до 15° с образованием усеченного цилиндра. Пьезокерамический акустический излучатель давления содержит отражающий элемент из стали, выполненный в виде усеченного цилиндра, размещенного в корпусе, один торец которого, обращенный к активирующему элементу, выполнен наклонным к оси корпуса под углом в пределах от 15 до 75°. Предложены также устройство и способ для лучевого волнового акустического каротажа скважин (RU 2490668, МПК GO IV 1/40, Е21 В 47/14, опубл. 20.08.2013).
Известное решение направлено на повышение точности зондирования исследуемых объектов. Недостатки: в конструкции применяются секции пьезокерамических элементов, что увеличивает длину ультразвукового преобразователя и следовательно габаритные размеры конечного устройства, кроме того пакетное (секционное) исполнение ультразвукового преобразователя повысит мощность активного элемента, что приведет к эрозии излучающей поверхности и сокращению срока службы.
Технический результат заключается в обеспечении стабилизации работы ультразвуковых преобразователей в ультразвуковом оборудовании по частотным характеристикам посредством теплообмена между ультразвуковыми преобразователями за счет применения пластины, изготовленной из теплопроводного материла.
Технический результат достигается за счет того, что узел погружного ультразвукового блока включает ответную деталь, кольцевые пьезокерамические элементы, контактные кольца, излучающую деталь, пластину, изготовленную из теплопроводного материла, для обеспечения теплообмена между ультразвуковыми преобразователями.
На чертеже показана схема узла погружного ультразвукового блока.
Узел погружного ультразвукового блока включает ответную деталь 1, кольцевые пьезокерамические элементы 2, контактные кольца 3 и излучающую деталь 4. Дополнительно включает пластину 5, изготовленную из теплопроводного материла (например, меди), для обеспечения теплообмена между ультразвуковыми преобразователями (на чертеже позицией не обозначены). Элементы погружного ультразвукового блока соединены между собой резьбовым креплением (болт, шпилька с гайками).
Узел погружного ультразвукового блока работает следующим образом. Ультразвуковые колебания от излучающих поверхностей погружного ультразвукового блока распространяются в рабочей жидкости и воздействуют на керамический фильтр, который вращается вокруг оси проходит через область ультразвуковых колебаний. Под воздействием ультразвуковых колебаний в рабочей жидкости образуются такие эффекты, как акустические течения и кавитация. Под воздействием кавитации происходит отделение твердых частиц от пор керамического фильтра, а под воздействием акустических течений происходит их удаление.
По сравнению с прототипом заявленная полезная модель позволяет стабилизировать работу ультразвуковых преобразователей в ультразвуковом оборудовании по частотным характеристикам посредством теплообмена между ультразвуковыми преобразователями за счет применения пластины, изготовленной из теплопроводного материла.