ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электротехнике, в частности касается конструкции ультразвуковых преобразователей-излучателей, и может использоваться для ультразвуковой очистки поверхностей с различным рельефом, в том числе с микрорельефом, для которого обычные виды очистки не дают положительного результата.
Известен пьезокерамический ультразвуковой преобразователь для озвучивания жидкости в ванне (SU №1451875, H 04 R 17/00). Известный преобразователь, выполненный в виде пакета, содержит излучающую накладку, пьезокерамические пластины, отражающую накладку, стянутые между собой центральным болтом или шпилькой, электрическое напряжение на пьезопластины преобразователя подается посредством электрического провода, припаянного к лепесткам-электродам.
Недостаток данного излучателя заключается в том, что он излучает колебания в диапазоне 18-40 кГц и не приспособлен к высокочастотному излучению в диапазоне свыше 70 кГц.
Для проведения в жидкости посредством ультразвукового возбуждения молекул воды технологических чистки сложных деталей с глубоким микрорельефом или глухими впадинами и отверстиями частоты колебаний в диапазоне 18-40 кГц становится недостаточным. Чистка глухих отверстий небольшого диаметра или микрорельефа возможна на более высоких частотах излучения, например, свыше 70 кГц, при которых скорость перемещения молекул становится высокой, и вода частично переходит в пароводяное состояние.
Известен ультразвуковой излучатель для технологической очистки, преимущественно для получения излучений до 300 кГц и выше, содержащий последовательно связанные между собой с образованием пакета излучающую накладку в виде металлического усеченного конуса с фланцем со стороны
очистки, преимущественно для получения излучений до 300 кГц и выше, содержащем последовательно связанные между собой с образованием пакета излучающую накладку в виде металлического усеченного конуса с фланцем со стороны большего основания для прикрепления и плотного прилегания к стенке ванны с жидкостью, по крайней мере два пьезоэлемента, связанные с электрическим питанием и прикрепленные к поверхности меньшего основания усеченного конуса, и отражающую накладку, в большем основании конуса выполнено углубление с плоским дном и наклонной стенкой, в котором угол наклона стенки и/или глубина и/или диаметр углубления являются функцией изменения частоты излучения.
Указанный технический результат для второго варианта достигается тем, что в высокочастотном ультразвуковом излучателе для технологической очистки, преимущественно для получения дискретных излучений до 300 кГц и выше, содержащем последовательно связанные между собой с образованием пакета излучающую накладку в виде металлического усеченного конуса с фланцем со стороны большего основания для прикрепления и плотного прилегания к стенке ванны с жидкостью, по крайней мере два пьезоэлемента, связанные с электрическим питанием и прикрепленные к поверхности меньшего основания усеченного конуса, и отражающую накладку, в большем основании конуса выполнено углубление с плоским дном и наклонной стенкой, в котором угол наклона стенки и/или глубина и/или диаметр углубления являются функцией изменения частоты излучения, а на дне углубления выполнено дополнительное углубление.
Указанный технический результат для третьего варианта достигается тем, что в высокочастотном ультразвуковом излучателе для технологической очистки, преимущественно широкополосного излучения до 300 кГц и выше, содержащем последовательно связанные между собой с образованием пакета излучающую накладку в виде металлического усеченного конуса с фланцем со стороны большего основания для прикрепления и плотного прилегания к стенке ванны с жидкостью, по крайней мере два пьезоэлемента, связанные с электрическим питанием и прикрепленные к поверхности меньшего основания
усеченного конуса, и отражающую накладку, в большем основании конуса выполнено углубление, поверхность которого представляет собой фрагмент поверхности второго порядка.
Указанный технический результат для четвертого варианта достигается тем, что в высокочастотном ультразвуковом излучателе для технологической очистки, преимущественно для получения излучений до 300 кГц и выше при уменьшенном потреблении тока, содержащем последовательно связанные между собой с образованием пакета излучающую накладку в виде металлического усеченного конуса с фланцем со стороны большего основания для прикрепления и плотного прилегания к стенке ванны с жидкостью, пьезоэлементы, связанные с электрическим питанием и прикрепленные к поверхности меньшего основания усеченного конуса, и отражающую накладку, в большем основании конуса выполнено углубление с плоским дном и наклонной стенкой или стенкой, поверхность которой представляет собой фрагмент поверхности второго порядка, при этом к поверхности меньшего основания усеченного конуса прикреплено шесть и более пар пьезоэлементов.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами, которые, однако, не являются единственно возможными, но наглядно демонстрируют возможность получения требуемого технического результата.
На фиг.1 - высокочастотный ультразвуковой излучатель для технологической очистки, первый вариант исполнения;
фиг.2 - высокочастотный ультразвуковой излучатель для технологической очистки, второй вариант исполнения;
фиг.3 - высокочастотный ультразвуковой излучатель для технологической очистки, третий вариант исполнения;
фиг.4 - высокочастотный ультразвуковой излучатель для технологической очистки, четвертый вариант исполнения.
Высокочастотный ультразвуковой пьезокерамический преобразователь по каждому из вариантов исполнения состоит из последовательно связанных между собой с образованием пакета излучающей накладки 1 (из алюминия или титана) пьезоэлементов 2, связанных с электрическим питанием и выполненных в виде дисков, и отражающей накладки 3 (из металла).
Излучающая накладка 1 выполнена в виде металлического усеченного конуса с фланцем 4 со стороны большего основания, посредством которого излучающая накладка прикреплена к стенке ванны 5 с жидкостью. Плотное прилегание к стенке ванны 3 и прикрепление этой накладки может быть выполнено как болтовым соединением (как это показано на фиг.1), так и приклеиванием.
По крайней мере два пьезоэлемента 2 прикреплены к поверхности меньшего основания усеченного конуса. Металлическая (стальная) отражающая накладка 3 прикрепляется со стороны пьезоэлементов. Все части стягиваются между собой, например, шпилькой, с образованием пакета, то есть единосвязанной конструкции.
Преобразователь работает следующим образом.
При подаче высокочастотного напряжения на пьезоэлементы 2 возникающие ультразвуковые колебания через излучающую накладку 1 передаются через стенку ванны в технологическую среду, например, жидкость, заполняющую ванну. В качестве моющей жидкости используется или типовые водные щелочные растворы или топливо, предназначенное для работы двигателей, например керосин, или масло, предназначенное для работы масляных или гидравлических систем летательного аппарата, например гидравлическое масло, или дизельное топливо.
Такое устройство обеспечивает возможность создания в моющей жидкости эффекта кавитации с развитой эрозионной способностью, обеспечивающей удаление загрязнений с очищаемой поверхности фильтра. Использование такого устройства для ультразвуковой очистки позволяет в короткие сроки произвести очистку изделия за счет кавитационного воздействия на очищаемую поверхность. Однако, учитывая, что очистка носит
поверхностный характер и представляет собой бомбардирование молекулами воды поверхности изделия, то при обычных режимах на частотах до 40 кГц происходит удаление основного покрова загрязнений с выступающих поверхностей, а полости и впадины, особенно небольших размеров, остаются неочищенными. При продолжительном очищении происходит разрушение уже очищенных частей изделия, что недопустимо. Поэтому необходим поиск таких режимов ультразвуковой кавитационной очистки, при которых явление эрозии или было бы пониженным или отсутствовало бы вообще, но стало бы возможным глубокое очищение впадин и микрорельефа. Для этого необходимо увеличить частоту возбуждения (излучения).
Согласно первого варианта исполнения (фиг.1) в высокочастотном ультразвуковом излучателе для технологической очистки для получения режимов излучения до 300 кГц и выше в большем основании конуса выполняют углубление 6 с плоским дном и наклонной стенкой, в котором угол наклона стенки и/или глубина и/или диаметр углубления являются функцией изменения частоты излучения. При таком исполнении над излучателем в ванне формируется столб 7 возбужденных молекул воды с высокой скоростью перемещения, обеспечивающей давление, достаточное для воздействия на загрязнения не только на поверхности выступающих частей изделия, но и во впадинах, что позволяет проводить технологическую очистку сложного микрорельефа за один временной интервал. При этом, изменяя угол наклона стенки и/или глубину и/или диаметр углубления в излучающей накладке изменяется и уровень частоты излучения: чем, например, круче угол наклона стенки, тем большую частоту излучения можно получить.
Если, сохранив исполнение излучателя по первому варианту, на дне углубления выполнить дополнительное углубление 8 (фиг.2), то режим работы преобразователя в части формирования высокочастотных излучений становится дискретным. Испытания такого излучателя показали, что пики всплесков излучений выявлены на частотах 125 кГц, 158 кГц, 202 кГц ...
А при выполнении в большом основании усеченного конуса излучающей накладки углубления 9 (фиг.3), поверхность которого представляет собой
фрагмент поверхности второго порядка (сферообразное углубление и т.д.) излучатель приобретает свойства многополосности, то есть возможности плавного роста излучения в зависимости от тока потребления.
Высокочастотный ультразвуковой излучатель для технологической очистки по фиг.4, сохраняющий конструкцию излучающей накладки по фиг.1 или фиг.3 для получения излучений до 300 кГц и выше (в большем основании конуса выполнено углубление с плоским дном и наклонной стенкой или стенкой, поверхность которой представляет собой фрагмент поверхности второго порядка), характеризуется тем, что к поверхности меньшего основания усеченного конуса прикреплено шесть и более пар пьезоэлементов 2. При этом потребление тока существенно уменьшилось с 10 А до 0,8 А при сохранении возможности реализовывать излучения до 300 кГц и выше. При таком исполнении конструкция становится безопасной и повышенной надежности.
Данные результаты получены при проведении экспериментальных работ и не получили еще теоретического обоснования.
Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть реализована с использованием известных средств и приемов, применяемых в электротехнике при изготовлении электротехнических устройств.