УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ В ТЕПЛООБМЕННОЙ АППАРАТУРЕ
FACILITY FOR EXCITATION OF VIBRATIONS IN HEAT EXCHANGING EQUIPMENT

Изобретение относится к устройствам для получения и возбуждения колебаний широкого спектра частот и амплитуд и применяется в различных технологических задачах, в частности для интенсификации процесса теплообмена и предупреждения солевых отложений (накипи) на рабочих поверхностях нагрева теплообменной аппаратуры.
Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используются магнитострикционные преобразователи, однако они имеют невысокую амплитуду колебаний (см. а.с. СССР №83942). Известно устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре, содержащее цилиндрический корпус с беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный на оси корпуса, и водило, жестко закрепленное на приводном валу и снабженное охватывающими шарик лепестками (см. патент США №2829529, кл. 78-87, 1954).
Известно устройство, см. а.с. СССР №656673, кл. В06В 1/16. Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции цилиндрического корпуса с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком вала и привода, установленного на оси корпуса и жестко закрепленного на приводном валу водила, выполненного в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком.
Известное изобретение имеет существенный недостаток, заключающийся в невысокой надежности в процессе работы и невозможности получения широкого спектра частот и амплитуд возбуждаемых колебаний. В известном изобретении, как следует из описания и чертежа конструкции, точечный контакт элемента с шариком не может осуществляться длительное время, т.к. возникающая сила трения скольжения приводит к быстрому износу шарика и водила и разрушению конструкции в целом.
В качестве прототипа нами взят патент России №2204444 кл. В06В 1/16, 2003 г., бюл. №14, отличающийся тем, что водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, причем диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника находятся в соотношении 2:1.
Известное изобретение, как показал опыт его практического использования (разработка сотрудников нашего университета), имеет серьезные преимущества по сравнению с ранее известными, близкими по конструкции изобретениями, однако ему также присущ серьезный недостаток, заключающийся в недостаточно широком диапазоне частот и амплитуд, возбуждаемым известным устройством. Действительно, эти два основных параметра (частота и амплитуда) определяются непосредственно центробежной силой, возникающей в обойме при движении шарика:
где m - масса шарика, кг;
υ - линейная скорость движения, м/с;
R - радиус шарика, м.
При постоянной скорости движения шарика и радиуса обоймы величина центробежной силы, а следовательно, амплитуда и частота возбуждаемых колебаний изменяются в зависимости от массы шарика. Для решения различных технологических задач часто требуется возбуждать более широкий спектр частот и амплитуд, чем можно получить при использовании известного изобретения. Предлагаемое изобретение позволяет избавиться от вышеуказанного недостатка.
Техническим решением задачи является увеличение амплитуды возбуждаемых устройством колебаний при стабильности поддержания их в течение длительного периода времени, а это, в свою очередь, расширяет возможности использования устройства в более широком классе различных технических задач и технологических процессов.
Поставленная задача решается тем, что устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре содержит цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпуса, и водило, выполненное в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, при этом диаметр шарика и внешней обоймы шарикоподшипника водила находятся в соотношении 2:1. Устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре также снабжено дополнительным шариком, разделенным с первым посредством водила приводного вала.
Новизна предложенного технического решения заключается в том, что второй шарик создает в цилиндрическом корпусе свой спектр частот и амплитуд, а взаимодействие колебаний первого и второго шарика приводят к существенному расширению значений суммарной частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний.
По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемой совокупности признаков.
На чертеже представлен внешний вид устройства в двух проекциях.
Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции технологического аппарата, например, пароводяного котла или бункера 1 с мелкодисперсным материалом при помощи волновода 2, цилиндрического корпуса 3 с внутренней беговой дорожкой 4, обкатываемой двумя стальными шариками 5 и 6, вала 7 электропривода 8, установленного перпендикулярно плоскости корпуса 3 и жестко закрепленного на приводном валу 7 водила, выполненного в виде стержня 9, на концах которого установлены шарикоподшипники 10 для точечного контакта с шариками 5 и 6.
Устройство работает следующим образом.
При включении электропривода 8 его вал 7 приводит во вращение жестко закрепленное водило 9, которое, в свою очередь, через установленные на его концах шарикоподшипники 10 приводит в движение шарики 5 и 6, показанные на проекции 2 в режиме работы. Центробежные силы, создаваемые шариками, в свою очередь, возбуждают в цилиндрическом корпусе 3 колебания широкого спектра частот и амплитуд, которые через волновод 2 передаются на металлоконструкцию технологического аппарата 1.
Предлагаемое устройство позволяет получить несравненно более высокие значения частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что позволяет значительно расширить область возможного применения устройства.
Теоретические основы предложенного технического решения изложены в фундаментальной работе - см. Справочник в 6-ти т. «Вибрации в технике», т.4. - М.: Машиностроение, 1981 г., с.233 и 292 «Центробежные и пневматические вибровозбудители».