Излучающая накладка пьезокерамического ультразвукового преобразователя

Полезная модель относится к ультразвуковым преобразователям для озвучивания жидких и вязких сред, применяемых при очистке поверхностей, стерилизации инструментов, перемешивании компонентов, диспергировании эмульсий и т.п., и может применяться в различных отраслях промышленности.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение амплитуды колебаний излучающей накладки за счет максимального снижения ее веса и, следовательно, уменьшения веса головной части ультразвукового преобразователя по сравнению с его хвостовой частью.

Для этого в известной излучающей накладке пьезокерамического ультразвукового преобразователя, расширяющейся в сторону ванны и переходящей в плоскую кольцевую мембрану, выполненной в центре с резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя и по периферии с цилиндрическим уступом, - симметрично по окружности выполнены глухие отверстия перпендикулярно плоскости ее сочленения с элементами преобразователя, а толщина излучающей накладки выполнена максимально тонкой настолько, насколько выдержит резьбовое соединение со шпилькой преобразователя.

Полезная модель относится к ультразвуковым преобразователям для озвучивания жидких и вязких сред, применяемых при очистке поверхностей, стерилизации инструментов, перемешивании компонентов, диспергировании эмульсий и т.п., и может применяться в различных отраслях промышленности.

Известен преобразователь с излучающей накладкой (смотри авторское свидетельство СССР №1451875, МКИ 4 H 04 R 17/10), которая выполнена расширяющейся в сторону ванны и переходящей в плоскую кольцевую мембрану. Для разъемного соединения преобразователя с корпусом ванны с помощью фланца кольцевая мембрана выполнена с цилиндрическим уступом, перпендикулярным ее плоскости, торец которого неразъемно крепится к фланцу.

Основным недостатком известного устройства является недостаточная эффективность передачи ультразвуковой энергии в озвучиваемую среду, обусловленная жесткостью мембраны и большим весом головной части преобразователя.

Наиболее близкой к заявляемой излучающей накладке является излучающая накладка пьезокерамического ультразвукового преобразователя по полезной модели №6964 МПК 6 H 04 R 17/10, расширяющаяся в сторону ванны и переходящая в плоскую кольцевую мембрану, выполненную в центре с резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя и по периферии с цилиндрическим уступом, перпендикулярным ее плоскости, торец которого через фланец неразъемно крепится к ванне. Указанная мембрана содержит коническую часть, соединяющую плоскую часть и цилиндрический уступ.

Данная излучающая накладка имеет достаточно большой вес, что снижает амплитуду колебаний излучателя, а из-за слабой жесткости вследствие увеличенной ширины мембраны за счет конической части может работать только в низкочастотной части ультразвуковых волн. Все это снижает эффективность передачи ультразвуковой энергии от преобразователя в озвучиваемую среду. Кроме того, известная мембрана сложна в изготовлении, т.к. выполнение цилиндрического уступа с конической частью требует специальной оснастки.

Целью заявляемой полезной модели является увеличение эффективности передачи ультразвуковой энергии в озвучиваемую среду.

Указанная цель достигается тем, что в известной излучающей накладке пьезокерамического ультразвукового преобразователя, расширяющейся в сторону ванны и переходящей в плоскую кольцевую мембрану, выполненное в центре с резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя и по периферии с цилиндрическим уступом, перпендикулярным ее плоскости, торец которого неразъемно крепится к ванне, - симметрично по окружности выполнены глухие отверстия перпендикулярно плоскости ее сочленения с элементами преобразователя, а толщина излучающей накладки минимальна, при этом толщина ее части над резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя соизмерима с толщиной мембраны.

Техническим результатом предлагаемого решения является увеличение амплитуды колебаний излучающей накладки за счет максимального снижения ее веса и, следовательно, уменьшения веса головной части ультразвукового преобразователя по сравнению с его хвостовой частью, т.к. основная масса головной части излучателя сконцентрирована в излучающей накладке.

При весе головной части равной или большей хвостовой части ультразвукового преобразователя, последнему не удается «раскачать» излучатель с достаточной амплитудой, что приводит к снижению эффективности кавитации. Поэтому, изготовив излучающую накладку максимально тонкой настолько, насколько выдержит резьбовое соединение со шпилькой преобразователя

и удалив лишнюю массу высверливанием отверстий, можно существенно снизить вес головной части преобразователя и, следовательно, увеличить эффективность передачи ультразвуковой энергии в озвучиваемую среду.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором на фиг.1 изображена половина излучающей накладки в разрезе, на фиг.2 - вид А, на фиг.3 - график результатов испытаний излучающей накладки.

Излучающая накладка 1, расширяющаяся в сторону ванны и переходящей в плоскую кольцевую мембрану 2, имеет в центре резьбовое гнездо 3 для стягивающей шпильки преобразователя (на чертеже не показана) и по периферии цилиндрический уступ 4. В излучающей накладке 1 симметрично по окружности выполнены глухие отверстия 5 перпендикулярно плоскости ее сочленения с элементами преобразователя. Излучающая накладка 1 торцом цилиндрического уступа 4 посредством неразъемного соединения 6 крепится к дну ванны 7. Толщина излучающей накладки 1 выполнена минимальной и равна сумме глубины резьбового гнезда 3 (Н) и толщины ее части над гнездом 3 (h), которая соизмерима с толщины мембраны 2.

Пример реализации устройства.

Проведены сравнительные испытания двух преобразователей: первый с излучающей накладкой, изготовленной в соответствии с заявляемой полезной моделью, второй с излучающей накладкой по прототипу. Обе излучающие накладки изготовлены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и имеют одинаковые габаритные размеры: D₁=76 мм, D ₂=50 мм. Высота предлагаемой излучающей накладки (H+h) равна 12 мм (из них 10,8 мм - глубина гнезда 3, а 1,2 мм - толщина мембраны 2), высота излучающей накладки по прототипу выполнена такой же, но без высверливаемых отверстий. В предлагаемой излучающей накладке по окружности диаметром 35 мм (D₃ ) перпендикулярно плоскости сочленения с элементами преобразователя выполнено восемь глухих отверстий диаметром 10 мм и глубиной 10,5 мм. Количество отверстий может быть от 6 до 10, диаметр отверстий - от 8 до 11 мм, глубина отверстий

должна быть не более глубины гнезда 3, при этом количество и размеры отверстий не должны нарушать жесткость излучающей накладки.

Ультразвуковую мощность измеряли косвенным методом - по повышению температуры озвучиваемой жидкости за одинаковый промежуток времени при использовании одинакового объема жидкости. Результаты испытаний представлены на фиг.3, где график 1 - предлагаемая излучающая накладка, график 2 - излучающая накладка по прототипу. Испытания показали, что температура воды, озвученная предлагаемой излучающей накладкой, повысилась в течение первых ста минут на 12°С больше, чем с излучающей накладкой по прототипу. Это говорит о том, что кавитационное поле, создаваемое предлагаемой излучающей накладкой, более мощное по сравнению с прототипом.

Кроме этого, предлагаемая излучающая наклада проста в изготовлении, т.к. не требует применения специальной оснастки.

Излучающаяся накладка пьезокерамического ультразвукового преобразователя, расширяющаяся в сторону ванны и переходящая в плоскую кольцевую мембрану, выполненная в центре с резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя и по периферии с цилиндрическим уступом, перпендикулярным ее плоскости, торец которого неразъемно крепится к ванне, отличающаяся тем, что в ней симметрично по окружности выполнены глухие отверстия перпендикулярно плоскости ее сочленения с элементами преобразователя, а толщина излучающей накладки минимальна, при этом толщина ее части над резьбовым гнездом для стягивающей шпильки преобразователя соизмерима с толщиной мембраны.