Ультразвуковое устройство для очистки изделий

Полезная модель относится к ультразвуковой технике и может быть использовано в различных отраслях промышленности для очистки различных деталей от загрязнений, а так же в быту для очистки текстильных изделий. Полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в создании высокоэффективного и экономичного устройства очистки изделий, при обеспечении высокого качества очистки изделий. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для ультразвуковой очистки изделий, содержащем излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f_в. Излучатели выбраны с резонансными частотами из диапазона частот f _н-f_в, причем часть излучателей имеют одинаковую резонансную частоту и установлены на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f _н-f_в где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f _в - верхнее значение частоты. В качестве генератора может быть использован генератор качающейся частоты.

Полезная модель относится к ультразвуковой технике и может быть использована в различных отраслях промышленности для очистки различных деталей от загрязнений, а так же в быту для очистки текстильных изделий.

Современные ультразвуковые моющие устройства работают по принципу создания достаточно мощного ультразвукового поля во всем объеме моющей жидкости. Под действием ультразвука моющее средство эффективно проникает в загрязнение за счет образования в нем микротрещин и пор и отщепляет его от обрабатываемой поверхности. Однако для повышения эффективности очистки требуется создавать движение рабочей среды. В промышленных установках для создания упорядоченного движения рабочей жидкости применяются различные способы механического перемешивания. Предлагаемое устройство позволяет создать упорядоченное движение рабочей жидкости посредством создания неоднородного акустического поля в объеме рабочей жидкости. Неоднородность поля приводит к возникновению в локальных областях объема рабочей жидкости повышенного давления. Жидкость под действием разности давлений перетекает из области высокого давления в область низкого.

Известна ванна для ультразвуковой обработки в жидкости, с расположением излучателей в вершинах и центре правильного шестигранника, радиус описанной окружности которого кратен начетному числу четвертей длины поперечной ультразвуковой волны, возбуждаемой в материале ванны (Авторское свидетельство СССР, №578127, МКИ: В 08 В 3/12). Такое расположение излучателей обеспечивает однородное акустического поле за счет исключения суперпозиции механических и акустических колебаний между соседними излучателями.

Однако в однородном акустическом поле течение рабочей среды практически невозможно из-за отсутствия перепадов его напряженности в его локальных областях, что приводит к недостаточно качественной очистке изделий.

Известен ультразвуковой преобразователь, содержащий источник трехфазного переменного электрического напряжения с симметричным сдвигом фаз и излучатель с несколькими вибраторами, размещенными в вершинах равносторонних треугольников, сопряженных своими боковыми сторонами (Авторское свидетельство СССР №359060, МКИ: В 06 В 1/06).

В таком преобразователе неоднородность акустического поля приводит к образованию вихрей и создает некоторый перепад давлений. Однако величина этого перепада недостаточно велика для создания упорядоченного движения рабочей жидкости, что также отрицательно сказывается на качестве очистки изделий.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для ультразвуковой очистки поверхностей, содержащее излучатели и генераторы переменного электрического напряжения, в котором для создания регулярного течения рабочей среды в ванне путем поочередного кратковременного выключения излучателей, генераторы выполнены автономными, и каждый из излучателей соединен с выходом одного генератора, вход которого соединен с выходом коммутатора, а вход коммутатора соединен с выходом процессора (Патент РФ на изобретение №2262397, МПК: В 08 В 3/12).

Недостатком известного устройства является необходимость использования в его конструкции большое количество генераторов, соответствующих числу излучателей и коммутатор. Это существенно увеличивает затраты на его производство и повышает его стоимость. Недостатком известного устройства является его высокое энергопотребление.

Полезная модель направлена на решение задачи, заключающейся в создании экономичного устройства очистки изделий, при обеспечении высокого качества очистки изделий.

Поставленная задача решается тем, что в ультразвуковом устройстве для очистки изделий, содержащем излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения, согласно полезной модели, генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f_н-f _в, а излучатели выбраны с резонансными частотами из диапазона частот f_н-f_в, причем часть излучателей имеют одинаковую резонансную частоту

и установлены на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f_н-f _в где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f_в - верхнее значение частоты. В качестве генератора может быть использован генератор качающейся частоты.

Технический результат, получаемый при использовании полезной модели, заключается в устранении недостатков прототипа, перечисленных выше, обеспечении интенсификации процесса и как следствие уменьшения продолжительности процесса очистки при снижении энергопотребления на 10-15% и получение высокого качества очистки.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично представлено заявляемое устройство, где И₁...И_n обозначены излучатели, n-порядковый номер излучателя, на фиг.2 - расположение излучателей, на фиг.3 - представлен частный случай исполнения устройства, на фиг.4 - блок - схема генератора качающейся частоты (ГКЧ). Позициями на фиг.4 обозначены: 1 - задающий генератор качающейся частоты, 2 - узел формирования временной задержки, 3 - предварительный усилитель, 4 - выходной каскад, 5 - сетевой выпрямитель с фильтром, 6 - источник питания схемы управления.

Полезная модель представляет собой устройство, содержащее N излучателей, лежащих в одной плоскости и генератор переменного электрического напряжения, причем для создания волнообразного движения рабочей среды в ванне путем последовательного возбуждения излучателей генератор выполнен в виде управляемого генератора с возможностью изменения частоты в диапазоне f _н-f_в, где f_н - нижний предел диапазона, a f_в - верхний предел (Фиг.1). Изменением частоты генератора управляет процессор, при этом изменение частоты может производиться как дискретно, так и непрерывно. Излучатели подключены к генератору параллельно и имеют различные резонансные частоты из диапазона частот f _н-f_в, причем часть излучателей имеют одинаковую резонансную частоту и установлены на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга (размер А), равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f _н-f_в (Фиг.2). Числовые значения параметров f_н и f_в определяются резонансными характеристиками применяемых

излучателей. В устройстве возможно применение как пьезокерамических, так и магнитострикционных излучателей. Частным случаем выполнения устройства является использование генератора качающейся частоты диапазона f_н-f_в, при этом процессор из устройства может быть исключен (Фиг.3).

Устройство работает следующим образом: генератор преобразует напряжение питающей сети в переменное напряжение той частоты, которая задается процессором. Это переменное напряжение поступает одновременно на все излучатели. Излучатели преобразуют электрическую энергию в энергию акустической волны. Если частота генератора совпадает с резонансной частотой группы излучателей, расположенных на одном радиусе, то амплитуда их колебаний становится больше амплитуды колебаний остальных излучателей. Это приводит к образованию в объеме рабочей жидкости над этими излучателями пучка вихрей. Создается перепад давлений Р между областью малого акустического поля и областью с его максимальной интенсивностью. Возникает волнообразное движение рабочей жидкости из области высокого давления в область низкого. При изменении частоты генератора происходит возбуждение излучателей с другой резонансной частотой, находящихся в другой области и процесс повторяется. При использовании генератора качающейся частоты происходит непрерывное сканирование диапазона частот f_н-f_в снизу вверх и наоборот. В случае упорядоченного расположения излучателей в зависимости от их резонансной частоты происходит их последовательное возбуждение и соответственно создается направленное движение рабочей жидкости.

Заявляемая конструкция была реализована в лабораторной установке. Управляемый генератор был выполнен в виде генератора качающейся частоты диапазона f _н-f_в. Генератор собран по типовой схеме, состоящей из следующих основных узлов: задающего генератора качающейся частоты 1, узла формирования временной задержки 2, предварительного усилителя 3, выходного каскада 4, а также сетевого выпрямителя с фильтром 5 и источника питания 6 схемы управления. Схема управления включает в себя узлы 1-3 (Фиг.4). Параллельно генератору подключены излучатели диаметром 35 мм, изготовленных из пьезокерамики ЦТС-19 с серебряными обкладками.

Излучатели были размещены на восьми радиусах концентрических окружностей, причем на одном радиусе располагалось по четыре излучателя. Резонансные частоты излучателей, расположенных на одном радиусе составили 30, 33, 40, 42, 45, 50, 54 и 60 кГц. Излучатели были установлены на дне ванны. Для предотвращения короткого замыкания излучатели были загерметизированы водонепроницаемым эластичным герметиком. Полоса качания генератора составляла 30 кГц (f _н - 30 кГц, f_в - 60 кГц), период качания 5 секунд. При сканировании заданного частотного диапазона происходило последовательное возбуждение излучателей и создавалось волнообразное движение жидкости в объеме ванны.

Заявляемое устройство помимо улучшения перечисленных выше характеристик, позволяет повысить производительность очистки.

1. Ультразвуковое устройство очистки изделий, содержащее излучатели, лежащие в одной плоскости, подключенные к генератору переменного электрического напряжения, отличающееся тем, что генератор выполнен с возможностью изменения частоты в диапазоне f _н-f_в, а излучатели выбраны с резонансными частотами из диапазона частот f_н-f _в, причем часть излучателей имеют одинаковую резонансную частоту и установлены на радиусах концентрических окружностей на расстоянии друг от друга, равном четверти длины волны для средней частоты рабочего диапазона f_н-f _в, где f_н - нижнее значение частоты из диапазона частот, f_в - верхнее значение частоты.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве генератора выбран генератор качающейся частоты.