Общие требования к ультразвуковым аппаратам

Вторая группа функциональных применений прибора обусловлена кавитационными процессами в жидкостях. Для реализации кавитационных процессов в жидкости необходимо вводить ультразвуковые колебания с интенсивностью 1 .10 вт/см2. Рост интенсивности вводимых колебаний на первом этапе ведет к увеличению скорости технологических процессов. Отмечено также, что дальнейшее увеличение интенсивности приводит к образованию на поверхности рабочего инструмента кавитационного облака (большого количества воздушных пузырьков), исключающего передачу ультразвуковых колебаний в объем. Оптимальная интенсивность вводимых ультразвуковых колебаний составляет 3 .10 вт/см2.

Третья группа функциональных применений многофункциональных аппаратов обусловлена одновременно кавитацией и акустическими течениями в жидкостях. Поэтому для осуществления функциональных возможностей прибора, в технологиях объединенных в третью группу, наряду с кавитацией необходимо обеспечить интенсивные акустические потоки в жидкостях. Это может быть обеспечено применением ультразвуковых колебательных систем с рабочими инструментами специальной формы. Требования к аппаратуре аналогичны рассмотренным выше.

Интенсификация процессов, происходящих на границе раздела твердых материалов (склеивание, сварка, вулканизация) обусловлена комплексным воздействием нескольких физических эффектов, таких как - акустические потоки, давление, кавитация и др. Условия эксплуатации в этом случае еще более жесткие, чем при реализации первой группы функциональных возможностей.

Проведенные предварительные исследования позволили установить, что ультразвуковые технологии, реализующие все четыре группы функциональных применений, могут быть реализованы на базе семейства многофункциональных ультразвуковых аппаратов, способных обеспечить на рабочих инструментах, соприкасающихся с обрабатываемыми средами, ультразвуковые колебания с интенсивностью 3 .10 вт/см2 и амплитудой колебаний 30 -70 мкм.

Ультразвуковой технологический аппарат

, как правило, представляет собой сложную систему следующих блоков и элементов (см. рис.):

· собственно технологического аппарата (объема 1 с обрабатываемым материалом 2);

· ультразвуковой колебательной системы 3, состоящей из преобразователя электрических колебаний 4, волноводной системы 5, концентрирующей УЗ колебания и рабочего инструмента 6 для ввода УЗ колебаний в обрабатываемые среды;

· электрического генератора 7;

· систем контроля и автоматизации 8.

Начнем выработку общих требований к ультразвуковым аппаратам технологического назначения с обоснования требований к объемам с обрабатываемым веществом. Обусловлено это тем, что при создании аппарата необходимо прежде всего задаться необходимой интенсивностью УЗ колебаний в различных участках объема обрабатываемого вещества, ограниченного жесткими стенками.

Рис. Структурная схема ультразвукового технологического аппарата.

Если на поверхности рабочего инструмента средняя интенсивность ультразвуковых колебаний составляет 3 . 10 вт/см2, то и в других точках обрабатываемого объема интенсивность УЗ колебаний должна быть достаточной для обеспечения кавитационных процессов.

При распространении ультразвуковых колебаний в различных жидких средах происходят необратимые потери энергии, обусловленные внутренним трением. Для жидких сред (с частности, для воды), характеризуемых в обычных безкавитационных условиях очень низким коэффициентом затухания (коэффициент поглощения ультразвуковых колебаний в воде, обусловленный всеми действующими факторами, не превышает 40 м-1). Расчет уменьшения интенсивность ультразвуковых колебаний в жидкостях показывает, что интенсивность в воде уменьшиться в 2 раза на расстоянии 90 км от поверхности рабочего инструмента колебательной системы.