RU2430509C1 - Device of electrophysical exposure of aerosols - Google Patents
Device of electrophysical exposure of aerosols Download PDFInfo
- Publication number
- RU2430509C1 RU2430509C1 RU2010110402/21A RU2010110402A RU2430509C1 RU 2430509 C1 RU2430509 C1 RU 2430509C1 RU 2010110402/21 A RU2010110402/21 A RU 2010110402/21A RU 2010110402 A RU2010110402 A RU 2010110402A RU 2430509 C1 RU2430509 C1 RU 2430509C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- disk
- vibrations
- piezoelectric elements
- end surface
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники активного воздействия на атмосферные образования, а именно к устройствам для ускорения процесса рассеивания тумана в прилежащей зоне различных стационарных объектов, таких как аэродромы, морские порты, автодороги, площадки для проведения спортивных и культурных мероприятий, и перед перемещающимися в пространстве кораблями, автомобилями, поездами, для которых необходимо выполнение заданных требований по дальности видимости.The invention relates to the field of technology of active influence on atmospheric formations, namely, devices for accelerating the process of dispersing fog in the adjacent zone of various stationary objects, such as airfields, seaports, highways, venues for sports and cultural events, and in front of ships moving in space , cars, trains for which it is necessary to fulfill specified requirements for visibility range.
Туманы являются устойчивой структурой и, в естественных условиях, эволюционируют слабо. Разрушение (рассеивание) тумана в естественных условиях происходит, как правило, вследствие изменения термодинамических параметров среды (температуры, влажности, давления) и длится от нескольких часов до нескольких суток.Fogs are a stable structure and, under natural conditions, evolve weakly. The destruction (dispersion) of fog in natural conditions occurs, as a rule, due to changes in the thermodynamic parameters of the medium (temperature, humidity, pressure) and lasts from several hours to several days.
Для улучшения метеорологических условий в период образования тумана и, прежде всего, уменьшения вероятности ограничения видимости ниже допустимых пределов (для рассеивания туманов) используются устройства электрофизического воздействия, использующие различные виды энергетического воздействия на аэрозоли.To improve meteorological conditions during the formation of fog and, first of all, to reduce the likelihood of limiting visibility below acceptable limits (for dispersing fogs), electrophysical devices using various types of energy effects on aerosols are used.
Наиболее эффективными являются устройства электрофизического воздействия на аэрозоли, обеспечивающие коагуляцию взвешенных в воздухе капелек влаги под действием акустических (в том числе и ультразвуковых) колебаний высокой интенсивности.The most effective devices are the electrophysical effects on aerosols, which ensure coagulation of moisture droplets suspended in air under the influence of high-intensity acoustic (including ultrasonic) vibrations.
Наибольшее практическое применение имеют устройства воздействия на аэрозоли, основанные на преобразовании энергии потока сжатого воздуха (газа), создаваемого специальными компрессорами, в энергию акустических колебаний, формируемых в газовой среде (аэродинамические преобразователи). Наиболее эффективными среди них являются статические газоструйные излучатели [1]. Принцип действия устройств заключается в воздействии на частицы жидкости в воздухе упругими колебаниями одной или нескольких частот, направляемыми на скопление тумана.Aerosols acting on the basis of converting the energy of a stream of compressed air (gas) generated by special compressors into the energy of acoustic vibrations generated in a gaseous medium (aerodynamic converters) have the greatest practical application. The most effective among them are static gas-jet emitters [1]. The principle of operation of the devices consists in the action on the particles of liquid in the air by elastic vibrations of one or several frequencies directed to the accumulation of fog.
При этом, благодаря высокой интенсивности воздействия акустических колебаний и использованию различных частот воздействия, увеличивается скорость коагуляции частиц (рассеивания тумана).At the same time, due to the high intensity of the influence of acoustic vibrations and the use of different frequencies of exposure, the coagulation rate of particles (fog dispersion) increases.
Известные устройства воздействия на аэрозоли характеризуются рядом существенных недостатков:Known devices for aerosol exposure are characterized by a number of significant disadvantages:
1. Низкой эффективностью [1] газоструйных излучателей, обусловленной малым (менее 20%) коэффициентом преобразования энергии потока сжатого воздуха в энергию колебаний (коэффициентом полезного действия).1. The low efficiency [1] of gas-jet emitters, due to the small (less than 20%) coefficient of conversion of the energy of the compressed air flow into vibrational energy (efficiency).
2. Необходимостью использования для питания аэродинамических излучателей специальных компрессоров и большим расходом сжатого воздуха, быстрым износом механических узлов аэродинамических излучателей абразивными частицами.2. The need to use special compressors to power the aerodynamic emitters and the high consumption of compressed air, the rapid wear of the mechanical components of the aerodynamic emitters with abrasive particles.
3. Длительным временем выхода на режим излучения, связанным с необходимостью создания потока газа, а в случае использования автономных газогенераторов - ограниченным, непродолжительным временем работы.3. A long time for reaching the radiation regime associated with the need to create a gas flow, and in the case of using autonomous gas generators, with a limited, short working time.
4. Ограниченным диапазоном излучения (менее 20 кГц), исключающим возможность эффективной коагуляции мелких частиц, так как известно [2], что эффективность коагуляции в значительной степени зависит от степени увлечения дисперсных частиц дисперсионной средой, которая определяется как: 
При этом отношение амплитуды скорости колебаний взвешенной частицы к амплитуде скорости колебаний дисперсионной среды в зависимости от отношения частоты f излучения звука к характеристической частоте F0 имеет асимптотический характер. Например, для воздуха, при нормальных условиях 
Исходя из этого выражения, можно определить характеристическую частоту, необходимую для эффективной коагуляции тумана. Как известно, наибольшую повторяемость в тумане имеют частицы с радиусом 15 мкм, а большая часть размеров частиц тумана находится в диапазоне от 10 до 20 мкм [4]. Следовательно, используя полученную формулу, для частиц с радиусом 15 мкм F0=32 кГц. Для частиц размером в 20 мкм оптимальная частота близка к 20 кГц. Использовать частоты ниже 20 кГц не желательно из-за потенциальной опасности для человека и животных. Таким образом, диапазон частот для воздействия на туманы должен быть более 20 кГц.Based on this expression, it is possible to determine the characteristic frequency necessary for effective coagulation of the fog. As is known, particles with a radius of 15 μm have the greatest repeatability in the fog, and most of the particle sizes of the fog range from 10 to 20 μm [4]. Therefore, using the obtained formula, for particles with a radius of 15 μm, F 0 = 32 kHz. For particles of 20 microns in size, the optimal frequency is close to 20 kHz. Using frequencies below 20 kHz is not advisable because of the potential danger to humans and animals. Thus, the frequency range for exposure to fog should be more than 20 kHz.
Полученные значения частотного диапазона являются предельно возможными для газоструйных излучателей. Газоструйные излучатели на частоту 20 кГц не могут создавать излучение мощностью более 1…10 Вт из-за реализуемого физического принципа формирования колебаний (малых по диаметру сопла и резонатора).The obtained values of the frequency range are extremely possible for gas-jet emitters. Gas-jet emitters at a frequency of 20 kHz cannot generate radiation with a power of more than 1 ... 10 W due to the physical principle of the formation of oscillations (small in diameter of the nozzle and resonator).
Такой мощности излучения для коагуляции тумана недостаточно.Such radiation power for fog coagulation is not enough.
6. Неэффективностью перестройки по частоте газоструйных излучателей, осуществляемых изменением объема резонатора или изменением расстояния между соплом и резонатором [5]. Оба способа изменения частоты излучения приводят к нарушению оптимального режима возбуждения излучателя и снижению интенсивности генерируемых колебаний. Поэтому на практике используются одновременно несколько излучателей с различными размерами сопел и резонаторов для формирования колебаний различных частот, что увеличивает затраты на изготовление разных излучателей и использование нескольких компрессоров.6. The inefficiency of the frequency tuning of gas-jet emitters, carried out by changing the volume of the resonator or by changing the distance between the nozzle and the resonator [5]. Both methods of changing the radiation frequency lead to a violation of the optimal excitation mode of the emitter and a decrease in the intensity of the generated oscillations. Therefore, in practice, several emitters with different sizes of nozzles and resonators are used simultaneously to form oscillations of different frequencies, which increases the cost of manufacturing different emitters and the use of several compressors.
7. Невозможностью обеспечения наиболее эффективного режима акустического воздействия на туман в виде стоячей волны (двукратное увеличение амплитуды колебаний) или резонансного усиления за счет отражения, обусловленной негармонической формой акустических колебаний, генерируемых аэродинамическими излучателями.7. The impossibility of providing the most effective regime of acoustic exposure to fog in the form of a standing wave (a twofold increase in the amplitude of oscillations) or resonant amplification due to reflection due to the non-harmonic form of acoustic oscillations generated by aerodynamic emitters.
Для частичного устранения недостатков (исключения необходимости использования компрессоров, снятия ограничений по частотному диапазону, обеспечения синусоидального характера излучения) известных устройств в последние годы начали использоваться устройства электрофизического воздействия на аэрозоли, основанные на преобразовании энергии электрического тока в энергию акустических колебаний (пьезоэлектрические преобразователи).To partially eliminate the drawbacks (eliminating the need to use compressors, removing restrictions on the frequency range, ensuring the sinusoidal nature of radiation) of the known devices in recent years, devices of electrophysical effects on aerosols based on the conversion of electric current energy into acoustic vibration energy (piezoelectric transducers) have been used.
Среди известных устройств электрофизического воздействия на аэрозоли для рассеивания туманов наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство по патенту Великобритании [6], принятое за прототип.Among the known devices for the electrophysical effects on aerosols for dispersing fogs, the closest in technical essence to the proposed technical solution is the device according to the British patent [6], adopted as a prototype.
Устройство электрофизического воздействия на аэрозоли, принятое за прототип, содержит последовательно расположенные и акустически связанные между собой пьезоэлектрический преобразователь, концентратор механических колебаний и излучатель.The device for the electrophysical effect on aerosols, taken as a prototype, contains a piezoelectric transducer, a mechanical vibration concentrator, and a radiator arranged in series and acoustically connected.
Пьезоэлектрический преобразователь выполнен по известной схеме преобразователя Ланжевена из последовательно размещенных и акустически связанных - отражающей частотно-понижающей накладки цилиндрической формы, пьезоэлектрических элементов и рабочей частотно-понижающей накладки цилиндрической формы. Пьезоэлектрический преобразователь совершает продольные колебания на резонансной частоте, определяемой продольным размером (длиной) всей конструкции.The piezoelectric transducer is made according to the well-known scheme of the Langevin transducer from sequentially placed and acoustically coupled - reflecting frequency-lowering plates of a cylindrical shape, piezoelectric elements and a working frequency-lowering plate of a cylindrical shape. The piezoelectric transducer performs longitudinal vibrations at a resonant frequency determined by the longitudinal size (length) of the entire structure.
В качестве источника, создающего ультразвуковые колебания в воздушной среде в прототипе, использован плоский излучатель круглой формы, совершающий изгибные колебания. Волновое сопротивление изгибно колеблющегося излучателя лучше согласуется с волновым сопротивлением газа. Это обеспечивает увеличение выхода энергии в газовые среды в сравнении с выходом энергии от продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя и увеличение площади излучающей поверхности. Излучатель возбуждается акустически связанным с ним продольно колеблющимся пьезоэлектрическим преобразователем, питаемым электронным генератором ультразвуковых частот, и совершает колебания на собственной частоте и на частотах, кратных основной частоте (гармониках).As a source that creates ultrasonic vibrations in the air in the prototype, used a flat emitter of circular shape, making bending vibrations. The impedance of a flexurally oscillating emitter is better consistent with the impedance of a gas. This provides an increase in the energy output to gaseous media in comparison with the energy output from a longitudinally oscillating piezoelectric transducer and an increase in the area of the radiating surface. The emitter is excited by a longitudinally oscillating piezoelectric transducer acoustically connected to it, fed by an electronic generator of ultrasonic frequencies, and oscillates at its own frequency and at frequencies that are multiples of the fundamental frequency (harmonics).
Поскольку основная частота изгибных колебаний дисков диаметром от 250 мм до 1000 мм находится в области низких частот (не более 1…3 кГц), на практике используются колебания дисковых излучателей, возбуждаемых на 3…11 гармониках или высокочастотных модах колебаний (более 20 кГц). Такие требования обусловлены геометрическими размерами и требованием обеспечить излучение в области ультразвуковых частот.Since the main frequency of bending vibrations of disks with a diameter of 250 mm to 1000 mm is in the low-frequency region (not more than 1 ... 3 kHz), in practice oscillations of disk radiators excited at 3 ... 11 harmonics or high-frequency vibration modes (more than 20 kHz) are used. Such requirements are due to geometric dimensions and the requirement to provide radiation in the field of ultrasonic frequencies.
Излучатели, обеспечивающие преобразование энергии продольных колебаний пьезоэлектрического преобразователя в изгибные колебания дисков, лишены части перечисленных недостатков известных устройств, однако основные из них не устранены.Emitters providing the conversion of the energy of the longitudinal vibrations of the piezoelectric transducer into the bending vibrations of the disks are devoid of some of the disadvantages of the known devices, but the main ones are not eliminated.
Основным недостатком устройства электрофизического воздействия на аэрозоли, принятого за прототип, является то, что такое устройство может создавать в воздушной среде колебания только одной резонансной частоты, соответствующей одной из гармоник собственной частоты дискового излучателя и равной собственной резонансной частоте продольных колебаний пьезоэлектрического преобразователя.The main disadvantage of the device for electrophysical effects on aerosols, adopted as a prototype, is that such a device can create only one resonant frequency in the air, corresponding to one of the harmonics of the natural frequency of the disk emitter and equal to the natural resonant frequency of the longitudinal vibrations of the piezoelectric transducer.
Прототип характеризуется низкой эффективностью излучения в газовые среды, что обусловлено тем, что излучение поверхности дискового излучателя, совершающего изгибные колебания, происходит с различными фазами, что обуславливает некогерентное сложение колебаний на удаленном расстоянии от излучателя. Сложение колебаний, имеющих различные фазы, приводит к уменьшению эффективности излучения.The prototype is characterized by low radiation efficiency in gaseous media, which is due to the fact that the radiation of the surface of a disk emitter performing bending vibrations occurs with different phases, which causes incoherent addition of vibrations at a remote distance from the emitter. The addition of oscillations having different phases leads to a decrease in the radiation efficiency.
Таким образом, устройство, принятое за прототип, не позволяет использовать все преимущества ультразвукового воздействия и реализовать процесс рассеивания туманов с максимальной эффективностью.Thus, the device adopted as a prototype does not allow to use all the advantages of ultrasonic exposure and to realize the process of dispersing fogs with maximum efficiency.
Принципиальная возможность создания ультразвуковых колебаний различных частот при помощи изгибно колеблющихся дисковых излучателей существует, поскольку дисковый излучатель может совершать колебания на различных модах и гармонических составляющих основной частоты излучателя. Однако излучатель может совершать колебания на заданной частоте, соответствующей одной из мод колебаний диска только при обеспечении возбуждения на этой частоте. Входящий в состав устройства пьезоэлектрический преобразователь может совершать колебания только на одной рабочей частоте и не способен обеспечить возбуждение излучателя на нескольких частотах.There is a fundamental possibility of creating ultrasonic vibrations of various frequencies with the help of flexurally oscillating disk radiators, since a disk radiator can oscillate at different modes and harmonic components of the fundamental frequency of the radiator. However, the emitter can oscillate at a given frequency, corresponding to one of the modes of oscillation of the disk only when providing excitation at this frequency. The piezoelectric transducer included in the device can oscillate only at one operating frequency and is not able to provide excitation of the emitter at several frequencies.
В предлагаемом устройстве электрофизического воздействия на аэрозоли, содержащем последовательно расположенные и акустически связанные между собой пьезоэлектрический преобразователь, концентратор механических колебаний и излучатель в виде диска, пьезоэлектрический преобразователь содержит рабочую частотно-понижающую накладку, выполненную в виде тела вращения переменного диаметра, ограниченную со стороны акустического соединения с концентратором механических колебаний плоской торцевой поверхностью, а с противоположной стороны - поверхностью, образованной плоскими гранями, расположенными симметрично относительно продольной акустической оси на расстояниях от центра плоской торцевой поверхности, кратных нечетному числу четвертей длин волн продольных колебаний в материале частотно-понижающей накладки, соответствующих модам и гармоническим составляющим основной частоты диска, с каждой гранью поверхности рабочей частотно-понижающей накладки акустически связана одна торцевая поверхность пакета, состоящего из четного количества пьезоэлектрических элементов, причем число пакетов пьезоэлектрических элементов равно числу плоских граней, другая торцевая поверхность каждого пакета пьезоэлектрических элементов акустически связана с отражательной частотно-понижающей накладкой, число которых равно числу пакетов пьезоэлектрических элементов, а акустическая длина каждого пакета пьезоэлементов и связанной с ним отражающей частотно-понижающей накладки кратны четверти длины продольной акустической волны, соответствующей рабочим частотам диска, перед излучающей поверхностью дискового излучателя, на расстоянии, соответствующем половине длины волны излучаемых колебаний в воздухе, размещена перфорированная пластина, причем перфорации расположены концентрически, их ширина соответствует половине длины волны изгибных УЗ-колебаний в материале диска, количество концентрических перфораций выбрано из условия излучения изгибных колебаний с одинаковыми фазами.In the proposed device for electrophysical effects on aerosols, containing a piezoelectric transducer sequentially located and acoustically interconnected, a mechanical oscillation concentrator and a disk-shaped emitter, the piezoelectric transducer comprises a working frequency-lowering pad made in the form of a body of revolution of variable diameter, limited from the side of the acoustic connection with a mechanical vibration concentrator with a flat end surface, and on the opposite side - a surface formed by flat faces symmetrically relative to the longitudinal acoustic axis at distances from the center of the flat end surface that are multiples of an odd number of quarter wavelengths of longitudinal vibrations in the material of the frequency-lowering pad, corresponding to the modes and harmonic components of the fundamental frequency of the disk, with each face of the working surface frequency-lowering lining acoustically connected one end surface of the package, consisting of an even number of piezoelectric elements moreover, the number of packages of piezoelectric elements is equal to the number of flat faces, the other end surface of each package of piezoelectric elements is acoustically connected to the reflective frequency-lowering pad, the number of which is equal to the number of packages of piezoelectric elements, and the acoustic length of each package of piezoelectric elements and the associated reflective frequency-lowering pad multiples of a quarter of the length of the longitudinal acoustic wave corresponding to the working frequencies of the disk in front of the radiating surface of the disk emit la, at a distance corresponding to half the wavelength of the emitted vibrations in the air, is placed a perforated plate, the perforations are arranged concentrically, and their width corresponds to half the wavelength of bending the ultrasonic vibrations in the disc material, the number of concentric perforations is selected from radiation conditions bending vibrations have the same phase.
В предлагаемом устройстве электрофизического воздействия на аэрозоли задача повышения эффективности рассеивания туманов решается за счет:In the proposed device of electrophysical effects on aerosols, the task of increasing the efficiency of dispersion of mists is solved by:
- использования в составе устройства плоского излучателя дисковой формы, совершающего изгибные колебания (обеспечивающего больший выход энергии, поскольку волновое сопротивление изгибно колеблющегося излучателя лучше согласуется с волновым сопротивлением газа) на частотах, кратных основной или соответствующих высокочастотным модам колебаний, при его возбуждении акустически связанным с ним продольно колеблющимся многочастотным пьезоэлектрическим преобразователем, питаемым перестраиваемым по частоте электронным генератором ультразвуковых частот;- using a disk-shaped flat emitter in the device, which performs bending vibrations (providing a greater energy output, since the wave impedance of a flexurally oscillating emitter is better consistent with the wave impedance of the gas) at frequencies that are multiples of the fundamental or corresponding to high-frequency vibration modes, when excited acoustically associated with it a longitudinally oscillating multi-frequency piezoelectric transducer powered by an ultra-tunable frequency generator azvukovyh frequencies;
- за счет создания устройства, способного формировать ультразвуковые колебаний высокой интенсивности, частота которых может дискретно уменьшаться по мере изменения дисперсного состава взвешенных частиц в процессе осаждения тумана. Дискретное изменение частоты излучения происходит за счет возбуждения устройства многорезонансным пьезоэлектрическим преобразователем без снижения эффективности излучения, поскольку предложенное устройство позволяет обеспечивать работу излучателя на различных по частоте колебаниях путем последовательного возбуждения требуемой частоты пьезоэлектрическим преобразователем, продольный размер которого ступенчато изменяется со стороны, не контактирующей с излучателем, таким образом, что длина каждого продольного участка преобразователя изменяется ступенчато и соответствует резонансной длине одной из гармоник или мод изгибных колебаний излучателя;- due to the creation of a device capable of generating high-intensity ultrasonic vibrations, the frequency of which can be discretely reduced as the dispersed composition of suspended particles changes during the deposition of fog. A discrete change in the radiation frequency occurs due to the excitation of the device by a multiresonant piezoelectric transducer without reducing the radiation efficiency, since the proposed device allows the emitter to operate at different frequency oscillations by sequentially exciting the required frequency with a piezoelectric transducer, the longitudinal size of which changes stepwise from the side not in contact with the emitter, so that the length of each longitudinal section transforms the driver changes stepwise and corresponds to the resonance length of one of the harmonics or modes of the bending vibrations of the emitter;
- обеспечения излучения УЗ-колебаний поверхности излучателя с одной фазой, что обеспечивает сложение в фазе излучения колебаний ультразвукового диапазона на удаленном расстоянии от излучателя (в дальней зоне излучения);- providing radiation of ultrasonic vibrations of the surface of the emitter with a single phase, which ensures the addition in the phase of the radiation of the ultrasonic range at a remote distance from the emitter (in the far radiation zone);
- обеспечения формирования режимов стоячей волны и резонансного усиления при использовании встречно направленных излучателей или отражении от препятствий, поскольку создаваемые предложенным устройством колебания являются синусоидальными.- ensuring the formation of the standing wave modes and resonant amplification when using counter-directed emitters or reflection from obstacles, since the oscillations created by the proposed device are sinusoidal.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется на чертеже, на котором схематично представлено предлагаемое устройство электрофизического воздействия на аэрозоли для рассеивания тумана.The essence of the proposed technical solution is illustrated in the drawing, which schematically shows the proposed device of the electrophysical effects on aerosols for dispersing fog.
Предлагаемое устройство состоит из плоского излучателя 1 ультразвуковых колебаний дисковой формы, изгибно колеблющегося на частотах, кратных основной (частотах, дискретно изменяющихся в диапазоне, например от 30 до 20 кГц), акустически и механически соединенного с ультразвуковой колебательной системой. Ультразвуковая колебательная система в свою очередь состоит из преобразователя 3, к которому присоединен концентратор 2 с одной стороны, а с противоположной стороны присоединены несколько пьезоэлетрических элементов 4 с отражающими частотнопонижающими накладками 5 различной длины. Пьезоэлектрический преобразователь питается от генератора электрических колебаний ультразвуковой частоты (не показан). Перед излучающей поверхностью дискового излучателя 1 на расстоянии, соответствующем половине длины волны излучаемых колебаний в воздухе, размещена перфорированная пластина 6, причем перфорации расположены концентрически, их ширина соответствует половине длины волны изгибных УЗ-колебаний в материале диска на заданной частоте, количество концентрических перфораций выбрано из условия излучения изгибных колебаний с одинаковыми фазами.The proposed device consists of a flat emitter 1 of ultrasonic disk-shaped oscillations, flexurally oscillating at frequencies that are multiples of the main one (frequencies discretely varying in the range, for example, from 30 to 20 kHz), acoustically and mechanically connected to an ultrasonic oscillatory system. The ultrasonic oscillatory system, in turn, consists of a
Предлагаемое устройство электрофизического воздействия на аэрозоли для рассеивания тумана работает следующим образом. При возникновении тумана и ухудшении дальности видимости ниже некоторого определенного значения производится включение генератора, электрические колебания, частота которых соответствует максимальной частоте колебаний дискового излучателя, подаются на электроды пьезоэлектрических элементов, происходит преобразование электрических колебаний подаваемой частоты всеми пьезоэлементами, однако выделяются и усиливаются только механические колебания, соответствующие резонансной длине только одного (самого короткого) участка преобразователя с концентратором, продольные колебания преобразователя через концентратор подводятся к дисковому излучателю и возбуждают его на резонансной частоте, соответствующей одной из мод или гармонических составляющих основной частоты изгибных колебаний дискового излучателя.The proposed device of electrophysical effects on aerosols for dispersing fog works as follows. When fog occurs and the visibility range deteriorates below a certain value, the generator is turned on, electrical vibrations, the frequency of which corresponds to the maximum oscillation frequency of the disk emitter, are applied to the electrodes of the piezoelectric elements, the electrical vibrations of the supplied frequency are converted by all piezoelectric elements, however, only mechanical vibrations are distinguished and amplified, corresponding to the resonant length of only one (shortest) section transforms of the generator with a concentrator, the longitudinal vibrations of the transducer through the concentrator are fed to the disk radiator and excite it at the resonant frequency corresponding to one of the modes or harmonic components of the fundamental frequency of the bending vibrations of the disk radiator.
Расположенная перед излучающей поверхностью дискового излучателя 1 перфорированная пластина 6 обеспечивает излучение в направлении тумана колебаний с одинаковыми фазами.Perforated
Создаваемое излучение осуществляет воздействие ультразвуковыми колебаниями в направлении образования тумана до момента изменения дисперсного состава (укрупнения частиц). Затем происходит переключение генератора на более низкую частоту, соответствующую следующей рабочей частоте дискового излучателя, и так процесс происходит до установления необходимой дальности видимости. Возможно поочередное автоматическое переключение рабочей частоты генератора, что способствует охлаждению отработавших пьезопреобразователей. Необходимость работы каждого преобразователя только часть всего времени воздействия позволяет увеличить мощность излучения каждого преобразователя, не опасаясь его термического перегрева до температуры Кюри и потери пьезоэлектрических свойств.The generated radiation acts by ultrasonic vibrations in the direction of fog formation until the dispersed composition changes (particle enlargement). Then the generator switches to a lower frequency corresponding to the next working frequency of the disk emitter, and so the process occurs until the required visibility range is established. It is possible to automatically alternate the operating frequency of the generator, which contributes to the cooling of the used piezoelectric transducers. The need for each transducer to work only part of the total exposure time allows you to increase the radiation power of each transducer without fear of thermal overheating to the Curie temperature and the loss of piezoelectric properties.
Разработанное устройство имеет следующие технические характеристики: уровень интенсивности формируемых акустических колебаний на расстоянии 5 м не менее 140 дБ; частота колебаний генерируемых изгибно-колеблющимся дисковым излучателем от 20 до 30 кГц; максимальная амплитуда (размах амплитуды) колебаний дискового излучателя до 100 мкм; диаметр излучающего диска - 360 мм; материал дискового излучателя и концентратора - титановый сплав. При реализации процесса коагуляции излучатель последовательно возбуждается многочастотным пьезоэлектрическим преобразователем на нескольких модах или гармониках основной частоты изгибно-колеблющегося диска, что позволяет обеспечивать излучение УЗ-колебаний с частотами 30, 27, 24, 20 кГц.The developed device has the following technical characteristics: the intensity level of the generated acoustic vibrations at a distance of 5 m is not less than 140 dB; the oscillation frequency generated by a flexurally oscillating disk emitter from 20 to 30 kHz; maximum amplitude (amplitude amplitude) of oscillations of a disk radiator up to 100 microns; diameter of the radiating disk - 360 mm; The material of the disk emitter and concentrator is a titanium alloy. When implementing the coagulation process, the emitter is sequentially excited by a multi-frequency piezoelectric transducer at several modes or harmonics of the fundamental frequency of a flexurally oscillating disk, which makes it possible to provide radiation of ultrasonic vibrations with frequencies of 30, 27, 24, 20 kHz.
Для определения эффективности созданного устройства для рассеивания туманов были проведены экспериментальные исследования в малой аэрозольной камере объемом 1000 м3. Водный туман создавался при помощи ультразвуковых распылителей аэрозоля. При проведении экспериментов электрическая мощность, потребляемая ультразвуковым излучателем, не превышала 200 Вт. После включения излучателя рассеивание сформированного тумана произошло в течении 17 сек.To determine the effectiveness of the created device for dispersing fogs, experimental studies were conducted in a small aerosol chamber with a volume of 1000 m 3 . Water fog was created using ultrasonic aerosol sprays. During the experiments, the electric power consumed by the ultrasonic emitter did not exceed 200 watts. After switching on the emitter, the dispersion of the formed fog occurred within 17 seconds.
Приведенные значения показывают эффективность предлагаемого технического решения и перспективность его применения.The given values show the effectiveness of the proposed technical solution and the prospects of its application.
Практическая реализация предлагаемого технического решения запланирована к реализации ООО «Центр ультразвуковых технологий» в 2009 году в рамках федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы" и по гранту Президента Российской Федерации для поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук и их научных руководителей № МК-383.2008.8.The practical implementation of the proposed technical solution is planned for implementation by the Center for Ultrasonic Technologies LLC in 2009 under the federal target program "Research and Development in Priority Directions for the Development of the Russian Science and Technology Complex for 2007-2012" and under a grant from the President of the Russian Federation to support young Russian scientists - candidates of sciences and their supervisors No. MK-383.2008.8.
Список литературы, использованной при составлении заявкиList of literature used in the preparation of the application
1. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. - М.: Энергия, 1976. - 318 с.1. Gershgal D.A., Fridman V.M. Ultrasonic technological equipment. - M .: Energy, 1976 .-- 318 p.
2. Страус В. Промышленная очистка газов [Текст]. / В. Страус; пер. с англ. изд. Ю.А.Косого. - М.: Химия, 1981. - 616 с.2. Ostrich V. Industrial gas cleaning [Text]. / V. Ostrich; trans. from English ed. Yu.A. Kosogo. - M.: Chemistry, 1981. - 616 p.
3. Юдаев Б.Ф. Акустическая коагуляция аэрозолей. Бюллетень строительной техники, 2004, №6.3. Yudaev B.F. Acoustic coagulation of aerosols. Bulletin of construction equipment, 2004, No. 6.
4. Богаткин О.Г. Анализ и прогноз погоды для авиации [Текст]. / О.Г. Богаткин, В.Д. Еникеева. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 270 с.4. Bogatkin O.G. Analysis and weather forecast for aviation [Text]. / O.G. Bogatkin, V.D. Enikeeva. - L .: Gidrometeoizdat, 1985 .-- 270 p.
5. Источники мощного ультразвука [Текст]. / под ред. Л.Д.Розенберга. - М.: Наука, 1967. - 265 с.5. Sources of powerful ultrasound [Text]. / ed. L.D. Rosenberg. - M .: Nauka, 1967 .-- 265 p.
6. Ultrasonic power emitter [Текст]: пат. 2029159 Великобритания: МПК 6 В06В 1/06; G10K13/00, H04R 17/00. / Juan A Gallego Juarez, Lius Gaete Gar-reton, German Rodriguez Corral (Испания) патентообладатель: CONSEJO SUPERIOR INVESTIGACION (Испания) заявка: №7834449 от 24.08.1978. Опубликовано: 12.03.1980. - прототип.6. Ultrasonic power emitter [Text]: US Pat. 2029159 United Kingdom:
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110402/21A RU2430509C1 (en) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Device of electrophysical exposure of aerosols |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010110402/21A RU2430509C1 (en) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Device of electrophysical exposure of aerosols |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2430509C1 true RU2430509C1 (en) | 2011-10-10 |
Family
ID=44804821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010110402/21A RU2430509C1 (en) | 2010-03-18 | 2010-03-18 | Device of electrophysical exposure of aerosols |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2430509C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599808C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-10-20 | Анастасия Тихоновна Тюрина | Method for acting upon clouds |
| RU2725584C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Device for ultrasonic coagulation of foreign particles in gas flows |
| RU2730421C1 (en) * | 2019-11-29 | 2020-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | High-frequency piezoelectric transducer for ultrasonic coagulation |
-
2010
- 2010-03-18 RU RU2010110402/21A patent/RU2430509C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2599808C1 (en) * | 2015-06-29 | 2016-10-20 | Анастасия Тихоновна Тюрина | Method for acting upon clouds |
| RU2725584C1 (en) * | 2019-11-06 | 2020-07-02 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Device for ultrasonic coagulation of foreign particles in gas flows |
| RU2730421C1 (en) * | 2019-11-29 | 2020-08-21 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | High-frequency piezoelectric transducer for ultrasonic coagulation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4753579A (en) | Ultrasonic resonant device | |
| JPH09193055A (en) | Noncontact micromanipulation method using ultrasonic wave | |
| JP2013517100A (en) | Apparatus and system for generating high frequency shock waves and method of use | |
| JP2013517100A5 (en) | ||
| JP2011511708A (en) | Ultrasonic spray system | |
| RU2430509C1 (en) | Device of electrophysical exposure of aerosols | |
| Al-Jumaily et al. | On the development of focused ultrasound liquid atomizers | |
| US7195179B2 (en) | Piezoelectric mist generation device | |
| RU2332266C1 (en) | Ultrasonic vibration system | |
| JP5235999B2 (en) | Ultrasonic generator and equipment equipped with the same | |
| JP2010063961A (en) | Ultrasonic wave generating device and machinery having the same | |
| RU102197U1 (en) | ULTRASONIC COAGULATION CAMERA | |
| ES2227806T3 (en) | PROCEDURE AND DEVICE FOR CLEANING IN THE FORM OF THREAD OR BAND, ABOVE ALL, WIRE. | |
| JP4812657B2 (en) | Ultrasonic atomizer and equipment equipped with the same | |
| JP6488513B2 (en) | Focused sound field generator | |
| Lebedev et al. | Ultrasonic oscillating system for radiators of gas media | |
| RU2421566C2 (en) | Method for exposing air-droplet dispersions to electrophysical action | |
| RU132000U1 (en) | ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM FOR GAS MEDIA | |
| JPH04150968A (en) | Ultrasonic wave atomizer | |
| Gallego-Juárez | High power ultrasonic transducers for use in gases and interphases | |
| JP3115852B2 (en) | Ultrasonic radiator | |
| RU2744826C1 (en) | Piezoelectric oscillating system for ultrasonic action on gaseous media | |
| JPH03232562A (en) | Ultrasonic wave generator and ultrasonic atomizer | |
| JPH04207798A (en) | Ultrasonic atomizer | |
| JP3010297B2 (en) | Ultrasonic atomizer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190319 |