RU2024337C1

RU2024337C1 - Device for cleaning articles

Info

Publication number: RU2024337C1
Authority: RU
Inventors: Людмила Викторовна Белоущенко; Альфред Николаевич Ковальчук; Владимир Данилович Лакиза; Виктор Петрович Руднев; Михаил Николаевич Сыровец
Original assignee: Крымский институт природоохранного и курортного строительства
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1994-12-15

Abstract

FIELD: cleaning articles. SUBSTANCE: device has vertical bath for cleaning liquid provided with a cover which can be closed hermetically. The bath is positioned on flexible base and spring-loaded from below by a spring. The cover of the bath has central opening wherein a vertical rod is received provided with inertia member arranged at top part of the bath. The inertia member is made of thick-walled ring disk which is movably set on the rod whose bottom part is provided with a ring stop and top part is provided with outer cylindrical spring secured to a plug of the opening by its top end. EFFECT: enhanced quality of cleaning. 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для очистки изделий в моющей жидкости при вибровоздействиях и может быть использовано в машиностроительной, химической и других отраслях промышленности. The invention relates to a device for cleaning products in a washing fluid during vibration, and can be used in engineering, chemical and other industries.

Известно устройство для очистки изделий, содержащее ванну для моющей жидкости и размещенную под ней камеру для моющей жидкости, разделенные эластичной диафрагмой, на которой жестко смонтирована вертикальная заборная труба, концы которой сообщены с полостями ванны и камеры, причем нижняя часть заборной трубки помещена внутри электромагнитной катушки вибропривода, установленной в камере во влагонепроницаемом кожухе, а ванна снабжена сеткой для размещения изделий [1]. При включении в сеть электромагнитной катушки заборная трубка и связанная с ней диафрагма начинают совершать колебательные движения, что вызывает колебания жидкости в ванне и создает микротечения вокруг промываемых изделий. Недостатком известного устройства является низкая интенсивность процесса очистки изделий вследствие очень большого гидросопротивления при колебаниях диафрагмы и попеременном перетекании моющей жидкости в ванну и камеру по заборной трубке, существенно ограничивающего рабочую частоту и амплитуду колебаний при вибровоздействии. Кроме того, размещение электромагнитной катушки в жидкости усложняет конструкцию известного устройства и снижает его надежность. A device for cleaning products comprising a bath for washing liquid and a chamber for washing liquid located under it, separated by an elastic diaphragm, on which a vertical intake pipe is rigidly mounted, the ends of which are in communication with the cavities of the bathtub and chamber, the lower part of the intake pipe being placed inside the electromagnetic coil a vibratory drive installed in the chamber in a moisture-proof casing, and the bath is equipped with a grid for placing products [1]. When an electromagnetic coil is connected to the network, the intake pipe and the associated diaphragm begin to oscillate, which causes fluid to oscillate in the bath and creates microflows around the items being washed. A disadvantage of the known device is the low intensity of the product cleaning process due to the very high hydroresistance during diaphragm vibrations and alternating flow of the washing liquid into the bath and chamber along the intake pipe, which significantly limits the operating frequency and amplitude of vibrations during vibration exposure. In addition, the placement of the electromagnetic coil in the liquid complicates the design of the known device and reduces its reliability.

Наиболее близким к предложенному является устройство для очистки изделий, содержащее ванну для моющей жидкости с крышкой и электромагнитную катушку вибропривода, причем ванна выполнена из электромагнитного материала или имеет обойму из него и размещена внутри электромагнитной катушки с возможностью вертикальных колебаний и подпружинена относительно нее [2]. Closest to the proposed is a device for cleaning products containing a bath for washing liquid with a lid and an electromagnetic coil of a vibrodrive, the bathtub made of electromagnetic material or has a cage of it and placed inside the electromagnetic coil with the possibility of vertical vibrations and spring-loaded relative to it [2].

В ванну загружаются очищаемые изделия и заливается моющая жидкость с оставлением газовой "подушки", позволяющей жидкости совершать колебания при колебаниях ванны. При подаче импульсного тока на электромагнитную катушку вибропривода ванна начинает совершать вертикальные колебания, при этом в моющей жидкости возбуждается переменное (динамическое) давление и происходит турбулизация жидкости с образованием потоков, омывающих находящиеся в ванне детали. Известное устройство позволяет повысить рабочую частоту колебаний до десятков герц, что увеличивает турбулизацию моющей жидкости в ванне, и интенсифицировать процесс очистки. Кроме того, изделия, находящиеся в колеблющейся ванне, также совершают колебания и непрерывно переориентируются в пространстве, что улучшает их омываемость жидкостью и повышает качество очистки. The products to be cleaned are loaded into the bathtub and the washing liquid is poured, leaving a gas “cushion” that allows the liquid to oscillate when the bath oscillates. When a pulsed current is supplied to the electromagnetic coil of the vibrodrive, the bathtub begins to make vertical vibrations, while in the washing liquid an alternating (dynamic) pressure is excited and the turbulization of the liquid occurs with the formation of flows washing parts in the bath. The known device allows to increase the operating frequency of oscillations to tens of hertz, which increases the turbulization of the washing liquid in the bath, and to intensify the cleaning process. In addition, products located in an oscillating bath also oscillate and are continuously reoriented in space, which improves their washability with liquid and improves the quality of cleaning.

Однако свободные колебания жидкости в герметичной ванне, совершающей периодические колебания даже при высоких амплитудно-частотных характеристиках (частоте 30-50 Гц и виброускорении 5-7 д), не могут привести к созданию значительного динамического давления в жидкости, обеспечивающего высокую степень ее турбулизации с образованием мощных потоков, интенсивно омывающих поверхность очищаемых изделий. Значительное повышение динамического давления и усиление турбулизации моющей жидкости в ванне может быть достигнуто лишь в случае возбуждения резонансных колебаний нелинейной колебательной системы, включающей упругий и инерционный элементы, одним из которых является моющая жидкость. В известном устройстве можно говорить лишь о наличии гидромеханической колебательной системы, в которой моющая жидкость является инерционным элементом, а роль упругого элемента выполняют стенки ванны. Однако вследствие очень большой жесткости стенок ванны собственная частота такой колебательной системы лежит в диапазоне 200-300 Гц, а возбуждение резонансных колебаний ее связано с необходимостью очень интенсивного вибровоздействия при виброускорении 20-25 g, что требует больших затрат энергии на осуществление процесса очистки. Кроме того, для осуществления данного режима вибровоздействия требуется специальный вибропривод типа сложного электродинамического вибростенда (ВЭДС), тогда как вибропривод известного устройства не может обеспечить требуемый режим работы. При этом вследствие очень низкой добротности (чувствительности) этой колебательной системы, даже при больших энергозатратах и сложном виброприводе резонансный режим не обеспечивает степени турбулизации моющей жидкости в ванне, позволяющей качественно интенсифицировать процесс виброочистки изделий. В то же время увеличивается нагрузка на стенки ванны вследствие их упругих деформаций, что снижает надежность работы устройства. However, free oscillations of the liquid in a sealed bath, which periodically oscillates even at high amplitude-frequency characteristics (frequency 30-50 Hz and vibration acceleration 5-7 d), cannot lead to the creation of significant dynamic pressure in the liquid, providing a high degree of turbulization with the formation powerful flows, intensively washing the surface of the cleaned products. A significant increase in dynamic pressure and increased turbulization of the washing liquid in the bath can be achieved only in the case of excitation of resonant vibrations of a nonlinear oscillatory system, including elastic and inertial elements, one of which is a washing liquid. In the known device, we can only talk about the presence of a hydromechanical oscillatory system in which the washing liquid is an inertial element, and the bath walls act as an elastic element. However, due to the very high rigidity of the bath walls, the natural frequency of such an oscillatory system lies in the range of 200-300 Hz, and the excitation of its resonance vibrations is associated with the need for very intense vibration exposure during vibration acceleration of 20-25 g, which requires large amounts of energy for the cleaning process. In addition, the implementation of this mode of vibration requires a special vibrator such as a complex electrodynamic vibrostand (VEDS), while the vibrator of the known device cannot provide the required mode of operation. Moreover, due to the very low quality factor (sensitivity) of this oscillatory system, even with high energy consumption and a complex vibro drive, the resonant mode does not provide a degree of turbulization of the washing liquid in the bath, which makes it possible to intensify the process of vibration cleaning of products qualitatively. At the same time, the load on the walls of the bath increases due to their elastic deformations, which reduces the reliability of the device.

Техническим результатом изобретения является интенсификация процесса очистки изделий за счет повышения турбулизации моющей жидкости. The technical result of the invention is the intensification of the cleaning process of products by increasing the turbulization of the washing fluid.

Этот результат достигается за счет того, что в устройстве для очистки изделий, содержащем ванну для моющей жидкости с герметично подстыковываемой крышкой, установленную на упругом основании с возможностью вертикальных колебаний, и вибропровод, в крышке ванны выполнено центральное отверстие, в котором установлен вертикальный стержень с размещенными на нем цилиндрической пружиной и дисковым инерционным элементом, расположенный в верхней части ванны и закрепленный на заглушке, подсоединенной к крышке ванны, при этом пружина расположена в верхней части стержня и закреплена на нем верхним концом, а дисковый инерционный элемент размещен на стержне подвижно и контактирует с кольцевым упором, выполненным на нижнем торце стержня. This result is achieved due to the fact that in the device for cleaning products containing a bath of detergent with a hermetically docked lid, mounted on an elastic base with the possibility of vertical vibrations, and a vibroconductor, a central hole is made in the lid of the bath, in which a vertical rod with on it a cylindrical spring and a disk inertial element located in the upper part of the bath and mounted on a plug connected to the lid of the bath, while the spring is located in the upper part of the rod and is fixed on it with its upper end, and the disk inertial element is movably placed on the rod and is in contact with an annular stop made on the lower end of the rod.

На чертеже показано предлагаемое устройство. The drawing shows the proposed device.

Устройство содержит вертикальную ванну 1 для моющей жидкости с герметично закрывающейся крышкой 2, выполненную из электромагнитного материала, которая размещена с возможностью вертикальных колебаний внутри электромагнитной катушки 3 и подпружинена снизу пружиной 4. Электромагнитная катушка 3 размещена в каркасе 5, жестко закрепленном на неподвижном основании 6. В крышке 2 ванны выполнено центральное отверстие 7, в котором установлен вертикальный стержень 8 с размещенным на нем инерционным элементом 9, расположенный в верхней части ванны. Снаружи отверстия 7 к крышке 2 ванны подстыкована герметичная заглушка 10, на которой жестко закреплен верхний конец вертикального стержня 8. Инерционный элемент 9 выполнен в виде толстостенного кольцевого диска, размещенного подвижно (с возможностью скольжения) на стержне 8, в нижней части которого выполнен кольцевой упор 11, а в верхней расположена наружная цилиндрическая пружина 12, закрепленная верхним концом на заглушке 10. Длина центрального стержня 8 составляет 0,1-0,15 высоты ванны 1. Пружина 12 свободно (с кольцевым зазором) расположена на стержне 8, что обеспечивает ей возможность свободных упругих деформаций (сжатия и расширения) под воздействием механических нагрузок, прикладываемых к ее нижней части. При этом длина пружины 12 составляет ориентировочно 1/4-1/2 длины стержня 8. The device contains a vertical bath 1 for washing liquid with a hermetically sealed lid 2 made of electromagnetic material, which is placed with the possibility of vertical vibrations inside the electromagnetic coil 3 and is spring-loaded from below by a spring 4. The electromagnetic coil 3 is placed in the frame 5, rigidly fixed to a fixed base 6. A central opening 7 is made in the lid 2 of the bath, in which a vertical rod 8 is mounted with an inertial element 9 located on it, located in the upper part of the bath. Outside the hole 7, a sealed plug 10 is docked to the bath cover 2, on which the upper end of the vertical rod 8 is rigidly fixed. The inertial element 9 is made in the form of a thick-walled ring disk mounted movably (with the possibility of sliding) on the rod 8, in the lower part of which an annular stop is made 11, and in the upper one there is an outer coil spring 12 fixed with its upper end to the plug 10. The length of the central rod 8 is 0.1-0.15 of the height of the bath 1. The spring 12 is freely (with an annular gap) located on erzhne 8, which provides it with the possibility of free elastic deformation (compression and expansion) under the influence of mechanical stress, applied to its lower part. The length of the spring 12 is approximately 1 / 4-1 / 2 of the length of the rod 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В ванну 1 заливается моющая жидкость и загружаются очищаемые изделия, после чего к ней герметично подстыковывается крышка 2. Заглушка 10 со стержнем 8 может быть заранее закреплена на крышке 2 или закреплена на крышке после ее подстыковки к ванне 1. При этом дисковый инерционный элемент 9 находится на нижнем конце стержня 8, жестко контактируя с кольцевым упором 11, удерживающим его в нижней части стержня. Моющая жидкость заливается до заданного уровня, составляющего примерно 0,85-0,9 объема ванны 1, с таким расчетом, чтобы нижняя плоскость дискового инерционного элемента 9 находилась на 10-15 мм ниже уровня поверхности жидкости. Затем включается подача импульсного тока на электромагнитную катушку 3, в результате чего ванна 1 начинает совершать вертикальные периодические колебания. Колебания ванны 1 передаются моющей жидкости, возбуждая в ней волны динамического (переменного) давления. Одновременно происходят колебания центрального стержня 8, на котором размещен инерционный дисковый элемент 9, жестко контактирующий с нижним концом стержня через кольцевой упор 11 и имеющий свободу перемещения вверх. Совершающий высокочастотные колебания (кольцевой) упор 11 оказывает направленное ударное воздействие на инерционный элемент 9, периодически подбрасывая его вверх в сторону пружины 12. При частоте колебаний ванны 30-50 Гц и амплитуде 3-5 мм амплитуда перемещения инерционного элемента 9 превышает расстояние до пружины 12 и инерционный элемент (груз) 9 ударяется в пружину, которая, сжимаясь, отбрасывает его вниз, т.е. возбуждаются колебания механической колебательной системы "груз-пружина". Собственная частота данной системы зависит от массы инерционного элемента, жесткости пружины и расстояния между ними. Предварительной тарировкой за счет соответствующего подбора этих элементов устанавливается собственная частота колебаний системы, равной частоте колебаний ванны 1, лежащей в диапазоне 40-50 Гц. Это легко осуществляется, например, с помощью вибростенда типа ВЭДС-10, ВЭДС-100, обеспечивающего в широком диапазоне изменение частоты и амплитуды вибровоздействия. Detergent liquid is poured into the bathtub 1 and the products to be cleaned are loaded, after which the cover 2 is hermetically docked. The cap 10 with the rod 8 can be fixed on the cover 2 in advance or fixed on the cover after attaching it to the bath 1. In this case, the disk inertial element 9 is at the lower end of the rod 8, rigidly in contact with the annular stop 11, holding it in the lower part of the rod. The washing liquid is poured to a predetermined level of approximately 0.85-0.9 the volume of the bath 1, so that the lower plane of the disk inertial element 9 is 10-15 mm below the surface of the liquid. Then, the pulse current is supplied to the electromagnetic coil 3, as a result of which the bath 1 begins to make vertical periodic oscillations. Fluctuations in bath 1 are transmitted to the washing liquid, exciting waves of dynamic (variable) pressure in it. At the same time, vibrations of the central rod 8 occur, on which an inertial disk element 9 is placed, which is rigidly in contact with the lower end of the rod through an annular stop 11 and having freedom of movement upward. The high-frequency oscillations (ring) stop 11 exerts a directed impact on the inertial element 9, periodically tossing it up towards the spring 12. At a bath oscillation frequency of 30-50 Hz and an amplitude of 3-5 mm, the amplitude of movement of the inertial element 9 exceeds the distance to the spring 12 and the inertial element (load) 9 hits the spring, which, compressing, throws it down, i.e. The vibrations of the mechanical load-spring vibrational system are excited. The natural frequency of this system depends on the mass of the inertial element, the stiffness of the spring and the distance between them. Pre-calibration due to the appropriate selection of these elements sets the natural frequency of the system, equal to the frequency of the bath 1, lying in the range of 40-50 Hz. This is easily carried out, for example, using a VEDS-10, VEDS-100 type vibrostand, which provides a wide range of changes in the frequency and amplitude of vibration exposure.

Таким образом, в совершающей колебания ванне 1 сразу же возбуждаются резонансные колебания системы груз-пружина с высокой амплитудой колебаний диска 9, который попеременно оказывается в жидкости или в воздухе над ее поверхностью. При этом при движении диска вниз его нижняя плоскость ударно воздействует на поверхность жидкости, что приводит к импульсному поступлению дисперсного воздуха в жидкость. Экспериментально установлено, что оптимальным является заглубление нижней плоскости диска 9 под уровень жидкости на 10-15 мм. При меньшем заглублении диска снижается эффективность поступления дисперсного (в виде пузырьков) воздуха под уровень жидкости, а при большем ухудшается жесткий контакт между диском и кольцевым упором 11 колеблющегося стержня и усиливается тормозящее действие на диск слоя жидкости, что может воспрепятствовать установлению резонансного режима колебаний механической системы груз-пружина. В результате высокочастотных возвратно-поступательных движений диска 9 происходит интенсивный ввод в жидкость воздуха, который в виде пузырьков насыщает значительную часть ее объема. Колебания давления жидкости, возбуждаемые колебаниями ванны, передаются дисперсному воздуху, вызывая его периодические объемные пульсации, что приводит к образованию в ванне 1 нелинейной колебательной системы жидкость-газ, обладающей высокой чувствительностью. В результате ее колебаний значительно возрастают динамическое давление в жидкости и вибрационная сила, действующая на пузырьки газа в направлении днища ванны. Одновременно усиливается турбулизация объема моющей жидкости, которая поверхностью захватывает весь свободный газ из верхней части ванны, поступающий под действием вибрационной силы вглубь жидкости. Жидкость мгновенно переходит в состояние гомогенного гидрозоля, заполняющего весь объем ванны, при этом происходят перестройка нелинейной колебательной системы жидкость-газ и изменение соотношения жидкости и газа. Заранее установленным соотношением количества жидкости и газа в ванне (получаемым при ее заполнении) собственная частота нелинейной колебательной системы устанавливается равной частоте колебаний вибропривода ванны, т.е. получаемая нелинейная колебательная система настроена в резонанс с механической колебательной системой. При резонансных колебаниях системы жидкость-газ обеспечивается максимальная амплитуда волн динамического давления, а в моющей жидкости образуются мощные турбулентные пульсирующие потоки, интенсивно омывающие подвергаемые очистки изделия. В положительные полупериоды колебаний давление в жидкости достигает 1,5-2,0 ати, а в отрицательные падает ниже значения упругости насыщенных паров жидкости, что вызывает в ней интенсивные кавитационные процессы. Схлопывание образующихся кавитационных пузырьков вблизи поверхности очищаемых изделий усиливает эффект очистки за счет создаваемых в жидкости микроударных волн, эффективно разрушающих загрязнения. В резонансном режиме достигается 100%-ное использование объема моющей жидкости за счет ее высокой обменности в ванне, что повышает эффект отмыва изделий. При этом оторвавшиеся твердые частицы загрязнений, захватываемые мощными турбулентными потоками жидкости, оказывают интенсивное абразивное воздействие на поверхность очищаемых изделий. Таким образом наличие в газовой части ванны вертикального стержня с упором и пружиной и подвижно размещенного на нем плоского инерционного элемента, образующих механическую колебательную систему, позволяет при периодических колебаниях ванны легко образовать в ней нелинейную газожидкостную систему. Плоская нижняя поверхность инерционного элемента обеспечивает при его резонансных колебаниях максимальное поступление дисперсного воздуха под уровень моющей жидкости. Резонансные колебания газожидкостной системы позволяют получить очень высокую степень гидродинамического возмущения объема моющей жидкости в ванне и качественно повысить эффект очистки изделий за счет резкого увеличения турбулизации моющей жидкости и повышения интенсивности ее динамического воздействия на очищаемую поверхность. При той же интенсивности вибровоздействия на ванну, что и в прототипе, в несколько раз сокращается время очистки изделий. Сокращение времени очистки в свою очередь позволяет существенно (на 30-50%) снизить удельные затраты энергии на вибрационную очистку изделий. Thus, in the oscillating bath 1, the resonant oscillations of the load-spring system with a high oscillation amplitude of the disk 9, which alternately appears in the liquid or in the air above its surface, are immediately excited. In this case, when the disk moves down, its lower plane impacts the surface of the liquid, which leads to a pulsed flow of dispersed air into the liquid. It was experimentally established that the deepening of the lower plane of the disk 9 under the liquid level by 10-15 mm is optimal. With a smaller deepening of the disk, the efficiency of dispersed (in the form of bubbles) air flow under the liquid level is reduced, and with a larger depth, the hard contact between the disk and the annular stop 11 of the oscillating rod worsens and the inhibitory effect of the liquid layer on the disk is enhanced, which may prevent the resonance regime of oscillations of the mechanical system from being established load spring. As a result of high-frequency reciprocating movements of the disk 9, air is intensively introduced into the liquid, which saturates a significant part of its volume in the form of bubbles. Fluctuations in fluid pressure, excited by the oscillations of the bath, are transmitted to the dispersed air, causing its periodic volume pulsations, which leads to the formation in the bath 1 of a non-linear oscillatory liquid-gas system with high sensitivity. As a result of its oscillations, the dynamic pressure in the liquid and the vibrational force acting on the gas bubbles in the direction of the bottom of the bath significantly increase. At the same time, the turbulization of the volume of the washing liquid is intensified, which surface captures all the free gas from the upper part of the bath, which flows into the liquid under the action of vibrational force. The liquid instantly goes into a state of a homogeneous hydrosol filling the entire volume of the bath, while the restructuring of the nonlinear oscillatory liquid-gas system and a change in the ratio of liquid to gas occur. A predetermined ratio of the amount of liquid and gas in the bath (obtained by filling it), the natural frequency of the nonlinear oscillatory system is set equal to the vibration frequency of the bath’s vibrodrive, i.e. The resulting nonlinear oscillatory system is tuned in resonance with the mechanical oscillatory system. With resonant oscillations of the liquid-gas system, the maximum amplitude of dynamic pressure waves is provided, and powerful turbulent pulsating flows are formed in the washing liquid, which intensively wash the products being cleaned. In the positive half-periods of the oscillations, the pressure in the liquid reaches 1.5-2.0 ati, and in the negative it drops below the elasticity value of the saturated vapor of the liquid, which causes intense cavitation processes in it. The collapse of the resulting cavitation bubbles near the surface of the products to be cleaned enhances the cleaning effect due to micro-shock waves created in the liquid, which effectively destroy pollution. In the resonance mode, 100% utilization of the volume of the washing liquid is achieved due to its high exchangeability in the bath, which increases the effect of washing products. At the same time, detached solid particles of contaminants captured by powerful turbulent fluid flows have an intensive abrasive effect on the surface of the products being cleaned. Thus, the presence in the gas part of the bath of a vertical rod with a stop and a spring and a flat inertial element movably placed on it, forming a mechanical oscillatory system, makes it possible to form a non-linear gas-liquid system in it with periodic oscillations of the bath. The flat bottom surface of the inertial element provides, when its resonant vibrations, the maximum intake of dispersed air below the level of the washing liquid. Resonant vibrations of a gas-liquid system make it possible to obtain a very high degree of hydrodynamic perturbation of the volume of washing liquid in the bath and to qualitatively increase the effect of cleaning products due to a sharp increase in the turbulization of the washing liquid and increasing the intensity of its dynamic effect on the surface being cleaned. With the same intensity of vibration on the bathtub as in the prototype, the cleaning time of the products is reduced several times. Reducing the cleaning time, in turn, can significantly (30-50%) reduce the specific energy costs for vibration cleaning of products.

Claims

DEVICE FOR CLEANING PRODUCTS, containing a bath for washing liquid with a hermetically docked lid, mounted on an elastic base with the possibility of vertical vibrations, and a vibrodrive, characterized in that it has a rod with a cylindrical spring and a disk inertial element placed on it, the central lid is made the hole, the rod is installed vertically in the upper part of the bath by means of a plug under the central hole connected to the lid of the bath, while the spring is located in the upper part of the rod and is fixed on it with its upper end, the lower end of the rod has an annular stop, and the disk inertial element is movably mounted on the rod with the possibility of contacting with the annular stop.