RU2273530C1

RU2273530C1 - Vibration exciter

Info

Publication number: RU2273530C1
Application number: RU2004130041/28A
Authority: RU
Inventors: Игорь Григорьевич Стрижков (RU); Игорь Григорьевич Стрижков; Иосиф Андреевич Потапенко (RU); Иосиф Андреевич Потапенко; Сергей Игоревич Стрижков (RU); Сергей Игоревич Стрижков; Александр Николаевич Трубин (RU); Александр Николаевич Трубин; рова Оксана Александровна Черно (RU); Оксана Александровна Черноярова
Priority date: 2004-10-11
Filing date: 2004-10-11
Publication date: 2006-04-10
Also published as: RU2004130041A

Abstract

FIELD: vibration technique; heat-power engineering; control of scales in heat exchange apparatus; intensification of technological processes in liquid, solid and gaseous media.

SUBSTANCE: proposed vibration exciter has housing with inner race, ball running on this race and drive for ball made in form of electric motor stator. Stator is axial and its electromagnetic poles are directed towards trajectory of motion of ball on race.

EFFECT: enhanced efficiency; intensification of technological processes in liquid, solid and gaseous media.

2 dwg

Description

Изобретение относится к вибрационной технике и может быть использовано в теплотехнике для борьбы с твердыми солевыми отложениями на теплопередающих поверхностях, а также для интенсификации различных технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах.The invention relates to vibration technology and can be used in heat engineering to combat solid salt deposits on heat transfer surfaces, as well as to intensify various technological processes in liquid, solid and gaseous media.

Известен вибровозбудитель (патент США №2829529, кл. 74-87.1958), содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика. Привод выполнен в виде двигателя, на валу которого закреплено водило в виде лепестков. Недостатком этого устройства является сложность конструкции и невысокая надежность, вследствие истирания лепестков и наличия электродвигателя, работающего в условиях высокой вибрации.Known vibration exciter (US patent No. 2829529, CL 74-87.1958), comprising a housing with an internal treadmill, a ball running around it, and a drive for the ball. The drive is made in the form of an engine, on the shaft of which a carrier is fixed in the form of petals. The disadvantage of this device is the design complexity and low reliability, due to abrasion of the petals and the presence of an electric motor operating in conditions of high vibration.

Известно изобретение по авторскому свидетельству СССР №656673 "Устройство для возбуждения колебаний", в котором для возбуждения колебаний используется вращающийся в цилиндрическом корпусе шарик, а для приведения шарика во вращение используется водило, выполненное в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком. Это изобретение, как показал опыт его практического применения, имеет серьезный недостаток, который заключается в низкой надежности аппарата, вследствие быстрого износа контактных поверхностей.The invention is known according to USSR author's certificate No. 656673 "Device for exciting vibrations", in which a ball rotating in a cylindrical body is used to excite oscillations, and a carrier made in the form of a rod with an element for point contact with the ball is used to bring the ball into rotation. This invention, as shown by the experience of its practical application, has a serious drawback, which lies in the low reliability of the apparatus, due to the rapid wear of the contact surfaces.

Известна аксиальная (торцевая) конструкция асинхронных двигателей (А.И.Бертинов, Ф.А.Бут и др. Специальные электрические машины. В двух томах. М.: Энергоатомиздат, 1993), отличительной особенностью которой является форма выполнения статора и ротора в виде плоских дисков, разделенных воздушным зазором, причем на статоре в радиально расположенных пазах укладывается трехфазная обмотка, а ротор выполняется в виде стального диска. Принцип действия такого двигателя не отличается от традиционного двигателя цилиндрической конструкции, однако конфигурация бегущего магнитного поля у аксиального двигателя существенно иная. Такой двигатель не применяется в вибрационной технике, поскольку не является эффективным источником механических колебаний.The axial (end) construction of asynchronous motors is known (A.I. Bertinov, F.A. But, and others. Special electric machines. In two volumes. M .: Energoatomizdat, 1993), a distinctive feature of which is the form of the stator and rotor in the form flat disks separated by an air gap, moreover, a three-phase winding is laid on the stator in radially located grooves, and the rotor is made in the form of a steel disk. The principle of operation of such an engine does not differ from the traditional cylindrical engine, however, the configuration of the traveling magnetic field of the axial engine is significantly different. Such an engine is not used in vibration technology, since it is not an effective source of mechanical vibrations.

Широко известны так называемые шаговые электродвигатели (Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Ч.2. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1979. - 304 с., с.143-151), питание обмоток статора которых осуществляется путем подачи импульсов напряжения от какого-либо коммутатора. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определенное угловое перемещение, называемое шагом. Коммутатор преобразует заданную последовательность управляющих импульсов в m-фазную систему однополярных или разнополярных прямоугольных импульсов. Частота этих импульсов определяет частоту вращения ротора шагового двигателя. Такие двигатели также как и аксиальные не применяются для возбуждения вибраций.The so-called step-by-step electric motors are widely known (Bruskin D.E. et al. Electric machines. Part 2. Textbook for high schools. - M .: Higher school, 1979. - 304 p., P.143-151), power supply of stator windings which is carried out by applying voltage pulses from any switch. Under the influence of each such pulse, the rotor of the engine makes a certain angular movement, called the step. The switch converts a given sequence of control pulses into an m-phase system of unipolar or bipolar rectangular pulses. The frequency of these pulses determines the rotational speed of the rotor of the stepper motor. Such engines as well as axial ones are not used to excite vibrations.

Наиболее близким по своей технологической сущности к предлагаемому устройству является вибровозбудитель по авт. свид. СССР №915975, кл. В 06 В 1/16. Этот вибровозбудитель содержит корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика в виде статора трехфазного двигателя обращенной конструкции с трехфазной обмоткой, помещенной в пазах на наружной поверхности магнитопровода коаксиально с беговой дорожкой внутри корпуса, подключенной к сети трехфазного переменного тока. Такое устройство, как показал опыт его практического применения, обладает рядом несомненных достоинств, главным из которых является высокая надежность. Повышению надежности способствует то обстоятельство, что вращающийся шарик не создает колебаний в части конструкции, где размещается электрическая обмотка, вследствие чего последняя работает в благоприятных условиях.The closest in its technological essence to the proposed device is a vibration exciter according to ed. testimonial. USSR No. 915975, cl. 06 V 1/16. This vibration exciter contains a housing with an internal treadmill, a ball running around it, and a ball drive in the form of a stator of a three-phase reversed motor with a three-phase winding placed in grooves on the outer surface of the magnetic circuit coaxially with the treadmill inside the housing connected to a three-phase alternating current network. Such a device, as shown by the experience of its practical application, has a number of undoubted advantages, the main of which is high reliability. The reliability is enhanced by the fact that the rotating ball does not create oscillations in the part of the structure where the electric winding is located, as a result of which the latter works in favorable conditions.

Однако этой конструкции вибровозбудителя присущ существенный недостаток, который заключается в невозможности регулирования частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что является следствием того, что частота вращения магнитного поля n, увлекающего за собой шарик, при заданной частоте тока f и числе полюсов обмотки p есть величина постояннаяHowever, this design of the vibration exciter has a significant drawback, which is the impossibility of regulating the frequency and amplitude of the excited oscillations, which is a consequence of the fact that the rotation frequency of the magnetic field n, which carries the ball, for a given current frequency f and the number of poles of the winding p is constant

n=60f/p,n = 60f / p,

где n исчисляется в об/мин, f - в Гц, p - в шт.where n is calculated in rpm, f in Hz, p in units.

Технической задачей является устранение указанного недостатка за счет изменения типа индуктора вибровозбудителя.The technical task is to eliminate this drawback by changing the type of inductor of the vibration exciter.

Решение задачи достигается тем, что вибровозбудитель, содержащий корпус с внутренней беговой дорожкой, шарик, обегающий ее, и привод для шарика, выполненный в виде статора электродвигателя, последний выполнен аксиальным, шаговой конструкции, с электромагнитными полюсами, обращенными к траектории движения шарика по беговой дорожке.The solution to the problem is achieved by the fact that the vibration exciter comprising a housing with an internal treadmill, a ball running around it, and a ball drive made in the form of a stator of an electric motor, the latter is made axial, stepped design, with electromagnetic poles facing the path of the ball along the treadmill .

По данным патентной и научно-технической литературы не выявлена заявляемая совокупность признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям "изобретательский уровень" и "новизна". Заявляемое решение может быть реализовано в теплоэнергетике, в частности, для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре, а также для интенсификации технологических процессов в жидких, твердых и газообразных средах, что отвечает критерию "промышленная применимость".According to the patent and scientific literature, the claimed combination of features has not been identified, which allows us to conclude that the proposed solutions meet the criteria of "inventive step" and "novelty." The claimed solution can be implemented in the power system, in particular, to combat deposits in heat exchange equipment, as well as to intensify technological processes in liquid, solid and gaseous media, which meets the criterion of "industrial applicability".

На фиг.1 представлена конструктивная схема вибровозбудителя. На фиг.2 представлены схема перемещения шарика и диаграмма импульсов напряжения на обмотках.Figure 1 presents a structural diagram of a vibration exciter. Figure 2 presents a diagram of the movement of the ball and a diagram of voltage pulses on the windings.

Внутри корпуса 1 вибровозбудителя с беговой дорожкой 2 и волноводом 3 помещен шарик 4, приводимый в движение магнитным полем индуктора 5 аксиальной (торцевой) конструкции, содержащего магнитные полюса 6 с размещенными на них обмотками 7. Магнитные полюса 6 выполняются из электротехнической стали с малой коэрцитивной силой (слабой остаточной намагниченностью) и обращены в сторону траектории движения шарика 4 по беговой дорожки 2. Обмотки 7 концентрично охватывают полюса. Воздушный зазор 8 отделяет неподвижную конструкцию индуктора 5 от вибрирующего корпуса вибровозбудителя 1. Проводниками 9 обмотки полюсов 7 соединены с коммутатором (не показан).Inside the casing 1 of the vibration exciter with a treadmill 2 and the waveguide 3, a ball 4 is placed, driven by the magnetic field of the inductor 5 of the axial (end) structure, containing magnetic poles 6 with windings placed on them 7. Magnetic poles 6 are made of electrical steel with low coercive force (weak residual magnetization) and are turned towards the path of the ball 4 along the treadmill 2. Windings 7 concentrically cover the poles. An air gap 8 separates the stationary structure of the inductor 5 from the vibrating exciter housing 1. The conductors 9 of the pole windings 7 are connected to a switch (not shown).

Работу вибровозбудителя иллюстрирует фиг.2. В интервал времени от t₀ до t₁ подключенная с помощью коммутатора к источнику электроэнергии (коммутационный аппарат и источник не показаны) обмотка полюса 1 создает магнитное поле (фиг.2, а), притягивающее шарик 4. Силовые линии магнитного поля замыкаются по магнитной цепи, состоящей из полюса 1 с током (активного полюса), воздушного участка до соседних полюсов 2 и 4, включая зону расположения шарика, частично проходят через шарик 4 (фиг.1) и далее замыкаются через ярмо индуктора 5 (фиг.1). Токи в обмотках других полюсов 2, 3 и 4 (не активных) в это время отсутствуют и воздействие на движение шарика не оказывают. В интервал времени от t₁ до t₂ обмотка полюса 1 отключается от источника электроэнергии и напряжение подается на обмотку 2 (фиг.2, г). Шарик перемещается от полюса 1 к полюсу 2 (фиг.2, б). Далее в интервал t₂-t₃ напряжение с обмотки полюса 2 снимается и подается на обмотку полюса 3 и шарик продолжает движение по беговой дорожке. При t=t₄ первый цикл движения завершается и начинается второй.The operation of the vibration exciter is illustrated in figure 2. In the time interval from t ₀ to t ₁ connected via a switch to a source of electricity (switching device and source not shown), the winding of the pole 1 creates a magnetic field (figure 2, a) attracting the ball 4. The magnetic field lines are closed along the magnetic circuit consisting of a pole 1 with current (active pole), an air section to neighboring poles 2 and 4, including the area of the ball, partially pass through the ball 4 (figure 1) and then close through the yoke of the inductor 5 (figure 1). Currents in the windings of other poles 2, 3 and 4 (not active) at this time are absent and do not affect the movement of the ball. In the time interval from t ₁ to t _{2 the} winding of the pole 1 is disconnected from the power source and the voltage is supplied to the winding 2 (Fig.2, g). The ball moves from pole 1 to pole 2 (figure 2, b). Further, in the interval t ₂ -t _{3 the} voltage from the pole 2 winding is removed and fed to the pole 3 winding and the ball continues to move along the treadmill. When t = t _{4, the} first cycle of motion ends and the second begins.

Возникающая при вращении шарика центробежная сила воспринимается беговой дорожкой 2 (фиг.1), корпусом 1 вибратора, колебания которого передаются на технологический аппарат через волновод 3 (не показан).The centrifugal force arising during the rotation of the ball is perceived by the treadmill 2 (Fig. 1), the vibrator body 1, the vibrations of which are transmitted to the technological apparatus through a waveguide 3 (not shown).

Частота возбужденных колебаний зависит от частоты вращения шарика 4, а амплитуда определяется величиной центробежной силы F_ц=mV²/R, где m - масса шарика, V - линейная скорость шарика, R - радиус расточки беговой дорожки. Изменение частоты импульсов приводит к изменению частоты вращения шарика, а следовательно, частоты и амплитуды возбужденных колебаний.The frequency of the excited oscillations depends on the speed of the ball 4, and the amplitude is determined by the centrifugal force F _c = mV ² / R, where m is the mass of the ball, V is the linear speed of the ball, R is the radius of the treadmill’s bore. A change in the frequency of the pulses leads to a change in the frequency of rotation of the ball, and therefore, the frequency and amplitude of the excited oscillations.

Использование предлагаемого изобретения для интенсификации технологических процессов в газообразных, жидких и твердых средах повысит эффективность этих процессов за счет подбора рациональной частоты возбужденных колебаний.The use of the invention for the intensification of technological processes in gaseous, liquid and solid media will increase the efficiency of these processes by selecting a rational frequency of excited vibrations.

Claims

A vibration exciter comprising a housing with an internal treadmill, a ball running around it, and a ball drive made in the form of a stator of an electric motor, characterized in that the stator is made axial, of a step design with electromagnetic poles facing the path of the ball along the treadmill.