RU2395052C1

RU2395052C1 - Facility for excitation of vibrations in heat exchanging equipment

Info

Publication number: RU2395052C1
Application number: RU2009111947/06A
Authority: RU
Inventors: Иосиф Андреевич Потапенко (RU); Иосиф Андреевич Потапенко; Антон Евгеньевич Усков (RU); Антон Евгеньевич Усков; Виктория Юрьевна Ускова (RU); Виктория Юрьевна Ускова
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-07-20

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: facility consists of cylinder case with internal running path wherein two balls are running, of driven shaft mounted perpendicular to case axis, and of carrier made in form of rod with ball bearings on ends. Also balls are separated one from another with the carrier of the driven shaft. Ratio of diametre of the ball and an external cartridge of the ball bearing of the carrier is 2:1.

EFFECT: each ball creates its spectre of frequencies and amplitudes, while interaction of balls oscillations results in expanding values of summary frequency and amplitude of excited oscillations.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения и возбуждения колебаний широкого спектра частот и амплитуд и применяется в различных технологических задачах, в частности для интенсификации процесса теплообмена и предупреждения солевых отложений (накипи) на рабочих поверхностях нагрева теплообменной аппаратуры.The invention relates to devices for generating and exciting oscillations of a wide range of frequencies and amplitudes and is used in various technological problems, in particular, to intensify the heat transfer process and prevent salt deposits (scale) on the heating surfaces of heat-exchanging equipment.

Известны устройства для возбуждения колебаний, в которых используются магнитострикционные преобразователи, однако они имеют невысокую амплитуду колебаний (см. а.с. СССР №83942). Известно устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре, содержащее цилиндрический корпус с беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный на оси корпуса, и водило, жестко закрепленное на приводном валу и снабженное охватывающими шарик лепестками (см. патент США №2829529, кл. 78-87, 1954).Known devices for excitation of oscillations in which magnetostrictive converters are used, however, they have a low amplitude of oscillations (see USSR AS No. 83942). A device for exciting vibrations in a heat exchange apparatus is known, comprising a cylindrical body with a treadmill being run in by a ball, a drive shaft mounted on the axis of the body, and a carrier rigidly mounted on the drive shaft and provided with petals covering the ball (see US Pat. No. 2,829,529, cl. 78-87, 1954).

Известно устройство, см. а.с. СССР №656673, кл. В06В 1/16. Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции цилиндрического корпуса с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком вала и привода, установленного на оси корпуса и жестко закрепленного на приводном валу водила, выполненного в виде стержня с элементом для точечного контакта с шариком.A device is known, see.with. USSR No. 656673, class B06B 1/16. The device is made in the form of a cylindrical body fixed to a metal structure with an internal treadmill, driven by a ball of the shaft and a drive mounted on the axis of the body and rigidly fixed on the drive shaft of the carrier, made in the form of a rod with an element for point contact with the ball.

Известное изобретение имеет существенный недостаток, заключающийся в невысокой надежности в процессе работы и невозможности получения широкого спектра частот и амплитуд возбуждаемых колебаний. В известном изобретении, как следует из описания и чертежа конструкции, точечный контакт элемента с шариком не может осуществляться длительное время, т.к. возникающая сила трения скольжения приводит к быстрому износу шарика и водила и разрушению конструкции в целом.The known invention has a significant drawback, consisting in low reliability during operation and the inability to obtain a wide range of frequencies and amplitudes of the excited oscillations. In the known invention, as follows from the description and design drawing, the point contact of the element with the ball cannot be carried out for a long time, because the resulting sliding friction force leads to rapid wear of the ball and carrier and the destruction of the structure as a whole.

В качестве прототипа нами взят патент России №2204444 кл. В06В 1/16, 2003 г., бюл. №14, отличающийся тем, что водило выполнено в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, причем диаметры шарика и внешней обоймы шарикоподшипника находятся в соотношении 2:1.As a prototype, we took the patent of Russia No. 2204444 class. B06B 1/16, 2003, bull. No. 14, characterized in that the carrier is made in the form of a rod, at the ends of which ball bearings are installed, the diameters of the ball and the outer race of the ball bearing being in a 2: 1 ratio.

Известное изобретение, как показал опыт его практического использования (разработка сотрудников нашего университета), имеет серьезные преимущества по сравнению с ранее известными, близкими по конструкции изобретениями, однако ему также присущ серьезный недостаток, заключающийся в недостаточно широком диапазоне частот и амплитуд, возбуждаемым известным устройством. Действительно, эти два основных параметра (частота и амплитуда) определяются непосредственно центробежной силой, возникающей в обойме при движении шарика:A well-known invention, as shown by the experience of its practical use (development of employees of our university), has serious advantages compared to previously known, similar in design inventions, but it also has a serious drawback, consisting in an insufficiently wide range of frequencies and amplitudes excited by a known device. Indeed, these two main parameters (frequency and amplitude) are determined directly by the centrifugal force arising in the cage when the ball moves:

где m - масса шарика, кг;where m is the mass of the ball, kg;

υ - линейная скорость движения, м/с;υ - linear speed of movement, m / s;

R - радиус шарика, м.R is the radius of the ball, m

При постоянной скорости движения шарика и радиуса обоймы величина центробежной силы, а следовательно, амплитуда и частота возбуждаемых колебаний изменяются в зависимости от массы шарика. Для решения различных технологических задач часто требуется возбуждать более широкий спектр частот и амплитуд, чем можно получить при использовании известного изобретения. Предлагаемое изобретение позволяет избавиться от вышеуказанного недостатка.At a constant speed of the ball and the radius of the cage, the magnitude of the centrifugal force, and therefore the amplitude and frequency of the excited vibrations, vary depending on the mass of the ball. To solve various technological problems, it is often required to excite a wider range of frequencies and amplitudes than can be obtained using the known invention. The present invention allows to get rid of the above disadvantage.

Техническим решением задачи является увеличение амплитуды возбуждаемых устройством колебаний при стабильности поддержания их в течение длительного периода времени, а это, в свою очередь, расширяет возможности использования устройства в более широком классе различных технических задач и технологических процессов.The technical solution to the problem is to increase the amplitude of the oscillations excited by the device while maintaining them stable for a long period of time, and this, in turn, expands the possibilities of using the device in a wider class of various technical problems and technological processes.

Поставленная задача решается тем, что устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре содержит цилиндрический корпус с внутренней беговой дорожкой, обкатываемой шариком, приводной вал, установленный перпендикулярно оси корпуса, и водило, выполненное в виде стержня, на концах которого установлены шарикоподшипники, при этом диаметр шарика и внешней обоймы шарикоподшипника водила находятся в соотношении 2:1. Устройство для возбуждения колебаний в теплообменной аппаратуре также снабжено дополнительным шариком, разделенным с первым посредством водила приводного вала.The problem is solved in that the device for exciting vibrations in the heat exchanger apparatus comprises a cylindrical body with an inner treadmill running around the ball, a drive shaft mounted perpendicular to the axis of the body, and a carrier made in the form of a rod, at the ends of which ball bearings are installed, while the diameter of the ball and the outer cage of the carrier ball bearings are in a ratio of 2: 1. The device for exciting vibrations in heat-exchange equipment is also equipped with an additional ball, shared with the first by means of a carrier drive shaft.

Новизна предложенного технического решения заключается в том, что второй шарик создает в цилиндрическом корпусе свой спектр частот и амплитуд, а взаимодействие колебаний первого и второго шарика приводят к существенному расширению значений суммарной частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний.The novelty of the proposed technical solution lies in the fact that the second ball creates its spectrum of frequencies and amplitudes in a cylindrical body, and the interaction of the oscillations of the first and second balls leads to a significant expansion of the total frequency and amplitude of the excited oscillations.

По данным патентной и научно-технической литературы не обнаружено аналогичного предложения, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемой совокупности признаков.According to the patent and scientific literature, no similar proposal was found, which allows us to judge the inventive step of the claimed combination of features.

На чертеже представлен внешний вид устройства в двух проекциях.The drawing shows the appearance of the device in two projections.

Устройство выполнено в виде закрепленного на металлоконструкции технологического аппарата, например, пароводяного котла или бункера 1 с мелкодисперсным материалом при помощи волновода 2, цилиндрического корпуса 3 с внутренней беговой дорожкой 4, обкатываемой двумя стальными шариками 5 и 6, вала 7 электропривода 8, установленного перпендикулярно плоскости корпуса 3 и жестко закрепленного на приводном валу 7 водила, выполненного в виде стержня 9, на концах которого установлены шарикоподшипники 10 для точечного контакта с шариками 5 и 6.The device is made in the form of a technological apparatus fixed to a metal structure, for example, a steam-water boiler or hopper 1 with finely dispersed material using a waveguide 2, a cylindrical body 3 with an internal treadmill 4, rolled in with two steel balls 5 and 6, a shaft 7 of an electric drive 8 mounted perpendicular to the plane housing 3 and rigidly fixed to the drive shaft 7 carrier, made in the form of a rod 9, at the ends of which are mounted ball bearings 10 for point contact with balls 5 and 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При включении электропривода 8 его вал 7 приводит во вращение жестко закрепленное водило 9, которое, в свою очередь, через установленные на его концах шарикоподшипники 10 приводит в движение шарики 5 и 6, показанные на проекции 2 в режиме работы. Центробежные силы, создаваемые шариками, в свою очередь, возбуждают в цилиндрическом корпусе 3 колебания широкого спектра частот и амплитуд, которые через волновод 2 передаются на металлоконструкцию технологического аппарата 1.When the electric drive 8 is turned on, its shaft 7 drives the rigid carrier 9, which, in turn, drives the balls 5 and 6, shown on projection 2 in operation mode, through the ball bearings 10 installed at its ends. The centrifugal forces created by the balls, in turn, excite in a cylindrical body 3 oscillations of a wide range of frequencies and amplitudes, which are transmitted through the waveguide 2 to the metal structure of the technological apparatus 1.

Предлагаемое устройство позволяет получить несравненно более высокие значения частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что позволяет значительно расширить область возможного применения устройства.The proposed device allows to obtain incomparably higher values of the frequency and amplitude of the excited oscillations, which can significantly expand the scope of the possible application of the device.

Теоретические основы предложенного технического решения изложены в фундаментальной работе - см. Справочник в 6-ти т. «Вибрации в технике», т.4. - М.: Машиностроение, 1981 г., с.233 и 292 «Центробежные и пневматические вибровозбудители».The theoretical foundations of the proposed technical solution are described in the fundamental work - see the Handbook in 6 volumes. “Vibrations in technology”, volume 4. - M .: Mechanical Engineering, 1981, p.233 and 292 "Centrifugal and pneumatic vibration exciters."

Claims

A device for exciting vibrations in heat-exchange equipment, comprising a cylindrical body with an inner treadmill being run in by a ball, a drive shaft mounted perpendicular to the axis of the body, and a carrier made in the form of a rod, at the ends of which ball bearings are installed, while the diameter of the ball and the outer race of the ball bearing are in a ratio of 2: 1, characterized in that the device for exciting vibrations in heat exchange equipment is equipped with an additional ball, divided with the first medium PTO drove the drive shaft.