Изобретение относится к ультразвуковой технике, конкретно к устройствам ультразвуковых преобразователей для получения колебаний ультразвуковой частоты, применяемых в технологических целях, и может быть использовано в машиностроительной, легкой, химической и других отраслях промышленности при создании установок для сварки металлов и полимеров, очистки и пропитки, в медицинской технике при создании хирургических инструментов, в механообрабатывающи'х станках с наложением на процесс обработки ультразвуковых колебаний.The invention relates to ultrasonic technology, specifically to devices of ultrasonic transducers for generating ultrasonic frequency oscillations used for technological purposes, and can be used in engineering, light, chemical and other industries to create installations for welding metals and polymers, cleaning and impregnation, medical equipment when creating surgical instruments, in machining machines with superimposed ultrasonic vibrations on the processing process.
Цель изобретения - увеличение срока эксплуатации ультразвуковой головки за счет повышения надежности системы охлаждения.The purpose of the invention is to increase the life of the ultrasonic head by increasing the reliability of the cooling system.
На чертеже изображена предложенная головка, разрез.The drawing shows the proposed head, section.
Ультразвуковая головка технологической установки содержит магнитострикционный преобразователь 1 с питающей его от ультразвукового генератора (не показан) обмоткой 7 электропитания, трансформатор 3 колебаний и систему охлаждения, имеющую герметичный корпус 4 охлаждения с радиатором 5 свободного конвективного теплообмена. В корпусе 4 охлаждения установлены тепловые трубки 6, к испарительной зоне которых прикреплена, например, пайкой цилиндрическая перегородка 7 из теплопроводного материала, установленная с зазорами между торцами внутренней полости корпуса 4 охлаждения. Тепловые . трубки 6 размещены вдоль образующей цилиндрической перегородки 7. Цилиндрическая перегородка разделяет внутренний объем корпуса охлаждения на две разнотемпературные зоны: внутреннюю (высокотемпературную), расположенную между цилиндрической перегородкой 7 и преобразователем 1 с трансформатором 3. имеющую во время ’работы повышенную температуру из-за тепловыделения в преобразователе и трансформаторе, и наружную (низкотемпературную), расположенную между цилиндрической перегородкой и корпусом 4 охлаждения, имеющую пониженную температуру из-за интенсивного отвода тепла тепловыми трубками из этой зоны. По разнотемпературным зонам циркулирует охлаждающая жидкость, направление 8 движения которой показано на рисунке. В качестве охлаждающей жидкости желательно выбирать такую, которая имеет высокую теплоемкость. Это позволит лучше отводить тепло от преобразователя и трансформатора к тепловым трубам. Можно использовать, например, дистиллирован ную воду, содержащую специальные добавки для уменьшения ее коррозионного воздействия на внутреннюю полость корпуса охлаждения, на преобразователь и трансформатор.The ultrasonic head of the technological installation contains a magnetostrictive transducer 1 with a power supply winding 7 from it (not shown), an oscillation transformer 3, and a cooling system having a sealed cooling case 4 with a radiator 5 for free convective heat transfer. Heat pipes 6 are installed in the cooling case 4, to the evaporation zone of which is attached, for example, by soldering a cylindrical partition 7 made of heat-conducting material, installed with gaps between the ends of the internal cavity of the cooling case 4. Thermal. tubes 6 are placed along the generatrix of the cylindrical partition 7. The cylindrical partition divides the internal volume of the cooling casing into two different temperature zones: internal (high-temperature), located between the cylindrical partition 7 and the converter 1 with transformer 3. having an elevated temperature during operation due to heat generation in a converter and a transformer, and an external (low temperature) located between the cylindrical partition and the cooling housing 4 having a reduced temperature due to intense heat dissipation by heat pipes from this zone. Coolant circulates through different temperature zones, the direction of motion 8 of which is shown in the figure. As a coolant, it is desirable to choose one that has a high heat capacity. This will allow better heat dissipation from the converter and transformer to the heat pipes. For example, distilled water containing special additives can be used to reduce its corrosive effects on the internal cavity of the cooling case, on the converter and transformer.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
После включения ультразвукового генератора (не показан) на обмотку 2 электропитания магнитострикционного преобразователя 1 подаются электрические колебания ультразвуковой частоты, что вызывает механические колебания преобразователя 1 и трансформатора 3 колебаний. В результате потерь на внутреннее трение происходит нагрев преобразователя и трансформатора. Тепло, выделяющееся в этих элементах, передается ближайшим слоям охлаждающей жидкости, находящейся между цилиндрической перегородкой 7 и преобразователем 1 с трансформатором 3. Жидкость нагревается и за счет естественной конвекции поднимается вверх. Попадая таким образом в низкотемпературную зону, охлаждающая жидкость отдает тепло тепловым трубкам 6, а через них и радиатору 5 конвективного теплообмена. Происходит охлаждение преобразователя и трансформатора. Естественное конвективное движение охлаждающей жидкости интенсифицируется свободным торцом магнитострикционного преобразователя 1 за счет создания в ней звукового давления и акустических течений, что дополнительно увеличивает скорость движения охлаждающей жидкости, а следовательно, теплоотдачу от нагреваемых элементов ультразвуковой головки тепловым трубкам 6 и радиатору 5 свободного конвективного теплообмена.After turning on the ultrasonic generator (not shown), electric vibrations of the ultrasonic frequency are supplied to the power winding 2 of the magnetostrictive transducer 1, which causes mechanical vibrations of the transducer 1 and the oscillation transformer 3. As a result of internal friction losses, the converter and transformer are heated. The heat generated in these elements is transferred to the nearest layers of coolant located between the cylindrical partition 7 and the transducer 1 with the transformer 3. The fluid is heated and rises due to natural convection. Getting thus in the low-temperature zone, the coolant gives off heat to the heat pipes 6, and through them to the radiator 5 of convective heat transfer. The converter and transformer are cooled. The natural convective movement of the coolant is intensified by the free end of the magnetostrictive transducer 1 due to the creation of sound pressure and acoustic flows in it, which additionally increases the speed of the coolant, and therefore the heat transfer from the heated elements of the ultrasonic head to the heat pipes 6 and the radiator 5 of free convective heat transfer.
Предложенная конструкция ультразвуковой головки позволяет повысить надежность работы системы охлаждения благодаря исключению возможности утечки теплоносителя из полости тепловых трубок (внутренняя полость тепловых трубок загерметизирована пайкой). Охлаждающая жидкость, циркулирующая по контуру из высокотемпературной зоны в низкотемпературную, из низкотемпературной в высокотемпературную и т.д., в полости корпуса охлаждения находится без избыточного давления,что позволяет легко загерметизировать корпус и исключить утечки охлаждающей жидкости. Небольшое необходимое количество этой жидкости дает возможность использовать дистиллированную воду с необходимыми добавками-ингибиторами, снижающими коррозионное и эррозионное воздействие на элементы головки. Это повышает срок службы ультразвуковой головки. Отсутствие в охлаждающей жидкости солей и загрязнений сохраняет поверхности охлаждаемых элементов в первоначальном виде, а следовательно, сохраняет и интенсивность теплоотдачи от них в течение всего срока эксплуатации. Кроме того, отсутствуют подводящие и отводящие шланги охлаждающей жидкости, что Делает головку удобной в применении,особенно в составе ручных ультразвуковых инструментов. 10The proposed design of the ultrasonic head allows to increase the reliability of the cooling system by eliminating the possibility of leakage of the coolant from the cavity of the heat pipes (the internal cavity of the heat pipes is sealed by soldering). Coolant circulating from a high-temperature zone to a low-temperature zone, from a low-temperature zone to a high-temperature zone, etc., is located in the cavity of the cooling case without excessive pressure, which makes it easy to seal the case and prevent leakage of the cooling liquid. A small required amount of this liquid makes it possible to use distilled water with the necessary additives-inhibitors, which reduce the corrosion and erosion effects on the elements of the head. This increases the life of the ultrasound head. The absence of salts and contaminants in the coolant preserves the surfaces of the elements to be cooled in their original form, and, consequently, preserves the intensity of heat transfer from them throughout the entire service life. In addition, there are no inlet and outlet coolant hoses, which makes the head easy to use, especially as part of hand-held ultrasonic instruments. 10