UA148046U

UA148046U - HYDRODYNAMIC ULTRASOUND RADIATOR

Info

Publication number: UA148046U
Application number: UAU202100268U
Authority: UA
Inventors: Ігор Іванович Дударев; Сергій Михайлович Уминський; Борис Володимирович Лебедев; Марія Василівна Королькова; Світлана Юрійовна Дмитрієва
Original assignee: Ігор Іванович Дударев; Сергій Михайлович Уминський; Борис Володимирович Лебедев; Марія Василівна Королькова; Світлана Юрійовна Дмитрієва
Priority date: 2021-01-25
Filing date: 2021-01-25
Publication date: 2021-06-30

Abstract

Гідродинамічний ультразвуковий випромінювач містить трубчастий корпус з соплами, забезпечений резонатором. Резонатор виконано у вигляді циліндра з перемичками в тілі, які є його робочими елементами та концентрично розташовані в корпусі, а сопла розташовані по колу корпусу і виконані як одне ціле з кільцевим колектором.The hydrodynamic ultrasonic emitter contains a tubular body with nozzles equipped with a resonator. The resonator is made in the form of a cylinder with jumpers in the body, which are its working elements and are concentrically located in the housing, and the nozzles are located around the housing and are made as one with the annular collector.

Description

Корисна модель належить до вібраційної техніки і може бути використана для інтенсифікації технологічних процесів в аграрному секторі. Може бути використана в міні-цехах та фермерських господарствах, галузях переробної промисловості по виробництву високоякісної продукції.The useful model belongs to vibration technology and can be used to intensify technological processes in the agricultural sector. It can be used in mini-workshops and farms, branches of the processing industry for the production of high-quality products.

З найширше вживаних акустичних випромінювачів (магнітострикційних, п'єзокерамічних і гідродинамічних) в аграрному секторі найкраще використовувати гідродинамічні випромінювачі.Among the most widely used acoustic emitters (magnetostrictive, piezoceramic and hydrodynamic), in the agricultural sector it is best to use hydrodynamic emitters.

Це визначається тим, що магнітострикційні і п'єзокерамічні перетворювачі складні у виготовленні і тому достатньо дорогі. Обслуговування цих систем вимагає спеціальної кваліфікації персоналу. До переваг гідродинамічних випромінювачів можна віднести і ту обставину, що струмінь рідини є генератором коливань і об'єктом озвучування. Гідродинамічні випромінювачі - пристрої, що перетворюють частину енергії рухомої рідини в енергію акустичних хвиль. Робота гідродинамічного випромінювача заснована на генеруванні збурень в рідкому середовищі з вигляді деякого поля швидкостей і тиску при взаємодії рухомої рідини з нерухомою або рухомою перешкодою певної форми і розмірів. Існують гідродинамічні випромінювачі, що створюють звукове поле за рахунок пульсації вихрової області локалізованою між соплом і відбивачем (1). У цих випромінювачах використовуються конусно- циліндричні сопло і відбивач з виїмкою, близькою за формою до параболоїда обертання. При певних геометричних розмірах сопла і відбивача спостерігається періодичне вибухоподібне руйнування вихрової області, частота цього руйнування і визначає основний тон звукового поля, що генерується. Весь спектр генерованих коливань (залежно від конструкції випромінювача) може лежати в інтервалі 0,4-40 кГц. Максимум звукового тиску в ближній зоні випромінювача може досягати 2-4,5 кГц. Максимум звукового тиску в ближній зоні випромінювача може досягати 2-4,5 МПа при швидкості закінчення струменя не менше 20-25 м/с (для рідин з динамічною в'язкістю близько 1,0 МПа с). Для отримання такого ж звукового поля в рідинах з більшою в'язкістю треба збільшувати швидкість закінчення рідини з сопла. При цьому к.к.д. випромінювача (відношення енергії звукового випромінювання до кінетичної енергії струменя) складає 6-8 9о. Аналіз акустичного поля показав, що для кожної температури існує оптимальний інтервал тиску, при якому інтенсивність генерованого акустичного поля максимальна. Це видно з даних, отриманих, наприклад, для температури 55 "С (Таблиця).This is determined by the fact that magnetostrictive and piezoceramic converters are difficult to manufacture and therefore quite expensive. Maintenance of these systems requires special qualification of personnel. The advantages of hydrodynamic radiators include the fact that the liquid stream is a generator of vibrations and an object of sounding. Hydrodynamic emitters are devices that convert part of the energy of a moving liquid into the energy of acoustic waves. The operation of the hydrodynamic emitter is based on the generation of disturbances in the liquid medium in the form of a certain velocity and pressure field during the interaction of the moving liquid with a stationary or moving obstacle of a certain shape and size. There are hydrodynamic emitters that create a sound field due to the pulsation of the vortex region localized between the nozzle and the reflector (1). These emitters use a conical-cylindrical nozzle and a reflector with a notch close in shape to a paraboloid of rotation. With certain geometric dimensions of the nozzle and reflector, periodic explosive destruction of the vortex area is observed, the frequency of this destruction determines the main tone of the generated sound field. The entire spectrum of generated vibrations (depending on the design of the emitter) can lie in the range of 0.4-40 kHz. The maximum sound pressure in the near zone of the emitter can reach 2-4.5 kHz. The maximum sound pressure in the near zone of the emitter can reach 2-4.5 MPa with a jet termination speed of at least 20-25 m/s (for liquids with a dynamic viscosity of about 1.0 MPa s). To obtain the same sound field in liquids with a higher viscosity, it is necessary to increase the speed at which the liquid exits the nozzle. At the same time, k.k.d. of the emitter (the ratio of the energy of sound radiation to the kinetic energy of the jet) is 6-8 9o. The analysis of the acoustic field showed that for each temperature there is an optimal pressure interval at which the intensity of the generated acoustic field is maximal. This can be seen from the data obtained, for example, for a temperature of 55 "C (Table).

Коо)Coo)

ТаблицяTable

Аналіз акустичного поля (Рівеньсигналу Дб | 15 | 48 | 80 | 85 | 85 | 82 | 70 | 60Acoustic field analysis (Db signal level | 15 | 48 | 80 | 85 | 85 | 82 | 70 | 60

Відомі багатостержньові гідродинамічні випромінювачі відрізняє відносна конструктивна складність. У пристрої |2Ї, що містить корпус і встановлені на його осі вхідний і вихідний патрубки, сопло, відбивач з хвостовиком і багатостержньовий резонатор, відбивач підпружинено в осьовому напрямку, а його хвостовик виконаний у вигляді підпірного клапана, що перекриває вхідний отвір вихідного патрубка, причому підпірний клапан виконаний у вигляді корпусної гайки. До недоліків даного пристрою можна віднести достатню конструктивну складність: велике число деталей, складний багатостержньовий резонатор, наявність підпірного клапана. Акустичні коливання генеруються за рахунок виходу струменя рідини між соплом і відбивачем, і удару її об виступи резонатора. При налаштуванні випромінювача намагаються зберегти сталість положення струменя рідини щодо виступів резонатора. У наведеному пристрої положення струменя зміщується за рахунок зміни зазору, що має викликати несиметричність навантаження (щодо виступів) на стрижні випромінювача. Це повинно знизити резонансну частоту і амплітуду коливань стрижнів випромінювача. З іншого боку, перекриття вихідного отвору підвищує тиск в камері, що викликає зменшення перепаду тиску в струмені і камері, а отже знижує стійкість роботи резонатора і всього випромінювача. Найбільш близьким є гідродинамічний випромінювач (ЗІ, що містить корпус і порожнистий ротор, що обертається в ньому, з прорізами на бокових поверхнях, в яких розміщені лопатки внутрішнього ротора, що мають можливість виходити з прорізів зовнішнього ротора за рахунок пружно деформованих елементів. При роботі на конічні ділянки лопаток впливають поступально переміщувані елементи зі зворотною конічною поверхнею. При цьому лопатки виходять з прорізів і очищаються від забруднень. Однак цей гідродинамічний випромінювач має погану гомогенізуючу, диспергуючу і нагнітаючу здатність.Known multi-core hydrodynamic emitters are distinguished by relative structural complexity. In the |2Й device, which contains a body and inlet and outlet nozzles installed on its axis, a nozzle, a reflector with a shank and a multi-rod resonator, the reflector is spring-loaded in the axial direction, and its shank is made in the form of a support valve that covers the inlet opening of the outlet nozzle, and the support valve is made in the form of a body nut. The disadvantages of this device include sufficient structural complexity: a large number of parts, a complex multi-rod resonator, and the presence of a support valve. Acoustic vibrations are generated due to the exit of the liquid jet between the nozzle and the reflector, and its impact on the projections of the resonator. When setting up the emitter, they try to keep the position of the liquid jet in relation to the resonator protrusions constant. In the given device, the position of the jet is shifted due to a change in the gap, which should cause an asymmetric load (relative to the protrusions) on the emitter rod. This should reduce the resonant frequency and amplitude of oscillations of the emitter rods. On the other hand, closing the outlet increases the pressure in the chamber, which causes a decrease in the pressure difference between the jet and the chamber, and therefore reduces the stability of the resonator and the entire emitter. The closest thing is a hydrodynamic emitter (ZI, which contains a body and a hollow rotor rotating in it, with slots on the side surfaces, in which the blades of the inner rotor are placed, which have the ability to exit from the slots of the outer rotor due to elastically deformed elements. When working on the conical areas of the vanes are affected by the translationally moving elements with the reverse conical surface.The vanes come out of the slots and are cleaned of impurities.However, this hydrodynamic emitter has poor homogenizing, dispersing and pumping ability.

В основу корисної моделі поставлена задача спрощення конструкції і підвищення ефективності гідродинамічного випромінювання ультразвуку.The useful model is based on the task of simplifying the design and increasing the efficiency of hydrodynamic ultrasound radiation.

Поставлена задача вирішується тим, що гідродинамічний ультразвуковий випромінювач містить трубчастий корпус з соплами, забезпечений резонатором. Резонатор виконано у вигляді циліндра з перемичками в тілі, які є його робочими елементами та концентрично розташовані в корпусі, а сопла розташовані по колу корпусу і виконані як одне ціле з кільцевим колектором.The task is solved by the fact that the hydrodynamic ultrasonic emitter contains a tubular body with nozzles equipped with a resonator. The resonator is made in the form of a cylinder with jumpers in the body, which are its working elements and are concentrically located in the housing, and the nozzles are located around the circumference of the housing and are made as one unit with the ring collector.

В пропонованому гідродинамічному випромінювачі ультразвуку (кресл.) резонатор виконаний у вигляді циліндра з перемичками, які є його робочими елементами, розташованими концентрично в корпусі, самі сопла розташовуються по колу корпусу, і які виконані як одне ціле з кільцевих колекторів для підведення збурюючої рідини з спрямованістю до перемичок резонатора. Це дає можливість надати напрямок пружним коливанням, які вироблені резонатором, всередину корпусу і ліквідувати ці розсіювання. Для виникнення у випромінювачі переміщення продукту потоком збурюючої рідини і зміни спрямованості останнього, резонатор запропоновано розмістити в корпусі з ймовірністю повздовжнього руху в обидва боки, а самі перемички забезпечити розсікачами потоків збурючої рідини. Для спрощення системи і її компактності, корпус запропоновано виконати з половин, облаштованих кільцевим припливом і пазами. Останні, коли корпус зібраний, утворюють кільцевої колектор з соплами.In the proposed hydrodynamic ultrasound emitter (drawing), the resonator is made in the form of a cylinder with jumpers, which are its working elements, located concentrically in the housing, the nozzles themselves are located around the circumference of the housing, and which are made as a single unit of annular collectors for supplying the disturbing liquid with directionality to the jumpers of the resonator. This makes it possible to direct the elastic oscillations produced by the resonator inside the case and eliminate these dispersions. In order for the emitter to move the product by the flow of the disturbing fluid and change the direction of the latter, it is proposed to place the resonator in the case with the probability of longitudinal movement in both directions, and to provide the jumpers themselves with flow dividers of the disturbing fluid. To simplify the system and its compactness, the case is proposed to be made of halves, equipped with annular flow and grooves. The latter, when the body is assembled, form an annular collector with nozzles.

Суть корисної моделі пояснює креслення.The drawing explains the essence of a useful model.

На кресл. схематично зображено пропонований випромінювач. Випромінювач виконаний у вигляді корпусу 1, який складається з двох половин з кільцевими приливками, що забезпечені пазами і які в зібраному вигляді утворюють колектор 2 з соплами 3. Резонатор пристрою 4 концентрично розміщений всередині корпусу, має з ним різьбове з'єднання і циліндричної форми. Корпус пропонованої конструкції оснащений фланцями 5, 6 і 7, причому сам резонатор встановлений в поворотному фланці 7. Прорізи в тілі резонатора утворюють перемички 8, виконані з розсікачами 9 струменів збурюючої рідини. Сопла З спрямовані на ці розсікачі. Від положення розсікачів відносно сопел залежить напрямок руху продукту. Повздовжнє переміщення резонатора досягається завдяки повороту фланця 7 з наступним його кріпленням.On the chair. schematically shows the proposed emitter. The emitter is made in the form of a housing 1, which consists of two halves with ring tides equipped with grooves and which, when assembled, form a collector 2 with nozzles 3. The resonator of the device 4 is concentrically placed inside the housing, has a threaded connection with it and is cylindrical in shape. The body of the proposed design is equipped with flanges 5, 6 and 7, and the resonator itself is installed in the rotary flange 7. Slots in the body of the resonator form jumpers 8, made with splitters 9 of jets of disturbing liquid. Nozzles C are aimed at these cutters. The direction of movement of the product depends on the position of the cutters relative to the nozzles. Longitudinal movement of the resonator is achieved due to the rotation of the flange 7 with its subsequent fastening.

Випромінювач працює наступним чином. Підлягаючий обробітку продукт, наприклад зерно, в суміші з мийною рідиною або потоком без рідини подають всередину резонатора в напрямку відThe emitter works as follows. The product to be processed, for example grain, mixed with a washing liquid or a flow without liquid is fed inside the resonator in the direction from

Зо фланця 6 до фланця 7. Одночасно з цим по каналу фланця 5 в колектор 2 надходить збурююча рідина. З колектора рідина потрапляє в сопла на розсікачі перемичок. При цьому виникають пружні коливання, спрямовані всередину корпусу, які чинять вплив на зерно. Залежно від положення резонатора (положення розсікачів відносно сопел) виходить з сопел потік рідини і спрямовується в ту чи іншу сторону, відповідну напрямку потоку зерна або протилежно спрямовану. Якщо помістити випромінювач в ємність з сумішшю продукту (зерна) з рідиною, то виникає спрямований потік цієї суміші при обробітку зерна.From flange 6 to flange 7. At the same time, disturbing liquid enters collector 2 through the channel of flange 5. From the collector, the liquid enters the nozzles on the spacers of the jumpers. At the same time, there are elastic vibrations directed inside the casing, which affect the grain. Depending on the position of the resonator (the position of the cutters relative to the nozzles), a flow of liquid comes out of the nozzles and is directed in one direction or another, corresponding to the direction of the grain flow or in the opposite direction. If you place the emitter in a container with a product (grain) mixture with a liquid, then a directed flow of this mixture occurs during grain processing.

Джерела інформації: 1. Топілін Г.Є., Уминський С.М., Інютін С.В. Використання гідродинамічних апаратів у технологічних процесах. Видавництво та друкарня "ТЕС", ІЗВМ 2389-04-3, 2009 р. - 184 с. 2. Патент РФ Мо 2062662 ВОб6В 1/20. Генератор коливань. Вельмісов П.А., Горшков Г.М.,Sources of information: 1. Topilin G.E., Uminskyi S.M., Inyutin S.V. The use of hydrodynamic devices in technological processes. Publishing house and printing house "TES", IZVM 2389-04-3, 2009 - 184 p. 2. Patent of the Russian Federation No. 2062662 ВОб6В 1/20. Oscillator. Vahratsov P.A., Horshkov H.M.,

Рябов Г.К.G.K. Ryabov

З. Патент Мо РФ 2035214 ВО1Е 7/00. Змішувач з обертовим пристроєм. Сергеев Г.А.,Z. Patent Mo RF 2035214 VO1E 7/00. A mixer with a rotating device. Sergeev G.A.,

Ковріжніков Г.А., Докучаєв А.Н., Щебланов А.П.Kovrizhnikov G.A., Dokuchaev A.N., Shcheblanov A.P.

Claims

FORMULA OF THE USEFUL MODEL Hydrodynamic ultrasonic emitter containing a tubular body with nozzles, equipped with a resonator, which is distinguished by the fact that the resonator is made in the form of a cylinder with bridges in the body, which are its working elements and are concentrically located in the body, and the nozzles are located around the circumference of the body and made as one unit with a ring collector.