Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2822084C1 - Ultrasonic oscillating system for gaseous media - Google Patents

Ultrasonic oscillating system for gaseous media Download PDF

Info

Publication number
RU2822084C1
RU2822084C1 RU2024107663A RU2024107663A RU2822084C1 RU 2822084 C1 RU2822084 C1 RU 2822084C1 RU 2024107663 A RU2024107663 A RU 2024107663A RU 2024107663 A RU2024107663 A RU 2024107663A RU 2822084 C1 RU2822084 C1 RU 2822084C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ultrasonic
emitter
piezoelectric transducer
disk
oscillating
Prior art date
Application number
RU2024107663A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич Хмелёв
Андрей Викторович Шалунов
Виктор Александрович Нестеров
Сергей Николаевич Цыганок
Сергей Александрович Терентьев
Александр Андреевич Синкин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий"
Application granted granted Critical
Publication of RU2822084C1 publication Critical patent/RU2822084C1/en

Links

Abstract

FIELD: acoustics.
SUBSTANCE: ultrasonic oscillating system for gaseous media consists of series-arranged and acoustically connected to each other longitudinally oscillating piezoelectric transducer and an ultrasonic oscillation emitter into a gas medium in the form of a disc made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition for the formation of bending vibrations at operating frequency corresponding to natural resonance frequency of piezoelectric transducer and multiple of fundamental frequency of disk radiator, on the side of the disc radiator surface, opposite to the connection with the piezoelectric transducer, at a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic oscillations in a gas medium at the fundamental frequency of the ultrasound oscillations formed by the piezoelectric transducer, horns are placed, made in the form of annular diverging truncated cones, with an opening angle of 90 degrees, on the side of the disc radiator connection with the piezoelectric transducer, an ultrasonic oscillation reflector is placed, made in the form of two concentrically located truncated cones with an opening angle of 90 degrees, cones are connected to each other and attached to the piezoelectric transducer housing at the connection point.
EFFECT: creation of ultrasonic vibrations of high intensity in gaseous media.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области техники воздействия ультразвуковыми колебаниями (УЗ) на газовые среды и объекты в газовых средах, а именно к устройствам получения механических колебаний ультразвуковой частоты, предназначенным для интенсификации процессов очистки газовых выбросов вредных веществ промышленных предприятий, улавливания продуктов, получаемых в мелкодисперсном состоянии для возвращения в производственный цикл, низкотемпературного удаления влаги из термолабильных, горючих и взрывоопасных материалов, пеногашения и реализации аналогичных процессов в газовых средах, а также для передачи на большие расстояния информации в ультразвуковом (неслышимом человеком) диапазоне частот, применения в системах контроля и охранной сигнализации.The invention relates to the field of technology for the influence of ultrasonic vibrations (US) on gaseous media and objects in gaseous media, namely to devices for producing mechanical vibrations of ultrasonic frequency, designed to intensify the processes of cleaning gas emissions of harmful substances from industrial enterprises, capturing products obtained in a finely dispersed state for return to the production cycle, low-temperature removal of moisture from thermolabile, flammable and explosive materials, defoaming and implementation of similar processes in gaseous media, as well as for long-distance transmission of information in the ultrasonic (inaudible by humans) frequency range, use in control and security alarm systems.

Требования современных производств по повышению эффективности, уменьшению энергоемкости, увеличению скорости различных технологических процессов в газовых средах обуславливают необходимость поиска новых эффективных способов их интенсификации.The requirements of modern industries to increase efficiency, reduce energy intensity, and increase the speed of various technological processes in gaseous environments necessitate the search for new effective ways to intensify them.

Одним из перспективных способов интенсификации процессов является применение колебаний ультразвуковой частоты с высоким уровнем звукового давления (до 150…170 дБ) [1].One of the promising ways to intensify processes is the use of ultrasonic frequency oscillations with a high level of sound pressure (up to 150...170 dB) [1].

Эффективность воздействия ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности на различные технологические процессы в газовых средах подтверждена многочисленными исследованиями [2-5], позволившими установить следующее:The effectiveness of high-intensity ultrasonic vibrations on various technological processes in gaseous media has been confirmed by numerous studies [2-5], which made it possible to establish the following:

1. Использование ультразвуковых колебаний с уровнем звукового давления более 150 дБ (высокой интенсивности) для очистки промышленных отходящих газов (в частности, для улавливания и осаждения готового продукта) позволяет увеличить эффективность пылеулавливающих установок и довести ее значение до 93-97% без применения электростатических или рукавных фильтров.1. The use of ultrasonic vibrations with a sound pressure level of more than 150 dB (high intensity) for the purification of industrial waste gases (in particular, for trapping and sedimentation of the finished product) makes it possible to increase the efficiency of dust collection units and increase its value to 93-97% without the use of electrostatic or bag filters.

2. Применение ультразвуковых колебаний с уровнем звукового давления более 150 дБ (высокой интенсивности) эффективно для осаждения аэрозолей природного происхождения и при аэрозольном загрязнении атмосферы, для осаждения техногенных аэрозолей, образующихся при взрывах, а также для рассеиванья туманов над взлетно-посадочными полосами аэропортов, акваториями морских и речных портов, над автомагистралями.2. The use of ultrasonic vibrations with a sound pressure level of more than 150 dB (high intensity) is effective for the deposition of aerosols of natural origin and aerosol pollution of the atmosphere, for the deposition of man-made aerosols formed during explosions, as well as for dispersing fogs over airport runways and water areas sea and river ports, over highways.

3. Высокая эффективность удаления влаги без повышения температуры при сушке в ультразвуковом поле позволяет повысить качество конечного продукта, увеличить скорость процесса и снизить энергопотребление. Кроме того, воздействие ультразвуковыми колебаниями с высоким уровнем звукового давления (более 130…150 дБ) благоприятно сказывается на физико-химических и потребительских свойствах высушиваемого продукта (сохраняет вкусовые качества продукции, увеличивает срок хранения и всхожесть семян и др.).3. High efficiency of moisture removal without increasing the temperature during drying in an ultrasonic field allows you to improve the quality of the final product, increase the speed of the process and reduce energy consumption. In addition, exposure to ultrasonic vibrations with a high sound pressure level (more than 130...150 dB) has a beneficial effect on the physicochemical and consumer properties of the dried product (preserves the taste of the product, increases the shelf life and germination of seeds, etc.).

4. Применение ультразвуковых колебаний с высоким уровнем звукового давления (более 150…160 дБ) для пеногашения исключает применение химических реагентов, а также контакт с разрушаемой пеной, что позволяет обеспечить стерильность конечного продукта. Кроме того использование ультразвуковых колебаний с высоким уровнем звукового давления в волне для гашения пен легковоспламеняющихся жидкостей иногда является единственно возможным способом их устранения.4. The use of ultrasonic vibrations with a high sound pressure level (more than 150...160 dB) for defoaming eliminates the use of chemical reagents, as well as contact with destructible foam, which ensures the sterility of the final product. In addition, the use of ultrasonic vibrations with a high level of sound pressure in the wave to extinguish foams of flammable liquids is sometimes the only possible way to eliminate them.

5. Применение ультразвуковых колебаний с высоким уровнем звукового давления (более 150 дБ) обеспечивает максимально возможную эффективность (минимальные энергозатраты) и конфиденциальность (диапазон частот не слышимый человеческим ухом) передачи информации на значительные расстояния (более 100…1000 м) без использования специальных приемных устройств (детектирование осуществляется за счет свойств среды - воздуха) и каналов связи.5. The use of ultrasonic vibrations with a high sound pressure level (more than 150 dB) ensures the highest possible efficiency (minimum energy consumption) and confidentiality (frequency range not audible to the human ear) of information transmission over long distances (more than 100...1000 m) without the use of special receiving devices (detection is carried out due to the properties of the medium - air) and communication channels.

Во всех случаях реализация процессов обеспечивается применением источников ультразвукового воздействия - ультразвуковых колебательных систем для газовых сред. При создании таких систем решается ряд сложных задач, обусловленных тем, что газовые среды имеют низкий акустический импеданс и высокий коэффициент поглощения ультразвука. Для обеспечения эффективного излучения УЗ колебаний (передачи энергии) в газовые среды необходимо, чтобы импедансы (волновые сопротивления) излучателя и газовой среды были максимально согласованы, а для этого необходимо добиваться максимального уровня перепада давления в ультразвуковой волне, т.е. максимально высокой амплитуды колебаний излучателя и узкой направленности излучения (диаграммы направленности).In all cases, the implementation of processes is ensured by the use of sources of ultrasonic influence - ultrasonic oscillatory systems for gaseous media. When creating such systems, a number of complex problems are solved due to the fact that gaseous media have a low acoustic impedance and a high ultrasound absorption coefficient. To ensure effective radiation of ultrasonic vibrations (transfer of energy) into gaseous media, it is necessary that the impedances (wave impedances) of the emitter and the gaseous environment are maximally matched, and for this it is necessary to achieve the maximum level of pressure drop in the ultrasonic wave, i.e. the highest amplitude of oscillations of the emitter and narrow radiation direction (directional pattern).

Наиболее широкое распространение для интенсификации процессов в различных технологических средах получили пьезоэлектрические ультразвуковые колебательные системы. Однако необходимое для осуществления процессов в газовых средах ультразвуковое воздействие с уровнем звукового давления более 150 дБ невозможно обеспечить классическими пьезоэлектрическими ультразвуковыми колебательными системами. Это ограничивает возможности промышленного применения ультразвука в газовых средах и обуславливает необходимость создания новых устройств, основанных на более эффективном принципе создания высокоинтенсивных УЗ колебаний.Piezoelectric ultrasonic oscillatory systems are the most widely used for intensifying processes in various technological environments. However, the ultrasonic influence with a sound pressure level of more than 150 dB, necessary for carrying out processes in gaseous media, cannot be provided by classical piezoelectric ultrasonic oscillatory systems. This limits the possibilities of industrial application of ultrasound in gaseous media and necessitates the creation of new devices based on a more effective principle of creating high-intensity ultrasonic vibrations.

Среди известных пьезоэлектрических ультразвуковых колебательных систем [6-10], предназначенных для интенсификации технологических процессов в газовых средах, наиболее близкой к предлагаемой, по конструкции и технической сущности, является ультразвуковая колебательная система по патенту [11], принятая за прототип.Among the well-known piezoelectric ultrasonic oscillatory systems [6-10], designed to intensify technological processes in gaseous media, the one closest to the proposed one in design and technical essence is the ultrasonic oscillatory system according to the patent [11], adopted as a prototype.

Ультразвуковая колебательная система для газовых сред, принятая за прототип, состоит из последовательно расположенных и акустически связанных между собой продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя и излучателя УЗ колебаний в газовую среду в виде диска, выполненного из металла, геометрические размеры которого выбраны из условия формирования изгибных колебаний на рабочей частоте, соответствующей собственной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя и кратной основной частоте дискового излучателя.An ultrasonic oscillatory system for gaseous media, adopted as a prototype, consists of a sequentially located and acoustically interconnected longitudinally oscillating piezoelectric transducer and an emitter of ultrasonic vibrations into a gaseous environment in the form of a disk made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition of the formation of bending vibrations at the working stage. frequency corresponding to the natural resonant frequency of the piezoelectric transducer and a multiple of the fundamental frequency of the disk emitter.

Для эффективной генерации ультразвуковых колебаний в газовых средах излучатель выполняется в виде металлического диска, способного совершать изгибные колебания на частотах, кратных основной частоте излучателя. Выбор в качестве используемого металла титановых сплавов обеспечивает максимальную прочность конструкции. Пьезоэлектрический преобразователь выполнен по известной схеме преобразователя Ланжевена и состоит из последовательно размещенных и акустически связанных отражающей частотно-понижающей накладки цилиндрической формы, пьезоэлектрических элементов и рабочей частотно-понижающей накладки, которая может выполняться с переменным диаметром (концентратор) для обеспечения усиления УЗ колебаний, создаваемых пьезоэлементами. Пьезоэлектрический преобразователь совершает продольные колебания на резонансной частоте, определяемой продольным размером (длиной) всей конструкции. Продольные колебания, поступающие на излучатель, преобразуются в изгибные колебания, которые излучаются в газовую среду. Основные недостатки прототипа заключаются в следующем: 1. Известная ультразвуковая колебательная система практически непригодна для технологических целей, поскольку не способна обеспечить высокую эффективность УЗ воздействия. Это вызвано тем, что при изгибных колебаниях диска постоянного сечения, соседние участки колеблются в противофазе, т.е. центральная зона дискового излучателя определенного диаметра (определяемого толщиной и свойствами металла) колеблется с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя, следующая кольцевая зона дискового излучателя колеблется с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, причем каждая последующая нечетная кольцевая зона колеблется с соответствующей преобразователю фазой, а каждая последующая четная кольцевая зона колеблется с противоположной преобразователю фазой.To effectively generate ultrasonic vibrations in gaseous media, the emitter is made in the form of a metal disk capable of performing bending vibrations at frequencies that are multiples of the fundamental frequency of the emitter. The choice of titanium alloys as the metal used ensures maximum structural strength. The piezoelectric transducer is made according to the well-known Langevin transducer circuit and consists of sequentially placed and acoustically connected reflective frequency-reducing pads of a cylindrical shape, piezoelectric elements and a working frequency-reducing pad, which can be made with a variable diameter (concentrator) to provide amplification of ultrasonic vibrations created by the piezoelements . The piezoelectric transducer performs longitudinal vibrations at a resonant frequency determined by the longitudinal size (length) of the entire structure. Longitudinal vibrations arriving at the emitter are converted into bending vibrations, which are emitted into the gaseous environment. The main disadvantages of the prototype are as follows: 1. The known ultrasonic oscillating system is practically unsuitable for technological purposes, since it is not capable of providing high efficiency of ultrasonic influence. This is due to the fact that during bending vibrations of a disk of constant cross-section, neighboring sections vibrate in antiphase, i.e. the central zone of a disk emitter of a certain diameter (determined by the thickness and properties of the metal) oscillates with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer, the next annular zone of the disk emitter oscillates with the opposite phase at the fundamental frequency of the transducer, and each subsequent odd annular zone oscillates with the phase corresponding to the transducer, and each subsequent even-numbered ring zone oscillates with the phase opposite to the converter.

Благодаря этому свойству изгибно-колеблющегося излучателя излучение соседних зон, создающих колебания с противоположными фазами, на некотором расстоянии от излучателя компенсируется и не может обеспечить требуемого ультразвукового воздействия на обрабатываемые объекты.Due to this property of the flexural-oscillating emitter, the radiation of neighboring zones that create oscillations with opposite phases is compensated at a certain distance from the emitter and cannot provide the required ultrasonic effect on the objects being processed.

Практически, это приводит к невозможности формирования уже на расстоянии 1 м от излучателя ультразвуковых колебаний с уровнем звукового давления более 130 дБ;In practice, this leads to the impossibility of forming ultrasonic vibrations with a sound pressure level of more than 130 dB even at a distance of 1 m from the emitter;

2. Известная ультразвуковая колебательная система практически непригодна для передачи колебаний на значительные расстояния, поскольку обеспечивает формирование очень широкой диаграммы (характеристики) направленности. Происходит это потому, что излучение соседних зон происходит с противоположными фазами и на некотором расстоянии от излучателя компенсируется. Поэтому известная ультразвуковая колебательная система характеризуется очень широкой диаграммой направленности (более 15…30 градусов) и большим количеством формируемых боковых лепестков диаграммы направленности (формируемых излучением колеблющихся с различными фазами кольцевых зон).2. The known ultrasonic oscillatory system is practically unsuitable for transmitting vibrations over significant distances, since it ensures the formation of a very wide directional pattern (characteristics). This happens because the radiation from neighboring zones occurs with opposite phases and is compensated at a certain distance from the emitter. Therefore, the known ultrasonic oscillatory system is characterized by a very wide radiation pattern (more than 15...30 degrees) and a large number of generated side lobes of the radiation pattern (formed by the radiation of ring zones oscillating with different phases).

3. При попытках увеличить амплитуду колебаний излучателя за счет увеличения амплитуды колебаний преобразователя для формирования ультразвуковых колебаний с уровнем звукового давления более 130 дБ происходит разрушение металла в местах максимума возникающих механических напряжений (между зонами, колеблющимися в противофазе), что приводит к выходу излучателя из строя.3. When trying to increase the amplitude of oscillations of the emitter by increasing the amplitude of oscillations of the transducer to generate ultrasonic oscillations with a sound pressure level of more than 130 dB, the metal is destroyed in places of maximum mechanical stress (between zones oscillating in antiphase), which leads to failure of the emitter .

Таким образом, устройство, принятое за прототип, не позволяет формировать ультразвуковые колебания с уровнем звукового давления более 130 дБ, обеспечивать их распространение на большие расстояния для интенсификации технологических процессов в газовых средах с максимально возможной эффективностью, в максимально возможных объемах и на максимально возможных расстояниях от излучателя.Thus, the device adopted as a prototype does not allow the formation of ultrasonic vibrations with a sound pressure level of more than 130 dB, ensuring their propagation over long distances to intensify technological processes in gaseous environments with the maximum possible efficiency, in the maximum possible volumes and at the maximum possible distances from emitter.

В предлагаемой ультразвуковой колебательной системе для газовых сред, состоящей из последовательно расположенных и акустически связанных между собой продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя и излучателя УЗ колебаний в газовую среду в виде диска, выполненного из металла, геометрические размеры которого выбраны из условия формирования изгибных колебаний на рабочей частоте, соответствующей собственной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя и кратной основной частоте дискового излучателя со стороны поверхности, дискового излучателя, противоположной соединению с пьезоэлектрическим преобразователем, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде на основной частоте формируемых пьезопреобразователем УЗ колебаний размещены рупора, выполненные в виде кольцевых расходящихся усеченных конусов, с углом раствора 90 градусов, причем диаметр меньшего основания центрального конуса и каждого последующего нечетного конуса соответствует диаметру поверхности дискового излучателя, колеблющегося с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру кольцевой зоны дискового излучателя, колеблющейся с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, следующий за центральным и каждый последующий четный кольцевой расходящийся усеченный конус, расположенный над зоной, колеблющейся с противоположной преобразователю фазой имеет диаметр меньшего основания у поверхности дискового излучателя, соответствующий диаметру зоны дискового излучателя, колеблющегося с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, увеличенный на половину длины волны УЗ колебаний в газовой среде и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру следующей кольцевой зоны поверхности дискового излучателя, колеблющейся с фазой, противоположной фазе преобразователя, со стороны соединения дискового излучателя с пьезопреобразователем, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде размещен отражатель ультразвуковых колебаний, выполненный в виде двух концентрически расположенных усеченных конусов с углом раствора, равным 90 градусов, конусы соединены между собой и прикреплены в месте соединения к корпусу пьезопреобразователя.In the proposed ultrasonic oscillatory system for gaseous media, consisting of a sequentially located and acoustically interconnected longitudinally oscillating piezoelectric transducer and an emitter of ultrasonic vibrations into a gaseous environment in the form of a disk made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition of the formation of bending vibrations at the operating frequency, corresponding to the natural resonant frequency of the piezoelectric transducer and a multiple of the fundamental frequency of the disk emitter, on the side of the surface of the disk emitter opposite to the connection with the piezoelectric transducer, at a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous medium, at the main frequency of the ultrasonic oscillations generated by the piezoelectric transducer, horns are placed, made in the form of annular diverging truncated cones, with an opening angle of 90 degrees, and the diameter of the smaller base of the central cone and each subsequent odd cone corresponds to the diameter of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the annular zone of the disk emitter, oscillating with the opposite phase at the fundamental frequency of the converter, following the central one and each subsequent even annular divergent truncated cone located above the zone oscillating with the phase opposite to the converter has a diameter of a smaller base at the surface of the disk emitter, corresponding to the diameter of the zone of the disk emitter oscillating with the opposite phase at the main frequency of the transducer, increased by half the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous medium and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the next annular zone of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase opposite to the phase of the transducer, on the side of the connection of the disk emitter with the piezoelectric transducer, at a distance of less than a quarter of the wavelength Ultrasonic vibrations in a gas environment contain a reflector of ultrasonic vibrations, made in the form of two concentrically located truncated cones with an opening angle of 90 degrees; the cones are interconnected and attached at the junction to the piezoelectric transducer body.

В предлагаемом устройстве задача повышения эффективности УЗ колебательной системы, предназначенной для реализации технологических процессов в газовых средах обеспечивается за счет:In the proposed device, the task of increasing the efficiency of an ultrasonic oscillatory system intended for the implementation of technological processes in gaseous media is achieved through:

- использования в качестве излучателя диска, совершающего изгибные колебания (обеспечивающих максимально возможный выход энергии УЗ колебаний, поскольку волновое сопротивление изгибно-колеблющегося излучателя лучше, чем продольно колеблющегося, согласуется с волновым сопротивлением газовой среды), размещения перед излучающими поверхностями рупоров, выполненных и расположенных таким образом, что на выходе из них формируются колебания с одинаковой фазой. Таким образом, излучение изгибно-колеблющегося излучателя фактически преобразуется в излучение продольно колеблющегося излучателя, формирующего плоскую волну с постоянной фазой, причем диаметр излучающей поверхности, за счет использования колебаний со стороны соединения с преобразователем, увеличивается в два раза.- using a disk that performs flexural oscillations as a radiator (providing the highest possible energy output of ultrasonic oscillations, since the wave impedance of a flexural-oscillating emitter is better than a longitudinally oscillating one, consistent with the wave impedance of the gaseous medium), placing horns in front of the radiating surfaces, made and located in such a way in such a way that oscillations with the same phase are formed at the output of them. Thus, the radiation of the flexural-oscillating emitter is actually converted into the radiation of a longitudinally oscillating emitter, which forms a plane wave with a constant phase, and the diameter of the emitting surface, due to the use of oscillations on the side of the connection with the converter, doubles.

Таким образом, за счет обеспечения равномерности излучения колебаний ультразвукового диапазона по вновь сформированной поверхности излучения (на некотором расстоянии от дискового металлического излучателя, равном высоте конусных рупоров) исключается взаимная компенсация колебаний на некоторых расстояниях от излучателя, обеспечивается возможность формирования режимов стоячей волны и резонансного усиления при использовании встречно направленных излучателей или отражении от препятствий, поскольку создаваемые предложенным устройством колебания являются синусоидальными.Thus, by ensuring the uniformity of radiation of ultrasonic vibrations over the newly formed radiation surface (at a certain distance from the disk metal emitter, equal to the height of the cone horns), mutual compensation of vibrations at certain distances from the emitter is eliminated, and it is possible to form standing wave modes and resonant amplification at the use of counter-directed emitters or reflection from obstacles, since the vibrations created by the proposed device are sinusoidal.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется фиг.1-3. На фиг.1 представлена конструктивная схема известной ультразвуковой колебательной системы для интенсификации процессов в газовых средах (коагуляция, сушка, пеногашение, распыление) для пояснения принципов формирования ультразвуковых колебаний изгибно-колеблющимся излучателем и формируемая такой системой диаграмма направленности излучаемых колебаний. На фиг.2 представлен эскиз предлагаемой ультразвуковой колебательной системы с излучателем в виде диска и рупорными устройствами, обеспечивающими излучение УЗ колебаний в пространство перед излучателем с одной фазой, а также формируемая такой системой диаграмма направленности излучаемых колебаний. На фиг.3 - практическая конструкция предложенной ультразвуковой колебательной системы для газовых сред с изгибно-колеблющимся излучателем и системой фазовыравнивающих конусных рупоров.The essence of the proposed technical solution is illustrated in Figs. 1-3. Figure 1 shows a design diagram of a known ultrasonic oscillatory system for intensifying processes in gaseous media (coagulation, drying, defoaming, atomization) to explain the principles of the formation of ultrasonic vibrations by a bending-oscillating emitter and the directional pattern of emitted vibrations generated by such a system. Figure 2 shows a sketch of the proposed ultrasonic oscillatory system with a disk-shaped emitter and horn devices that ensure the emission of ultrasonic oscillations into the space in front of the emitter with one phase, as well as the directional pattern of the emitted oscillations formed by such a system. Figure 3 shows the practical design of the proposed ultrasonic oscillating system for gas media with a bending-oscillating emitter and a system of phase-equalizing cone horns.

Известная ультразвуковая колебательная система (фиг 1) для газовых сред состоит из последовательно расположенных и акустически связанных между собой продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя 1 и излучателя 2 УЗ колебаний в газовую среду в виде диска, выполненного из металла, геометрические размеры которого выбраны из условия формирования изгибных колебаний на рабочей частоте, соответствующей собственной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя 1 и кратной основной частоте дискового излучателя 2.The known ultrasonic oscillatory system (Fig. 1) for gaseous media consists of a sequentially located and acoustically interconnected longitudinally oscillating piezoelectric transducer 1 and an emitter 2 of ultrasonic vibrations into a gaseous environment in the form of a disk made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition of the formation of bending vibrations at the operating frequency corresponding to the natural resonant frequency of the piezoelectric transducer 1 and a multiple of the fundamental frequency of the disk emitter 2.

В качестве примера рассматривается дисковый излучатель, совершающий изгибные колебания на моде (третьей) основных колебаний, имеющей две зоны (центральная 3 и крайняя 4), совершающие колебания с фазой, соответствующей фазе колебаний пьезопреобразователя 1 и расположенную между ними кольцевую зону 5, совершающую колебания с фазой, противоположной фазе колебаний пьезопреобразователя 1.As an example, we consider a disk emitter that performs bending oscillations on the mode (third) of the main oscillations, which has two zones (central 3 and outer 4), oscillating with a phase corresponding to the oscillation phase of the piezoelectric transducer 1 and an annular zone 5 located between them, oscillating with phase opposite to the oscillation phase of piezoelectric transducer 1.

При изгибных колебаниях диска постоянного сечения, кольцевые зоны 3 и 4 колеблются в фазе, а кольцевая зона 5 колеблется в противофазе, т.е. центральная зона дискового излучателя определенного диаметра (определяемого толщиной и свойствами металла) колеблется с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя, следующая кольцевая зона дискового излучателя колеблется с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, а каждая последующая четная кольцевая зона колеблется с противоположной преобразователю фазой, а каждая последующая нечетная кольцевая зона колеблется с соответствующей преобразователю фазой. Это условно иллюстрируется на фиг.1 показанными распространяющимися синусоидальными колебаниями 6 с различными начальными фазами.During bending vibrations of a disk of constant cross-section, annular zones 3 and 4 oscillate in phase, and annular zone 5 oscillates in antiphase, i.e. the central zone of a disk emitter of a certain diameter (determined by the thickness and properties of the metal) oscillates with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer, the next annular zone of the disk emitter oscillates with the opposite phase at the fundamental frequency of the transducer, and each subsequent even annular zone oscillates with the phase opposite to the transducer, and each subsequent odd annular zone oscillates with the phase corresponding to the converter. This is conventionally illustrated in Fig. 1 by the shown propagating sinusoidal oscillations 6 with different initial phases.

Благодаря этому свойству изгибно-колеблющегося излучателя излучение соседних зон, имеющих противоположные фазы, на некотором расстоянии от излучателя компенсируется, формируя широкую диаграмму направленности 7 (около 30 градусов), представленную на фиг.1. По этой причине известная колебательная система не обеспечивает требуемого распространения в пространстве и ультразвукового воздействия на обрабатываемые объекты.Thanks to this property of the flexural-oscillating emitter, the radiation of neighboring zones having opposite phases is compensated at some distance from the emitter, forming a wide radiation pattern 7 (about 30 degrees), shown in Fig. 1. For this reason, the known oscillatory system does not provide the required propagation in space and ultrasonic influence on the objects being processed.

Предлагаемая ультразвуковая колебательная система для газовых сред (фиг 2) также состоит из последовательно расположенных и акустически связанных между собой продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя 1 и излучателя 2 УЗ колебаний в газовую среду в виде диска, выполненного из металла, геометрические размеры которого выбраны из условия формирования изгибных колебаний на рабочей частоте, соответствующей собственной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя 1 и кратной основной частоте дискового излучателя 2.The proposed ultrasonic oscillatory system for gaseous media (Fig. 2) also consists of a sequentially located and acoustically interconnected longitudinally oscillating piezoelectric transducer 1 and an emitter 2 of ultrasonic vibrations into a gaseous environment in the form of a disk made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition of the formation of bending oscillations at an operating frequency corresponding to the natural resonant frequency of the piezoelectric transducer 1 and a multiple of the fundamental frequency of the disk emitter 2.

В качестве примера предложенной системы также рассматривается дисковый излучатель, совершающий изгибные колебания на третьей моде основных колебаний, т.е. также, как и известное устройство, имеющий две зоны (центральная 3 и крайняя 4), совершающие колебания с фазой, соответствующей фазе колебаний пьезопреобразователя 1 и расположенную между ними кольцевую зону 5, совершающую колебания с фазой, противоположной фазе колебаний пьезопреобразователя 1.As an example of the proposed system, we also consider a disk radiator that performs bending vibrations at the third mode of fundamental vibrations, i.e. as well as the known device, which has two zones (central 3 and outer 4) oscillating with a phase corresponding to the oscillation phase of the piezoelectric transducer 1 and an annular zone 5 located between them, oscillating with a phase opposite to the oscillation phase of the piezoelectric transducer 1.

В предлагаемом устройстве при изгибных колебаниях диска постоянного сечения, как и в известном устройстве, соседние зоны 3 и 4 колеблются в фазе, а кольцевая зона 5 колеблется в противофазе, т.е. центральная зона дискового излучателя определенного диаметра (определяемого толщиной и свойствами металла) колеблется с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя, следующая кольцевая зона дискового излучателя колеблется с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, а каждая последующая четная кольцевая зона колеблется с противоположной преобразователю фазой, а каждая последующая нечетная кольцевая зона колеблется с соответствующей преобразователю фазой.In the proposed device, during bending vibrations of a disk of constant cross-section, as in the known device, adjacent zones 3 and 4 oscillate in phase, and the annular zone 5 oscillates in antiphase, i.e. the central zone of a disk emitter of a certain diameter (determined by the thickness and properties of the metal) oscillates with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer, the next annular zone of the disk emitter oscillates with the opposite phase at the fundamental frequency of the transducer, and each subsequent even annular zone oscillates with the phase opposite to the transducer, and each subsequent odd annular zone oscillates with the phase corresponding to the converter.

Однако, в предлагаемом устройстве, со стороны поверхности, дискового излучателя 2, противоположной соединению с пьезоэлектрическим преобразователем 1, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде на основной частоте формируемых пьезопреобразователем УЗ колебаний размещены рупора 8, 9 и 10, выполненные в виде кольцевых расходящихся усеченных конусов, с углом раствора 90 градусов, причем диаметр меньшего основания центрального конуса 8 и каждого последующего нечетного конуса 9 соответствует диаметру поверхности дискового излучателя, колеблющегося с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру кольцевой зоны дискового излучателя, колеблющейся с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, Следующий за центральным 8 и каждый последующий четный кольцевой расходящийся усеченный конус 9, расположенный над зоной, колеблющейся с противоположной преобразователю фазой имеет диаметр меньшего основания у поверхности дискового излучателя, соответствующий диаметру зоны дискового излучателя, колеблющегося с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, увеличенный на половину длины волны УЗ колебаний в газовой среде (т.е. равная высоте конуса 1, увеличенной на половину длины волна а/2) и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру следующей кольцевой зоны поверхности дискового излучателя, колеблющейся с фазой, противоположной фазе преобразователя. Со стороны соединения дискового излучателя с пьезопреобразователем, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде размещен отражатель ультразвуковых колебаний, выполненный в виде двух концентрически расположенных усеченных конусов 11 и 12 с углом раствора, равным 90 градусов, конусы соединены между собой и прикреплены в месте соединения к корпусу пьезопреобразователя.However, in the proposed device, on the side of the surface of the disk emitter 2, opposite to the connection with the piezoelectric transducer 1, at a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous environment, at the main frequency of the ultrasonic oscillations generated by the piezoelectric transducer, horns 8, 9 and 10 are placed, made in the form ring diverging truncated cones, with an opening angle of 90 degrees, and the diameter of the smaller base of the central cone 8 and each subsequent odd cone 9 corresponds to the diameter of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the annular zone of the disk emitter oscillating with the opposite phase at the fundamental frequency of the converter. Next to the central one 8 and each subsequent even annular divergent truncated cone 9 located above the zone oscillating with the phase opposite to the converter has a diameter of a smaller base at the surface of the disk emitter corresponding to the diameter of the zone of the disk emitter oscillating with the opposite phase at the fundamental frequency of the converter, increased by half the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous medium (i.e. equal to the height of cone 1, increased by half the wavelength a/2) and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the next annular zone of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase opposite to the phase of the transducer. On the side of the connection of the disk emitter with the piezoelectric transducer, at a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic vibrations in a gaseous medium, an ultrasonic vibration reflector is placed, made in the form of two concentrically located truncated cones 11 and 12 with an opening angle of 90 degrees, the cones are connected to each other and attached to the connection point to the piezoelectric transducer body.

Размещение в предложенном устройстве перед излучающими поверхностями изгибно-колеблющегося металлического диска рупоров, выполненных и расположенных таким образом, что на выходе из них формируются колебания с одинаковой фазой, обеспечивает формирование плоской волны с постоянной фазой, причем диаметр излучающей поверхности, за счет использования колебаний со стороны соединения с преобразователем, увеличивается в два раза.Placing horns in the proposed device in front of the radiating surfaces of a bending-oscillating metal disk, made and located in such a way that oscillations with the same phase are formed at the output of them, ensures the formation of a plane wave with a constant phase, and the diameter of the emitting surface, due to the use of oscillations from the side connection to the converter is doubled.

Таким образом, за счет обеспечения равномерности излучения колебаний ультразвукового диапазона по вновь сформированной поверхности излучения исключается взаимная компенсация колебаний на некоторых расстояниях от излучателя. На расстоянии 1 м от излучателя обеспечивается формирование УЗ колебаний с уровнем звукового давления не менее 150 дБ и диаграммой направленности менее 5 градусов 7, даже при использовании излучателя, колеблющегося на 3 моде колебаний (диаметром 100 мм). При использовании дисковых излучателей, диаметром более 300 мм, совершающих УЗ колебания на 5…7 моде колебаний обеспечивается излучение с уровнем звукового давления не менее 165…170 дБ.Thus, by ensuring the uniformity of radiation of ultrasonic vibrations over the newly formed radiation surface, mutual compensation of vibrations at certain distances from the emitter is eliminated. At a distance of 1 m from the emitter, the formation of ultrasonic oscillations with a sound pressure level of at least 150 dB and a radiation pattern of less than 5 degrees 7 is ensured, even when using an emitter oscillating at the 3rd vibration mode (100 mm in diameter). When using disk emitters with a diameter of more than 300 mm, performing ultrasonic vibrations at modes 5...7 of vibration, radiation with a sound pressure level of at least 165...170 dB is ensured.

Предлагаемое устройство при интенсификации процессов в газовых средах работает следующим образом: включается генератор, электрические колебания, частота которых соответствует заданной гармонической составляющей (максимальной частоте) колебаний дискового излучателя, подаются на электроды пьезоэлектрических элементов, где происходит преобразование электрических колебаний подаваемой частоты всеми пьезоэлементами в продольные колебания преобразователя, продольные колебания подводятся к излучателю и возбуждают его на резонансной частоте, соответствующей одной из мод или гармонических составляющих основной частоты изгибных колебаний излучателя в виде диска.The proposed device, when intensifying processes in gaseous media, operates as follows: the generator is turned on, electrical oscillations, the frequency of which corresponds to a given harmonic component (maximum frequency) of oscillations of the disk emitter, are fed to the electrodes of the piezoelectric elements, where the electrical oscillations of the supplied frequency are converted by all piezoelements into longitudinal oscillations converter, longitudinal vibrations are supplied to the emitter and excite it at a resonant frequency corresponding to one of the modes or harmonic components of the fundamental frequency of bending vibrations of the emitter in the form of a disk.

Создаваемое излучение обеспечивает энергетическое воздействие ультразвуковыми колебаниями с уровнем звукового давления более 150 дБ на заданной частоте в газовых средах. Воздействие осуществляется до установления необходимых технологических условий (укрупнение частиц до требуемого размера, необходимая степень удаления влаги при сушке, поддержание необходимого уровня пены, а также для передачи информации на требуемые расстояния).The generated radiation provides energetic exposure to ultrasonic vibrations with a sound pressure level of more than 150 dB at a given frequency in gaseous media. The impact is carried out until the necessary technological conditions are established (enlargement of particles to the required size, the required degree of moisture removal during drying, maintaining the required level of foam, as well as for transmitting information over the required distances).

Для определения эффективности воздействия ультразвуковыми колебаниями высокой интенсивности в газовых средах был создан опытный образец (фиг.3) и проведены испытания, позволившие установить, что уровень звукового давления колебаний, формируемых с помощью УЗ колебательной системы с излучателем в виде диска или прямоугольной пластины, на расстоянии 1 м составлял не менее 150 дБ. Приведенные значения показывают эффективность предлагаемого технического решения и перспективность его применения. Серийный выпуск данного устройства планируется осуществить в 2024 году.To determine the effectiveness of exposure to high-intensity ultrasonic vibrations in gaseous media, a prototype was created (Fig. 3) and tests were carried out, which made it possible to establish that the level of sound pressure of vibrations generated using an ultrasonic oscillatory system with a radiator in the form of a disk or rectangular plate, at a distance 1 m was at least 150 dB. The given values show the effectiveness of the proposed technical solution and the prospects for its application. Serial production of this device is planned for 2024.

Список литературы, использованной при составлении заявкиList of literature used in drawing up the application

1. Источники мощного ультразвука [Текст] / под ред. Л.Д. Розенберга. - М.: Наука, 1967. - 265 с.1. Sources of powerful ultrasound [Text] / ed. L.D. Rosenberg. - M.: Nauka, 1967. - 265 p.

2. Ультразвуковая коагуляционная камера для работы в агрессивных средах [Текст] / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, К.В. Шалунова. Сборник научных трудов «Современные проблемы радиоэлектроники» / Под ред. А.И.Громыко, А.В. Сарафанова. - Красноярск: ИФК СФУ, 2009. - С. 232-235.2. Ultrasonic coagulation chamber for work in aggressive environments [Text] / V.N. Khmelev, A.V. Shalunov, K.V. Shalunova. Collection of scientific papers “Modern problems of radio electronics” / Ed. A.I. Gromyko, A.V. Sarafanova. - Krasnoyarsk: IFC SFU, 2009. - P. 232-235.

3. Ultrasonic coagulation on the basis of piezoelectric vibrating system with focusing radiator in the form of step - variable plate [Текст] / Khmelev V.N., Galakhov A.N., Tsyganok S.N., Lebedev A.N., Shalunov A.V., Khmelev M.V. 11th Annual International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron, EDM'2010 - Proceedings: Altai 2010. C. 376-379.3. Ultrasonic coagulation on the basis of piezoelectric vibrating system with focusing radiator in the form of step - variable plate [Text] / Khmelev V.N., Galakhov A.N., Tsyganok S.N., Lebedev A.N., Shalunov A.V., Khmelev M.V. 11th Annual International Conference and Seminar on Micro/Nanotechnologies and Electron, EDM'2010 - Proceedings: Altai 2010. pp. 376-379.

4. Разработка пьезоэлектрических ультразвуковых колебательных систем для интенсификации процессов в газовых средах [Текст] / Хмелев В.Н., Цыганок С.Н., Шалунов А.В., Лебедев А.Н., Хмелев С.С., Галахов А.Н. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2010. №1. С. 148-157.4. Development of piezoelectric ultrasonic oscillatory systems for intensification of processes in gaseous media [Text] / Khmelev V.N., Tsyganok S.N., Shalunov A.V., Lebedev A.N., Khmelev S.S., Galakhov A. N. News of Tula State University. Technical science. 2010. No. 1. pp. 148-157.

5. Способ коагуляции инородных частиц в газовых потоках [Текст] пат.2447926 Рос. Федерация: МПК B01D 51/08, B03D 3/04 / Хмелев B.Н., Шалунов А.В., Цыганок С.Н., Барсуков Р.В., Шалунова К.В., Галахов А.Н.; патентообладатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (АлтГТУ); заявка №2010123572/05 от 09.06.2010; опубликовано 20.04.2012.5. Method of coagulation of foreign particles in gas flows [Text] pat.2447926 Ross. Federation: IPC B01D 51/08, B03D 3/04 / Khmelev V.N., Shalunov A.V., Tsyganok S.N., Barsukov R.V., Shalunova K.V., Galakhov A.N.; patent holder: State educational institution of higher professional education “Altai State Technical University named after. I.I. Polzunov" (AltSTU); application No. 2010123572/05 dated 06/09/2010; published 04/20/2012.

6. Acoustic transducer system [Текст]: пат.4768615 США: МПК7 G10K 11/26; G10K 13/00; H04R 1/28; H04R 1/34; G10K 11/00; G10K 13/00; H04R 1/28; H04R 1/32 / Steinebrunner Edwin, Berger Wolfram (Германия); патентообладатель: Endress u. Hauser GmbH u. Co. (Германия); заявка: №07/007102 от 27.01.1987; опубликовано: 06.09.1988.6. Acoustic transducer system [Text]: Pat. 4768615 USA: MPK7 G10K 11/26; G10K 13/00; H04R 1/28; H04R 1/34; G10K 11/00; G10K 13/00; H04R 1/28; H04R 1/32 / Steinebrunner Edwin, Berger Wolfram (Germany); Patent holder: Endress u. Hauser GmbH u. Co. (Germany); application: No. 07/007102 dated January 27, 1987; published: 09/06/1988.

7. Electroacoustic unit for generating high sonic and ultra-sonic intensities in gases and interphases [Текст]: пат. 5299175 США: МПК7 B06B 1/02; B06B 3/04; G10K 13/00 / Gallego Juarez Juan Antonio., Rodriguez Corral German., San Emetero Prieto Jose L., Montoya Vitini Fausto (Испания); патентообладатель: Consejo, Superior De Investigaciones Cientificas (Испания); заявка №08/006040 от 19.01.1993; опубликовано: 29.03.1994.7. Electroacoustic unit for generating high sonic and ultra-sonic intensities in gases and interphases [Text]: patent. 5299175 USA: IPC7 B06B 1/02; B06B 3/04; G10K 13/00 / Gallego Juarez Juan Antonio., Rodriguez Corral German., San Emetero Prieto Jose L., Montoya Vitini Fausto (Spain); Patentee: Consejo, Superior De Investigaciones Cientificas (Spain); application No. 08/006040 dated January 19, 1993; published: 03/29/1994.

8. Macrosonic generator for the air-based industrial defoaming of liquids [Текст]: пат. 7719924 B2 США: МПК H04R 17/00; В06В 1/02; G10K 9/12; G10K 11/02; H04R 15/00 / Gallego Juarez Juan Antonio., Rodriguez Corral German., Montoya Vitini Fausto., Acosta Aparicio Victor., Riera Franco De Sarabia Enrique., Blanco Blanco Alfonso (Испания); патентообладатель: Insituto de Acustica (Испания); заявка №11/989544 от 27.07.2005, опубликовано 18.05.2010.8. Macrosonic generator for the air-based industrial defoaming of liquids [Text]: patent. 7719924 B2 USA: IPC H04R 17/00; В06В 1/02; G10K 9/12; G10K 11/02; H04R 15/00 / Gallego Juarez Juan Antonio., Rodriguez Corral German., Montoya Vitini Fausto., Acosta Aparicio Victor., Riera Franco De Sarabia Enrique., Blanco Blanco Alfonso (Spain); patent holder: Insituto de Acustica (Spain); application No. 11/989544 dated July 27, 2005, published May 18, 2010.

9. Ультразвуковой излучатель для газовых сред [Текст]: пат. 117835 Рос. Федерация: МПК В06В 1/06 / Вьюгинова А.А., Новик А.А.; патентообладатель: Закрытое акционерное общество "Ультразвуковая техника - ИНЛАБ"; заявка №2012114036/28 от 10.04.2012; опубликовано 10.07.2012.9. Ultrasonic emitter for gaseous media [Text]: patent. 117835 Ross. Federation: MPK B06V 1/06 / Vyuginova A.A., Novik A.A.; Patent holder: Closed Joint Stock Company "Ultrasonic Technology - INLAB"; application No. 2012114036/28 dated 04/10/2012; published 07/10/2012.

10. Equipo electroacustico para la generacion de altas intensidades sonicas у ultrasonicasen gases e interfases [Текст]: пат. 2017285 Испания: МПК6 G10K 9/13 / Gallego Juarez J.A., Rodrguez Corral G., San Emeterio Prieto J.L., Montoya Vitini, F. (Испания); патентообладатель: Consejo superior investigacion (Испания); заявка: №8903371 от 06.10.1989; опубликовано: 16.01.1991.10. Equipo electroacustico para la generacion de altas intensidades sonicas y ultrasonicasen gases e interfases [Text]: Pat. 2017285 Spain: MPK6 G10K 9/13 / Gallego Juarez J.A., Rodrguez Corral G., San Emeterio Prieto J.L., Montoya Vitini, F. (Spain); patent holder: Consejo superior investigacion (Spain); application: No. 8903371 dated 10/06/1989; published: 01/16/1991.

11. Ультразвуковая колебательная система для газовых сред [Текст]: Патент на полезную модель №132000. Рос. Федерация: МПК В06В 1/00/ Хмелев В.Н., Галахов А.Н., Шалунов А.В., Нестеров В.А.; патентообладатель: ООО «Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ»; заявка №2013123940/28 от 24.05.2013; опубликовано 10.09.2013 Бюл. №25 - прототип.11. Ultrasonic oscillatory system for gaseous media [Text]: Utility model patent No. 132000. Ross. Federation: IPC B06B 1/00/ Khmelev V.N., Galakhov A.N., Shalunov A.V., Nesterov V.A.; Patent holder: LLC “Center for Ultrasonic Technologies of Altai State Technical University”; application No. 2013123940/28 dated May 24, 2013; published 09.10.2013 Bulletin. No. 25 - prototype.

Claims (1)

Ультразвуковая колебательная система для газовых сред, состоящая из последовательно расположенных и акустически связанных между собой продольно колеблющегося пьезоэлектрического преобразователя и излучателя УЗ колебаний в газовую среду в виде диска, выполненного из металла, геометрические размеры которого выбраны из условия формирования изгибных колебаний на рабочей частоте, соответствующей собственной резонансной частоте пьезоэлектрического преобразователя и кратной основной частоте дискового излучателя, отличающаяся тем, что со стороны поверхности дискового излучателя, противоположной соединению с пьезоэлектрическим преобразователем, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде на основной частоте формируемых пьезопреобразователем УЗ колебаний размещены рупора, выполненные в виде кольцевых расходящихся усеченных конусов, с углом раствора 90 градусов, причем диаметр меньшего основания центрального конуса и каждого последующего нечетного конуса соответствует диаметру поверхности дискового излучателя, колеблющегося с фазой, совпадающей с фазой колебаний преобразователя, и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру кольцевой зоны дискового излучателя, колеблющейся с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, следующий за центральным и каждый последующий четный кольцевой расходящийся усеченный конус, расположенный над зоной, колеблющейся с противоположной преобразователю фазой, имеет диаметр меньшего основания у поверхности дискового излучателя, соответствующий диаметру зоны дискового излучателя, колеблющегося с противоположной фазой на основной частоте преобразователя, увеличенный на половину длины волны УЗ колебаний в газовой среде, и увеличивается до диаметра, соответствующего максимальному диаметру следующей кольцевой зоны поверхности дискового излучателя, колеблющейся с фазой, противоположной фазе преобразователя, со стороны соединения дискового излучателя с пьезопреобразователем, на расстоянии менее четверти длины волны УЗ колебаний в газовой среде размещен отражатель ультразвуковых колебаний, выполненный в виде двух концентрически расположенных усеченных конусов с углом раствора, равным 90 градусов, конусы соединены между собой и прикреплены в месте соединения к корпусу пьезопреобразователя.An ultrasonic oscillatory system for gaseous media, consisting of a sequentially located and acoustically interconnected longitudinally oscillating piezoelectric transducer and an emitter of ultrasonic vibrations into a gaseous environment in the form of a disk made of metal, the geometric dimensions of which are selected from the condition of the formation of bending vibrations at the operating frequency corresponding to the natural frequency resonant frequency of the piezoelectric transducer and a multiple of the fundamental frequency of the disk emitter, characterized in that on the side of the surface of the disk emitter opposite the connection with the piezoelectric transducer, at a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous medium at the fundamental frequency of the ultrasonic oscillations generated by the piezoelectric transducer, horns are placed, made in in the form of annular diverging truncated cones, with an opening angle of 90 degrees, and the diameter of the smaller base of the central cone and each subsequent odd cone corresponds to the diameter of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase coinciding with the oscillation phase of the transducer, and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the annular zone of the disk emitter oscillating with the opposite phase at the fundamental frequency of the transducer, following the central one and each subsequent even annular divergent truncated cone located above the zone oscillating with the phase opposite to the transducer, has a diameter of a smaller base at the surface of the disk emitter, corresponding to the diameter of the zone of the disk emitter oscillating with opposite phase at the fundamental frequency of the transducer, increased by half the wavelength of ultrasonic oscillations in a gaseous medium, and increases to a diameter corresponding to the maximum diameter of the next annular zone of the surface of the disk emitter, oscillating with a phase opposite to the phase of the transducer, on the side of the connection of the disk emitter with the piezoelectric transducer, on At a distance of less than a quarter of the wavelength of ultrasonic vibrations in a gaseous medium, an ultrasonic vibration reflector is placed, made in the form of two concentrically located truncated cones with an opening angle of 90 degrees; the cones are interconnected and attached at the junction to the piezoelectric transducer body.
RU2024107663A 2024-03-22 Ultrasonic oscillating system for gaseous media RU2822084C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2822084C1 true RU2822084C1 (en) 2024-07-01

Family

ID=

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3027964A (en) * 1958-06-24 1962-04-03 Ampex Loudspeaker
SU1397089A1 (en) * 1983-12-30 1988-06-15 Научно-Исследовательский Проектный Институт Геофизических Методов Разведки Океана "Океангеофизика" Aerial for acoustic locator
RU132000U1 (en) * 2013-05-24 2013-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM FOR GAS MEDIA
CN208786852U (en) * 2018-08-31 2019-04-26 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 Ultrasonic oscillator device and cooking apparatus with it
JP2020178336A (en) * 2019-01-17 2020-10-29 オンキヨー株式会社 Diffuser, speaker including the same, and electronic musical instrument
RU2744826C1 (en) * 2020-03-24 2021-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Piezoelectric oscillating system for ultrasonic action on gaseous media
JP2021093580A (en) * 2019-12-09 2021-06-17 オンキヨーホームエンターテイメント株式会社 Diffuser and speaker
US11521590B2 (en) * 2019-06-24 2022-12-06 The Boeing Company High-power ultrasound emitter design

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3027964A (en) * 1958-06-24 1962-04-03 Ampex Loudspeaker
SU1397089A1 (en) * 1983-12-30 1988-06-15 Научно-Исследовательский Проектный Институт Геофизических Методов Разведки Океана "Океангеофизика" Aerial for acoustic locator
RU132000U1 (en) * 2013-05-24 2013-09-10 Общество с ограниченной ответственностью "Центр ультразвуковых технологий АлтГТУ" ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM FOR GAS MEDIA
CN208786852U (en) * 2018-08-31 2019-04-26 佛山市顺德区美的电热电器制造有限公司 Ultrasonic oscillator device and cooking apparatus with it
JP2020178336A (en) * 2019-01-17 2020-10-29 オンキヨー株式会社 Diffuser, speaker including the same, and electronic musical instrument
US11521590B2 (en) * 2019-06-24 2022-12-06 The Boeing Company High-power ultrasound emitter design
JP2021093580A (en) * 2019-12-09 2021-06-17 オンキヨーホームエンターテイメント株式会社 Diffuser and speaker
RU2744826C1 (en) * 2020-03-24 2021-03-16 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Piezoelectric oscillating system for ultrasonic action on gaseous media

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Лекции по ультразвуку, ультразвуковым аппаратам и ультразвуковым технологиям. Лекция 12. Решение проблем коагуляции при добыче воды из грунтов в условиях внеземных объектов //URL: https://u-sonic.ru/downloads/lecUZ/ru12.pdf 21.11.2023.. *
Хмелев В. Н., Нестеров В. А., Шалунов А. В. КОЛЬЦЕВЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ //ИЗМЕРЕНИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (ИАМП-2021). - 2021. - С. 49-51. Хмелев В. Н. и др. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГАЗОВЫЕ СРЕДЫ //ИЗМЕРЕНИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ И НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ (ИАМП-2021). - 2021. - С. 52-54. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2545427B2 (en) Granular material handling method and apparatus
JPH06504483A (en) Modular unit for tubular ultrasonic processing equipment
Gallego-Juárez et al. A macrosonic system for industrial processing
Gallego-Juárez et al. Recent developments in vibrating-plate macrosonic transducers
RU2822084C1 (en) Ultrasonic oscillating system for gaseous media
RU2332266C1 (en) Ultrasonic vibration system
Gallego-Juarez New technologies in high-power ultrasonic industrial applications
JPH05317820A (en) Ultrasonic cleaning method and device therefor
Gallego‐Juárez et al. Modal interactions in high‐power ultrasonic processing transducers
US4941135A (en) Ultrasonic field generating device
RU2430509C1 (en) Device of electrophysical exposure of aerosols
RU132000U1 (en) ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM FOR GAS MEDIA
US6489707B1 (en) Method and apparatus for generating acoustic energy
JP2022131549A (en) Flow path built-in ultrasonic vibrator
Gallego-Juárez High power ultrasonic transducers for use in gases and interphases
RU138071U1 (en) ULTRASONIC VIBRATION SYSTEM
Khmelev et al. Ultrasonic coagulation on the basis of piezoelectric vibrating system with focusing radiator in the form of step-variable plate
Dorovskikh et al. Development of specialized disk emitters for the formation of high-intensity ultrasonic fields in gaseous media
RU2540608C1 (en) Method for ultrasonic cavitational processing of liquid media
RU2284228C1 (en) Ultrasonic oscillating system
WO1991005331A1 (en) Electroacoustic unit for generating high sonic and ultrasonic intensities in gases and interphases
Abramenko et al. The method of dual-frequency influence on gaseous media to increase the efficiency of coagulation
Gudra et al. Ultrasonic transducers with directional converters of vibration of longitudinal-longitudinal (LL) type and longitudinal-longitudinal-longitudinal (LLL) type intended to work in gaseous media
RU137617U1 (en) PULSE MULTI-FREQUENCY PARAMETRIC RADIATOR
Mitin et al. Gas-Jet Ultrasonic Generators for NDT