Способ ультразвуковой деструкции веществ и устройство для его осуществления

Способ ультразвуковой деструкции веществ и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к автоматизации ультразвуковой деструкции веществ, может быть применено в горнодобывающей и строительной отраслях промышленности и позволяет повысить качество деструкции. Для достижения поставленной цели осуществляют ультразвуковое облучение последовательностью тонально-модулированных сигналов на двух разнесенных частотах, выбираемых в зависимости от скорости ультразвука в среде распространения и от длин волн, соизмеримых с геометрическими размерами объекта и с геометрическими размерами частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект. Устройство для осуществления способа содержит модулятор 1, задающий генератор 2, усилитель 3 мощности, коммутатор 4, акустическую систему 5, блок 6 управления и блок 9 питания. 2 с.п.ф-лы, 1 ил.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щ) S В 02 С 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

П0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4429210/23-33 (22) 05.04.88 (46) 07.09.90, Бюл. и 33 (72) Г.М. Дегтярев и M.Ë. Пуленец (53) 621.926(088.8) (56) Лабораторное приспособление

"Пульверизатте 9". Каталог. ФРГ,1987.

Агранат Б.А. и др. Основы физики и техники ультразвука. — М.: Высшая школа, 1987, с. 294, 306.

1 (54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕСТРУКЦИИ .ВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к автоматизации ультразвуковой деструкции веществ, может быть применено в горнодобывающей и строительной отраслях

„„Я0„„1590134 А1 промышленности и позволяет повысить качество деструкции. Для достижения поставленой цели осуществляют ультразвуковое облучение последовательностью тонально-модулированных сигналов на двух разнесенных частотах, выбираемых в зависимости от скорости ультразвука в среде распространения и от длин волн, соизмеримых с геометрическими размерами объекта и с геометрическими размерами частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект. Устройство для осуществления способа содержит модулятор 1, задающий генератор

2, усилитель 3 мощности, коммутатор 4, акустическую систему 5, блок 6 управ- д ления и блок 9 питания. 2 с.п. ф-.лы, е

1 ил.

1590134. Изобретение относится к области применения ультразвука для измельчения твердых веществ, эмульгирования, очистки поверхностей и т.п., Пель изобретения — повышение качества деструкции.

Сущность способа заключается в следующем, Аппроксимируем разрушаемое вещест- 1< во (объект) сплошной сферой. Дпя разрушения такой сферы необходимо возбудить в ней продольно-поперечные. колебания достаточной интенсивно"ти. Это означает, что нужно возбудить два ко- 15 лебания (продольное и поперечное) оди. иаковой частоты, которые при больших амплитудах обладают значительными сме. щениями частиц. Но поскольку эти смещения происходят во взаимно перпендикулярных направлениях (а колебания.. совершают одни и те же частицы среды), то образовываются трещины и происходит разрушение объекта.

Для возбуждения таких продольнопоперечных волн выбирают акустический сигнал, модулированный. по амплитуде, со следующим соотношением частот: с с — и f

Л Л

30 где < — модуляционная частота; — частота заполнения; с — скорость уль гразвука в среде распространения.

При падении такого сигнала на объект необходимо возбудить два колебания с соответственным соотношением длин волн и равной частоты — поперечное

40 с1

f = —

Л1 где с - фазовая скорость псперечной

1 волны в веществе (с бъекте); — длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами объекта; и продольное а.

Л где с — фазовая скорость продольной

2 волны в веществе — длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами частиц, на которые необходи55 мо разрушить исходный объект, Поперечные волны имеют дипольную форму, а продольная вола — монопольную форму. Таким образом, результирующий волновой процесс представляет собой одновременное быстрое - пульсирующее продольное колебание, которым управляет медленное — осциллирующее поперечное колебание.

При падении на исходный объект рассмотренного двухчастотного акустического сигнала должны возбуждаться четыре упругие волны: две продольные с частотами f1 и Й2 и две поперечные с частотами 1. и Й соответственно.

Однако продольная волна частоты f, не возбуждается, так как она имеет фазовую скорость большую, чем с„, поэтому длина ее волны больше, чем Л,, Поперечная волна с частотой К возбуждается, но энергетически эта волна слабая, так как она более высокого посх рядка чем волна f = — т.е. длина

1 j Э Э

2 поперечной волны частоты f соответственно меньше длины волны il2.

Следовательно, перестраивая частоты f, и f,,можно настраиваться на нужные размеры объектов с целью возбуждения в них продольно-поперечных волн равной частоты, а п и увеличении мощности возбуждающего сигнала возможно разрушение данных объектов.

П р и и е р (измельчение известняка). Скорость звука в известняке равна с =- 6, 13 10 см/с. Берут объект с геометрическим размером 10 см, тогда h,= 10 см, и разрушают его на частицы размером 1 Мкм, тогда

iO см. По указанным выражениям получают 1э1 60 кГц, а f 6 10зГц.

Излучаемая мощность при этом составляет величину порядка 10 кВт при воздействии в течение 30-40 мин.

На чертеже представлена блоксхема устройства для ультразвуковой деструкции веществ.

Устройство для ультразвуковой де-струкции веществ содержит модулятор

1, изменяющий один из параметров незатухающих колебаний, задающий генератор 2, генерирующий незатухающие колебания, усилитель 3 мощности, коммутатор 4, соединяющий выход усилителя мощности с акустической системой

5, блок 6 управления, изменяющий частоты, длительность1скважность и мощность сигнала по заданным исходным данным, емкость 7 с веществом 8 и блок 9 питания. с и f

7 1 1

159

Устройство работает следующим образом.

При включении питания модулятор 1 вырабатывает колебания, модулирующие незатухающие колебания задающего генератора 2 в определенном диапазоне частот. Частотно-модулированные колебания из задающего генератора 2 передаются в усилитель 3 мощности; которые с помощью коммутатора 4 передаются на акустическую систему 5.

Коммутатор 4 управляется блоком 6 управления, который вырабатывает управляющие команды по регулировке частоты, излучаемой мощности на выходе усилителя 3 мощности, по скважности и длительности излучаемого сигнала по заданным исходным данным. Излучаемые акустической системой 5 ультразвуковые колебания воздействуют на вещество 8, помещенное в емкость 7, Блок 6 управления содержит переклю. чающие устройства, устанавливающие длительность сигнала, излучаемую мощность, скважность и частоту. Управляет блоком оператор устройства. Воздействие на объект продолжается до образования заданной структуры.

При разрушении кристаллических и. горных пород максимальная плотность энергии, при которой начинают возникать необратимые изменения структуры вещества, составляет 10 эрг/см и не зависит от физико-механических свойств вещества.

Определяют необходимую мощность акустического излучения. Для достижения плотности энергии 10 эрг/см необходимая мощность составляет

10 1 Вт. Создаваемое при этом давление при коэффициенте концентрации

К = 100 составляет 34,5 Па, что на один-два порядка меньше чем требуется в известном устройстве для достижения кавитации.

Частоты, рассчитанные по указанным соотношениям, для размеров вещества, равного 1 см, и необходимости получения частиц размером 1 мкм следующие модуляционная частота -100 кГц, несущая частота 500 мГц.

Преимуществом предлагаемого способа является сохранение физико-химических свойств вещества, отсутствие загрязнения полученных порошков примесяМи от мелющих аппаратов, шаров и тому подобных, получение заданных фракций, 0134 6 экономичность за счет исключения твердых сплавов и уменьшения подводимых мощностей — в известном обязательное пол чение кавита ии.

У

Формула изобретения

1. Способ ультразвуковой деструкции веществ, включающий ультразвуковое облучение на двух разнесенных частотах, отличающийся тем, что, с целью повышения качества деструкций, облучение осуществляют

15 последовательно тонально-модулированными сигналами, причем частоты выбирают из соотношений с

f ю где й, — модуляционная частота; — частота заполнения; с — скорость ультразвука в среде распространения;

25 — длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами объекта;

37 — длина волны, соизмеримая с геометрическими размерами

30 частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект, с мощностью, обеспечивающей плотность энергии в веществе, равную 10 эрг/см .

2. Устройство для ультразвуковой деструкции вешеств, включающее заданный генератор незатухающих колебаний, блок питания и коммутатор с акусти-<. ческой системой, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения ка40 честна деструкции оно снабжено модулятором, усилителем мощности и блоком управления, причем первый выход блока управления соединен с первыми входами модулятора, задающего генератора

45 незатухающих колебаний и усилителя мощности, второй выход блока управления подключен к первому входу коммутатора, блок питания подключен к вто.рым входам модулятора, задающего генератора незатухающих колебаний, ycuf лителя мощности, коммутатора и к входу блока управлйния, выход модулятора соединен с трЕтьим входом задающего генератора незатухающих колебаний, вы- . ход которого соединен с третим входом: усилителя мощности, а выход усилите.ля мощности соединен с третьим входом коммутатора.