Электромеханический преобразователь радиальных колебаний

Электромеханический преобразователь радиальных колебаний

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советски к

Социалистические

Республик

О Il И C А Н И Е „,9оов69

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕЕЕЛЬСТОУ (61) Дополиительиое к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.06.80(21) 2935077/18-10 ($() Я. (д

В 06 8 1/08 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Всудерстккиии» «иитет

СССР

Ro NRaN изобретеиий и открь1тий

Опубликовано 30 01.82. Бюллетень Фк 4

Дата опубликования описания 02. (53) УДК 534. 232 (088. 8) С4г. (72) Автор изобретения

А. Г. Сучков

Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И. П. Бардина (7 l ) 3ая вител ь (54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

РАД ИАЛЬНЫХ К ОЛЕ БА НИЙ

Изобретение относится к акустике, в частности к ультразвуковой технике, и может быть использовано в различном технологическом оборудовании, а также в аппаратуре для излучения и приема акустических волн.

Известен элестромеханический преобразователь радиальных колебаний, у которого обмотка возбуждения уложена по всей поверхности пакета, набранного из кольцевых пластин, изготовленных из магнитострикционного материала 311.

Недостатками этого преобразователя являются отсутствие диапазона резонансных частот, обусловленное набором его пакета из кольцевых пластин, выполненных с одинаковым средним радиусом и иэ одного магнитострикционного материала, и расположение обмотки возбуждения на его излучающих поверхностях, что препятствует созданию непосредственного акустического контакта, например с волноводноизлучаюшей системой.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электромеханический преобразователь радиальных колебаний, содержащий пакет одноразмерных пластин, выполненных из магнитострикциочного материала, у которого обмотка возбуждения проходит через цилиндрические отверстия, выполненные в теле кольцевых пластин и расположенные по окружности (21.

Такое расположение обмотки возбу>хдения позволяет осуществить непосредственный акустическчй контакт преобразова теля с волноводноизлучающей системой, но не обеспечивает ему диапазона резонансных частот, отсутствие которого и являетсч его основным недостатком.

Другой недостаток этого преобразователя заключается в низкой эффективности его охлаждения, не обеспечивающего одинаковой температуры различным его материальным точкам (внутри активной части преобразователя температура выще), что отрицательно сказывается на магнитосг-. рикдиОнчых сВОйстВах преобразователя, уменьшающихся с увеличением его температуры. Зто Обусловлено тем, что из= вестный преобразователь,, в силу er о конструкционньх особенностей, охлаждается только по наружной поверхности.

Цель изобретения — расширение диапазона резонансных частот при сохранении равномерности излучения, а также повышение эф?ктивпости охлаждения ?,?ат нито- rá

? )овод.

Поставленная цель достигается тем, чтО В активнОЙ части каждой плястины выполнен, по крайней мере, один радиусный паз глубиной 0, 1 -Q,B ширинь> aKT!rr)- ) 9 ной части пластины, разделяющий пласгину на секторы с одинаковыми центральными углами, равными 2 4 /, — ?i гр;

ДУСОМ, ПРИ ЭТОМ МЯГНИТОПРОВОД ВЫПОЛнен в виде секций, смещенных одна стно- ул сительно другой по окружности В одном нащ)ав)пении на угол., равный 2 7 / ))

fl у к? где ) — радиус окружности, на ко.торой рясполо)кены центры цилиндрцчес- 5

> ?ах отвер а ийа„ количество цилиндрических ОтВэа - -"> И В )У> ЯС ТИНЕ

>а? — КОТ(! ЧЕСТВО РЯДИУСН>ЬР; П:)ЗОВ;3 плас,И:не=

Секции ? !агнитОпрсвОЛQ Выполнены т л-»

Жиной, равной 0>02 == .),15 его Qbicotb, .

Выполнение рядиусного паза ь актив-ной .асти пластины сбуславливае" ее д:- = ф ->

ЛЕНИЕ На СЕКТО)РЫ C ОДИНЯКОВЫМИ ЦЕ>атРЯЛ)» ными углами, но с различными средними радиусами, вследствие чего каждый из этих секторов имеет свою собственнук) резонансную частоту, я пластина н, сле=;Ql довательно, весь преобразователь в це-.. лом — диалазон резонансньр: частот. Быцолнение магнитопровода в виде секции

Определенной толщины и последовательное смещение этих секций одна относительно

45 другой по Окружности преимущественно в одном направлении, позволяет сохранять равномерность и-чуатpн>. я и Q()>>>слав" ливает образование в теле преобразова-жля сквозного спиралевидного канала в случае выпол,ения радиусцого паза в теле. пластины ипи ряда сегментообразАЛЫХ ПОЛОСТЕЙ На er O ИЗЛуЧЯ>оцаЕИ, рабочей поверхности, В случае ВыполнеНИЯ РЯДИУСНОТ О ПаЗЯ ИЯ ОДНОМ ИЗ ИЗЛа.— чающих торцов пластины, Р результате этого поверхность преОбразователя, омыВаемая о ладителем, увеличивается и, следова? эл).!о, процесс его охла)кдения> в прямой завис.ìîcòè от которого находится эффект магнитострикции, интенсифицируется.

На фиг. 1 показана кольцевая пластина с радиусным пазом в теле пластины; на фиг. 2 — то же, ня одном из ее излучающих торцов.

Предлагаемый преобразователь набирают из магнитострикционных кольцевых

- )лястин 1, выполненных с цилиндрическими отверстиями 2, расположенными по окружности, )r c радиусньам пазом 3.,ВЫполнение радиусного паза 3 в активной части каждой из пластин 1 обуславливает ее деление секторы 4 и 5 с различными средннми радиусами, соответственно Я,) и Я . Б случае выполнения радиусного паза В теле пластины (фиг. 1)

В ее активной части Образ)"ется участок

6, колебания которого при работе преобразователя не используются.

Кольцевые пластины 1 предварительно собирают в секции толщиной, равной 0,020,15 высоты пакета. Затем эти секции собирают в общий пакет, последовательно смещая их по Окружности преимущественно В одном направлении одне относительЛО другой ня угол, равный углу между центрами, по меньшей мере, двух рядом расположенных цилиндрических Отверстий

2, л,е., на угол 2 7?-./,,-, градусов. Такая носледовя-.гельность набора кольцевых ,шастин приводит к образованию В теле цреобрязователя сквозного спиралевидно"0 канала, если радиусный пяз 3 выполнен в теле пластины 1> нли к образова»ию на его излучающей поверхности, не контактирующей, например, с Волноводноизл,:-чающей системой, ряда сегментообрязных полостей в случае выполнения радиуспого паза 3 на излучающем торце пластины.

Гсл>и толщина секции магнитопровода менее 0,02 его высоты, то заполнение охлаадитэлем сегментообразных полостей или с,,возного спиралевидного капала в силу возможности Образования В них воздушных подушек с ановится затрудните-.ьным. Выполнение секций толщиной более Q>15 высоты магнитопровода представляется нецелесообразным, поскольку уже Щ)и. тОлшкне секций, раВнОЙ 0> 1

0>15 "=r о высоты, созда.отся условия, при которых воздушные подушки в сквозном спиралевидном канале или в сегментообразных полостях не образуются.

Гмешепие секций при их наборе В об щкй пакет Га Угол ме? ь>))аа 2 k !)÷,е

900869

5 целесообразно, так как в этом случае цилиндрические отверстия одной секции не совпадают с цилиндрическими отверстиями другой секции, и, следовательно, через них нельзя пропустить обмотку 5 возбуждения. Максимальное значение смещения секций одна относительно другой равное i /(×, в значительной степени способствует повышению эффективности охлаждения преобразователя и зависит от места выполнения радиусного паза, числа радиусных пазов в пластине и размеров радиусных пазов, выполняемых преимущественно равными между собой с точки зрения величины центрального : 15 угла. Так, если радиусный паэ 3 выполнен в теле пластины 1 (фиг. 1), то максимальное значение угла смешения секций определяется разностью между величинами центрального угла сектора с ра- 20 диусным пазом 3 и углом между двумя рядом расположенными цилиндрическими отверстиями 2. Если радиусный паэ 3 выполнен на торце пластины 1 (фиг. 2), то за максимальный угол смешения секций пластин следует принять величину центрального угла сектора, в котором выполняют этот паз.

Количество радиусных пазов 3, выполняемых в активной части кольцевых пла- 30 стин 1, определяется габаритными размерами преобразователя, а их геометрические размеры — необходимой величиной диапазона резонансных частот. Причем в случае выполнения в активной части кольцевой пластины нескольких радиусных пазов, делящих ее на сектора, равных между собой по величине центрального угла, они могут иметь различные радиусы, длины и глубину. 4Q

При выполнении радиусного паза 3 в теле пластины 1 (фиг. 1) его основными размерами являются радиус, глубина и длина, определяющие, соответственно, величины диапазона резонансных частот и центральных углов секторов 4 и 5. Ширина паза 3, в своих максимальных значениях ограниченная механической прочностью участка 6, не оказывает влияния на величину диапазона резонансных частот преобразователя, но сказывается на эффективности его охлаждения. Поэтому ширину паза 3 целесообразно .выбирать близкой к ее максимальным значениям.

Радиус паза 3 определяется габаритными размерами преобразователя, а его длина (I ) из выражения L =. 4 /й где R — радиус паза, N — количество пазов в пластине. При такой длине радиусного паза 3 секторы 4 и 5 имеют одинаковые центральные углы.

При выполнении радиусного паза 3 на торце кольцевой пластины 1 (фиг. 2) его основополагающим размером является глубина, поскольку именно она и определяет величину диапазона резонансных частот преобразователя. Радиус этого паза определяет величину центральных ,углов секторов 4 и 5 и эффективность охлаждения преобразователя.

Радиусный паз выполнен глубиной, равной (0,1-0,8) Н, где Н вЂ” ширина активной части пластины. Глубина радиусного паза менее 0,1 Н не обеспечивает преобразователю диапазона резонансных частот, а его максимальная глубина ограничивается механической прочностью преобразователя на участке между его рабочей излучающей поверхностью и радиусным пазом.

При выполнении радиусного паза в теле пластины за его глубину принимаетсч расстояние между внешней (не ра.бочей }поверхностью преобразователя и поверхностью паза, расположенной в непосредственной близости к цилиндрическим отверстиям.

Перед началом эксплуатации преобразователя на его поверхность подают охладитель, например техническую воду. Омывая ее и заполняя, в зависимости от места выполнения радиусного паза 3, спиралевидный канал илн ocr ìågòooáðàýíûe полости, вода охлаждает преобразователь, обеспечивая ему тем самым стабильность, магнитострикционных свойств в процессе его работы.

При подключении обмотки возбуждения к источнику питания (не показан) в преобразователе возникают магнитные силовые линии, проходящие по окружностям, лежащим в плоскостях, перпендикулярных его оси. Под влиянием магнитострикционных сил, развивающихся в теле преобразователя, длина его средней окружности периодически изменяется, что и приводит к радиальным механическим колебаниям его излучающей поверхности. Но при этом, в силу деления кольцевой пластины 1 радиусным пазом 3 ча секторы 4 и 5 с различными средними радиусами (Р и

Я ) и со своей собственной резонансной частотой, и у каждого из них, каждая пластина и, следовательно, весь преобразователь в целом имеет диапазон резонансных частот

Прй работе преобразователя в нем устанавливается несколько различных, но, 7 900869 близких резонансов. В случае работы на т постоя н ryto нагрузку, например rrp H o6p аботке жидкости, преобразователь работа- н ет на какой-то одной частоте, например п на расчетной для данного преобразовате- в ля частоте t . При работе на постоян- ч но изменяющуюся нагрузку, например при с волочении труб на цепных станах, преоб- и разователь работает на резонансных час- р тотах, отклоняющихся от расчетной, т.е. 10 т от f,,например в одну (ф „) и в м другую () стороны. 0

Предлагаемый преобразователь при P одинаковых габаритах имеет преимущест- н ва перед известными. Поверхность rtpe- 1% 2 образователя, омываемая охладителем, значительно больше аналогичной поверхно» сти известных преобразователей, в результате чего при его охлаждении достигается большая эффективность. я г

У известного преобразователя диапазон резонансных частот отсутствует, в то о время как наличие его у предлагаемого преобразователя расширяет сферу его ис- в пользования и позволяет при работе на д часто изменяющуюся нагрузку стабилизаровать работу колебательной системы и тем самым, например при безоправочном волочении труб, повысить выход годного продукта за счет сокращения их обрывно- 36 сти с 3 до 0,5%.

Ф ор мул а изобретения

Электромеханический преобразователь радиальных колебаний, содержащий магнитопровод, выполненный в виде пакеа кольцевых одноразмерных пластин из агнитострикционного материала со сквозыми цилиндрическими отверстиями, расI оложенными по окружности и обмотку озбуждения, проходящую через цилиндриеские отверстия, о т л и ч а ю щ и й— я тем, что, с целью расширения диааэона резонансных частот при сохранении авномерности излучения, в активной часи каждой пластины выполнен, по крайней ере, один радиусный паз глубиной 0,1— ,8 ширины активной части пластины, азделяющий пластину на секторы с оди аковыми центральными углами, равными у >(p — ll градусов, при этом магнитопровод выполнен в виде секций, смещенных одна относительно другой по окружности в одном направлении на угол, равный 27 v и — l)/И де Р— радиус окружности, на котоой расположены центры цилиндрических тверстий; — количество цилиндрических отерстий в пластине; Ч вЂ” количество радиусных пазов в пластине.

2. Преобразователь по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, секции магнитопровода выполнены толщиной, равной O.О . — 0.15 его высоты.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США % 3246288, кл. 340-1 l, 1963.

>. ультразвук, Под ред. И. П. Голяминой. М., Советская энциклопедия . 1979, с. 198, рис 1 б (прототип).

900869 фиг. 2

Составитель Н.,Бурбело

Редактор Н. Гришанова Техред И. Гайду Корректор А. Дзятко

Заказ 12238/3 Тираж 498 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4