Разработка волноводных систем с развитой поверхностью

Волноводно-излучающие системы с развитой поверхностью созданные, в рамках данной работы, предназначены исключительно для решения конкретных задач, направленных на интенсификацию процессов добычи, транспортировки и переработки нефти, очистки нефтезагрязненных вод и грунтов.

Проектирование новых волноводных систем, обеспечивающих максимальный ввод акустической энергии в жидкофазную нагрузку, осуществлялся на основе расчёта коэффициента усиления концентратора [62].

При этом был выбран титановый сплав ВТ-6, обладающий высокими механическими свойствами и коррозийной стойкостью.

Параметры волноводно-излучающей системы и характеристики материала приведены в табл. 1.3, а внешний вид излучателей представлен на рис. 1.3.

Таблица 1.3

Параметры волноводно-излучающей системы и характеристики материала

Наименование параметров волновода	Обозначения	Значение
рабочая частота, кГц;	F
амплитуда смещений торца волновода, мкм	xm
амплитуда колебательной скорости волновода, м/с		1,4
площадь рабочей поверхности волновода, см^2	Sиз	6,2
скорость звука в материале, м/с	C
плотность материала, кг/м^3	Ρ
добротность материала,	Q
предел выносливости материала, МПа	Σp

Рис. 1.3. Модификации излучателей с развитой поверхностью.

Колебательные системы для обработки жидкостей в проточном режиме типа «крест»

В технологических процессах, связанных с проточной обработкой жидкости, часто используются колебательные системы типа «крест», состоящие из нескольких (двух и более) синфазно колеблющихся стержневых колебательных систем.

Для пилотной установки была разработана модификация излучателя ТР-1800/60, с внутренним диаметром трубчатого излучателя 60 мм и высотой 1800 мм, схема и габаритные размеры которого представлены на рис. 1.4. Система оснащена разработанными 4-мя преобразователями МСП 2,5/22, создающими большую плотность акустической энергии, что существенно для технологических процессов, УЗ интенсификация которых имеет пороговый характер.

Преобразователи МСП 2,5/22 припаяны к полуволновым стержням - волноводам, которые передают механические колебания стенкам трубы-реактора, диаметр которого подобран таким образом, что на длине окружности укладывается две длины волны, что обеспечивает резонансный режим работы.

Все элементы установки, совершающие механические колебания, выполнены из титанового сплава ВТ 6. Технические характеристики трубчатого реактора приведены в табл.1.4.

Таблица 1.4

Технические характеристики трубчатого реактора ТР-1800/60

Характеристика	Величина
Внутренний диаметр трубы, мм
Высота трубы, мм
Рабочая частота, кГц	22,1
Потребляемая мощность, кВт	4х2,5

Рис. 1.4. Схема и габаритные размеры УЗ реактора ТР-1800/60 типа «крест» в блоке с преобразователями МСП: 1– преобразователи МСП; 2 – волноводы; 3– реактор.

В данной конструкции излучателем упругих колебаний в жидкофазную среду служит внутренняя поверхность трубы реактора, поэтому в реакторе создаётся сравнительно равномерное УЗ поле.

Результаты замера звукового давления с помощью пьезокерамического зонда (приёмника), соединённого с вольтметром, отградуированным в единицах давления, приведены на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Изменение звукового давления по длине реактора.

Поскольку размеры используемого приёмника был много меньше длины волны в жидкофазной среде, можно говорить о локальных измерениях звукового давления вдоль реактора, фактически звуковое давление измерялось в той точке, где находился пьезоэлектрический зонд.

Эксперименты по распределению кавитационного поля в реакторе показали, что оно имеет максимальную величину в центре (в месте присоединения волноводов) и несколько слабее в остальном объёме жидкости.

Литература

1. И.П. Голямина. Ультразвук. – М.: Советская энциклопедия, 1979. — 400 с.

2. Стретт Дж. В. Теория звука, пер. с англ., 2 изд., М., Лихачoff 1955.

3. Бергман Л., "Ультразвук", перевод с нем., М., 1956.

4. Енохович А. С. Краткий справочник по физике. – 2-е изд., перераб и доп. – М.: Высшая школа, 1976. – 288с., ил.

5. Stepanovsky Yu.P. From Maxwell Equation to Berry's Phase and Sonoluminescence: Problems of Theory of Electromagnetic and Other Massless Fields // Electromagnetic Phenomena, 1998. - Vol.1 No.2, p. 180-218.

6. Маргулис М.А. Основы звукохимии (химические реакции в акустических полях): Учеб. пособие для хим. и хим-технол. спец. вузов. – М.: Высшая школа, 1984. – 272 с.

7. Маргулис М.А. Звукохимические реакции и сонолюминисценция. - М., Химия, 1986.

8. Немчин А.Ф. Новые технологические эффекты тепломассопереноса при использовании кавитации // Пром. теплотехника. 1997. Т. 19, № 6. С. 39 – 47.

9. Основы физики и техники ультразвука: Учеб. пособие для вузов / Б. А. Агранат, М. Н. Дубровин, Н. Н. Хавский и др.- М.: Высшая школа, 1987. -352 с. ил.

10. Ходаков Г.С.; Физика измельчения. М.: Наука. 1972. 240 с.

11. Грегуш П. А. «Звуковидение». - М.: - Мир, 1982г., 232с.

12. Авербух И. И., Вайнберг В. Е. «Использование излечения волн напряжений для определения толщины изделия» - М.: Дефектоскопия, 1971 г.,№1, с.132-134.

13. Болотин Ю. И. и др. «Анализ волн акустической эмиссии, вызванных развивающимися трещинами в тонкостенных конструкциях». -Киев: Наук, думка, 1975 г., 25 с.

14. Анцыферов И. И. «Сейсмоакустические исследования и проблема прогноза динамических явлений». М.: Наука, 1971 г., 131 с.

15. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник. В.В. Клюев и др. - М.: Машиностроение, 1995г. - 488с.

16. Иванов В. И., Белов В. М. Акустико-эмиссионный контроль сварки и сварных соединений. - М.: Машиностроение, 1981 г. - 184 с.

17. Бобренко В.М., Ванчели М.С., Куценко Л.Н. Акустические методы контроля напряженного состояния материала деталей машин. Кишинев: Штиница, 1981г., 148 с.

18. Гурвич А. К., Ермолов И. Н. «Ультразвуковая дефектоскопия сварных швов». -Киев: Техника, 1972 г., 460 с.

19. Розенберг Л. Д., Визуализация ультразвуковых изображений, «Вестник АН СССР», 1958, № 3.

20. Ощепков П. К., Меркулов А. П., Интроскопия, М,, 1967;

21. Азаров Н. Т., Телешевский В, И., Визуализация объектов в ультразвуковых полях методом дифракции света на ультразвуке, «Акустический журнал», 1971, т. 17, в. 3.

22. Holder F.W., Sonic holography, «Electronics World», 1970, v. 83, №6, p.32-35;

23. Aprahamian R., Bhuta P., G. NDT by acousto-optical imagine, «Materials Evaluation», 1971, v. 29, № 5.

24. Балакший В.И., Парыгин В.Н., Чирков Л.Е. Физические основы акустооптики. М.:Радио и связь, 1985.

25. Магдич Л.Н., Молчанов В.Н. Акустооптические устройства и их применение. М.: Сов. Радио, 1978.

26. Гуляев Ю.В., Проклов В.В., Шкердин Г.Н. Дифракция света на ультразвуке. Успехи физических наук, 1978, т.124, в.1, с. 6I-64.

27. Бокуть Б.В., Хило Н.А., Хило П.А. Генерация второй оптической гармоники при дифракции световой волны на ультразвуке. Минск. 1984. 17 с.

28. Промтов М.А. Кавитация // http://www.tstu.ru/index.php: Тамбовский государственный технический университет, 2006, URL: http://dewa.ru/wp-content/eito14_cavitation.pdf

29. Stepanovsky Yu.P. From Maxwell Equation to Berry's Phase and Sonoluminescence: Problems of Theory of Electromagnetic and Other Massless Fields // Electromagnetic Phenomena, 1998. - Vol.1 No.2, p. 180-218.

30. Hiller R., Putterman S., Barber B.//Phys. Rev. Lett. 1992. V. 69. P. 1182.

31. Schwinger J.//Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 1992 V.89.PP. 4091, 11118.1993 V.90.PP. 958, 2105, 4505, 7285.1994 V.91.P. 6473.

32. B.P. Barber et al, Phys.Rep. 1997. Vol. 281, P. 65.

33. T.J. Matula et al, Phys.Rev.Lett. 1995. Vol.75. P. 2602.

34. W.B. McNamara III et al, Nature 1999.Vol. 401, P. 772.

35. J.B.Young et al, Phys.Rev.Lett. 2001. Vol. 86.P. 2673.

36. O.Baghdassarian et al, Phys.Rev.Lett. 2001. Vol.86, P. 4934.

37. K.Yasui, Phys.Rev.Lett. 1999.Vol. 83, P. 4297.

38. Физика и техника мощного ультразвука. Под ред. Л. Д. Розенберга, т. 1-3, 1967- 69.

39. Прохоренко. П., ДежкуновН. В., Коновалов Г. Е. Ультразвуковой капиллярный эффект. Минск, 1981.

40. Владимирская М. А., Ермилов А. С., Агранат Б. А. Теоретическое и экспериментальное исследование процесса диспергирования материалов слоистой структуры в УЗ-поле.- В кн.: Проблема создания и испытания высокотемпературных пластичных смазок. М., 1970.с.33-34.

41. Акустическая кавитация / М.Г. Сиротюк; отв. ред. В.А. Акуличев, Л.Р. Гаврилов; Тихоокеанский океанологический ин-т им. В.И. Ильичёва ДВО РАН - М.: Наука, 2008.-271 с.

42. Ультразвуковая технология / Под ред. Б.А. Аграната. М.: Металлургия, 1974. 504 с.

43. Розенберг Л.Д. Физика и техника мощного ультразвука, Наука, М., т. 1 – 1967, 378 с., т. 2 –1968, 267 с., т. 3 – 1970, 688 с.

44. Mason T., Advances in Sonochemistry, JAI Press, 1 – 1989, 323 p., 2 – 1991, 345 p., 3 – 1993, p. 328, 4 – 1996 – 351 p.

45. Price G. Current Trends in Sonochemistry, Royal Soc.of Chemistry, 1990, 121 p.

46. Suslick K., Ultrasound: its Chemical, Physical, and Biological Effects, VCH, 1988, 336 p.

47. Neis U., Application of Power Ultrasound in Physical and Chemical Processing, Propeg, 2001, 283 p.

48. Абрамов В.О., Абрамов В.О, Артемьев В.В., Градов О.М., Коломеец Н.П., Приходько В.М., Эльдарханов А.С. Мощный ультразвук в металлургии и машиностроении. М.: Янус-К, 2006. 688 с.

49. О.В. Абрамов, В.О. Абрамов, M.С. Муллакаев, В.В. Артемьев. Анализ эффективности передачи ультразвуковых колебаний в нагрузку // Акустический журнал. 2009. Том 55. № 6. с 828-844.

50. Казанцев В.Ф.В кн. Физические основы ультразвуковой технологии. Наука.1970.с.9-70

51. Cross E..Ferroelectrics 1987. 76, p. 21.

52. Uchino K., Am. Ceramic Soc/ Bull., 1986, 65, No 4, p. 647.

53. Verhoeven J.D., Gibson E.D., McMaster O.D., Baker H.H., Metall. Trans., 1987, A 189, p.223.

54. Clark A.E., Verhoeven J.D., Gibson E.D., McMaster O.D., IEEE Trans. Mag., 1986, 22, p.973.

55. Меркулов Л.Г., Физика в СССР - Акустика, 1957, 3, с. 246.

56. Меркулов Л.Г., Харитонов А.В. Акустический ж.,1959, 5, с. 183.

57. Теумин И.И., УЗ колебательные системы, Машгиз, 1960, 323 с.

58. Теумин И.И., УЗ волноводно-излучающие системы, Машгиз.М., 1963, 43 с.

59. Neppiras E., Acustica, 1963, 13, s. 368.

60. Neppiras E., Ultrasonics International Conference Proceeding, 1977, p. 96

61. Казанцев В.Ф. Расчёт ультразвуковых преобразователей в технологических установках, Машиностроение. 1980. -57 с.

62. Китайгородский Ю.И., Инженерное проектирование УЗ колебательных систем, Машиностроение, М., 1982, 43 с.

63. McGraw-Hill, N.Y., 1984.

64. Макаров Л.О. Применение УЗ в промышленности, МДНТП, М., 1959 с. 112

65. Алексеев С.П., Казаков А.М.. Колотилов Н.Н., Измерения шумов и вибраций в машиностроении, М., Машиностроение, 1970, 203 с.

66. Herbert J. Ultrasonics, 1967, 3, p. 239 – 240.

67. Асташкин Ю.С., Абрамов О.В., В кн. Электрофизические и электрохимические методы обработки, НТО Машпром, 1972, 9. с. 13 –18.

Дата добавления: 2014-12-24