Способ ультразвуковой деструкции веществ и устройство для его осуществления

)5 В 02 С 19/18 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1987. ики шая С: ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ"Пульверизатте 9". Каталог. ФРГАгранат Б.А, и др. Основы физи техники ультразвука. - М.: Высшкола, 1987, с. 294, 306.(54) СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕСТРУКЦИИВЕЩЕСТВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматизации ультразвуковой деструкции веществ, может быть применено в горнодобывающей и строительной отраслях 2 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,Ж 1 ил.. Изобретение относится к областиприменения ультразвука для измельчениятвердых веществ, эмульгирования, очистки поверхностей и т.п., 1 ель изобретения - повышение качества деструкции.Сущность способа заключается вследующем,Аппроксимируем разрушаемое вещест Ово (объект) сплошной сферой. Дпя разрушения такой сферы необходимо возбудить в ней продольно-поперечные колебания достаточной интенсивно"ти, Этоозначает, что нужно возбудить два колебания (продольное и поперечное) одииаковой частоты, которые при большихамплитудах 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 акустическийсигнал, модулированный, по амплитуде,со следующим соотношением частот:сиье2 я фЗО где г, - модуляционная частота;Й - частота заполнения;с - скорость уль гразвука в средераспространения,35При падении такого сигнала на объект необходимо возбудить два колебания с соответственным соотношением длин волн и равной частоты - поперечное 40с 1 й = -Л,где с - фазовая скорость псперечнойволны в веществе (сбъекте);- длина волны, соизмеримая сгеометрическими ра мерамиобъекта;и продольноеа. сф50фгде с - фазовая скорость продольной2волны в веществе- длина волны, соизмеримая сгеометрическими размерамичастиц, на которые необходи 55мо разрушить исходный объект,Поперечные волны имеют дипольнуюформу, а продольная вола - монопольную форму, Таким образом, результирующий волновой процесс представляетсобой одновременное быстрое - пульсирующее продольное колебание, которымуправляет медленное - осциллирующеепоперечное колебание,При падении на исходный объектрассмотренного двухчастотного акустического сигнала должны возбуждатьсячетыре упругие волны: две продольныес частотами 21 и Г 2 и две поперечныес частотами 1 и Г соответственно,Однако продольная волна частоты Г, невозбуждается, так как она имеет фазовую скорость большую, чем с, поэтомудлина ее волны больше, чем 1, . Поперечная волна с частотой 1 возбуждается, но энергетически эта волна слабая, так как она более высокого посрядка чем волна Г = - т.е. длина9Э Э Э7поперечной волны частоты Г соответственно меньше длины волны 32.Следовательно, перестраивая частоты й, и Е , можно настраиваться нанужные размеры объектов с целью возбуждения в них продольно-поперечныхволн равной частоты, а пи увеличениимощности возбуждающего сигнала возможно разрушение данных объектов.П р и и е р (измельчение известняка). Скорость звука в известнякеравна с =- 6, 13 10 см/с. Берут объектс геометрическим размером 10 см, тогда В,= 10 см, и разрушают его начастицы размером 1 Мкм, тогда 3=10см, По указанным выражениям получают 1.",60 кГц, а 2 "6 10 зГц,Излучаемая мощность при этом составляет величину порядка 10 кВт привоздействии в течение 30-40 мин.На чертеже представлена блоксхема устройства для ультразвуковойдеструкции 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, длительностьскважность и мощность сигнала по заданным исходным данным, емкость 7 с веществом 8 и блок 9 питания,си Г2 1 12 5159Устройство работает следующим образом,При включении питания модулятор 1вырабатывает колебания, модулирующиенезатухающие колебания задающего генератора 2 в определенном диапазонечастот. 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 6управления, который вырабатывает управляющие команды по регулировке частоты, излучаемой мощности на выходеусилителя 3 мощности, по скважностии длительности излучаемого сигнала позаданным исходным данным. Излучаемыеакустической системой 5 ультразвуковые колебания воздействуют на вещество 8, помещенное в емкость 7,Блок 6 управления содержит переключающие устройства, устанавливающиедлительность сигнала, излучаемую мощность, скважность и частоту, Управляет блоком оператор устройства. Воздействие на объект продолжается дообразования заданной структуры,При разрушении кристаллических игорных пород максимальная плотностьэнергии, при которой начинают возникать необратимые изменения структурывещества, составляет 10 эрг/см ине зависит от физико-механическихсвойств вещества.Определяют необходимую мощностьакустического излучения. Для достижения плотности энергии 10 эрг/смнеобходимая мощность составляет10 1 Вт. Создаваемое при этом давление при коэффициенте концентрацииК = 100 составляет 34,5 Па, что наодин-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 6экономичность за счет исключения твердых сплавов и уменьшения подводимыхмощностей - в известном обязательноепол чение кавита ии. У гФормула изобретения 1. Способ ультразвуковой деструкции веществ, включающий ультразвуковое облучение на двух разнесенных частотах, отличающийся тем, что, с целью повышения качества деструкций, облучение осуществляют 5 последовательно тонально-модулированными сигналами, причем частоты выбирают из соотношений сгде Г - модуляционная частота;- частота заполнения;с - скорость ультразвука в средераспространения;25 - длина волны, соизмеримая сгеометрическими размерамиобъекта;3 - длина волны, соизмеримая сгеометрическими размерами30 частиц, на которые необходимо разрушить исходный объект,с мощностью, обеспечивающей плотностьэнергии в веществе, равную 10 эрг/см,2, Устройство для ультразвуковойдеструкции 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 ка 40 фчестна деструкции оно снабжено модулятором, усилителем мощности и блокомуправления, причем первый выход блока управления соединен с первыми входами модулятора, задающего генераторанезатухающих колебаний и усилителямощности, второй выход блока управления подключен к первому входу коммутатора, блок питания подключен к вто.рым входам модулятора, задающего генератора незатухающих колебаний, усилителя мощности, коммутатора и к входу блока управлйния, выход модулятора соединен с трЕтьим входом задающегогенератора незатухающих колебаний,вы- .ход которого соединен с трет.,нм входом:усилителя мощности, а выход усилите.- ля мощности соединен с третьим входомкоммутатора,