Электромеханический преобразователь радиальных колебаний

Союз Советски кСоциалистическиеРеспублик ОЛИ(,:АНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕЕЕЛЬСТОУ ц 900869(Ы)М. Кл. В 06 В 1/08 ВсРарстацфц кеиитет СССР аа делам изобретеиий и открытий(54) ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАДИАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 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.5Известен элестромеханический преобразователь радиальных колебаний, у которого обмотка возбуждения уложена по всей поверхности пакета, набранного из кольцевых пластин, изготовленных из магнитострикционного материала .11. 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 излучавших поверхностях, что препятствует созданию непосредственного акустического контакта, например с волноводноиэлучаюшей системой. Наиболее блюким по технической сущности к предлагаемому является электромеханический преобразователь радиальных колебаний, содержащий пакет одноразмерных пластин, выполненных ю магнитострикциочного материала, у которого обмотка возбуждения проходит через цилиндрические отверстия, выполненные в теле кольцевых пластин и расположенные по окружности21Такое расположение обмотки возбуждения позволяет осуществить непосредственный акустическчй контакт преобразова теля с волноводноиэлучающей 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 мате. риальным точкам (внутри активной части преобразователя температура вьнне), что отрицательно сказывается на магнитост-.рикционных свойствах преобразователя, уменьшающихся с увеличением его температуры, Зто обусловлено тем, что из- вестный преобразователь в силу его конструкционных особенностей, охлаждается только по наружной поверхности.Цель изобретения - расширение диапазона резонансных частот при сохранении равномерности излучения, а также повышение эф;"ективности Охлаждения,аГнито 3 б ПРОВОД.Поставленная цель достигается тем, что в активной части каждой пластины выполнен, по крайней мере, один редиусный паз Глубиной 03. -08 шерины актив ной части пластины, разделяющий пластину на секторы с одинаковыми центральными глами равными 2 1 /а - 1 гредусОм, при этОм магнитопровод Выполнен в виде секций, смещенных одна атно- уе сительно другой по Окружности в одном направлении на угол, равный 2 1 1/ .аукГДЕ а РВДИУС ОКРУЖНОСТИ На КО тсрсй раСГаОЛОжЕНЫ цЕНтри цЛИНдраЕС КИХ ОТВЕОСТИЙаКОЛИЧЕСТВО ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ОТВяа напа В ПааГТИНЕа 1 - КОаЕСТВО рад Иус Ньра П аЗОВ 3 пластине: у Секцци магнитодфсвода вылопены Йинойравной 002:=,.",15 его высоты,Выполнение радиусного паза в акт".г ной "асти пластины обуславливае" ее аф - ление на секторы с одинаковыми центр ель ными углами но с различными средними радиусами, вследствие чего каждый из этих секторов имеет свою собственную резонансную частоту, а пластина и, сле=сЯ доваательно, весь преобразоватеь в це лом ц- диапазон розонансных частот. Б- полнение магнитопровода в виде секции Определенной толщины и последовательное смещение этих секций одна относительно43 другой по окружности преимущественно В ОДНОМ НаПРаваЕНИН, ПОЗВОЛЯЕТ СОХРанять р авно мер ность изус ения и обу сл ав" ливает образование В теле цреобразова-жля сквозного спиралевидного канала в сп"чае ВыпОлнения ОадиусцОГО паз а В теде пластины или ряда сегментообразеых полостей на его излучаощей но не рабочей поверхности, в случае выполнения радиуснотО паза на одном из излучающих торцов пчастиньь В результате этого поверхность преобразователя, омываемая охладителем, увеличивается и, следовавэльО, процесс его Охлаждения В прямой зависимости от которого находитсяэффект магнитострикции, интенсифицируется,На фиг. 1 показана кольцевая пластина с радиусным пазом в теле пластины;ца фиг. 2 - то же, на одном из ее излучающих торцов,Предлагаемый преобразователь набирают из магнитострикционных кольцевыхпластин 1, Выполненных с цилиндрическими отверстиями 2, расположенными поОкружности, и с радиусным пазом 3.,Выполнение радиусного паза 3 в активнойчасти каждой из Пластин Х обуславливает ее деление секторы 4 и 5 с различными средними радиусами, соответственно Я и Я . Б случае выполнения радиусного паза В теле пластины (фиг, .)в ее активной части образуется участок6, колебания которого при работе преобразователя не используются.Кольцевые пластины 1 предварительнособирают в секции толщиной, равнои 0,02.0,15 высоты пакета. Затем эти секциисобирают В общий пакет, последовательносмещая их по окружности преимущественно в одном направлении одна относительно другой на угол, равный углу междуентрами, по меньшей мере, двух рядомрасположенных цилиндрических отверстий2, т,ена Угол 271-/а-, градусов, Такаяпоследовательность набора кольцевыхчастин приводит к Образсванию в телепреобр зователя сквозного спиралевидного канала, если радиусный паз 3 выполнен в теле пластиныили и образоваию на его излучающей поверхности, неконтактирующей, например, с Волноводноизлучающей системой, ряда сегмецтообразных полостей в случае Выполнениярадиусцого паза 3 на излучающем торцеадастины. Гси толщина секции магнитопровода менее 0,02 его высоты, то заполнение дладителем сегментообразных полостей или сыозцого спиралевидного капала в силу возможности образования В них воздушных подушек с. ановится затруднительным. Выполнение секций толщиной более 015 высоты магнитопровода представляется нецелесообразным, поскольку Уже при толщине секций, раВной 01- 015 ого высоты, создеются условия, при которых воздушные Годушки в сквозном спиралевидном канале или в сегментообразных полостях не образуются.Гмещепие секций при их наборе в обалй пакет на угол мевше 2 1.а не900869 10 5целесообразно, 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 /Ч , 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 диусным пазом 3 и углом между двумя рядом расположенными цилиндрическими отверстиями 2. Если радиусный паэ 3выполнен на торце пластины 1 (фиг. 2),то за максимальный угол смещения секций пластин следует принять величину центрального угла сектора, в которомвыполняют этот паэ.Количество радиусных пазов 3, выполняемых в активной части кольцевых пла стин 1, определяется габаритными размерами преобразователя, а их геометрические размеры - необходимой величинойдиапазона резонансных частот. Причем в случае выполнения в активной части З 5 кольцевой пластины нескольких радиусных пазов, делящих ее на сектора, равных между собой по величине центрального угла, они могут иметь различные радиусы, длины и глубину. 40При 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. Ширинапаза 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 () из выражения 1. = И /И где Р - радиус паза, И - количество пазов в пластине. При такой длине радиусного паза 3 секторы 4 и 5 имеютодинаковые центральные углы,При выполнении радиусного паза 3на торце кольцевой пластины 1 (фиг. 2)его основополагающим размером является глубина, поскольку именно она н определяет величину диапазона резонансныхчастот преобразователя. Радиус этогопаза определяет величину центральных,углов секторов 4 и 5 и эффективностьохлаждения преобразователя.Радиусный паз выполнен глубиной,равной (0,1-0,8) Н, где Н - ширинаактивной части пластины. Глубина радиусного паза менее 0,1 Н не обеспечиваетпреобразователю диапазона резонансныхчастот, а его максимальная глубинаограничивается механической прочностьюпреобразователя на участке между егорабочей излучающей поверхностью и ради.усным пазом.При выполнении радиусного паза втеле пластины за его глубину принимаетсч расстояние между внешней (не ра,бочей )поверхностью преобразователя иповерхностью 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 сегментообраэные полости, вода охлаждает преобразователь,обеспечивая ему тем самым стабильность, магнитострикционных свойств в процессеего работыПри подключении обмотки возбужденияк источнику питания (не показан) в преобразователе возникают магнитные силовые линии, проходящие по окружностям,лежащим в плоскостях, перпендикулярныхего оси. Под влиянием магнитострикционных сил, развивающихся в теле преобразователя, длина его средней окружностипериодически изменяется, что и приводитк радиальным механическим колебаниямего излучающей поверхности. Но при этом,в силу деления кольцевой пластины 1 радиусным пазом 3 ча секторы 4 и 5 сразличными средними радиусами (БиЯ ) и со своей собственной резонанснойчастотой , иу каждого изних, каждая пластина и, следовательно,весь преобразователь в целом имеет диапазон резонансных частотПрй работе преобразователя в немустанавливается несколько различных, но,7 900869 близких резонансов. В случае работы на т постоянную нагрузку, например при обра- м ботке жидкости, преобразователь работа- н ет на какой-то одной частоте, например и на расчетной для данного преобрвзовате-в ля частоте. При работе на постоян- ч но изменяющуюся нагрузку, например при с волочениитруб на цепных станах, преоб- п разователь работает на резонансных час- р тотвх, отклоняющихся от расчетной, т,е. 10 т от , например в одну ( ф) и в м другую () стороны. 0Предлагаемый преобразователь при Р одинаковых габаритах имеет преимущест- н ва перед известными. Поверхность прь% 2 образователя, омываемая охладителем, значительно больше аналогичной поверхно сти известных преобразователей, в результате чего при его охлаждении достигается большая эффективность.я гУ 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- зб сти с 3 до 0,5%. Фор мула изобретения Электромеханический преобразователь радиальных колебаний, содержащий мвгнитопровод, выполненный в виде пакеа кольцевых одноразмерных пластин изагнитострикционного материала со сквозыми цилиндрическими отверстиями, рвсоложенными по окружности и обмоткуозбуждения, проходящую через цилиндриеские отверстия, о т л и ч а ю щ и й -я тем, что, с целью расширения диваэона резонансных частот при сохраненииавномерности излучения, в активной часи каждой пластины выполнен, по крайнейере, один радиусный паз глубиной 0,1,8 ширины активной части пластины,азделяющий пластину на секторы с одивковыми центральными углами, равными1 ф( и - И градусов, при этом магнитопровод выполнен в виде секций, смещенных одна относительно другой по окружности в одном направлении нв угол, равный 27и ,/л/де Р - радиус окружности, нв котоой расположены центры цилиндрическихтверстий;и - количество цилиндрических отерстий в пластине;Й - количество радиусных пазовв пластине.2. Преобразователь по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения, секциимагнитопровода выполнены толщиной, равной О.ОР. - О,15 его высоты.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США % 3246288,кл. 340-11, 1963,2. Ультразвук, Под ред. И. П. Голяминой. М., Советская энциклопедия, 1979,с. 198, рис 1 б (прототип),900869 фиг. ГСоставитель Н.,БурбеТехред И. Гайду актор Н Корректор А. Йзятко нов аказ 12238/3 Тираж 498 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4