Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Обычный конвергентный ультразвуковой рупор производства Industrial Sonomechanics, LLC [1]
Двухполупериодный ультразвуковой рупор со штангой производства компании Industrial Sonomechanics, LLC [1]

Рупор (также известный как акустические , сонотрод , акустический волновод , ультразвуковой зонд ) представляет собой сужающийся металлический стержень обычно используется для увеличения амплитуды смещения колебаний при условии с помощью ультразвукового преобразователя , работающего на низкий конце спектра ультразвуковой частоты (обычно между 15 и 100 кГц). Устройство необходимо, потому что амплитуды, обеспечиваемые самими преобразователями, недостаточны для большинства практических применений мощного ультразвука . [2] Другой функцией ультразвукового рупора является эффективная передача акустической энергии от ультразвукового преобразователя.в обработанную среду [3], которая может быть твердой (например, при ультразвуковой сварке , ультразвуковой резке или ультразвуковой пайке ) или жидкой (например, при ультразвуковой гомогенизации , сонохимии , измельчении , эмульгировании , распылении или разрушении клеток ). [1] Ультразвуковая обработка жидкостей зависит от сильных сдвиговых сил и экстремальных местных условий (температуры до 5000 К и давления до 1000 атм), создаваемых акустической кавитацией . [2]

Описание [ править ]

Ультразвуковой рупор обычно представляет собой сплошной металлический стержень с круглым поперечным сечением и продольным сечением переменной формы - стержневой рупор. Другая группа включает блочный рупор, имеющий большое прямоугольное поперечное сечение и продольное сечение переменной формы, и более сложные составные рупоры. [4] Устройства этой группы используются с твердой обработанной средой. Длина устройства должна быть такой, чтобы возник механический резонанс на желаемой ультразвуковой частоте работы - одна или несколько полуволн ультразвука в материале рупора, с учетом зависимости скорости звука от поперечного сечения рупора. В обычном узле ультразвуковой рог жестко соединен с ультразвуковым преобразователем. с помощью шпильки с резьбой.

Ультразвуковые рупоры можно классифицировать по следующим основным признакам: 1) Форма продольного сечения - ступенчатая, экспоненциальная, коническая, катеноидная и т. Д. 2) Форма поперечного сечения - круглая, прямоугольная и т. Д. 3) Количество элементов с различными профиль продольного сечения - общий и составной. [3] [5] Составной ультразвуковой рупор имеет переходную секцию с определенной формой продольного поперечного сечения (нецилиндрическую), расположенную между цилиндрическими секциями.

Продольное сечение круглого композитного сходящегося полуволнового ультразвукового рупора, где L1, L3 - цилиндрические участки, L2 - катеноидальный переходный участок
Продольный разрез круглого полноволнового рожка Штанги, где L1, L3, L5 - цилиндрические участки, L2 - экспоненциальное переходное сечение, L4 - коническое переходное сечение
Рупор в ультразвуковой дрели 1955 года. Рупор, длинный сужающийся стальной стержень в центре, соединяет ультразвуковой преобразователь в корпусе вверху с инструментом, который прижимается к заготовке на рабочем столе внизу.

Часто ультразвуковой рупор имеет переходную секцию с продольным профилем поперечного сечения, которая сходится к выходному концу. Таким образом, к выходному концу амплитуда продольных колебаний рупора увеличивается, а площадь его поперечного сечения уменьшается. [6] Ультразвуковые рожки этого типа используются в основном в качестве частей различных ультразвуковых инструментов для ультразвуковой сварки , ультразвуковой пайки , резки, изготовления хирургических инструментов, обработки расплавленного металла и т. Д. Сходящиеся ультразвуковые рожки также обычно используются в лабораторных жидкостных процессорах, используемых для различные исследования процессов, включая сонохимические , эмульгирование , диспергирование и многие другие. [7]

В мощных промышленных ультразвуковых жидкостных процессорах [8], таких как коммерческие сонохимические реакторы, ультразвуковые гомогенизаторы и ультразвуковые системы измельчения, предназначенные для обработки больших объемов жидкостей при высоких ультразвуковых амплитудах (ультразвуковое перемешивание, производство наноэмульсий, диспергирование твердых частиц, ультразвуковое нанокристаллизация и т. д.), предпочтительным типом ультразвукового рупора является рог штанги. [7]Рупоры со штангой способны усиливать ультразвуковые амплитуды, сохраняя при этом большой выходной диаметр и излучающие площади. Таким образом, можно напрямую воспроизвести лабораторные исследования по оптимизации в коммерческой производственной среде, переключившись с конвергенции на рожки со штангой, сохраняя при этом высокие амплитуды ультразвука. При правильном масштабировании процессы производят те же воспроизводимые результаты на заводе, что и в лаборатории. [7]

Максимально достижимая амплитуда ультразвука зависит, прежде всего, от свойств материала, из которого изготовлен ультразвуковой рупор, а также от формы его продольного сечения. Обычно рожки изготавливаются из титановых сплавов , таких как Ti6Al4V, нержавеющей стали , такой как 440C, и, иногда, из алюминиевых сплавов или порошковых металлов. Наиболее распространенными и простыми в изготовлении формами переходного сечения являются конические и катеноидные .

Приложения [ править ]

Пластмассы [ править ]

Потребительские товары, автомобильные компоненты, медицинские приборы и большинство отраслей промышленности используют ультразвуковое оборудование. Металлические вставки могут быть закреплены в пластике, а разнородные материалы часто могут быть соединены с помощью надлежащей конструкции инструментов. Ультразвуковые рупоры бывают разных форм и конструкций, но все они должны быть настроены на определенную рабочую частоту; наиболее распространенными являются 15 кГц, 20 кГц и 40 кГц.

Ультразвуковая сварка использует высокочастотное вертикальное движение для получения тепла и потока термопластического материала на границе сопрягаемых деталей. Давление поддерживается после прекращения подачи энергии, чтобы обеспечить повторное затвердевание переплетенного пластика в месте соединения, скрепляя детали однородным или механическим соединением. Этот процесс предлагает экологически безопасные средства сборки в отличие от обычных клеев или механических креплений. [9]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Веб-сайт Industrial Sonomechanics, 2011 г.
  2. ^ a b Пешковский С.Л., Пешковский А.С. "Ударно-волновая модель акустической кавитации", Ультразвук. Сонохим., 2008. 15: с. 618–628.
  3. ^ a b Пешковский, С.Л., Пешковский, А.С., "Согласование преобразователя с водой при кавитации: принципы проектирования акустического рупора", Ultrason. Сонохим., 2007. 14: с. 314–322.
  4. ^ Сайт Sonic Power
  5. ^ Абрамов, О.В., "Ультразвук высокой интенсивности: теория и промышленное применение", 1999: CRC Press. 692.
  6. ^ "Конструкции и свойства ультразвукового рупора", веб-сайт Industrial Sonomechanics, 2011 г.
  7. ^ a b c "Ультразвуковая технология рожка штанги", веб-сайт Industrial Sonomechanics, 2011 г.
  8. ^ "Ультразвуковые жидкостные процессорные системы", веб-сайт Industrial Sonomechanics, 2011 г.
  9. ^ "Ультразвук", ToolTex.com, 2013

Дальнейшее чтение [ править ]

  • TJ Mason; Дж. Филлип Лоример (2002). Прикладная сонохимия: использование мощного ультразвука в химии и обработке . Wiley-VCH. ISBN 3-527-30205-0.
  • Ятиш Т. Шах; А.Б. Пандит; VS Moholkar (1999). Разработка кавитационных реакций . Springer. ISBN 0-306-46141-2.