Ультразвукового: Ультразвуковой неразрушающий контроль — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Содержание

Ультразвуковой неразрушающий контроль

Ультразвуковой метод контроля был предложен советским физиком С.Я. Соколовым в 1928 году и в настоящее время является одним из основных методов неразрушающего контроля. Методы ультразвуковой дефектоскопии позволяют производить контроль сварных соединений, сосудов и аппаратов высокого давления, трубопроводов, поковок, листового проката и другой продукции. Ультразвуковой контроль является обязательной процедурой при изготовлении и эксплуатации многих ответственных изделий, таких как части авиационных двигателей, трубопроводы атомных реакторов или железнодорожные рельсы.

По сравнению с другими методами неразрушающего контроля ультразвуковой метод обладает важными преимуществами:

высокая чувствительность к наиболее опасным дефектам типа трещин и непроваров
низкая стоимость
безопасность для человека (в отличие от рентгеновской дефектоскопии)
возможностью вести контроль непосредственно на рабочих местах без нарушения технологического процесса

при проведении УЗК исследуемый объект не повреждается
возможность проводить контроль изделий из разнообразных материалов, как металлов, так и неметаллов.

К недостаткам ультразвукового метода контроля можно отнести невозможность оценки реального размера и характера дефекта, трудности при контроле металлов с крупнозернистой структурой из-за большого рассеяния и сильного затухания ультразвука, а также повышенные требования к состоянию поверхности контроля по шероховатости и волнистости. Согласно РД 03-606-03 максимально допустимая шероховатость при ультразвуковом контроле составляет Ra 6,3 / Rz 40

Наша лаборатория оказывает услуги по ультразвуковому контролю (УЗК) различных объектов. Лаборатория укомплектована оборудованием для ультразвуковой дефектоскопии, измерения толщины и твердости. Все допущенные к работам специалисты аттестованы на II уровень согласно ПБ 03-440-02. По результатам измерений выдается заключение установленного образца. Мы работаем с юридическими и физическими лицами. Проведение ультразвукового контроля возможно как лабораторно, так и с выездом.

Сущность ультразвукового метода неразрушающего контроля (видео ИКБ Градиент)

Многообразие задач, возникающих при необходимости проведения неразрушающего контроля различных изделий, привело к разработке и использованию ряда различных акустических методов контроля. Согласно ГОСТ 23829-85 акустические методы контроля делятся на 2 большие группы: использующие излучение и приём акустических колебаний и волн (активные методы) и основанные только на приёме колебаний и волн (пассивные методы).

Методы	Описание
Методы прохождения	выявляют глубинные дефекты типа нарушения сплошности, расслоения.
Методы отражения	выявляют дефекты типа нарушения сплошности, определяет их координаты, размеры, ориентацию путём прозвучивания изделия и приёма отраженного от дефекта эхо-сигнала.
Импедансный метод	предназначен для контроля клеевых, сварных и паяных соединений, имеющих тонкую обшивку, приклеенную или припаянную к элементам жёсткости.
Методы свободных колебаний	применяются для обнаружения глубинных дефектов.
Методы вынужденных колебаний (резонансные)	применяются в основном для измерения толщины изделия и для обнаружения зоны коррозионного поражения, расслоений в тонких местах из металлов.
Акустико-эмиссионный метод	обнаруживает и регистрирует только развивающиеся трещины или способные к развитию под действием механической нагрузки (квалифицирует дефекты по степени их опасности во время эксплуатации).

Наиболее широкое распространение в практике ультразвуковой дефектоскопии нашли методы прохождения и отражения (импульсные методы), реже применяют другие методы: резонансный, импедансный и метод акустической эмиссии.

Импульсные методы (прохождения и отражения)

Среди многочисленных методов прохождения и отражения на сегодняшний день наибольшее применение в дефектоскопии нашли: теневой, зеркально-теневой, и эхо-метод. Эхо-метод, в отличии от других, применим при одностороннем доступе к исследуемому объекту, и при этом позволяет определить размеры дефекта, его координаты и характер. В общем случае, суть перечисленных методов заключается в излучении в изделие и последующем принятии отраженных ультразвуковых колебаний с помощью специального оборудования — ультразвукового дефектоскопа и пьезоэлектрического преобразователя (ПЭП) и дальнейшем анализе полученных данных с целью определения наличия дефектов, а также их эквивалентного размера, формы, вида, глубины залегания и пр. Чувствительность ультразвукового контроля определяется минимальными размерами выявляемых дефектов или эталонных отражателей, выполненных в настроечном образце (ранее СОП). В качестве эталонных отражателей обычно используют плоскодонные сверления, ориентированные перпендикулярно направлению прозвучивания, а также боковые сверления или зарубки.

Самой массовой областью применения ультразвуковой дефектоскопии являются сварные соединения. Основным документом в России по ультразвуковому контролю сварных швов является ГОСТ Р 55724-2013 «Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Методы ультразвуковые» (pdf), в котором рассмотрены в полном объёме методы контроля стыковых, тавровых, нахлесточных и угловых сварных швов, выполненных различными способами сварки. Также в нём подробно описаны меры (калибровочные образцы) СО-2, СО-3 и СО-3Р, V-1, V-2 и настроечные образцы, а также параметры для их изготовления. Проведение ультразвукового контроля сварных соединений и наплавок оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок регламентируется документом ПНАЭ Г-7-030-91 «Унифицированные методики контроля основных материалов (полуфабрикатов), сварных соединений и наплавки оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. Ультразвуковой контроль» (pdf)

В зависимости от области использования, различают ультразвуковые дефектоскопы общего и специального назначения. Дефектоскопы общего назначения могут использоваться для контроля самой разнообразной продукции, а специализированные дефектоскопы созданы для решения узкоцелевых задач. К наиболее популярным моделям ультразвуковых дефектоскопов общего назначения относятся:

Ультразвуковая толщинометрия (резонансный и импульсный метод)

Как правило, ультразвуковой метод толщинометрии применяют в случаях недоступности или труднодоступности объекта для измерения его толщины механическим измерительным инструментом. Ультразвуковая толщинометрия — неотъемлемая процедура при определении толщины стенок труб, котлов, сосудов, то есть объектов замкнутого типа или с односторонним доступом, а также объектов судостроительного и судоремонтного производства. Современные ультразвуковые толщиномеры позволяют измерять толщины от 1 до 50 мм с точностью ±0,001 мм. По физическим принципам, используемым для измерения толщины, акустические толщиномеры делят на резонансные и эхо-импульсные.

Резонансный метод контроля основан на возбуждении и анализе резонансных колебаний в исследуемом объеме изделия, при этом исследование проводится при доступности одной стороны изделия, а погрешность метода составляет менее 1%. Резонансным методом измеряют толщину стенок металлических и некоторых неметаллических изделий (керамика, стекло, фарфор). Кроме того, при помощи резонансной дефектоскопии можно выявлять зоны коррозионного поражения, зоны непроклея и непропоя листовых соединений, зоны расслоения в биметаллах, тонких листах. Резонансные методы вынужденных колебаний в настоящее время не имеют широкого применения, так как задачи дефектоскопии и толщинометрии более точно решают импульсные ультразвуковые методы.

Принцип ультразвуковой импульсной толщинометрии основан на измерении времени прохождения ультразвукового импульса в изделии или в слое и умножении измеренного времени на коэффициент, учитывающий скорость звука в материале изделия. Основные нормативные документы по проведению ультразвуковой толщинометрии:

ГОСТ Р 55614-2013 «Контроль неразрушающий. Толщиномеры ультразвуковые. Общие технические требования».
ГОСТ Р ИСО 16809-2015 «Контроль неразрушающий. Контроль ультразвуковой. Измерение толщины».

К наиболее популярным моделям ультразвуковых толщиномеров можно отнести:

Импедансные дефектоскопы и твердомеры (импедансный метод)

Импедансный метод разработан советским ученым Ю.В. Ланге в 1958 году. Он основан на использовании зависимости полного механического сопротивления (импеданса) контролируемого изделия от качества соединения отдельных его элементов между собой. Этим методом можно выявлять дефекты в клеевых, паяных и других соединениях, между тонкой обшивкой и элементами жёсткости или заполнителями в многослойных конструкциях. Импедансные дефектоскопы широко используются в авиастроении, автомобильной и космической промышленности. Они способны обнаружить непроклеенные участки, расслоения, нарушения целостности и пустоты в различном оборудовании, приборах, конструкциях. Кроме того, метод ультразвукового контактного импеданса широко применяется для измерения твёрдости изделий из металлов и сплавов, таких как сосуды давления различного назначения (реакторы, парогенераторы, коллекторы, котельные барабаны) роторы турбин и генераторов, трубопроводы, детали различных транспортных средств, промышленные полуфабрикаты (отливки, поковки, листы) и т.

д. Метод контактного импеданса основан на измерении режима колебаний преобразователя, соприкасающегося с объектом. По амплитудам и резонансным частотам такого преобразователя (часто имеющего вид стержня) судят о твердости материала изделия, податливости (упругому импедансу) его поверхности.

К наиболее популярным моделям ультразвуковых твердомеров можно отнести:

Средства для проведения ультразвукового контроля

Следующим важнейшим инструментом для проведения ультразвукового контроля являются пьезоэлектрические преобразователи (ПЭП), которые выступают в качестве излучателя и приемника ультразвукового импульса, обрабатываемого дефектоскопом или толщиномером. Принцип действия пьезоэлектрических преобразователей основан на использовании прямого или обратного пьезоэлектрических эффектов. Прямой пьезоэффект представляет собой способность некоторых материалов образовывать электрические заряды на поверхности при приложении механической нагрузки, обратный пьезоэффект заключается в изменении механического напряжения или геометрических размеров образца материала под воздействием электрического поля. В качестве пьезоэлектрических материалов обычно используют естественный материал кварц, турмалин, а также искусственно поляризованную керамику на основе титаната бария (ВаТiO3), титаната свинца (PbTiO3) и цирконата свинца (PbZrO3)

Основные требования к ультразвуковым преобразователям указаны в:

ГОСТ Р 55725-2013 «Преобразователи ультразвуковые пьезоэлектрические. Общие технические требования» (pdf)
ГОСТ Р 55808-2013 «Преобразователи ультразвуковые. Методы испытаний» (pdf)

Подробнее о ультразвуковых преобразователях, их классификации, маркировке и применении можно посмотреть здесь.

Для обеспечения хорошего контакта между ультразвуковым преобразователем и контролируемой поверхностью, а также для предотвращения образования воздушного зазора, создающего помехи звуковому импульсу, необходимо использовать различные контактные жидкости или гели. Контактная жидкость должна иметь специальный химический состав, соответствующий диапазону температур той или иной контролируемой поверхности и ее структуре. Так, для контроля арматурных стержней и неровных поверхностей необходимо использовать контактный гель высокой степени вязкости, при контроле нагревающихся поверхностей рекомендуется применять контактные гели на водной основе, а при очень низких температурах (до -60ºC) в качестве контактной жидкости можно использовать пропиленгликоль. Также стоит отметить, что в некоторых случаях (в частности, при контроле оборудования, используемого в ядерной промышленности) требуются контактные среды с ограниченным галогенным и серным составом. Подробнее о контактных жидкостях для ультразвукового контроля можно посмотреть здесь.

Одним из важных факторов качественного ультразвукового контроля изделий является обеспечение достоверности и единообразия при проведении контроля, особенно при диагностике объектов повышенной опасности. Метрологическое обеспечение оборудования подразумевает обязательную проверку работоспособности аппаратуры перед проведением ультразвукового контроля с использованием специальных образцов. Существует два вида образцов: меры (калибровочные образцы) и настроечные образцы (ранее стандартные образцы предприятия СОП).

Комплект калибровочных образцов необходим для проверки основных параметров аппаратуры (разрешающей способности, мертвой зоны, угла ввода, стрелы ПЭП), а по контрольным образцам предприятия СОП осуществляют настройку глубиномера дефектоскопа и определение уровней чувствительности для проведения контроля конкретного изделия по определенному НД. К используемым калибровочным образцам (мерам) относятся:

Контрольные образцы предприятия (СОП) предназначены для настройки глубиномера и чувствительности при проведении ультразвукового контроля конкретного изделия. Наиболее распространенными типами применяемых отражателей при контроле сварных соединений являются: плоскодонные отражатели, «зарубки» и сегменты. Подробнее о назначении, типах и области применения контрольных образцов можно посмотреть здесь.

Помимо технических требований, предъявляемых к процессу ультразвукового контроля, существует и установленный порядок организации работ. Так лаборатории, выполняющие ультразвуковой контроль должны быть аттестованы в соответствии с

СДАНК-01-2020 «Правила аттестации и основные требования к лабораториям неразрушающего контроля»

Необходимость аттестации лабораторий НК регламентирована Письмом Госгортехнадзора России № 02-35/213 от 27 июня 2001 г. (pdf) в соответствии с которым, для проведения контроля оборудования, материалов и сварных соединений неразрушающими методами (в том числе и для сторонних организаций) организациям необходимо иметь лаборатории неразрушающего контроля, аттестованные в соответствии с вышеуказанным документом. По результатам аттестации лаборатории выдаётся свидетельство об аттестации в соответствующей области. Подробнее о порядке проведения аттестации, перечне необходимых документов и оборудования можно посмотреть здесь.

В зависимости от сферы деятельности, специалисты, проводящие ультразвуковой контроль должны быть аттестованы в соответствии с:

ПБ 03-440-02 «Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля»
ПНАЭ Г-7-010-89 «Федеральные нормы и правила в области использования атомной энергии»

Аттестацию специалистов в целях подтверждения их уровня теоретической и практической подготовки, необходимого для выполнения работ по конкретному методу контроля проводят независимые органы по аттестации персонала в сфере неразрушающего контроля (НОАП). НТЦ «Эксперт» является экзаменационным центром Независимого органа по аттестации персонала АЦ «НИКИМТ» АО «НИКИМТ-Атомстрой». При подготовке к аттестации специалистами могут быть использованы следующие учебные материалы:

Подробнее о порядке проведения аттестации персонала, перечне необходимых документов и стоимости аттестации можно посмотреть здесь.

Кроме того, в соответствии с требованиями ПНАЭ Г-7-010-89 и СДАНК-01-2020 для проведения ультразвукового контроля конкретного объекта должны быть разработаны технологические карты, содержащие перечень используемого оборудования, последовательность, параметры и схемы проведения контроля, оценку качества объекта с указанием информативных признаков выявляемых дефектов. Для объектов атомной энергетики технологические карты должны быть согласованы в Головных материаловедческих организациях (ГМО)

Подробнее о разработке и согласовании технологических карт, а также примеры технологических карт на различные методы неразрушающего контроля можно посмотреть здесь.

Купить оборудование и заказать услуги по ультразвуковому контролю можно в следующих городах: Москва, Санкт-Петербург, Екатеринбург, Саратов, Амурск, Ангарск, Архангельск, Астрахань, Барнаул, Белгород, Бийск, Брянск, Воронеж, Великий Новгород, Владивосток, Владикавказ, Владимир, Волгоград, Волгодонск, Вологда, Иваново, Ижевск, Йошкар-Ола, Казань, Калининград, Калуга, Кемерово, Киров, Кострома, Краснодар, Красноярск, Курск, Липецк, Магадан, Магнитогорск, Мурманск, Муром, Набережные Челны, Нальчик, Новокузнецк, Нарьян-Мар, Новороссийск, Новосибирск, Нефтекамск, Нефтеюганск, Новочеркасск, Нижнекамск, Норильск, Нижний Новгород, Обнинск, Омск, Орёл, Оренбург, Оха, Пенза, Пермь, Петрозаводск, Петропавловск-Камчатский, Псков, Ржев, Ростов, Рязань, Самара, Саранск, Смоленск, Сочи, Сыктывкар, Таганрог, Тамбов, Тверь, Тобольск, Тольятти, Томск, Тула, Тюмень, Ульяновск, Уфа, Ханты-Мансийск, Чебоксары, Челябинск, Череповец, Элиста, Ярославль и других городах, кроме того, в Республике Крым. А так же Республики Казахстан, Белоруссия и другие страны СНГ.

ПРИНЦИП РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ (АКУСТИЧЕСКИХ) РЕАКТОРОВ — НТЦ Техносоник

Введение

Представленный материал предназначен преимущественно для персонала организаций, в которых используются ультразвуковые установки для кавитационной обработке жидких сред в ультразвуковых реакторах.

В первой части работы на основании теоретических и экспериментальных исследований делается важный для практики вывод о том, что прокачку рабочей жидкости через ультразвуковой реактор надо производить как можно с большим избыточным давлением и в некоторых случаях и при повышенных температурах.

Во второй части подробно рассмотрены конструкции ультразвуковых (акустических) реакторов, созданных компанией ООО «ТНЦ Техносоник».

В третьей части работы изложены результаты по практическому использованию, созданных ультразвуковых (акустических) реакторов.

Принцип работы ультразвукового реактора.

Влияние статического давления

Рис. 1 Ультразвуковой узел реактора;
1- преобразователь
2 — концентратор
3 — излучатель
4 — опора

Работа ультразвукового реактора основана на возбуждении ультразвуковой кавитации в тонком слое, прокачиваемой через реактор обрабатываемой жидкости. Ультразвуковой узел реактора показан на pис. 1

От ультразвукового генератора напряжение ультразвуковой частоты поступает на ультразвуковой преобразователь (поз. 1), который преобразует высокочастотное напряжение в механические колебания ультразвуковой частоты.

Эти колебания передаются в излучатель, который содержит концентратор (поз. 2), посредством которого высокочастотные колебания усиливаются и на выходе излучателя (поз. 3) они могут составлять до 100 микрон и более.

Преобразователь с излучателем крепится к корпусу реактора (на рисунке не показан) посредством опоры (поз. 4).

При колебаниях излучателя с ультразвуковой частотой в обрабатываемой в реакторе жидкой среде возникают чередования сжатий и растяжений, которые создают добавочное изменение давления в ней относительно постоянного статического давления в этой среде.

Эти колебания давления в жидкой среде определяются звуковым давлением, создаваемом излучателем.

В результате в жидкой среде наблюдается тесно связанный со звуковым давлением эффект, называемый ультразвуковой кавитацией, под которой понимают образование в жидкой среде парогазовых (кавитационных) полостей в фазе отрицательного звукового давления акустических колебаний ультразвуковой частоты с последующим их захлопыванием в фазе положительного звукового давления с образованием ударных волн.

Образование кавитационной полости и эффекты, связанные с ее захлопыванием зависят от ряда параметров.

Это акустические параметры (звуковое давление и частота), термодинамические параметры (внешнее давление и температура) и параметры жидкости (плотность, вязкость, поверхностное натяжение, давление насыщенного пара жидкости и растворимость в ней газа).

Процесс развития одиночной кавитационной полости проходит через три стадии.

На первой стадии происходит расширение кавитационной полости из начального парогазового зародыша (всегда находящихся в жидкости в большом количестве), обусловленное понижением давления (фаза растяжения) в жидкости при воздействии отрицательной фазы звукового давления.

Этот процесс определяется разностью значений переменного звукового давления Р_зв(t) и постоянного статического давления Р_ст.

На второй стадии происходит процесс захлопывания образовавшейся кавитационной полости при воздействии положительной фазы звукового давления (фаза сжатия). Этот процесс определяется суммой значений переменного звукового давления и постоянного статического давления.

В результате процесс захлопывания кавитационной полости происходит очень быстро со скоростью движения стенки полости примерно 250 м/сек. При этом парогазовая смесь, всегда находящаяся внутри полости, сжимается при нормальных условиях до давления 3000 атм., а температура внутри кавитационной полости достигает значения 6000 град. Кельвина.

На третьей стадии начинается процесс вторичного расширения кавитационной полости за счет того, что парогазовая смесь, сжатая до нескольких тысяч атмосфер заставляет кавитационную полость стремительно расширяться со скоростью 250 м/сек. Эту стадию можно отождествить с точечным взрывом. На этой стадии влияние переменного звукового давления и постоянного статического давления можно не учитывать, так как указанные давления практически не влияют на процесс вторичного расширения кавитационной полости.

Рис. 2 Три стадии развития кавитационной полости

Все три стадии развития кавитационной полости показаны схематично на рис. 2 .

С энергетической точки зрения развитие кавитационной полости можно представить следующим образом.

На первой стадии энергия ультразвукового поля переходит в потенциальную энергию жидкости в которой образуется полость с размером R_макс.

На второй стадии этого процесса потенциальная энергия жидкости и энергия внешних сил, приложенных к полости Р_зв(t)+Р_ст , переходит в кинетическую энергию, движущихся с большой скоростью к центру полости, близлежащих слоев жидкости. На последнем этапе второй стадии кинетическая энергия жидкости, переходит в потенциальную энергию парогазовой смеси, находящейся в кавитационной полости, при этом потенциальная энергия парогазовой смеси достигает максимальной величины при достижении кавитационной полостью значения R_мин.

На третьей стадии при вторичном расширении кавитационной полости энергия сжатого газа и пара отдается обратно в жидкость.

Мы не зря так подробно рассмотрели процесс развития кавитационной полости, так как рассмотренные выше три ее стадии позволят сделать нам практические выводы по повышению эффективности работы ультразвукового реактора. При дальнейших рассуждениях мы будем исходить из того, что эффективность технологических процессов в ультразвуковом реакторе обусловлена в основном вышеуказанным максимальным давлением и температурой пара и газа в кавитационной полости на конечной стадии ее захлопывания.

Итак, как видно из рассмотрения движения кавитационной полости на второй стадии ее развития повышение статического давления в жидкости приводит к увеличению давления действующую на кавитационную полость в стадии ее захлопывания. В результате возрастает как скорость, так и ускорение движения стенки полости и как результат увеличивается максимальное давление парогазовой смеси в полости при минимальном ее объеме.

Таким образом получается, что если только рассматривать вторую стадию развития кавитационной полости, то чем выше статическое давление, тем это лучше для повышения кавитационного воздействия. Однако если обратиться к рассмотрению первой стадии развития полости то получается, что тем выше статическое давление, тем меньше разность значений переменного звукового давления и постоянного статического давления. А при статическом давлении равном звуковому упомянутая разность давлений вообще равна нулю и парогазовый кавитационный зародыш расширяться не будет, и явление кавитации будет отсутствовать.

В результате имеем, что повышение статического давления как полезно (вторая стадия), так и вредно (первая стадия). И как это всегда бывает истина лежит где-то посередине. Проведенными исследованиями было установлено, что существует некоторое критическое значение статического давления, ниже которого с повышением статического давления эффективность кавитации растет, а выше которого падает. Это критическое значение достигается тогда, когда величина статического давления достигнет значения 40% от величины амплитуды звукового давления.

Как установить оптимальное статическое давление для ультразвукового реактора

Из предыдущего раздела ясно, что при повышенном статическом давлении эффективность работы ультразвукового реактора возрастает. В связи с этим возникает практический вопрос, как рассчитать оптимальную величину статического давления равную 40% от величины амплитуды звукового давления.

Величина амплитуды звукового давления в жидкости прямо пропорционально амплитуде колебаний торца излучателя и легко поддается расчету по формулам элементарной физики.

где
Р_зв - амплитуда звукового давления;
ρ - плотность жидкости ;
C - скорость звука в жидкости;
ω - циклическая частота колебаний;
A - амплитуда колебаний излучателя.

Для воды при частоте колебаний излучателя 20 кГц величина звукового давления при измерении амплитуды колебаний излучателя в микронах (мкм) равна

а оптимальная величина статического давления, при которой кавитационное воздействие максимально будет составлять

Для жидкостей с иным по сравнению с водой акустическим сопротивлением (ρC) оптимальная величина статического давления будет равна

P_ст= 0.72A(ρ₂С₂/ρ₁С₁) атм (4)

где ρ₁С₁ — акустическое сопротивление для воды.

Анализ последнего выражения показывает, что при использовании рабочей жидкости с акустическим сопротивлением ρ₂С₂ > ρ₁С₁например, для смеси воды с глицерином максимум кавитационного воздействия будет иметь место при более высоких значениях статического давления. С другой стороны, при использовании в качестве рабочей жидкости органических растворителей, у большинства которых ρ₂С₂ < ρ₁С₁оптимальная величина статического давления будет меньше соответствующего значения для воды.

При использовании рабочей частоты отличной от 20 кГц значения P_ст, полученные из уравнений (3) и (4), надо умножить на коэффициент

где f - применяемая рабочая частота в кГц.

Однако все это справедливо, если расчет оптимального статического давления производить с учетом формул (2), (3) и (4). При использовании формулы (1) величина оптимального статического давления всегда для всех рабочих сред и применяемых частот ультразвуковых колебаний равна P_ст= 0,4 P_зв.

Таким образом, увеличивая одновременно статическое и звуковое давление (амплитуду колебаний излучателя) при оптимальном значении, когда величина статического давления равна 40% от величины амплитуды звукового давления, представляется возможным многократно увеличивать интенсивность ультразвуковой кавитации.

Верхний предел по интенсивности ограничивается лишь уровнем звукового давления, который может быть достигнут при использовании современных источников акустической энергии.

Так при амплитуде колебаний излучателя 7 мкм наибольшее кавитационное воздействие соответствует статическому давлению 5 бар, что превышает уровень кавитационного воздействия при нормальном давлении в 20 раз, а при амплитуде 30 мкм и статическом давлении в 15 бар уровень кавитационного воздействия возрастает по сравнению с нормальными условиями более чем в 300 раз.

Но все изложенное выше получено при проведении научных исследований на специальной аппаратуре в лабораторных условиях, а как полученные результаты применить при использовании ультразвукового реактора в промышленных условиях.

Конечно не представляет трудностей получить в ультразвуковом реакторе амплитуду колебаний излучателя в 30 мкм и даже более. Например, при использовании конструкции излучателя, изображенного на рис. 3, можно получить амплитуду 40…120 мкм при частоте 18 кГц. Зону кавитации, создаваемого таким излучателем, можно увидеть, если подвести курсор к этому же рисунку.

На видеоролике ниже показано изменение области ультразвуковой кавитации при амплитудах ультразвукового излучателя 25, 50, 75 и 100 микрон.

Ультразвуковая кавитация при амплитудах излучателя 25, 50, 75 и 100 микрон

Однако следует отметить, что при использовании в ультразвуковом реакторе высокоамплитудного излучателя , давление в 15 бар и выше, необходимое для повышения кавитационного воздействия в 300 и более раз, получить не всегда реально.

Все дело в том, что статическое давление в потоке жидкости прокачиваемой через ультразвуковой реактор определяется величиной давления на выходе из насоса. В большинстве ультразвуковых реакторов применяются общепромышленные насосы с давлением на выходе не более 5 бар. Конечно давление 5 бар меньше оптимального значения , при котором достигается максимальная эффективность кавитационного воздействия, например, при амплитуде колебаний излучателя в 30 мкм, но и при избыточном (статическом) давлении в 5 бар в рабочей среде, прокачиваемой через ультразвуковой реактор интенсивность ультразвуковой кавитации можно увеличить в разы по сравнению с нормальными условиями, что вполне достаточно для инженерной практики.

На основании вышеизложенного можно сделать практически важный вывод, что чем выше избыточное давление в прокачиваемой через ультразвуковой реактор рабочей среде, тем выше кавитационное воздействие в реакторе на эту среду и тем самым больше эффективность технологических процессов.

Конечно строго говоря, справедливость вышеизложенного соблюдается только до тех пор, пока величина избыточного давления не превысит некоторого вышеупомянутого критического значения. Но в современных ультразвуковых реакторах с высокоамплитудными излучателями это условие по критическому статическому давлению в рабочей жидкой среде выполняется всегда и его можно не принимать во внимание на практике.

Влияние температуры и частоты колебаний на работу ультразвукового реактора.

В результате проведенных исследований было показано, что максимум кавитационного воздействия при повышенных давлениях сдвигается в сторону высоких температур. Так максимум кавитационного воздействия при 5 атм статического давления следует ожидать при температурах (для водной среды) 85-95 град. Цельсия.

При этом общеизвестно, что при температурах, равных температуре кипения, акустическая кавитация в жидкости не наблюдается, так как в этом случае давление парогазовой смеси в полости будет равно внешнему давлению. Но при повышенных статических давлениях температура кипения сдвигается в сторону более высоких температур. Так для давления 5 атм температура кипения воды составляет 151ºС.

Если принять во внимание, что при нормальных условиях оптимум кавитационной обработки достигается, как это установлено экспериментально, при температурах близких к 65% от температуры кипения жидкой среды, и применить это положение к кавитационной обработке в ультразвуковом реакторе, то получится, что при статическом давлении равном 5 атм, оптимальная кавитационная обработка достигается при температурах близких к 98ºС, а при статическом давлении 2.5 атм оптимальная температура близка к 80ºС. То есть, таким образом, косвенно подтверждается вышеуказанное теоретическое положение о сдвиге при повышенном статическом давлении максимума кавитационной обработки в сторону более высоких температур.

Но это все в теории. А как надо поступать на практике.

А на практике это означает, что при обработке водных рабочих растворов в ультразвуковом реакторе в том случае, если величина избыточного давления в прокачиваемой жидкости составляет несколько атмосфер, можно отказаться от применения водяной рубашки охлаждения. Однако в разных ультразвуковых реакторах условия образования кавитации разные, вследствие разных значений звукового давления (амплитуд колебаний излучателя), и поэтому прежде, чем использовать вышеуказанное теоретическое положение в инженерной практике, надо все тщательно проверить применительно к конкретному ультразвуковому реактору.

А смысл в этой проверке все таки-есть, так как при использовании вышеуказанных повышенных температур при одновременном повышенном давлении в рабочей среде при ее прокачивании через реактор, можно еще в несколько раз увеличить эффективность ультразвуковой обработки в реакторе.

Необходимо при всем вышеизложенном учитывать и частоту ультразвуковых колебаний в акустическом реакторе. Всегда надо иметь в виду, что частота ультразвуковых колебаний в значительной мере влияет на эффективность технологического процесса. С увеличением частоты колебаний излучателя количество кавитационных полостей увеличивается, что увеличивает производительность таких процессов, как например, эмульгирование. Но с другой стороны интенсивность ударных волн при захлопывании кавитационных полостей при увеличении частоты уменьшается, что также надо принимать во внимание.

Устройство ультразвукового реактора

Ультразвуковой (акустический) реактор это устройство, содержащее цилиндрическую рабочую камеру, в которой расположен излучатель удлиненной формы, механически связанный с пьезоэлектрическим или магнитострикционным преобразователем, соединенным посредством кабеля с генератором высокочастотного напряжения ультразвуковой частоты, при этом рабочая камера имеет входной и выходной патрубки для проточной кавитационной обработки перемещаемой через рабочую камеру жидкой среды.

На рис. 4 схематично изображено устройство ультразвукового (акустического) реактора.

: рис.4

: рис 4(2)

По кабелю (1) от ультразвукового генератора (на рис. не показан) высокочастотное напряжение ультразвуковой частоты поступает на пьезоэлектрический преобразователь (2) от которого механические колебания передаются титановому излучателю удлиненной формы (3), который размещен внутри цилиндрической рабочей камеры (4).

Рабочая камера имеет входной патрубок (5) и выходной патрубок (6), расположенный выше входного патрубка.

Для получения оптимальных результатов кавитационной обработки желательно, чтобы расположение входного патрубка относительно нижнего конца излучателя (3) составляло 2-3 см., а диаметр торца излучателя составлял от 5 до 15 см. При этом зазор между излучателем и внутренней стенкой рабочей камеры должен быть не более 1-2 см.

По существу оптимальная кавитационная обработка жидкой среды происходит в объеме между торцом излучателя и дном рабочей камеры. При этом, чем меньше этот объем, тем выше плотность вводимой в жидкую среду ультразвуковой энергии. Поскольку этот объем определяется расположением входного патрубка относительно излучателя то этим и объясняется величина 2-3 см., указанная выше.

: Рис. 6 Реактор и излучатель с развитой поверхностью

: Рис. 5 Излучатель с развитой поверхностью

Наиболее широкое применение получили рабочие камеры емкостью от 15 до 35 литров.

Для увеличения объема кавитационной обработки в ультразвуковом реакторе применяют излучатели с развитой поверхностью излучения. Для этого излучатель выполняют в форме нескольких последовательно соединенных между собой ступенчато-радиальных концентраторов.

Излучение ультразвуковых колебаний в жидкость в таких излучателях осуществляется с поверхности излучателя в областях перехода между его цилиндрическими участками разного диаметра. Такая форма рабочего инструмента позволяет в несколько раз увеличить площадь излучения.

На рис. 5 показан типичный образец такого излучателя. Размеры этого излучателя в длину обычно составляют от 500 до 1100 мм, а в диаметре 50-55 мм. Оптимальная рабочая частота для подобных излучателей 18-25 кГц.

Распределение областей ультразвуковой кавитации при использовании излучателей с развитой поверхностью показано на рис. 6.

Ниже видеофрагмент работы излучателя.

Конструкции некоторых других излучателей, применяемыми в ультразвуковых реакторах, можно увидеть на рис. 4, если к нему подвести курсор. Обычно торцевой диаметр излучающей поверхности этих излучателей не превышает 75 мм.

Следует обратить внимание, что излучатели с развитой поверхностью (рис.5) имеют максимальную амплитуду ультразвуковых колебаний не более 20 мкм. Этого недостаточно в ряде случаев, когда необходима не только большая область кавитации, но также и высокая плотность ультразвуковой энергии в ней.

Для создания достаточно больших кавитационных зон с большой плотностью ультразвуковой энергии применяют высокоамплитудные излучатели тарельчатого типа, один из вариантов которых изображен на рис.7. Эти излучатели имеют амплитуду порядка 100 мкм при размерах излучающей поверхности до Ø50 мм.

Рис. 7 УЗ волновод тарельчатого типа

1 - входная часть
2 - узел колебаний
3 малая амплитуда
4,5 - большая амплитуда

На входную часть волновода (поз.1) подаются ультразвуковые колебания небольшой амплитуды от ультразвукового преобразователя. В узле колебаний (поз.2) волновод крепится через резиновые прокладки к корпусу реактора. Промежуточная часть (поз.3) волновода имеет небольшую амплитуду и практически не влияет на обработку рабочей жидкости, прокачиваемой через реактор.

Высокую амплитуду колебаний (порядка 100 мкм) имеют две поверхности излучателя (поз.4 и 5). Именно в этой зоне волновода имеет место интенсивная кавитация, обеспечивающая эффективную обработку прокачиваемого продукта.

При использовании ультразвукового реактора для смешивания двух жидких сред (например, при получении эмульсий) целесообразно снабдить ультразвуковой реактор дополнительным вторым входным штуцером.

Рис. 8 УЗ реактор с двумя входными штуцерами

1 и 2 - входные штуцера
3 - излучатель
4 - выходной штуцер

На рис. 8 изображена схема такого реактора. На входной штуцер (1) подается рабочая жидкость, которая в получаемой эмульсии имеет наибольший объем. Через штуцер (2) подается второй компонент эмульсии. Оба штуцера расположены ниже излучателя (3), чтобы обеспечить подачу двух исходных рабочих жидкостей в кавитационную зону, которая расположена ниже торцевой поверхности излучателя.

После кавитационной обработки смеси двух рабочих сред в ультразвуковом реакторе через штуцер (4) выходит готовая эмульсия.

Рис. 9 УЗ реактор с донным входным штуцером

1 - входной штуцер
2 - излучатель
3 и 4 - выходные штуцера

Такую конструкцию ультразвукового реактора можно применить и для интенсивной дискретной кавитационной обработки рабочей жидкости. Но в этом случае надо изменить порядок закачки в реактор и удаления из него рабочей жидкости. Перекрываются штуцера (1) и (2) и в реактор закачивают через штуцер (4) порцию рабочей жидкости. После чего через штуцер (2) подается сжатый газ с необходимым оптимальным давлением, определяемым амплитудой колебаний излучателя. После окончания обработки через штуцер (1) удаляют обработанную рабочую жидкость и цикл повторяют.

И последнее, наилучшие результаты по проточной кавитационной обработке достигаются, когда входящий поток обрабатываемой жидкой среды направляется перпендикулярно к поверхности излучателя. Для этого входной патрубок необходимо расположить в донной части рабочей камеры. В этом случае входящий поток рабочей жидкости (рис. 9) направляется через штуцер (1) непосредственно на торец излучателя (2) и затем обтекая его выходит из рабочей камеры через выходной штуцер.

Для создания оптимального потока движения обрабатываемой жидкости через рабочую камеру можно смонтировать два выходных штуцера (3) и (4), расположенных противоположно друг другу.

При этом в такой конструкции реактора не образуется донных осадков , так как такие осадки все время подхватываются потоком входящей жидкости и подаются для ультразвуковой обработки непосредственно к поверхности излучателя.

Рис. 10 Мультиреактор
вариант 1

При дискретной обработке один из верхних штуцеров можно использовать для подачи в реактор сжатого газа.

Для повышения производительности целесообразно использовать мультиреактор. Возможны два основных варианта компоновки мультиреактора.

Вариант 1 показан на рис.10. В этом случае несколько ультразвуковых реакторов, присоединенных к одному генератору, располагают последовательно, как показано на рис.10. В результате за один цикл обработки без рециркуляции возможно увеличение производительности равное числу использованных реакторов.

Рис. 11 Мультиреактор
вариант 2

Вариант 2 показан на рис.11. В этом случае используют одну ванну с несколькими отсеками. Отсеки соединены между собой, как показано на рисунке. Движение потока рабочей жидкости показано стрелками. В каждом отсеке располагают ультразвуковой излучатель, который при работе образует в отсеке кавитационную область. В мультиреакторе показанном на рис.11 образуется пять кавитационных областей.(по числу отсеков с ультразвуковыми излучателями). Увеличение производительности обработки пропорционально числу отсеков. Следует обратить внимание что в мультиреакторе по варианту 2(рис.11) поток рабочей жидкости направляется перпендикулярно поверхности излучателя, что как указывалось выше оптимизирует процесс ультразвуковой обработки рабочей жидкости. Все ультразвуковые преобразователи, как и в мультиреакторе по варианту 1, питаются от одного генератора. Для упрощения рисунка генератор на рис.11 не показан.

Технологические процессы, реализуемые в ультразвуковом реакторе

Ультразвуковые (акустические) реакторы используются для осуществления следующих технологических процессов: диспергирование, гомогенизация, приготовление стойких эмульсий, эффективное смешивание, дезинтеграция и деагломерация.

Прежде чем двигаться дальше, необходимо объяснить значения вышеуказанных терминов. При этом значения терминов даны с учетом технологических процессов, осуществляемых в ультразвуковом реакторе.

Диспергирование — тонкое измельчение твердого тела в жидкости, в результате которого образуются дисперсные системы: порошки и суспензии.

Гомогенизация это процесс уменьшения неоднородности смесей в жидкой среде путем измельчения и равномерного перераспределения их по объему. Процесс гомогенизации по существу представляет собой операцию измельчения и диспергировани частиц для получения полностью однородной структуры вещества. Например, при помощи гомогенизации, жир в молоке может быть разбит так тщательно, что частицы повторно не рекомбинируются, и сливки не образуются.

Эмульсия это дисперсия микроскопических частиц одной жидкости в другой. Эмульсии могут быть образованы двумя любыми несмешивающимися жидкостями. В большинстве случаев одной из фаз эмульсий является вода. Устойчивость к расслоению эмульсий полученных в ультразвуковом реакторе составляет от нескольких часов до нескольких суток, а в отдельных случаях даже до нескольких месяцев.

Смешивание — получение однородного по составу вещества при одновременной обработке в ультразвуковом реакторе двух или более разных веществ. Применяется при растворении твердых веществ в жидкости и при растворении жидкости в жидкости. При смешивании в ультразвуковом реакторе трудно растворимых веществ процесс растворения ускоряется в 3-5 раз, при обработке малорастворимых веществ процесс растворения ускоряется в 10-30 раз, а при смешивании растворимых веществ процесс растворения ускоряется на два порядка.

Дезинтеграция — разделение вещества на его компоненты или распад (разрушение) сложных частиц веществ на его фрагменты.

Деагломерация — разрушение порошков, состоящих из агрегатов частиц, в жидкой среде на отдельные частицы. Пример деагломерации показан на рис. 11.

Рис. 12 Диагломерация порошков в УЗ реакторе

Диспергирование — процесс измельчения твердых частиц (веществ) или жидкостей под воздействием ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковое диспергирование позволяет получать однородные и химически чистые суспензии, при этом дисперсность конечного продукта увеличивается на несколько порядков по сравнению с механическими способами диспергирования.

Ультразвуковая кавитация является основным процессом, влияющим на диспергирование. Кавитация позволяет получить материалы сверх малой дисперсности и широко используется как в лабораториях, так и для получения устойчивых суспензий и эмульсий в ряде технологических процессов химической, пищевой, фармакологической, текстильной , лакокрасочной промышленности и т.д.

Можно получить достаточно устойчивые эмульсии, например вода-керосин, вода-масло, вода-бензин, вода-глицерин и др. вещества, которые между собой без ультразвукового воздействия не перемешиваются.

Рис. 13 Схема диспергирования материалов в УЗ реакторе

На рис.12 показан один из возможных вариантов аппаратурного оформления процесса ультразвукового диспергирования.

В емкость, оборудованную мешалкой, загружается материал, подлежащий диспергированию, и водная среда в которой это диспергирование осуществляется. При помощи мешалки эта смесь доводится до однородного состояния и через насос по трубопроводу подается на входной патрубок рабочей камеры ультразвукового реактора.

Для повышения давления в прокачиваемой через реактор рабочей жидкости (с целью повышения интенсивности кавитационной обработки) на выходном патрубке установлен вентиль. При частичном закрытии этого вентиля давление в прокачиваемой рабочей среде повышается, а величина этого давления контролируется манометром, установленном на входном трубопроводе.

После выходного патрубка реактора рабочая жидкость вновь поступает в указанную выше емкость и далее цикл обработки повторяется до тех пор, пока не будет достигнута необходимая дисперсность исходного материала.

Органами управления ультразвукового генератора возможно установить необходимое время обработки и обеспечить регулировку мощности генератора. В результате возможна корректировка амплитуды колебаний излучателя, установленного в рабочей камере реактора, в зависимости от вида работ.

С помощью указанного оборудования были получены устойчивые эмульсии сажа-вода для производства автомобильных покрышек, в процессе измельчения ультрадисперсных алмазов для получения присадок и смазок.

Хорошие результаты получены при изготовлении эмульсии для литейного производства, состоящую из перекиси водорода графита и воды.

Рис. 12 Схема изготовления эмульсий в УЗ реакторе

Вариант аппаратурного оформления реактора для этого техпроцесса показан на рис.13.

Для пропитки тканей на основе углепластика, стекловолокна были получены эмульсии, состоящие из взвеси фторопластовых шариков, эпоксидной смолы и специального растворителя.

Были получены устойчивые эмульсии на основе мазута и нефтяного шлама с добавлением воды до 25% для сжигания на ТЭЦ.

Ультразвуковые (акустические) реакторы используются и в лабораторных условиях для разработки новых нанотехнологий.

Мы рассмотрели лишь некоторые аспекты устройства ультразвуковых реакторов. Многие важные вопросы остались незатронутыми. Не следует рассматривать данный материал как окончательное решение всех вопросов, связанных с применением ультразвуковых реакторов в практической работе.

Однако надеемся, что данная статья дает достаточно цельное представление об ультразвуковых реакторах и их применении в лабораторной практике и промышленности.

Автор выражает особую благодарность, ранее работавшими с ним, уважаемым коллегам и добрым друзьям Чернышеву Б.В. и Федотову Б.Т. за представленные материалы по устройству конкретных конструкций ультразвуковых реакторов

Технология ультразвукового нивелирования — Технологии TOPCON

Когда используется ультразвук?

Основной задачей использования ультразвуковых технологий, является контроль положения рабочего органа относительно опорной отметки. При строительстве многих промышленных объектов, порой, приходится формировать поверхности с постоянно меняющимся уклоном. В дорожном строительстве изменение уклона наблюдается при устройстве горизонтальных и вертикальных кривых. Стадионы, подъездные пандусы складских помещений, также могут содержать участки с изменяющимся уклоном. Вот небольшой список тех задач, где ультразвуковые технологии находят применение.

Как это работает?

В основе технологии лежит использование ультразвуковых сенсоров, которые контролируют величину превышения рабочего органа машины над опорной поверхностью. Такой поверхностью могут служить стандартные основания, бордюры или строительная проволока (струна). Преобразователь, расположенный в нижней части сенсора, генерирует ультразвуковые импульсы и принимает отраженные от опорной поверхности сигналы. Сигналы отправляются с частотой до 40 раз в секунду. Для каждого импульса, в датчике, замеряется время от момента генерации до момента приема, отраженного от опорной поверхности ультразвукового сигнала. На основании времени и скорости ультразвуковой волны рассчитывается расстояние до точки отражения.

Для точного позиционирования рабочего оборудования в отметку, расстояние от сенсора до опорной поверхности должно оставаться постоянным, для этого перед началом работы проводят калибровку установки ультразвукового сенсора на исходном расстоянии.

Если в процессе выравнивания рабочее оборудование машины находится выше или ниже проектной отметки, то время получения отраженного сигнала будет отличаться от изначально установленного и принятого системой. В этом случае на ультразвуковом сенсоре и на панели управления будет произведена визуальная индикация, указывающая на то, что рабочий орган машины должен быть поднят или опущен.

При наличии установленной на машине «автоматики», система будет отправлять сигнал о коррекции рабочего органа на исполнительный элемент. В нашем случае это будет электромагнитный клапан, который в свою очередь, будет регулировать рабочее положение гидроцилиндров.

Преимущества.

Среди преимуществ ультразвуковой технологии низкая стоимость и надежность получаемых измерений. При задании опорной поверхности с помощью струны может быть создан профиль со сложным уклоном. Простая в использовании технология обеспечивает высокую точность и гибкость работы при компактности ультразвукового оборудования. Эта технология есть достаточное решение для формирования полноценной 2D системы управления! Подумайте только, используя ультразвуковые сенсоры, можно достичь миллиметровой точности выравнивания за очень короткое время!

Средства неразрушающего контроля, используемые при проведении механизированного ультразвукового контроля

Временные требования ОАО «ГАЗПРОМ» распространяются на организацию сварочно-монтажных работ, работ по неразрушающему контролю качества сварных соединений, определяют выбор оптимальных технологий и оборудования по сварке и неразрушающему контролю при строительстве, реконструкции и капитальном ремонте линейной части и технологических объектов магистральных газопроводов из сталей с классом прочности до К65 (640 МПа) включительно, условным диаметром DN (Ду) до 1400 включительно, с толщиной стенки до 41 мм включительно.

Данные требования стали основой для оснащения дочерних предприятий и структурных подразделений ОАО «ГАЗПРОМ» ультразвуковыми дефектоскопами на фазированных решетках с применением метода TOFD и механизированными сканерами при контроле сварных швов.

Ранее для контроля сварных швов при проведении УЗК использовались ручные средства ультразвукового контроля (РУЗК): Ультразвуковые дефектоскопы Epoch 600, Дефектоскоп Epoch XT, ультразвуковой дефектоскоп Epoch 1000, дефектоскоп Epoch LTC. Кроме того, среди современных средств РУЗК ОАО «ГАЗПРОМ» рекомендует отдавать предпочтение приборам с ФР (ультразвуковые дефектоскопы с фазированными решетками) обеспечивающими получение большего объема информации для определения дефектов. К средствам РУЗК ФАР можно отнести популярный дефектоскоп Omniscan SX производства Olympus. Ультразвуковой дефектоскоп на фазированных решетках Omniscan SX хорошо зарекомендовал себя как портативный прибор на фазированных решетках.

Временные требования ОАО «ГАЗПРОМ» не исключают применение дефектоскопа Omniscan SX для контроля сварных швов при проведении РУЗК. Однако при строительстве и капитальном ремонте газопроводов рекомендуется использовать механизированный УЗК.

«Механизированный ультразвуковой контроль (МУЗК): контроль с ручным перемещением ультразвуковых преобразователей и автоматической записью результатов контроля, при обработке которых в соответствии с методикой проведения и интерпретации результатов измерений определяют координаты, вид (объемный, плоскостной, объемно-протяженный, плоскостной-протяженный) и геометрические параметры выявленных дефектов позволяющие оценить качество сварных соединений в соответствии с действующими нормами»

Средства НК и материалы должны быть внесены в «Реестр сварочного, вспомогательного оборудования, оборудования и материалов для контроля и диагностики сварных соединений, технические условия которых соответствуют техническим требованиям ОАО «Газпром» и прошедшие процедуру квалификационных испытаний согласно СТО Газпром 2-3.5-046-2006.

К средствам неразрушающего контроля при проведении механизированного ультразвукового контроля (МУЗК) относятся дефектоскопы на фазированных решетках производства Olympus Omniscan MX2. Дефектоскоп Omniscan MX2 внесен в указанный выше реестр ОАО «ГАЗПРОМ». Ультразвуковой дефектоскоп на фазированных решетках Omniscan MX2 успешно прошел квалификационные испытания. Система ФАР дефектоскопа для проведения МУЗК представлена в следующем комплекте:

Ультразвуковой дефектоскоп Omniscan MX2 32/128/S с механизированным сканером Weldrover (допускается применение ручного сканера HSMT—Compact вместе с Omniscan MX2 32/128/S). Преимущества дефектоскопа на фазированных решетках Omniscan MX2 32/128/S с механизированным сканером WeldRover – это скорость контроля и удобство применения по сравнению с ручным сканером HSMT—COMPACT на базе Omniscan MX2.

Средства МУЗК на базе ФАР дефектоскопов Omniscan MX2 должны обеспечивать выявление дефектов, предусмотренных в действующих нормативных документах.

Испытания систем механизированного УЗК (МУЗК) производства Olympus на базе дефектоскопов Omniscan MX2 32/128/S с применением механизированного сканера WeldRover подтвердили эффективность использования средств МУЗК при проведении контроля сварных швов магистральных трубопроводов.

частота, интенсивность и глубина проникновения, применение в косметологии и физиотерапии

Просмотров: 62885

Ультразвук (широко применяется в косметологии и физиотерапии) представляет собой высокочастотные механические колебания частиц среды, которые распространяются в ней в виде попеременных сжатий и разрежений вещества. Частота ультразвуковых колебаний лежит в неслышном акустическом диапазоне (выше 16 кГц).

В физиотерапии и косметологии используют ультразвук частотой 24-42 кГц, 800-900 кГц или около 3000 кГц.

Основными физическими параметрами и величинами, которые используются для оценки свойств ультразвука, являются частота и интенсивность ультразвуковых колебаний.

Частота ультразвука

Частота колебаний – это число чередований сжатий и разряжений в единицу времени. Единица измерения в СИ – герц (Гц). 1 Гц – одно колебание в секунду. В терапевтической практике ультразвук используют в диапазоне частот 800-3000 кГц (1 кГц=1000 Гц). Выбор частоты ультразвука зависит от глубины расположения органов и тканей, подлежащих воздействию. При поверхностном их расположении применяют ультразвук высокой частоты (3 МГц), при более глубоком – более низкие частоты.

Глубина проникновения ультразвука

Глубина проникновения УЗ-колебаний зависит от их частоты. Чем больше частота колебаний, тем меньше глубина проникновения и наоборот.

При частоте 1600-3000 кГц ультразвук проникает на глубину 1-1,5 см (поглощается кожей).
При частоте 800-900 кГц – на 4-5 см.
При частоте 20-45 кГц проникает на глубину 8-14 см.

Глубина проникновения веществ при фонофорезе значительно меньше, чем глубина проникновения ультразвуковых волн (колебаний).

Товары, которые упоминаются в статье

Интенсивность ультразвука

Интенсивность ультразвуковых колебаний – это количество энергии, проходящее через 1 см² площади излучателя аппарата в течение 1 секунды. Единица измерения в системе СИ – Вт/см². Применяемую в физиотерапевтической и косметологической практике интенсивность ультразвуковых колебаний условно подразделяют на:

малую (0,05-0,4 Вт/см²) — оказывает стимулирующее действие;
среднюю (0,5-0,8 Вт/см²) — коррегирующее (противовоспалительное, обезболивающее) действие;
большую (0,9-1,2 Вт/см²) — рассасывающее действие.

Из новых методик интересна так называемая «ультразвуковая липосакция» — применение низкочастотного (20-45 кГц) ультразвука со сверхбольшой интенсивностью – до 3 Вт/см².

Скорость распространения ультразвука в различных средах

Скорость распространения ультразвуковых колебаний в тканях зависит от плотности среды и величины акустического сопротивления. Чем плотнее ткань, тем больше скорость распространения ультразвука. В воздухе она равна 330 м/с, в воде – 1500 м/с, в сыворотке крови – 1060-1540 м/с, в костной ткани – 3350 м/с. Поэтому в неоднородных средах, какими являются ткани организма, распространение ультразвука происходит неравномерно. Максимум поглощения ультразвуковой энергии наблюдается в костной ткани, на границе разных тканей, а также на внутренних мембранах клеток.

Товары, которые упоминаются в статье

Оцените материал:

Средний рейтинг: 4.8 / 5

Наталия Баховец

Автор статьи: кандидат медицинских наук, физиотерапевт, косметолог, аспирант кафедры физиотерапии СПбГМА им. И.М. Мечникова, автор многочисленных книг и методических пособий по аппаратной косметологии, руководитель и методолог учебного центра АЮНА.

Принцип работы ультразвукового увлажнителя

Ультразвуковые увлажнители воздуха – высокоэффективное климатическое оборудование, которое при достаточно компактных габаритах и малой потребляемой мощности обладает высокой производительностью. Это приборы, предназначенные для увлажнения воздушных масс посредством распыления мельчайших частиц воды и поддержания комфортного микроклимата в помещениях бытового и промышленного назначения.

Конструктивно ультразвуковой увлажнитель состоит из следующих узлов:

Водяной аэрозоль
Распределительные трубки
Распылительная камера
Подача воды
Трубка перелива
Дренажный клапан
Датчик уровня воды
Накопительная емкость
Плата управления
Пьезоэлементы
Электронного гигрометра для отслеживания уровня влажности воздуха.
Вентилятор
Дисплея для установки, отображения, регулировки параметров воздушной среды.

Современные модели увлажнителей дополнительно комплектуются ионизаторами воздуха, таймерами и блоками дистанционного управления, очищающими и умягчающими фильтрами, что позволяет использовать не только деминерализованную, но и обычную водопроводную воду. Такие устройства легко интегрируются с системой «Умный дом» и комбинируются с другим климатическим оборудованием.

Как работают ультразвуковые увлажнители

Работа ультразвукового увлажнителя заключается в том, что вода из резервуара подается в камеру с ультразвуковым излучателем – пьезоэлементом, который путем высокочастотной вибрации формирует из воды водяной туман с мельчайшими каплями диаметром 1-5 мкм. Нагнетающий вентилятор осуществляет забор воздуха из помещения, после чего воздушные массы поступают в модуль увлажнения, насыщаются мелкодисперсной водяной взвесью и возвращаются в комнату через выпускной патрубок.

Промышленные установки для увлажнения воздуха

Компания «Московский Инжиниринговый Центр» специализируется на продаже, доставке, установке климатических установок, включая бытовые и промышленные ультразвуковые увлажнители и мойки воздуха. Также осуществляем сертифицированный монтаж и сервисное обслуживание климатических систем. Мы предлагаем оборудование итальянского производителя Carel – надежные и функциональные мультизональные системы и канальные установки, которые могут функционировать в связке с фанкойлами и кондиционерами. Модельный ряд ультразвуковых увлажнителей Carel humiSonic представлен адиабатическими приборами с распределительной системой мощностью 40 Вт и производительностью порядка 1150 Вт. Это увлажнители для промышленных объектов, характеризующиеся небольшими габаритами, простотой пусконаладки и легкостью эксплуатации.

Увлажнитель Carel UU01FD0001
Увлажнитель Carel UU02DD0000
Увлажнитель Carel UU02RDAS01
Увлажнитель Carel UU04RDAS01
Увлажнитель Carel UU05DD0000
Увлажнитель Carel UU06RDAS01
Увлажнитель Carel UU07DD0000
Увлажнитель Carel UU08RDAS01
Увлажнитель Carel UU09DD0000
Увлажнитель Carel UU14DD0000
Увлажнитель Carel UU18DD0000
Увлажнитель Carel UU01GD0001
Увлажнитель Carel UU01GDA001
Увлажнитель Carel UU01FDA001

Ультразвуковое оборудование. ПСБ-Галс.

Ультразвуковая очистка

Среди множества технологических процессов в машиностроительной, фармацевтической, нанотехнологической и других отраслях промышленности, металлургии, электроэнергетике и так далее одно из ведущих мест занимает очистка ультразвуком. При этом качество очистки поверхности деталей большинства изделий, деталей механизмов и узлов во многом предопределяет срок их службы, надёжность работы и внешний вид. Особенно качественной очистки требуют детали оптики, вращающихся устройств, подшипников, детали авиационной и космической техники, топливной аппаратуры, электроконтактов, а также детали электроники, точной механики, изделий медицинского назначения и так далее. Ручная очистка даже вкупе с применением различных моющих растворов не отвечает требованиям современного производства, при этом производительность труда очень низкая и не исключён брак. А когда детали имеют сложную форму или развитую поверхность с труднодоступными отверстиями, в том числе глухими или малого диаметра, полостями, карманами, то качественно очистить их без применения ультразвуковой ванны практически невозможно. Высококачественная с гарантированным результатом и минимальным применением ручного труда ультразвуковая очистка изделий и их частей от жиро-маслянных загрязнений и СОЖ с одновременным удалением механических загрязнений, притирочных, полировальных и доводочных паст занимает важное место в современной технологии производства.

На многих предприятиях для очистки изделий, их деталей и узлов применяют водоструйные моечные машины, которые зачастую не обеспечивают необходимое качество очистки. Помимо водоструйных машин, существуют также пескоструйная, дробемётная, гидравлическая очистка, химическое и электрохимическое обезжиривание на участках гальваники, промывка органикой и продуктами нефтепереработки, керосином под давлением и так далее. Однако эти методы зачастую не отвечают современным требованиям пожарной и экологической безопасности, санитарным нормам и условиям труда, да к тому же малоэффективны и(или) дорогостоящи. К сожалению, старые, непроизводительные, давно изжившие себя способы очистки, даже такие, как обыкновенная щётка и растворитель, ещё бытуют на многих предприятиях.

Учёные и инженеры давно работают над проблемой ускорения различных процессов очистки и пришли к выводу, что только применение высокочастотных колебаний ультразвуковой частоты может успешно разрешить эту сложную и очень важную проблему.

Ультразвук — не новинка на производстве. Исследованием ультразвуковых колебаний учёные занимались и в позапрошлом веке. В настоящее время ультразвуковое оборудование широко применяется в промышленности. Однако сейчас можно с уверенностью сказать, что ультразвуковая очистка и обезжиривание среди многих других тех. процессов, связанных с использованием ультразвука, занимают одно из ведущих мест или, проще говоря, ультразвук во многих процессах очистки является незаменимым. Вряд ли можно назвать сейчас какое-либо промышленное предприятие, где бы нельзя было применить ультразвуковую ванну, а на большинстве предприятий внедрение ультразвукового оборудования позволяет экономить существенные средства, особенно там, где ультразвуковое оборудование для очистки может быть включено в автоматическую или полуавтоматическую линию технологического процесса. Примеры такого оборудования приводятся в разделе нестандартного ультразвукового оборудования.

Эффективность ультразвуковой мойки трудно переоценить: при полоскании на поверхности очищаемых изделий может остаться до 80% загрязнений, при виброочистке — 55%, ручной чистке — 20%, а ультразвуковая очистка позволяет удалить не менее 99,5% загрязнений! Кроме того, обрабатываемые изделия и их детали, имеющие развитую поверхность, глухие карманы и труднодоступные места, а также сложную геометрию, мелкие поры, полости и отверстия, качественно очистить способно только ультразвуковое оборудование. Ультразвуковая очистка также способна заменить легковоспламеняющиеся, ядовитые, опасные или дорогостоящие растворители и реагенты безопасными и дешёвыми водными растворами технических моющих средств.

Принцип работы ультразвукового оборудования, ультразвуковая кавитация

Несмотря на простоту и технологичность ультразвуковых ванн и прочего уз оборудования, процесс очистки металлических, стеклянных, керамических и прочих изделий, их узлов и деталей ультразвуком сложен и сочетает в себе кавитацию с действием огромных ускорений в жидкости, что ведёт к нарушению связи между загрязнением и очищаемой деталью, разрушению загрязнений с последующим их оттягиванием с поверхности обрабатываемой детали в раствор и эмульгированию в нём. Погружая грязное изделие в рабочую область ультразвуковой ванны с водным раствором ТМС, поверхность такого изделия очищается под действием мельчайших кавитационных пузырьков, способных не только проникать в поры, зазоры, щели и отверстия между поверхностью детали и загрязнениями, но и зарождаться в них — везде, куда способна затечь жидкость.

Принцип действия ультразвукового оборудования, предназначенного для очистки, основан на применении ультразвуковых колебаний жидкости (диапазон частот выше порога слышимости человека), представляющих собой упругие волны. Под воздействием источника ультразвуковых колебаний высокой мощности на жидкость в ней образуются зоны разрежений, давление в которых опускается до значений, превышающих силы межмолекулярного сцепления жидкости, из-за чего она просто разрывается, образуя многочисленные мельчайшие полости, заполненные паром, газом или их смесью. Впоследствии, из-за разнонаправленного действия источника ультразвука, образовавшиеся ранее кавитационные пузырьки (каверны) схлопываются, образуя ударные волны, а местное мгновенное давление может достигать сотен атмосфер. Это и есть кавитация.

Определение ультразвука Merriam-Webster

ul · tra · son · ic | \ ˌƏl-trə-ˈsä-nik \

1 : с частотой выше предела слышимости человеческого уха около 20000 герц. —Используется волн и вибраций

2 : использующие, производимые ультразвуковыми волнами или вибрациями или относящиеся к ним

Ультразвук | физика | Британника

Ультразвук , колебания с частотами, превышающими верхний предел слышимого для человека диапазона, то есть более 20 килогерц.Термин sonic применяется к ультразвуковым волнам очень высоких амплитуд. Гиперзвук, иногда называемый претерзвуком или микрозвуком, представляет собой звуковые волны с частотами выше 10 ¹³ герц. На таких высоких частотах звуковой волне очень трудно эффективно распространяться; действительно, выше частоты около 1,25 × 10 ¹³ герц продольные волны вообще не могут распространяться, даже в жидкости или твердом теле, потому что молекулы материала, в котором распространяются волны, не могут передавать вибрацию вдоль достаточно быстро.

Британская викторина

Викторина «Все о физике»

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Многие животные обладают способностью слышать звуки в диапазоне ультразвуковых частот человека.Предполагаемая чувствительность тараканов и грызунов к частотам в диапазоне 40 килогерц привела к производству «контроллеров вредителей», которые издают громкие звуки в этом частотном диапазоне, чтобы отогнать вредителей, но они, похоже, не работают так, как рекламируется.

Некоторые диапазоны слуха млекопитающих и насекомых сравниваются с диапазоном слуха человека в таблице.

Частотный диапазон слуха человека и других избранных животных
животное	частота (герц)
животное	низкий	высокая
люди	20	20 000
кошки	100	32 000
собаки	40	46 000
лошади	31 год	40 000
слоны	16	12 000
крупный рогатый скот	16	40 000
летучие мыши	1,000	150 000
кузнечики и саранча	100	50 000
грызуны	1,000	100 000
киты и дельфины	70	150 000
тюлени и морские львы	200	55 000

Преобразователи

Ультразвуковой преобразователь — это устройство, используемое для преобразования некоторого другого типа энергии в ультразвуковые колебания.Существует несколько основных типов, классифицируемых по источнику энергии и среде, в которой генерируются волны. Механические устройства включают в себя газовые или пневматические преобразователи, такие как свистки, а также преобразователи с жидкостным приводом, такие как гидродинамические осцилляторы и вибрирующие лопасти. Эти устройства, ограниченные низкими ультразвуковыми частотами, имеют ряд промышленных применений, включая сушку, ультразвуковую очистку и впрыск мазута в горелки. Электромеханические преобразователи гораздо более универсальны и включают пьезоэлектрические и магнитострикционные устройства.Магнитострикционный преобразователь использует тип магнитного материала, в котором приложенное колеблющееся магнитное поле сжимает атомы материала вместе, создавая периодическое изменение длины материала и, таким образом, создавая высокочастотную механическую вибрацию. Магнитострикционные преобразователи используются в основном в нижних частотных диапазонах и широко используются в ультразвуковых очистителях и ультразвуковой обработке.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Самым популярным и универсальным типом ультразвукового преобразователя является пьезоэлектрический кристалл, который преобразует колеблющееся электрическое поле, приложенное к кристаллу, в механическую вибрацию. Пьезоэлектрические кристаллы включают кварц, соль Рошеля и некоторые виды керамики. Пьезоэлектрические преобразователи легко использовать во всем диапазоне частот и на всех уровнях выходного сигнала. Определенные формы могут быть выбраны для конкретных приложений. Например, форма диска создает плоскую ультразвуковую волну, в то время как изгиб излучающей поверхности в форме слегка вогнутой или чашеобразной формы создает ультразвуковую волну, которая фокусируется в определенной точке.

Пьезоэлектрические и магнитострикционные преобразователи также используются в качестве ультразвуковых приемников, улавливающих ультразвуковые колебания и преобразующих их в электрические колебания.

Применение в исследованиях

Одной из важных областей научных исследований, в которых ультразвук оказал огромное влияние, является кавитация. Когда вода закипает, на дне емкости образуются пузырьки, которые поднимаются в воде, а затем схлопываются, что приводит к звуку кипящей воды. Процесс кипения и возникающие в результате звуки заинтриговали людей с тех пор, как они были впервые обнаружены, и они были предметом значительных исследований и расчетов британских физиков Осборна Рейнольдса и лорда Рэлея, которые применили термин кавитация к процессу образования пузырьков. .Поскольку ультразвуковую волну можно осторожно использовать для контроля кавитации, ультразвук стал полезным инструментом в исследовании этого процесса. Изучение кавитации также дало важную информацию о межмолекулярных силах.

Исследования проводятся по аспектам процесса кавитации и его применению. Современный объект исследований включает излучение света при схлопывании полости, создаваемой ультразвуковой волной высокой интенсивности. Этот эффект, называемый сонолюминесценцией, может мгновенно создавать температуру выше, чем поверхность Солнца.

Скорость распространения ультразвуковой волны сильно зависит от вязкости среды. Это свойство может быть полезным инструментом при исследовании вязкости материалов. Поскольку различные части живой клетки отличаются разной вязкостью, акустическая микроскопия может использовать это свойство клеток «видеть» живые клетки, как будет обсуждаться ниже в разделе «Медицинские приложения».

Ультразвук — обзор | Темы ScienceDirect

2.12.3.2 Ультразвук высокого давления

Методы ультразвукового эхо широко используются для измерения модулей упругости при высоких давлениях и температурах с использованием различных устройств высокого давления. Как отмечалось в предыдущем тексте, сравнение фаз было одним из наиболее часто используемых методов для определения упругих свойств при высоком давлении. Джексон и Нислер (1982) разработали метод, при котором преобразователь прикрепляется непосредственно к образцу, а вся сборка сжимается в устройстве поршень-цилиндр.Гидростатическое давление передается на образец через жидкость (обычно используется смесь пентан-изопентан), что устраняет ошибки из-за девиаторных напряжений на образце. Давление измеряется по электрическому сопротивлению манганиновой проволоки. Хотя это относительно точный метод измерения модуля упругости при высоком давлении, он ограничен давлением около 3 ГПа.

Ограничения по давлению поршневого цилиндра и жидкостной среды под давлением преодолеваются за счет использования твердой среды под давлением и многопоршневого устройства.Используя мягкий материал, такой как NaCl, для передачи давления на образец и отжиг образца и узла среды под давлением для ослабления девиаторных напряжений, квазигидростатические условия могут быть достигнуты на образцах при высоком давлении (Weidner et al., 1992). Два типа аппаратов с несколькими подпорками, которые используются для ультразвука высокого давления, — это система с одноступенчатой кубической наковальней (DIA) (, рис. 4 ; Li et al., 2004; Weidner et al., 1992) и двухступенчатая система Kawai -типа с несколькими наковальнями ( Рисунок 7 ; Kawai and Endo, 1970; Uchida et al., 2002). В случае двухступенчатого устройства, которое может достигать более высоких давлений, восемь опор из WC с усеченными углами окружают октаэдрическую камеру для образца, содержащую сборку образца (, рис. 8, ). Преобразователь прикреплен к внешнему усеченному углу наковальни, которая, таким образом, служит буферным стержнем. Затем ультразвуковые импульсы передаются на образец с помощью другого буферного стержня между опорой WC и образцом (, рис. 8, ). Когда кубики WC приводятся в движение шестью внешними опорами или наковальнями «первой ступени» (не показаны на рис. , рис. 7, ; см. Kawai and Endo, 1970; Uchida et al., 2002) могут быть достигнуты давления> 20 ГПа. Нагреватель в сборке образца позволяет одновременно поддерживать температуру> 1200 ° C (Higo et al., 2006). Изменения длины образца, необходимые для точного определения скорости, измеряются непосредственно с помощью синхротронной рентгеновской радиографии. Луч синхротронного рентгеновского излучения направляется через пространство между наковальнями WC, и прошедший луч регистрируется через кристалл YAG (служащий флуоресцентным экраном) и детектор. Из-за их высокого поглощения изображения металлических маркеров (обычно Au фольги) по обе стороны от образца видны на этой рентгеновской рентгенограмме и дают прямую длину образца.Поскольку это устройство позволяет измерять скорость, длину образца и, следовательно, объем в одном эксперименте, можно напрямую получить давление на образец (Ruoff et al., 1973). Это замечательное устройство демонстрирует гибкость в адаптации ультразвуковых методов к множеству устройств высокого давления, отчасти благодаря способности вводить сигнал в образец через буферные стержни.

Рис. 7. Принципиальная схема ультразвуковой установки в многоканальном аппарате типа Kawai.Кристалл YAG и камера CCD предназначены для рентгеновской радиографии образца для определения его длины на месте. Твердотельный детектор используется для энергодисперсионной дифракции рентгеновских лучей. Преобразователь, который производит ультразвуковой сигнал, прикреплен к одному из кубиков WC, который действует как стержень первичного буфера.

По материалам Vaughan MT, Weidner DJ, Wang Y, Chen J, Koleda CC и Getting IC (1998) T-CUP: новый аппарат высокого давления для рентгеновских исследований. Обзор науки и технологий высокого давления 7: 1520 — 1522; Li B, Kung J, Uchida T. и Wang Y (2005) Калибровка давления до 20 ГПа путем одновременного использования ультразвуковых и рентгеновских методов. Журнал прикладной физики 98. http://dx.doi.org/013521-1-013521-5.

Рис. 8. Образец сборки, использованный для экспериментов по ультразвуковому измерению скорости при высоком давлении в многооконном аппарате типа Kawai.

По материалам Kung J, Li B, Uchida T, Wang Y, Neuville D, and Liebermann RC (2004) Измерения скорости и плотности звука на месте при переходе между ортопироксеном и клинопироксеном высокого давления в MgSiO ₃ при высоком давлении. Физика Земли и недр планет 147: 27–44; Li B, Kung J, Uchida T. и Wang Y (2005) Калибровка давления до 20 ГПа путем одновременного использования ультразвуковых и рентгеновских методов. Журнал прикладной физики 98. http://dx.doi.org/013521-1-013521-5.

Ультразвуковые измерения скорости также проводились в устройстве с тороидальной наковальней (Хвостанцев и др., 2004), в устройстве, в котором давление создается двумя противоположными изогнутыми наковальнями. Это устройство может создавать давления до ~ 15 ГПа на относительно больших объемах образцов при высоких температурах. Ультразвуковые измерения с помощью тороидальной ячейки относятся к работе Ф. Ф. Воронова в середине 1970-х годов (см. Обзор Хвостанцева и др., 2004). Эта технология продолжает развиваться, и в последнее время в ней сочетаются синхротронная XRD с ультразвуковыми возможностями (Lheureux et al., 2000).

В попытке выполнить ультразвуковые измерения скорости до еще более высоких давлений был разработан ультразвуковой интерферометр для использования с ЦАП. Проблема в этом эксперименте — малая толщина образца в DAC (обычно менее 50 мкм по сравнению с ~ 1 мм в устройстве с несколькими упорами). Для таких тонких образцов требуются ультразвуковые волны более высокой частоты.Этот новый метод оказался успешным при измерении времени распространения как продольных, так и поперечных упругих волн в образцах, сжатых в ЦАП. Создание поперечных волн на необходимых частотах ГГц, подходящих для образцов в ЦАП, проблематично. Оригинальный метод преобразования продольных акустических волн ГГц в поперечные волны (преобразование P-to-S) достигается за счет отражения под критическим углом на буферном стержне (см. , рис. 9, ; Jacobsen et al., 2002). Некоторые из последних технических достижений и результатов, полученных с помощью этого многообещающего нового метода, представлены Jacobsen et al.(2004), Кантор и др. (2004) и Райхманн и Якобсен (2006).

Рис. 9. Ультразвук ГГц с ЦАП. Ультразвуковые импульсы передаются на образец через буферный стержень и алмазную наковальню слева. Создание поперечной волны проиллюстрировано посредством преобразования продольного сдвига (P-to-S) при отражении от полированной поверхности на буферном стержне (Jacobsen et al., 2002a).

Предоставлено С. Якобсеном.

Важным применением высокотемпературного ультразвука является измерение свойств силикатных расплавов.Измерения силикатных расплавов затруднены из-за довольно высоких температур (обычно> 1000 ° C для сухих расплавов) и их высокой вязкости. Упругие свойства многочисленных силикатных расплавов, охватывающих широкий диапазон составов, были измерены Риверсом и Кармайкл (1987). Эти авторы успешно использовали в своих экспериментах как технику перекрытия эхо-импульсов, так и интерферометрическую технику. В любом из этих методов ультразвуковые волны вводятся в высокотемпературный расплав через огнеупорный буферный стержень (в данном случае молибден).Образец содержится в тигле с плоским дном для отражения ультразвуковых волн, распространяющихся через образец. Максимумы и минимумы амплитуды ультразвуковых эхо-сигналов достигаются перемещением буферного стержня для изменения длины пути в расплавленном образце. Расстояние между последовательными максимумами или минимумами амплитуды дает длину волны и скорость звука в жидкости. Читателю отсылают к работам Баидова и Кунина (1968), Мурасе и др. (1977) и Катахара и др. (1981), которые документируют основные достижения в этой важной области исследований.

Что такое ультразвуковая волна? ｜ Ультразвуковой резак и колонки для ультразвуковой полировки ｜ SONOTEC

КОЛОННА

Ультразвуковой резак / полировальная колонна

Что такое ультразвуковая волна?

Звуковая волна — это вибрация, которая передается через среду, например воздух, воду и металлы. Ультразвуковая волна определяется как «неслышимый звук высокой частоты для человека», частота которого обычно превышает 20 кГц. В наши дни звуковая волна, которая не предназначена для прослушивания, также называется ультразвуковой волной.

Продольная волна и поперечная волна

Есть типы ультразвуковых волн, продольных волн, поперечных волн и поверхностных волн и т. Д.

В твердом теле одновременно существуют два типа упругих волн. Одна из них представляет собой упругую волну, которая имеет смещение в том же направлении, что и направление распространения волны, называемая продольной волной или волной плотности, а другая — упругая волна, которая имеет смещение в вертикальном направлении направления распространения волны, называемой поперечной волной. или поперечная волна.

В нашем ультразвуковом станке в основном используется продольная волна.

<< Продольная волна >>

R ： Рафакция

C ： Сжатие

<< Поперечная волна >>

<< В следующей таблице показаны физические свойства продольной волны и

поперечная волна основной материал >>

Посмотреть пример видео обрезки ультразвукового резака

Пришлите, пожалуйста, свой образец.После завершения тестовой резки вы получите видео и данные, снятые во время процесса резки, вместе с образцами резки.

У вас есть проблемы с ультразвуковыми резаками или полировальными инструментами?

Что такое ультразвуковой скалер?

Если вы являетесь постоянным пациентом McLoughlin Dental Care, то вы знаете, что наш стоматолог, доктор Дональд Нимц, настоятельно рекомендует, чтобы все зубы профессионально чистили наши опытные стоматологи-гигиенисты.Большинство людей нуждаются в гигиенических процедурах каждые шесть месяцев, но точная частота ваших гигиенических посещений зависит от вашего конкретного состояния зубов.

Идея гигиенической обработки состоит в том, чтобы разрушить биопленки бактериального налета, которые каждый день прикрепляются к поверхности ваших зубов и любых обнаженных корнях зубов. Большая часть биопленки зубного налета удаляется при ежедневной чистке зубов щеткой и зубной нитью, но если вы пропустите определенные участки зубов, что почти неизбежно, биопленка зубного налета затвердеет, превратившись в зубной камень или зубной камень.Камень — это кальцинированный бактериальный продукт, который является чрезвычайно твердым, поэтому его должен удалить квалифицированный стоматолог-гигиенист или стоматолог.

Традиционно гигиенист чистит зубы вручную, используя специальный инструмент для ручной чистки или аккуратно соскребая зубы. Однако мы хотим, чтобы наши пациенты получали самую лучшую стоматологическую помощь с использованием самых передовых технологий, поэтому мы предпочитаем ультразвуковой скейлер в сочетании с ручными инструментами, когда это необходимо.

Зачем использовать ультразвуковой скалер и как они работают?

Ультразвуковой инструмент для удаления зубного камня позволяет нашему гигиенисту тщательно удалять зубной камень с ваших зубов очень щадящим способом, практически не повреждая зубы и корни зубов, что имеет решающее значение.Частично цель гигиенической обработки — сделать поверхность ваших зубов красивой и гладкой, потому что чем более гладкая поверхность, тем сложнее биопленкам зубного налета снова прикрепиться.

Ультразвуковые скалеры

используют ультразвук для более эффективного удаления отложений зубного камня с зубов. Они работают механически, используя высокую вибрационную энергию, которая эффективно удаляет налет, поэтому его легче удалить. Ультразвуковые скейлеры также создают ударные волны, которые разрушают бактериальные биопленки, так что бактерии зубного налета и зубной камень могут быть терапевтически удалены с зубов небольшой струей воды или антибактериальным средством для полоскания рта, которое выходит из верхней части скейлера.Струя воды помогает охладить кончик ультразвукового инструмента для удаления зубного камня и очень эффективно помогает смыть мусор с обрабатываемого зуба. Турбулентное действие, вызванное вибрирующим наконечником ультразвукового инструмента для удаления зубного камня, также приводит к тому, что часть воды разбивается на множество крошечных пузырьков. Эти пузыри помогают разрушать и разрушать бактерии, а также создают насыщенную кислородом среду, более враждебную для вредных анаэробных или ненавидящих кислород бактерий.

Первоначально ультразвуковые скейлеры использовались только для удаления отложений зубного камня на поверхностях зубов, видимых во рту, но их также можно использовать субгингивально, то есть они могут удалять отложения зубного камня чуть ниже линии десен, очищая поверхности корней зубов без повреждения их.В то время как ваши зубы покрыты твердым слоем эмали, корни зубов покрыты чем-то, что называется цементом, который намного мягче, чем эмаль, и его легче повредить, поэтому очень важно, чтобы любой камень на корнях ваших зубов был аккуратно удален. Ультразвуковые скейлеры могут быть особенно полезны, если у вас есть какие-либо признаки заболевания десен.

Каковы преимущества использования ультразвукового скалера при инфицировании десен?

Инфекция и воспаление десен могут вызвать так называемые пародонтальные карманы или карманы десен, которые представляют собой промежутки между зубами и деснами, когда десны отступают и начинают отделяться от зубов.Ультразвуковые инструменты для удаления зубного камня столь же эффективны, как и ручные инструменты для удаления зубного камня из мелких карманов десен, но если у вас есть карманы больше 4 мм, они значительно более эффективны.

Использование ультразвукового инструмента для удаления зубного камня может быть особенно полезным, если вам требуется более частая чистка для контроля заболеваний десен. Часто лечение может быть быстрее, чем использование ручных инструментов для выполнения той же работы. Ультразвуковые скалеры имеют маленькие наконечники и требуют очень небольшого давления, чтобы быть эффективными, поэтому вы должны найти лечение более комфортным.Ультразвуковой инструмент для удаления зубного камня действует более бережно по отношению к структуре зубов, что особенно важно, когда требуется частая чистка. Меньшие наконечники ультразвукового инструмента для удаления зубного камня могут быть более эффективными при очистке в сложных укромных уголках и трещинах, помогая уничтожить больше болезнетворных бактерий.

Существуют ли противопоказания при использовании ультразвуковых скалеров?

Если у вас есть кардиостимулятор, важно сообщить об этом нашей стоматологической бригаде до начала лечения, потому что некоторые ультразвуковые скейлеры могут повлиять на кардиостимуляторы.Однако большинство современных кардиостимуляторов экранированы, и это всего лишь мера предосторожности, позволяющая обеспечить полную безопасность во время лечения.

Люди, у которых особенно чувствительные зубы или недавно прорезавшиеся зубы, или чьи зубы чувствительны к перепадам температуры, могут предпочесть, чтобы их зубы чистили вручную. Если вы не уверены, чувствительны ли ваши зубы, не беспокойтесь, потому что мы будем регулярно проверять вас во время лечения, и если вы чувствуете какой-либо дискомфорт, вы можете прекратить лечение в любое время, просто подняв руку.

Скорее всего, мы очистим вокруг любых композитных или фарфоровых реставраций или любых зубных имплантатов вручную, или же мы будем использовать специально разработанный наконечник для ультразвукового инструмента для удаления зубного камня, чтобы гарантировать, что эти реставрации не будут поцарапаны или повреждены.

Ультразвуковой инструмент для удаления зубного камня — еще один ценный инструмент в нашем арсенале, помогающий нам более эффективно бороться с болезнетворными бактериями. Обычно мы используем ультразвуковые скейлеры в сочетании с традиционными ручными инструментами, сочетая использование обоих инструментов, чтобы обеспечить вам более комфортное лечение, потенциально более короткое время лечения и наилучший клинический результат.

Важность регулярных гигиенических процедур

Регулярные процедуры гигиены зубов необходимы для здоровья зубов и десен, и мы настоятельно рекомендуем вам посещать нашего гигиениста так часто, как это указано в вашем плане профилактического ухода за зубами. Удаляя весь затвердевший налет или зубной камень с ваших зубов и любых обнаженных корней зубов, мы можем помочь вашим деснам оставаться более сильными, здоровыми и свободными от болезней. В то же время это простое лечение помогает защитить ваше общее состояние здоровья, поскольку заболевание десен связано с множеством серьезных проблем со здоровьем, включая диабет, ревматоидный артрит, инсульт, сердечно-сосудистые заболевания и деменцию.После этого ваши зубы станут ярче, а во рту станет свежее, и вам будет хорошо еще полгода.

Ультразвуковые увлажнители воздуха — Guardian Technologies

Не позволяйте воздуху становиться сухим и душным и лучше выспитесь с помощью лучших ультразвуковых увлажнителей воздуха на ваш выбор. Увлажнители Guardian Technologies ™ являются ультразвуковыми с технологией Silver Clean для борьбы с плесенью и ростом плесени на резервуаре для воды увлажнителя.Наши ультразвуковые увлажнители воздуха также бывают разных размеров и включают в себя множество специальных функций для ваших конкретных потребностей. Нужны рекомендации по выбору увлажнителя? Вы можете ознакомиться с нашим Руководством для покупателей увлажнителей, позвонить или написать по электронной почте в нашу службу поддержки клиентов по телефону 866.603.5900 или [email protected]. Фильтр и сортировка
Обычная цена
59 долларов.99
Цена продажи
59,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
79 долларов.99
Цена продажи
79,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
69 долларов.99
Цена продажи
69,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
59 долларов.99
Цена продажи
59,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
69 долларов.99
Цена продажи
69,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
34 доллара.99
Цена продажи
34,99 доллара США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
29 долларов.99
Цена продажи
29,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
44 доллара.99
Цена продажи
44,99 доллара США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
39 долларов.99
Цена продажи
39,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
129 долларов.99
Цена продажи
129,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
59 долларов.99
Цена продажи
59,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
119 долларов.99
Цена продажи
$ 119,99
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
139 долларов.99
Цена продажи
139,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
69 долларов.99
Цена продажи
69,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
149 долларов.99
Цена продажи
149,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
89 долларов.99
Цена продажи
89,99 $
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
99 долларов.99
Цена продажи
99,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
139 долларов.99
Цена продажи
139,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
99 долларов.99
Цена продажи
99,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
99 долларов.99
Цена продажи
99,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
89 долларов.99
Цена продажи
89,99 $
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
89 долларов.99
Цена продажи
89,99 $
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
149 долларов.99
Цена продажи
149,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Обычная цена
59 долларов.99
Цена продажи
59,99 долл. США
Обычная цена

Распродажа Распроданный
Цена за единицу
/ за
Используйте стрелки влево / вправо для навигации по слайд-шоу или смахивайте влево / вправо при использовании мобильного устройства
Ультразвуковая очистка: фундаментальная теория и применение
Реферат
Презентация, описывающая теорию ультразвука и то, как ультразвуковая технология применяется для точной очистки.В этой презентации будут рассмотрены важность и применение ультразвука в прецизионной очистке, а также будут описаны оборудование для ультразвуковой очистки и его применение. Параметры процесса ультразвуковой очистки будут обсуждаться вместе с процедурами правильной работы оборудования ультразвуковой очистки для достижения максимальных результатов.
Введение
Технология очистки находится в состоянии изменений. Обезжиривание паром с использованием хлорированных и фторированных растворителей, долгое время являвшееся стандартом для большей части промышленности, постепенно отменяется в интересах экологии нашей планеты.В то же время требования к очистке постоянно растут. Чистота стала важной проблемой во многих отраслях промышленности, которых никогда не было в прошлом. В таких отраслях, как электроника, где чистота всегда была важна, она стала более важной для поддержки растущих технологий. Кажется, что каждый прогресс в технологии требует все большего и большего внимания к чистоте для достижения успеха. В результате перед индустрией уборки встала задача обеспечить необходимую чистоту, и это было сделано за счет быстрых инноваций в течение последних нескольких лет.Многие из этих достижений связаны с использованием ультразвуковой технологии. Промышленность по очистке в настоящее время пытается заменить обезжиривание с использованием растворителей альтернативными «экологически чистыми» средствами очистки. Хотя доступны заменители химикатов на водной, полуводной и нефтяной основе, они часто несколько менее эффективны в качестве чистящих средств, чем растворители, и могут не работать должным образом в некоторых областях применения, если не будет добавлено повышение механической энергии для обеспечения требуемых уровней чистоты.Ультразвуковая энергия в настоящее время широко используется в критических условиях очистки как для ускорения, так и для усиления очищающего эффекта альтернативных химикатов. Эта статья предназначена для ознакомления читателя с базовой теорией ультразвука и с тем, как можно наиболее эффективно применить ультразвуковую энергию для улучшения различных процессов очистки.
Что такое «Ультразвук?»
Ультразвук — это наука о звуковых волнах, выходящих за пределы человеческого восприятия. Частота звуковой волны определяет ее тон или высоту.Низкие частоты производят низкие или басовые тона. Высокие частоты создают высокие или высокие тона. Ультразвук — это звук с такой высокой частотой, что человеческое ухо не может его услышать. Частоты выше 18 килогерц обычно считаются ультразвуковыми. Частоты, используемые для ультразвуковой очистки, варьируются от 20 000 циклов в секунду или килогерц (кГц) до более 100 000 кГц. Чаще всего для промышленной очистки используются частоты от 20 до 50 кГц. Частоты выше 50 кГц чаще используются в небольших настольных ультразвуковых очистителях, например, в ювелирных магазинах и стоматологических кабинетах.
Теория звуковых волн

Чтобы понять механику ультразвука, необходимо сначала иметь базовое представление о звуковых волнах, о том, как они генерируются и как проходят через проводящую среду. Словарь определяет звук как передачу вибрации через упругую среду, которая может быть твердым телом, жидкостью или газом. Генерация звуковой волны — Звуковая волна возникает, когда одиночное или повторяющееся смещение генерируется в проводящей звук среде, например, в результате «сотрясения» или «вибрационного» движения.Смещение воздуха конусом радиодинамика — хороший пример «вибрационных» звуковых волн, генерируемых механическим движением. Когда диффузор динамика движется вперед и назад, воздух перед диффузором попеременно сжимается и разрежается, создавая звуковые волны, которые распространяются по воздуху до тех пор, пока не рассеются. Мы, вероятно, наиболее знакомы со звуковыми волнами, генерируемыми попеременным механическим движением. Есть также звуковые волны, которые создаются единичным «ударным» событием. Примером является гром, который возникает, когда воздух мгновенно изменяет объем в результате электрического разряда (молния).Другим примером шока может быть звук, издаваемый деревянной доской, падающей лицевой стороной на цементный пол. Ударные явления — это источники единственной волны сжатия, исходящей от источника.
Природа звуковых волн

На приведенной выше диаграмме используются витки пружины, похожие на игрушку Slinky, для представления отдельных молекул звукопроводящей среды. На молекулы в среде влияют соседние молекулы так же, как витки пружины влияют друг на друга.Источник звука в модели слева. Сжатие, создаваемое источником звука при его движении, распространяется по длине пружины, поскольку каждый соседний виток пружины толкает своего соседа. Важно отметить, что, хотя волна проходит от одного конца пружины к другому, отдельные витки остаются в своих относительных положениях, смещаясь сначала в одну сторону, а затем в другую по мере прохождения звуковой волны. В результате каждая катушка сначала является частью сжатия, когда она толкается к следующей катушке, а затем частью разрежения, когда она удаляется от соседней катушки.Точно так же любая точка в звукопроводящей среде поочередно подвергается сжатию, а затем разрежению. В точке сжатия давление в среде положительное. В точке разрежения давление в среде отрицательное.
Кавитация и имплозия
В упругих средах, таких как воздух и большинство твердых тел, при передаче звуковой волны происходит непрерывный переход. В неэластичных средах, таких как вода и большинство жидкостей, существует непрерывный переход, пока амплитуда или «громкость» звука относительно невелика.Однако по мере увеличения амплитуды величина отрицательного давления в областях разрежения в конечном итоге становится достаточной, чтобы вызвать разрушение жидкости из-за отрицательного давления, вызывая явление, известное как кавитация. Кавитационные «пузыри» образуются в местах разрежения, когда жидкость разрывается или разрывается из-за отрицательного давления звуковой волны в жидкости. По мере прохождения волновых фронтов кавитационные «пузыри» колеблются под действием положительного давления, постепенно увеличиваясь до нестабильных размеров.Наконец, резкое схлопывание кавитационных «пузырей» приводит к взрывам, которые вызывают излучение ударных волн из мест схлопывания. Коллапс и сжатие бесчисленных кавитационных «пузырей» в жидкости, активируемой ультразвуком, приводит к эффекту, обычно связанному с ультразвуком. Было подсчитано, что в местах схлопывания кавитационных пузырьков возникают температуры, превышающие 10 000 ° F, и давления, превышающие 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Преимущества ультразвука в процессах очистки и ополаскивания В большинстве случаев очистка требует растворения загрязнителя (как в случае растворимого грунта), вытеснения (как в случае нерастворимого грунта) или одновременного растворения и вытеснения (как в случае нерастворимых частиц, удерживаемых растворимым связующим, таким как масло или жир).Механический эффект ультразвуковой энергии может способствовать как ускорению растворения, так и перемещению частиц. Ультразвук полезен не только при очистке, но и при ополаскивании. Остатки чистящих химикатов быстро и полностью удаляются ультразвуковой промывкой. При удалении загрязнителя путем растворения необходимо, чтобы растворитель контактировал с загрязнением и растворял его. Операция по очистке происходит только на границе раздела между химическим составом очистки и загрязнителем.(Рисунок 1)
Рисунок 1
По мере того, как химический состав очистки растворяет загрязнитель, на границе раздела между свежим чистящим химическим составом и загрязнением образуется насыщенный слой. Как только это произошло, действие по очистке прекращается, поскольку насыщенный химический состав больше не может атаковать загрязнитель. Свежий химический состав не может добраться до загрязнителя. (Рисунок 2)
Рисунок 2
Ультразвуковая кавитация и имплозия эффективно вытесняют насыщенный слой, позволяя свежему химическому составу вступить в контакт с загрязняющими веществами, которые необходимо удалить.Это особенно полезно при очистке неровных поверхностей или внутренних проходов. (Рисунок 3)
Рисунок 3
Ультразвуковая скорость Очистка растворением
Некоторые загрязнители состоят из нерастворимых частиц, которые свободно прикреплены и удерживаются на месте ионными или когезионными силами. Эти частицы нужно только сместить в достаточной степени, чтобы устранить силы притяжения. (Рисунок 4)
Рисунок 4
Кавитация и имплозия в результате ультразвуковой активности вытесняют и удаляют плохо удерживаемые загрязнения, такие как пыль, с поверхностей.Для того чтобы это было эффективным, необходимо, чтобы связующая среда могла смачивать удаляемые частицы. (Рисунок 5)
Рисунок 5
Комплексные загрязнители
Загрязнения, конечно, также могут быть более сложными по своей природе, состоящими из комбинированных почв, состоящих как из растворимых, так и из нерастворимых компонентов. Эффект ультразвука в этих случаях практически такой же, поскольку механическое микровмешивание помогает ускорить как растворение растворимых примесей, так и перемещение нерастворимых частиц.Также было продемонстрировано, что ультразвуковая активность ускоряет или усиливает эффект многих химических реакций. Это, вероятно, вызвано в основном высокими уровнями энергии, создаваемыми в местах взрыва при высоких давлениях и температурах. Вероятно, что превосходные результаты, достигаемые во многих операциях ультразвуковой очистки, могут быть, по крайней мере, частично приписаны эффекту сонохимии.
Превосходный процесс
На приведенных выше иллюстрациях поверхность очищаемой детали представлена плоской.В действительности поверхности редко бывают плоскими, вместо этого они состоят из холмов, долин и извилин любого описания. На рисунке 6 показано, почему ультразвуковая энергия оказалась более эффективной для улучшения очистки, чем другие альтернативы, включая промывку распылением, чистку щеткой, турбуляцию, перемешивание воздухом и даже электроочистку во многих областях. Особого внимания заслуживает способность ультразвука проникать внутрь и способствовать очистке внутренних поверхностей сложных деталей.
Рисунок 6
Ультразвуковое оборудование
Для ввода ультразвуковой энергии в систему очистки требуется ультразвуковой преобразователь и ультразвуковой источник питания или «генератор».«Генератор подает электрическую энергию на желаемой ультразвуковой частоте. Ультразвуковой преобразователь преобразует электрическую энергию ультразвукового генератора в механические колебания.
Ультразвуковой генератор
Ультразвуковой генератор преобразует электрическую энергию из линии, которая обычно представляет собой переменный ток на 50 или 60 Гц в электрическую энергию на ультразвуковой частоте.Это достигается разными способами различными производителями оборудования.Почти все современные ультразвуковые генераторы используют твердотельную технологию.
В технологии ультразвуковых генераторов было сделано несколько относительно недавних нововведений, которые могут повысить эффективность оборудования для ультразвуковой очистки. К ним относятся выходные сигналы прямоугольной формы, медленно или быстро включающие и выключающие ультразвуковую энергию и модулирующие или «качающие» частоту выходного сигнала генератора вокруг центральной рабочей частоты. В самых современных ультразвуковых генераторах предусмотрена возможность настройки множества выходных параметров для настройки выходной энергии ультразвука для конкретной задачи.
Выход прямоугольной волны
Применение прямоугольного сигнала к ультразвуковому преобразователю приводит к акустическому выходу, богатому гармониками. В результате получается многочастотная система очистки, которая одновременно вибрирует на нескольких частотах, являющихся гармониками основной частоты. Многочастотный режим работы позволяет объединить все частоты в одном резервуаре для ультразвуковой очистки.
Pulse
В импульсном режиме ультразвуковая энергия включается и выключается со скоростью, которая может изменяться от одного раза в несколько секунд до нескольких сотен раз в секунду.
Процент времени, в течение которого ультразвуковая энергия включена, также может быть изменено для получения различных результатов. При более низкой частоте следования импульсов происходит более быстрая дегазация жидкости, поскольку слипающиеся пузырьки воздуха получают возможность подняться на поверхность жидкости во время отключения ультразвуковой энергии. При более высокой частоте следования импульсов процесс очистки может быть улучшен, поскольку повторяющиеся высокоэнергетические «всплески» ультразвуковой энергии происходят каждый раз при включении источника энергии.
Развертка по частоте
В режиме развертки частота на выходе ультразвукового генератора модулируется вокруг центральной частоты, которая сама может регулироваться.
Различные эффекты производятся путем изменения скорости и величины частотной модуляции. Частота может модулироваться от одного раза в несколько секунд до нескольких сотен раз в секунду с величиной изменения от нескольких герц до нескольких килогерц. Подметание можно использовать для предотвращения повреждения очень хрупких деталей или уменьшения воздействия стоячих волн в резервуарах для очистки. Режим вытеснения также может оказаться особенно полезным для облегчения кавитации терпенов и химикатов на нефтяной основе.Комбинация импульсного режима и режима развертки может обеспечить даже лучшие результаты, когда требуется кавитация терпенов и химические вещества на нефтяной основе. Частота и амплитуда Частота и амплитуда — это свойства звуковых волн. На рисунках ниже показаны частота и амплитуда с использованием модели пружины, представленной ранее. На диаграмме, если A — основная звуковая волна, B с меньшим смещением среды (менее интенсивное сжатие и разрежение) при прохождении фронта волны представляет собой звуковую волну меньшей амплитуды или «громкости».»C представляет звуковую волну более высокой частоты, обозначенную большим количеством волновых фронтов, проходящих через заданную точку в течение заданного периода времени.
Ультразвуковые преобразователи
Сегодня используются два основных типа ультразвуковых преобразователей: магнитострикционные и пьезоэлектрические. Оба выполняют одну и ту же задачу по преобразованию переменной электрической энергии в вибрационную механическую энергию, но делают это с помощью различных средств.
Магнитострикционные
Магнитострикционные преобразователи используют принцип магнитострикции, при котором определенные материалы расширяются и сжимаются при помещении в переменное магнитное поле.
Переменная электрическая энергия от ультразвукового генератора сначала преобразуется в переменное магнитное поле с помощью катушки с проволокой. Затем переменное магнитное поле используется для создания механических колебаний на ультразвуковой частоте в резонансных полосах из никеля или другого магнитострикционного материала, которые прикрепляются к поверхности, которая подвергается вибрации. Поскольку магнитострикционные материалы ведут себя идентично магнитному полю любой полярности, частота электрической энергии, подаваемой на преобразователь, составляет 1/2 от желаемой выходной частоты.Магнитострикционные преобразователи были первыми, кто обеспечил надежный источник ультразвуковых колебаний для приложений с большой мощностью, таких как ультразвуковая очистка. Из-за внутренних механических ограничений на физический размер оборудования, а также электрических и магнитных осложнений, мощные магнитострикционные преобразователи редко работают на частотах намного выше 20 килогерц. С другой стороны, пьезоэлектрические преобразователи могут легко работать в мегагерцовом диапазоне. Магнитострикционные преобразователи обычно менее эффективны, чем их пьезоэлектрические аналоги.Это связано в первую очередь с тем, что магнитострикционный преобразователь требует двойного преобразования энергии из электрической в магнитную, а затем из магнитной в механическую. При каждом преобразовании теряется некоторая эффективность. Эффекты магнитного гистерезиса также снижают эффективность магнитострикционного преобразователя.
Пьезоэлектрические
Пьезоэлектрические преобразователи преобразуют переменную электрическую энергию непосредственно в механическую энергию за счет использования пьезоэлектрического эффекта, при котором определенные материалы изменяют размер при приложении к ним электрического заряда.
Электрическая энергия ультразвуковой частоты подается на преобразователь ультразвуковым генератором. Эта электрическая энергия прикладывается к пьезоэлектрическому элементу (ам) преобразователя, который вибрирует. Эти колебания усиливаются резонансными массами преобразователя и направляются в жидкость через излучающую пластину. В ранних пьезоэлектрических преобразователях использовались такие пьезоэлектрические материалы, как природные кристаллы кварца и титанат бария, которые были хрупкими и нестабильными.Следовательно, первые пьезоэлектрические преобразователи были ненадежными. Современные преобразователи включают в себя более прочные, более эффективные и высокостабильные керамические пьезоэлектрические материалы, которые были разработаны в результате усилий ВМС США и его исследований по разработке усовершенствованных ретрансляторов гидролокатора в 1940-х годах. Подавляющее большинство датчиков, используемых сегодня для ультразвуковой очистки, используют пьезоэлектрический эффект.
Оборудование для ультразвуковой очистки
Оборудование для ультразвуковой очистки варьируется от небольших настольных устройств, которые часто встречаются в стоматологических кабинетах или ювелирных магазинах, до огромных систем емкостью в несколько тысяч галлонов, используемых в различных промышленных приложениях.Выбор или проектирование подходящего оборудования имеет первостепенное значение для успеха любого применения ультразвуковой очистки. Для простейшего применения может потребоваться только простой очиститель резервуаров с подогревом, при этом промывка должна выполняться в раковине или в отдельном контейнере. Более сложные системы очистки включают одну или несколько полосканий, дополнительные технологические резервуары и сушилки горячим воздухом. Часто добавляется автоматизация, чтобы сократить трудозатраты и гарантировать согласованность процесса. В самых крупных установках используются погружные ультразвуковые преобразователи, которые можно устанавливать по бокам или на дне резервуаров для очистки практически любого размера.Погружные ультразвуковые преобразователи обеспечивают максимальную гибкость и простоту установки и обслуживания. Системы очистки резервуаров с подогревом (рис. 7) используются в лабораториях и для очистки небольших партий.
Рис. 7 Маленькие автономные чистящие средства (рис. 8) используются в кабинетах врачей и ювелирных магазинах.
Рисунок 8 Консольные системы очистки (рисунок 9) включают в себя резервуар (и) для ультразвуковой очистки, промывочный резервуар (и) и сушилку для периодической очистки.Системы можно автоматизировать с помощью системы обработки материалов, контролируемой ПЛК.
Рисунок 9 Широкий спектр опций может быть предложен в специально разработанных системах, как показано на рисунке 10. Крупномасштабная установка или модернизация существующих резервуаров в линиях гальваники и т. Д. Может быть достигнута за счет использования модульных погружные ультразвуковые преобразователи. Ультразвуковые генераторы часто размещаются в шкафах с климат-контролем.
Рисунок 10
Максимизация процесса ультразвуковой очистки
Параметры процесса Эффективное применение процесса ультразвуковой очистки требует учета ряда параметров.Хотя время, температура и химические вещества остаются важными при ультразвуковой очистке, как и в других технологиях очистки, существуют и другие факторы, которые необходимо учитывать, чтобы максимизировать эффективность процесса. Особенно важны те переменные, которые влияют на интенсивность ультразвуковой кавитации в жидкости. Максимальная кавитация Очевидно, что максимальная кавитация очищающей жидкости очень важна для успеха процесса ультразвуковой очистки. На интенсивность кавитации влияют несколько переменных.Температура является наиболее важным параметром, который следует учитывать при максимизации интенсивности кавитации. Это связано с тем, что многие свойства жидкости, влияющие на интенсивность кавитации, связаны с температурой. Изменения температуры приводят к изменениям вязкости, растворимости газа в жидкости, скорости диффузии растворенных газов в жидкости и давления пара, которые влияют на интенсивность кавитации. В чистой воде эффект кавитации максимален примерно при 160 ° F. Вязкость жидкости должна быть минимизирована для максимального эффекта кавитации.Вязкие жидкости медленны и не могут реагировать достаточно быстро, чтобы образовать кавитационные пузыри и сильный взрыв. Вязкость большинства жидкостей снижается при повышении температуры. Для наиболее эффективной кавитации очищающая жидкость должна содержать как можно меньше растворенного газа. Растворенный в жидкости газ высвобождается во время фазы роста пузырьков кавитации и предотвращает их резкое схлопывание, необходимое для достижения желаемого ультразвукового эффекта. Количество растворенного газа в жидкости уменьшается при повышении температуры жидкости.Скорость диффузии растворенных газов в жидкости увеличивается при более высоких температурах. Это означает, что жидкости при более высоких температурах отдают растворенные газы легче, чем жидкости при более низких температурах, что помогает минимизировать количество растворенного газа в жидкости. Умеренное повышение температуры жидкости приближает ее к давлению пара, а это означает, что паровая кавитация достигается легче. Паровая кавитация, при которой кавитационные пузырьки заполняются парами кавитирующей жидкости, является наиболее эффективной формой кавитации.Однако по мере приближения к температуре кипения интенсивность кавитации уменьшается, поскольку жидкость начинает кипеть в местах кавитации. Интенсивность кавитации напрямую связана с мощностью ультразвука на уровнях мощности, обычно используемых в системах ультразвуковой очистки. Поскольку мощность значительно увеличивается выше порога кавитации, интенсивность кавитации выравнивается и может быть увеличена только с помощью методов фокусировки. Интенсивность кавитации обратно пропорциональна ультразвуковой частоте.По мере увеличения частоты ультразвука интенсивность кавитации уменьшается из-за меньшего размера кавитационных пузырьков и, как следствие, менее сильного взрыва. Снижение эффекта кавитации на более высоких частотах можно преодолеть за счет увеличения мощности ультразвука. Важность минимизации растворенного газа
Во время части звуковой волны с отрицательным давлением жидкость разрывается, и начинают формироваться кавитационные пузырьки. По мере того, как внутри пузыря возникает отрицательное давление, газы, растворенные в кавитирующей жидкости, начинают диффундировать через границу в пузырек.Когда отрицательное давление уменьшается из-за прохождения части разрежения звуковой волны и достигается атмосферное давление, кавитационный пузырь начинает схлопываться из-за собственного поверхностного натяжения. Во время компрессионной части звуковой волны любой газ, который диффундировал в пузырек, сжимается и, наконец, снова начинает диффундировать через границу, чтобы снова войти в жидкость. Однако этот процесс никогда не завершается, пока пузырек содержит газ, поскольку диффузия из пузыря не начинается, пока пузырек не сжимается.И как только пузырек сжимается, граничная поверхность, доступная для диффузии, уменьшается. В результате кавитационные пузырьки, образующиеся в жидкостях, содержащих газ, не схлопываются до имплозии, а скорее образуют небольшой карман сжатого газа в жидкости. Это явление может быть полезно при дегазации жидкостей. Маленькие пузырьки газа группируются вместе, пока они, наконец, не станут достаточно плавучими, чтобы подняться на поверхность жидкости.
Максимальное повышение общего эффекта очистки
Очистка Выбор химиката чрезвычайно важен для общего успеха процесса ультразвуковой очистки.Выбранный химикат должен быть совместим с очищаемым основным металлом и обладать способностью удалять присутствующие загрязнения. Он также должен хорошо каверизировать. Большинство чистящих химикатов можно удовлетворительно использовать с ультразвуком. Некоторые из них разработаны специально для использования с ультразвуком. Однако избегайте непенящихся составов, обычно используемых при мойке распылением. Предпочтительны составы с высокой степенью увлажнения. Многие из новых очистителей на нефтяной основе, а также полуводные очистители на основе нефти и терпена совместимы с ультразвуком.Для эффективного использования этих составов может потребоваться специальное оборудование, в том числе повышенная мощность ультразвука.
Рисунок 11
Температура упоминалась ранее как важная для достижения максимальной кавитации. Эффективность чистящего химического средства также зависит от температуры. Хотя эффект кавитации максимален в чистой воде при температуре около 160 ° F, оптимальная очистка часто наблюдается при более высоких или более низких температурах из-за влияния, которое температура оказывает на очищающий химикат.Как правило, каждый химикат будет работать лучше всего при рекомендованной температуре процесса независимо от воздействия температуры на ультразвуковые системы. Например, хотя максимальный ультразвуковой эффект достигается при 160 ° F, наиболее едкие очистители используются при температурах от 180 ° F до 190 ° F, поскольку химический эффект значительно усиливается за счет добавленной температуры. Другие чистящие средства могут разрушаться и терять свою эффективность при использовании при температурах выше 140 ° F. Лучше всего использовать химические вещества при максимальной рекомендованной температуре, не превышающей 190 ° F. Дегазация чистящих растворов чрезвычайно важна для достижения удовлетворительных результатов очистки.Свежие или остывшие растворы перед очисткой необходимо дегазировать. Дегазация производится после добавления химического вещества и достигается за счет воздействия ультразвуковой энергии и повышения температуры раствора. Время, необходимое для дегазации, значительно варьируется в зависимости от емкости резервуара и температуры раствора и может составлять от нескольких минут для небольшого резервуара до часа и более для большого резервуара. Для дегазации неотапливаемого резервуара может потребоваться несколько часов. Дегазация завершена, когда не видно небольших пузырьков газа, поднимающихся к поверхности жидкости, и можно увидеть узор из ряби.
Рисунок 12
Ультразвуковая мощность, подаваемая в резервуар для очистки, должна быть достаточной для кавитации всего объема жидкости при наличии рабочей нагрузки. Ватт на галлон — это единица измерения, часто используемая для измерения уровня мощности ультразвука в резервуаре для очистки. По мере увеличения объема бака количество ватт на галлон, необходимое для достижения требуемой производительности, уменьшается. Для очистки очень массивных деталей или деталей с большим отношением поверхности к массе может потребоваться дополнительная мощность ультразвука.Избыточная мощность может вызвать кавитационную эрозию или «ожог» мягких металлических деталей. Если в одной системе очистки необходимо очистить большое количество деталей, рекомендуется использовать ультразвуковой контроль мощности, чтобы можно было регулировать мощность в соответствии с потребностями в различных очистках. Части Воздействие как очищающих химических веществ, так и ультразвуковой энергии важно для эффективной очистки. Необходимо следить за тем, чтобы все участки очищаемых деталей были залиты чистящей жидкостью. Корзины для деталей и приспособления должны быть спроектированы так, чтобы допускать проникновение ультразвуковой энергии и располагать детали так, чтобы гарантировать, что они подвергаются воздействию ультразвуковой энергии.

Ультразвуковой неразрушающий контроль

ПРИНЦИП РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ (АКУСТИЧЕСКИХ) РЕАКТОРОВ — НТЦ Техносоник

Введение

Принцип работы ультразвукового реактора.

Как установить оптимальное статическое давление для ультразвукового реактора

Влияние температуры и частоты колебаний на работу ультразвукового реактора.

Устройство ультразвукового реактора

Технологические процессы, реализуемые в ультразвуковом реакторе

Технология ультразвукового нивелирования — Технологии TOPCON

Средства неразрушающего контроля, используемые при проведении механизированного ультразвукового контроля

частота, интенсивность и глубина проникновения, применение в косметологии и физиотерапии

Частота ультразвука

Глубина проникновения ультразвука

Товары, которые упоминаются в статье

Интенсивность ультразвука

Скорость распространения ультразвука в различных средах

Товары, которые упоминаются в статье

Принцип работы ультразвукового увлажнителя

Как работают ультразвуковые увлажнители

Промышленные установки для увлажнения воздуха

Ультразвуковое оборудование. ПСБ-Галс.

Ультразвуковая очистка

Принцип работы ультразвукового оборудования, ультразвуковая кавитация

Определение ультразвука Merriam-Webster

Ультразвук | физика | Британника

Преобразователи

Применение в исследованиях

Ультразвук — обзор | Темы ScienceDirect

2.12.3.2 Ультразвук высокого давления

Что такое ультразвуковая волна? ｜ Ультразвуковой резак и колонки для ультразвуковой полировки ｜ SONOTEC

Что такое ультразвуковая волна?

Продольная волна и поперечная волна

Посмотреть пример видео обрезки ультразвукового резака

У вас есть проблемы с ультразвуковыми резаками или полировальными инструментами?

Что такое ультразвуковой скалер?

Зачем использовать ультразвуковой скалер и как они работают?

Каковы преимущества использования ультразвукового скалера при инфицировании десен?

Существуют ли противопоказания при использовании ультразвуковых скалеров?

Важность регулярных гигиенических процедур

Ультразвуковые увлажнители воздуха — Guardian Technologies

Ультразвуковая очистка: фундаментальная теория и применение

Похожие записи

Coocox: CooCox. Текущее состояние дел. / CoIDE / Pluslab

Приборы для измерения давления жидкости: Манометр — из чего состоит? Виды и типы

Регулируемая индуктивность: Регулируемая катушка индуктивности на кольцевом сердечнике

Добавить комментарий Отменить ответ