ультразвуковой компрессор и ороситель на его основе
Классы МПК: | F04F7/00 Насосы с использованием инерции сред, например путем возбуждения в них вибраций B05B17/04 устройства, приспособленные для разбрызгивания или распыления специальными способами |
Автор(ы): | Некрасов С.Г., Биушкин В.А., Некрасов Е.С. |
Патентообладатель(и): | Некрасов Сергей Геннадьевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-06-21 публикация патента:
10.11.1998 |
Ультразвуковой компрессор и ороситель на его основе может быть использован в медицинской технике или другой области техники, где требуется повышенная чистота подаваемого воздуха и не требуется высокая производительность. Компрессор представляет собой специальный клапан, размещенный на опорной поверхности концевого элемента вибратора через газовую пленку смазки. Ороситель на основе данного компрессора позволяет осуществить синхронную с работой ультразвукового концентратора, включающего основной и дополнительный концентраторы, подачу жидкости и получить улучшение и удобство в обслуживании и эксплуатации оросителя, 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Ультразвуковой компрессор, содержащий разделенные зазором две опорные поверхности, по меньшей мере одна из которых связана с рабочими элементами электромеханического вибратора, электрически связанного с источником ультразвукового напряжения, отличающийся тем, что в центре одной из поверхностей выполнено отводное отверстие для газа, при этом опорные поверхности профилированы с зазором на периферии меньше зазора в геометрическом центре опорных поверхностей не менее чем на 30% от величины зазора на периферии, а величина зазора на периферии не превышает трех суммарных амплитуд колебаний опорных поверхностей. 2. Ороситель содержащий электромеханический вибратор с устройством для озвучивания жидкости, подаваемой из емкости, отличающийся тем, что он снабжен ультразвуковым компрессором по п.1 и прижимно-направляющим устройством с опорной пластинкой, электромеханический вибратор выполнен в виде основного и дополнительного ультразвуковых концентраторов, расположенных симметрично, при этом в дополнительном концентраторе выполнен канал для отвода воздуха, сообщенный с емкостью, выполненной герметизированной, а компрессор образован опорными поверхностями дополнительного концентратора и опорной пластинки, прижатыми друг к другу с помощью прижимно-направляющего устройства. 3. Ороситель по п.2, отличающийся тем, что прижимно-направляющее устройство выполнено в виде цилиндрической втулки, на одном из торцов которой соосно размещена опорная пластина, при этом внутренняя часть втулки расположена с зазором на конце дополнительного концентратора.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к ультразвуковой технике и, в частности, к устройствам для нагнетания газа и может найти применение в качестве компрессора в медицинской технике или другой области техники, где требуется повышенная чистота подаваемого воздуха и не требуется высокая производительность. Известны высокочастотные устройства для транспортировки жидких сред, включающие электромеханические преобразователи (см. например, SU, а.с., N 581326, Кл. F 04 F 7/00, 1977), которые в принципе могут быть использованы для транспортировки газа. Однако вследствие сжимаемости газа (особенно при учете сравнительно большого объема камер вибронасоса по а.с. N 581326), большой величины сил вязкостного трения, возникающие на высокой частоте при протекании газа в соединительных магистралях, производительность такого устройства близка к нулю. Можно было бы ожидать наличие расхода газа вследствие увеличения средних за период колебаний давлений в камерах, однако при этом исчезает перистальтический эффект, т.к. средние за период давления во всех камерах одинаковы. Наиболее близким к предложенному ультразвуковому компрессору является ультразвуковой компрессор, содержащий разделенные зазором две опорные поверхности, по меньшей мере одна из которых связана с рабочими элементами электромеханического вибратора электрически связанного с источником ультразвукового напряжения (SU, авторское свидетельство, 1044842, кл. F 04 F 7/00, 1983). Наиболее близким к предложенному оросителю является ороситель, содержащий электромеханический вибратор с устройством для озвучивания жидкости, подаваемой из емкости (SU, авторское свидетельство, 1577858, кл. B 05 B 17/04, 1990). В известном компрессоре получение высоких градиентов амплитуды при использовании собственных форм изгибных колебаний затруднено, т.к. на высоких частотах усложняются формы колебаний, но малы амплитуды, а на низких частотах большие амплитуды, но более простые формы колебаний. Недостатком известного оросителя является1. Использование внешнего нагнетателя увеличивает массу и габариты устройства, повышает его энергопотребление. 2. Создание напора жидкости за счет перепада высот не всегда удобно и делает практически невозможным использование устройства при постоянном его перемещении (например, при использовании его участковым врачом в качестве ингалятора);
3. Для экономии раствора часто требуется создание добавочного синхронно-выключающего устройства, которое обеспечивает прекращение подачи жидкости при выключении питания генератора;
4. Даже при наличии синхронно-выключающего устройства может происходить "пустой" расход жидкости, когда возникает рассогласование резонансной частоты концентратора с частотой питания и струя выходит озвученной не в должной мере или не озвученной вообще. При использовании такого устройства в медицинских целях существование вышеуказанного режима ведет к отсутствию лечебного эффекта с вытекающими отсюда последствиями. Задачей изобретения является увеличение среднего за период колебаний расхода газа в компрессоре и увеличение тем самым его производительности, создание ультразвукового неэнергоемкого малогабаритного нагнетателя, производительность которого зависит от степени согласования резонансной частоты концентратора с частотой питания. Для решения этой задачи предлагается ультразвуковой компрессор, включающий разделенные тонким зазором две опорные поверхности, по меньшей мере одна из которых связана с рабочими элементами электромеханического вибратора, электрически связанного с источником ультразвукового напряжения, в центре одной из поверхностей выполнено отводное отверстие для газа, при этом опорные поверхности профилированы с зазором на периферии меньше зазора в геометрическом центре опорных поверхностей не менее, чем на 30 процентов от величины зазора на периферии, а величина зазора на периферии не превышает трех суммарных амплитуд колебаний опорных поверхностей. Указанное профилирование зазора обеспечивает высокую величину градиента давлений, т.к. в данном случае изменение амплитуд колебаний и соответствующих им давлений обеспечивается конструкций, а не физически реализуемой формой собственных колебаний и связанных с этим недостатками. В данном случае можно использовать и равномерные по площади колебания, создавая высокую величину градиента давлений только за счет профилирования. Кроме того, ороситель, содержащий электромеханический вибратор с устройством для озвучивания жидкости, подаваемой из емкости, снабжен ультразвуковым компрессором и прижимно-направляющим устройством с опорной пластинкой, электромеханический вибратор выполнен в виде основного и дополнительного ультразвуковых концентраторов, расположенных симметрично, при этом в дополнительном концентраторе выполнен канал для отвода воздуха, сообщенный с емкостью, выполненной герметизированной, а компрессор образован опорными поверхностями дополнительного концентратора и опорной пластинки, прижатыми друг к другу с помощью прижимно-направляющего устройства. Кроме того, прижимно-направляющее устройство может быть конструктивно совмещено с опорной пластиной и представляет собой цилиндрическую втулку, на одном из торцов которой соосно размещена опорная пластинка, а нижняя часть втулки размещена с зазором на конце концентратора. Основным моментом новизны здесь является размещение дополнительного и основного концентратора в виде одного вибрационного блока с общей резонансной частотой колебаний. На фиг. 1 представляем пример конструкции ультразвукового компрессора с профилированием опорных поверхностей; на фиг. 2 показана конструктивная схема оросителя (распылителя). Ультразвуковой компрессор состоит из нагрузочного элемента 1, выполненного в форме круглой пластинки, которая крепится к основанию через пружинки 7. Электромеханический преобразователь выполнен в виде вибратора Ланжевена и содержит концевые элементы 2 и 4, которые имеют форму плоских дисков. Размер вибратора в осевом направлении составляет величину, равную половине длины звуковой волны в его материале на рабочей частоте fo. Пьезокерамический преобразователь 3 подключен к источнику переменного напряжения с частотой fo. Вибратор закреплен на корпусе с помощью упругих виброизолирующих лепестков. Опорная поверхность нагрузочного элемента профилирована так, что (h1 - h2)/h2>0,3, где h1 - зазор в геометрическом центре опорных поверхностей нагрузочного элемента и концевого элемента; h2 - минимальный зазор на периферии. Для отвода воздуха в центре вибратора выполнено отводное отверстие, в которое вкручен штуцер 5 с эластичной трубкой 6, которая осуществляет подвод воздуха потребителю. Работа компрессора осуществляется следующим образом. При подаче питания от источника переменного напряжения на электроды пьезопреобразователя 3, последний начинает совершать колебания, включая и колебания по толщине. Это вызывает резонансные колебания вибратора в осевом направлении, т. к. для заданной частоты его размер определяет полуволновой резонанс в осевом направлении и, следовательно, реализуется максимальный уровень амплитуд колебаний и КПД
Высокочастотные колебания опорной поверхности вибратора вызывают высокочастотное изменение зазора. Если частота изменения зазора сравнительно невелика, то газ втекает и вытекает из зазора. С ростом частоты увеличиваются силы вязкого трения, препятствующие течению газа в зазоре. Начиная с некоторой граничной частоты, течение газа в центральной зоне (R1<r<R2) отсутствует и зазор ведет себя точно так же как поршень, т.к. при уменьшении зазора давление увеличивается, а при увеличении - уменьшается. В силу того, что газ является нелинейной средой, при одинаковых изменениях зазора в сторону увеличения и в сторону уменьшения давление при сжатии значительно больше, чем при разряжении. Поэтому в среднем за период колебаний появляется избыточное давление и, следовательно, несущая способность, определяющая разделение опорных поверхностей. Это полностью соответствует принципу работы вибронесущих газовых опор (см. Салбю Сдавливаемые пленки сжимаемой жидкости и подшипники со сдавливанием пленки смазки // Теоретические основы инженерных расчетов: ТАОИМ; Серия Д. - 1964, N 2 - с. 225 ... 238). Т. о. мы показали, что течений газа с частотой изменения зазора нет, а есть избыточное давление и несущая способность слоя газовой смазки. Однако профилирование зазора создает неоднородное по площади опорных поверхностей распределение средних за период избыточных давлений, которые, как и в случае прототипа, вызывают в среднем за период колебаний расход газа. Первопричиной этого расхода является уже не наличие изгибной формы колебаний, а профилирование зазора. Формула для массового расхода газа в этом случае имеет вид:
M = ПpPah32/(8mIn(R1/R2))
![ультразвуковой компрессор и ороситель на его основе, патент № 2121612](/images/patents/350/2121017/215.gif)
где
h1 и h2 - зазор в центре и на периферии;
H1 - амплитуда колебаний опорной поверхности вибратора. Характерно, что абсолютная величина массового расхода газа зависит от зазора в третьей степени и не зависит от абсолютной величины внешнего радиуса и, следовательно, необходимо стремиться как можно к большей амплитуде колебаний опорной поверхности. Это объясняется тем, что величина зазора должна выбираться
1) из условия существования изменений безразмерного зазора, т.е. величина зазора должна быть сравнима по абсолютной величине с максимальной величиной профиля;
2) и из условия существования безразмерной амплитуды колебаний, т.е. величина амплитуды колебаний опорной поверхности вибратора должна быть сравнима с величиной зазора. Выполнение этих требований определяет наличие избыточного давления в слое, что обеспечивает бесконтактную работу опорных поверхностей компрессора и создает условия для протекания газа в центральную область зазора. Экспериментально подтверждено, что высокопроизводительная работа компрессора происходит, когда зазор на периферии меньше зазора в геометрическом центре не менее чем на 30%, т.е. (h1 - h2)/h2>0,3,
а величина зазора на периферии не превышает трех амплитуд колебаний опорной поверхности вибратора. Естественно, что величина зазора должна быть больше величины амплитуд, т.к. в противном случае происходит вибрационный контакт опорных поверхностей. Представленная на фиг. 1 конструкция, может быть видоизменена. Нагрузочный элемент 1 может быть выполнен в виде аналогичного вибратора Ланжевена. В этом случае суммарная амплитуда колебаний фактически удваивается, и при прежней величине несущей способности увеличивается примерно вдвое межопорной зазор и примерно в восемь раз увеличивается расход газа. Производительность такого компрессора невелика и не превышает обычно 8 . . . 10 мм3/с при давлении нагнетания (0,3 ... 0,35)
![ультразвуковой компрессор и ороситель на его основе, патент № 2121612](/images/patents/350/2121001/183.gif)
Класс F04F7/00 Насосы с использованием инерции сред, например путем возбуждения в них вибраций
гидравлический таран - патент 2529277 (27.09.2014) | ![]() |
гидравлический таран - патент 2528795 (20.09.2014) | ![]() |
гидравлический таран - патент 2527260 (27.08.2014) | ![]() |
гидравлический таран - патент 2521821 (10.07.2014) | ![]() |
многоступенчатый глубинный вибрационный насос с осевым подключением - патент 2518762 (10.06.2014) | |
гидропневматический таран - патент 2511775 (10.04.2014) | |
вибрационный насос - патент 2501983 (20.12.2013) | |
насос для малодебитной сважины - патент 2492365 (10.09.2013) | ![]() |
гидравлический таран - патент 2489605 (10.08.2013) | |
гидравлический таран - патент 2489604 (10.08.2013) |
Класс B05B17/04 устройства, приспособленные для разбрызгивания или распыления специальными способами