пневматический вибратор

Формула изобретения

Пневматический вибратор, содержащий закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи воздуха, отличающийся тем, что диаметр стального шарика может изменяться без изменения общего внешнего диаметра, заполненного эластичной оболочкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для получения механических колебаний и может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов.

Известен пневматический вибратор (см. авт. свид. СССР №1538011), отличающийся тем, что с целью снижения энергозатрат и повышения эффективности работы он снабжен штоком и цилиндрической втулкой с прорезью, выполненной вдоль образующей цилиндра, при этом втулка охватывает патрубок и установлена на нем с возможностью вращения вокруг оси патрубка, прорезь втулки размещена относительно отверстий патрубка с возможностью периодического их открытия в процессе вращения втулки. Шток одним концом связан с шариком, а другим - с втулкой, для передачи движения шарика на втулку. Известное изобретение, как показал опыт практического применения, имеет существенный недостаток, заключающийся в невысокой надежности узлов вращения патрубка с шариком и самого патрубка. При высокой скорости вращения длительность непрерывной работы не превышает 1000...1200 час.

В качестве прототипа нами взято изобретение (см. авт. свид. СССР №480898). Пневматический вибратор представляет из себя устройство для предотвращения образования накипи, например в теплообменных аппаратах, содержащее закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку обкатываемую шариком, и сопла для подачи сжатого воздуха, отличающееся тем, что с целью повышения эффективности работы сопла размещены на установленном внутри обоймы подводящем патрубке, а оси сопл расположены в плоскости волновода.

Известное изобретение имеет существенный недостаток, заключающийся в том, что скорость движения шарика ограничена, т.к. зависит от радиуса шарика, его массы и скорости истечения струи сжатого воздуха (для обычных сопл она не превышает 300 м/с). В свою очередь скорость движения шарика однозначно определяет центробежную силу,

где m - масса шарика, кг;

- линейная скорость движения, м/с;

R - радиус шарика, м,

а от величины центробежной силы зависит частота и амплитуда возбуждаемых вибратором колебаний. Увеличение F_ц приводит к расширению частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний, что в свою очередь расширяет возможность применения вибратора в различных технологических процессах. Технический результат достигается тем, что пневматический вибратор, содержащий закрепленную на конце волновода обойму, внутренняя полость которой имеет кольцевую беговую дорожку, обкатываемую шариком, и сопла для подачи воздуха, отличающийся тем, что диаметр стального шарика может изменяться без изменения общего внешнего диаметра, заполненного эластичной оболочкой. Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что шарик снабжен (покрыт) внешней эластичной оболочкой, выполненной из материала с высокой износостойкостью и термостойкостью. Таким образом, предложено изменять диаметр стального шарика без изменения общего внешнего диаметра заполненного эластичной оболочкой, а это в свою очередь позволяет в широких пределах менять скорость движения шарика, а следовательно, частоту и амплитуду возбуждаемых колебаний. Отметим, что практически все типы известных пневматических вибраторов не позволяют поднять частоту колебаний выше 400 Гц, см. Справочник в 6-ти томах, том 4 «Вибрации в технике», М., Машиностроение, 1981 г., стр 296-297.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне изобретения.

На фиг.1 изображено описываемое устройство, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху.

Вибратор состоит из обоймы 1, закрытой с двух сторон фланцами 2 с отверстиями, которые скреплены между собой патрубком 3, имеющим канал для подачи сжатого воздуха при помощи впаянного в него в радиальном направлении изогнутого сопла 4. Сжатый воздух подается непосредственно к шарику 5, внутренняя часть которого выполнена из ферромагнитного материала, покрытого эластичной оболочкой, выполненной из материала с высокой износостойкостью, например из фторопласта, и приводит его в движение по кольцевой беговой дорожке обоймы 1, что обуславливает получение упругих колебаний, которые передаются с обоймы на металлоконструкцию технологического аппарата при помощи волновода 6. Патрубок 3 закреплен при помощи шайбы 7 и гайки 8.

Вибратор работает следующим образом. Сжатый воздух давлением 5 атмосфер (5·10 Н/м²) подается по каналу в патрубок 3 через сопло 4 и приводит шарик 5 в движение по дорожке обоймы 1. Скорость движения шарика в течение короткого промежутка времени (несколько секунд) достигает значительной величины, существенно превосходящей в известной конструкции, учитывая, что внешние размеры шарика за счет эластичной оболочки больше (чем в прототипе или других конструктивных решениях), следовательно, площадь соприкосновения с воздушным потоком также больше и, как следствие, более значительна величина центробежной силы. Сопло 4 изогнуто так, чтобы обеспечить максимальное давление на поверхность шарика. При этом нижняя кромка сопла на 2-3 мм находится выше верхней части шарика, что не препятствует его движению.

Упругие колебания, возникающие в обойме 1 вследствие движения шарика 5, с высокими скоростями передаются через волновод 6 на металлоконструкцию того или иного технологического аппарата.

В частности предложенный воздушный вибратор применяется для предупреждения солевых отложений на рабочих поверхностях нагрева тепломассобменной аппаратуры, предупреждения биологических отложений на корпусах судов и интенсификации различных физико-химических процессов.

Следует отметить, что очевидное решение проблемы, а именно просто использовать стальные шарики разного диаметра, неприемлемо, т.к. в этом случае необходимо перестраивать сопла, а именно изменять угол их наклона и расстояние между выходом воздушной струи и поверхностью шарика, что неприемлемо по целому ряду причин. В то же время изменение диаметра шарика в широких пределах с последующим его покрытием эластичной оболочкой позволяет менять частоту и амплитуду возбуждаемых колебаний в широких пределах. Проведенными нами исследованиями установлено, что при использовании обоймы с подшипника №208, диаметра шарика 10 мм (масса 10 грамм) и линейной скорости 100 м/с величина центробежной F_ц силы не превышает 2500 Н, в предложенной конструкции она может регулироваться (изменяться) в пределах от 2500 до 9000 Н, что позволяет значительно расширить область возможного использования предложенного вибратора в различных технологических процессах.