Підвищення ефективності електромеханічних ультразвукових концентраторів на основі методу симетрій

Визначено алгоритм практичної реалізації методу симетрій для побудови КАЕ різних конфігурацій як симетрій відомих на сьогодні КАЕ, та схему знаходження їх основних технічних параметрів.

Отримано аналітичне співвідношення для визначення резонансних амплітуд КАЕ в залежності від рівня розсіюваної енергії.

Розроблено експериментальні зразки концентраторів, які при порівнянні з існуючими різновидами КАЕ маючи високі значення коефіцієнта підсилення поздовжніх коливань, визначаються тривалим терміном експлуатації в складі ультразвукових коливальних систем при порівнянні з існуючими різновидами КАЕ.

Основні теоретичні результати роботи перевірено шляхом експериментальних випробувань дослідних зразків концентраторів; показано, що основні технічні параметри зразків відрізняються від тих, які розраховані на основі теорії, не більше ніж на 3% в залежності від режиму роботи.

Ключові слова: внутрішня енергія розсіювання, концентратор акустичної енергії, механічні напруги, підсилення коливань, поздовжні переміщення, симетрія.

АННОТАЦИЯ

Трапезон К.А. Повышение эффективности электромеханических ультразвуковых концентраторов на основе метода симметрий. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.08. - прикладная акустика и звукотехника.

Национальный технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, г. Киев, 2008.

Диссертация посвящена вопросам создания концентраторов акустической энергии с улучшенными техническими характеристиками, для чего используется метод симметрий. Помимо этого, работа раскрывает особенности методики учета внутреннего рассеивания энергии и оценки реальной эффективности функционирования концентраторов разной конфигурации при их интенсивной работе.

Разработан аналитический метод замкнутого решения краевой задачи на собственные колебания стержней переменного сечения специального вида, который основан на построенных особенным образом симметриях дифференциального уравнения второго порядка с перемененными коэффициентами. Определены особенности метода в случае его использования при проектировании новых конфигураций концентраторов акустической энергии (КАЭ). Основная особенность разработанного метода заключается в том, что если известно решение краевой задачи для стержня с заданным законом изменения поперечного сечения (базовая задача), то автоматически можно построить решение задачи для стержня с законом изменения сечения существенно отличающимся от заданного, которое к тому же может иметь в своем составе существенные постоянные, которые при проектировании выбираются независимым образом. Другая особенность разработанного метода - решение для стержня с новым законом строится таким образом, чтобы частотное уравнение базовой задачи и ее симметрии совпадали. Указанная особенность позволяет исключить процедуру поиска собственных частот колебаний стержня с новым законом, так как эти частоты известны из базовой задачи. В силу этого, в случае появления в новом законе изменения поперечного сечения существенных постоянных, собственные частоты стержня с таким законом от них не зависят.

Определен алгоритм практической реализации метода симметрий для построения КАЭ разных конфигураций и схема нахождения их основных технических параметров. Построено ряд конфигураций КАЭ как симметрий простых базовых КАЭ с законами изменения диаметра поперечного сечения , , , , , . Установлено, в частности, что конфигурация вида (симметрия конуса ) является более эффективной по величине усиления продольных колебаний, чем симметрия катеноиды в форме несмотря на то, что при базовых конфигурациях ситуация обратная - более эффективными КАЭ являются катеноидальные, и менее - конусные.

Получено аналитическое соотношение для определения резонансных амплитуд КАЭ в зависимости от уровня рассеиваемой энергии, которое на практике позволяет сравнивать разные конфигурации концентраторов при условии, что они характеризуются одинаковым теоретическим (без учета внутреннего рассеивания энергии) значением коэффициента усиления колебаний и имеют между собой приблизительно одинаковые габаритные размеры.

Разработаны экспериментальные образцы нового типа, для которых исходной конфигурацией есть концентратор конусной формы. Полученные на основе теории образцы имели приблизительно одинаковое теоретическое значение усиления продольных колебаний (~30), одинаковые максимальные значения диаметра поперечного сечения (60 мм) и обладали, в сравнении с известными КАЭ, повышенными энергосберегающими свойствами, а значит, и повышенной эффективностью

Основные теоретические результаты работы проверены путем экспериментальных испытаний опытных образцов концентраторов. Показано, что основные технические параметры образцов отличаются от тех, которые рассчитаны на основе теории, не более чем на 3% в зависимости от уровня нагружения.

Ключевые слова: внутренняя энергия рассеивания, концентратор акустической энергии, механические напряжения, продольные перемещения, симметрия, усиление колебаний.

ABSTRACT

Trapezon K.A. Increase of efficiency of electromechanics ultrasonic thickeners on the basis of method symmetries - Manuscript.

The thesis submitted for a scientific degree of a Candidate of technical sciences in specialty 05.09.08. - the applied acoustics and soundtechnics.

National Technical University of Ukraine “Kyiv Polytechnic Institute”, Kyiv, 2008.

The thesis is devoted the questions of creation of thickeners of acoustic energy with improving technical descriptions, the method of symmetry is for what utillized. Except for it, work exposes the features of method of account of internal dispersion of energy and estimation of the real efficiency of functioning during intensive work of thickeners of different configuration.

The analytical method of the reserved decision of regional task about the self-frequencies of bars variable the cut of the special kind which is based on built the special rank symmetries of differential equalization of the second order with variable coefficients is developed.

The algorithm of practical realization of method of symmetries for the construction of thickeners of different configurations, as symmetries known for today thickeners and chart of finding of them basic technical parameters is specified.

The analytical correlation for determination of resonance amplitudes of thickeners depending on the level of dispersion energy is got.

The experimental standards of thickeners, which have a necessary value of amplification of longitudinal vibrations factor, determined the protracted term of exploitation in composition of the ultrasonic oscillating systems when compared to the existent kinds of thickeners, are developed.

Basic theoretical results of work are tested by the experimental tests of pre-production models of thickeners, it is demonstrated that the basic technical parameters of standards differ from those which are expected on the basis of theory, no more than on 3% depending on operating conditions.

Key words: acoustic energy concentrator, internal energy of dispersion, longitudinal moving, mechanical tensions, strengthening of vibrations, symmetry.

Размещено на Allbest.ru