Department of Design and Production of Radio Electronic Equipment

National Technical University of Ukraine
"Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"

Пристрої ультразвукового розпилення рідини в системах мехатроніки

Багато галузей виробництва вимагають впровадження високоефективних засобів отримання дрібнодисперсного аерозолю. Перш за все, це хімічне виробництво, радіоелектронна промисловість, теплоенергетика, машино- та приладобудування, харчова промисловість, медицина та сільське господарство. Усі ці галузі базуються на використанні широкого ряду технологічних процесів, ефективність яких в значній мірі залежить від параметрів рідинного аерозолю та, ОСОБЛИВО, можливості керування ними, що саме стало задачею для радіотехнічного факультету.

Існують такі відомі способи розпилення рідини, як гідравлічний, пневматичний, механічний, електростатичний, пульсаційний, з попереднім газонасиченням та акустичний

І з них тільки акустичний спосіб розпилення дозволяє отримати більш дрібнодисперсний аерозоль при високому рівні монодисперсності.  Зазвичай цей спосіб використовує ультразвуковий діапазон коливань. Акустична енергія підводиться до границі розділу газового і рідинного середовищ. Підведення можливе з боку рідини та з боку газу. У випадку підведення ультразвукових коливань з боку рідини можливе розпилення в фонтані та в тонкому шарі.

Розпилення рідини у фонтані здійснюється за рахунок введення в рідину високочастотних (1…3 МГц) ультразвукових коливань. Досягнення необхідного рівня інтенсивності ультразвукових коливань відбувається завдяки застосуванню акустичних фокусуючих систем, що забезпечують концентрацію ультразвукової енергії в точці поблизу поверхні розділу двох середовищ – рідини та газу. В якості фокусуючих систем зазвичай використовують п’єзоелементи  полусферичної форми або збиральні акустичні лінзи, під якими встановлюють звичайні плоскі п’єзокерамічні елементи.

За рахунок інтенсивних кавітаційних процесів поблизу фокальної точки з об’єму рідини вириваються струмені та великі за розмірами краплі, на поверхні яких утворюються стоячі капілярні хвилі. При втраті стійкості з гребенів капілярних хвиль зриваються близькі до монодисперсних маленькі краплі аерозолю. Великі краплі, які не встигли диспергуватися, системою відбивачів повертаються назад до об’єму рідини. Дисперсність цього способу розпилення знаходиться у діапазоні 0,5…5 мкм.

Ультразвукове розпилення рідини в фонтані

Розпилення рідини в тонкому шарі, відбувається за рахунок введення ультразвукових коливань в тонкий шар рідини, що призводить до виникнення, так званого, кавітаційно-хвильового механізму розпилення. Реалізація цього способу відбувається за допомогою спеціальних ультразвукових диспергаторів, в яких за рахунок застосування трансформаторів коливальної швидкості забезпечується досягнення необхідної амплітуди коливань, при якій досягається руйнування капілярних хвиль на поверхні шару рідини.  

Ультразвукове розпилення рідини в тонкому шарі

Ультразвукові диспергатори з системами керування

Ультразвуковий диспергатор

Ультразвуковий диспергатор

При цьому способі розпилення отримується аерозолю з дисперсністю в межах 5…20 мкм, що дозволяє за рахунок конфігурації поверхні розпилення забезпечити необхідну форму аерозольного факелу. Кавітаційний принцип отримання аерозолю в ультразвукових диспергаторах забезпечує постійне очищення каналів підводу рідини, що зменшує вимоги до попереднього очищення рідини.

Ультразвуковий спосіб розпилення актуально використовувати в сучасних автоматизованих мехатронних системах, оскільки саме ним забезпечується необхідна дисперсність, продуктивність, форма аерозольного факелу та, саме головне, швидкодія електронного керування.

Автор: