RU2291749C2

RU2291749C2 - Pneumatic vibrator

Info

Publication number: RU2291749C2
Application number: RU2004127659/28A
Authority: RU
Inventors: Иосиф Андреевич Потапенко (RU); Иосиф Андреевич Потапенко; Александр Владимирович Богдан (RU); Александр Владимирович Богдан; Евгений Анатольевич Ададуров (RU); Евгений Анатольевич Ададуров; Михаил Викторович Лепетухин (RU); Михаил Викторович Лепетухин; Игорь Игоревич Переверзев (RU); Игорь Игоревич Переверзев; Юрий Михайлович Кречетов (RU); Юрий Михайлович Кречетов; Евгений Игоревич Переверзев (RU); Евгений Игоревич Переверзев
Original assignee: ФГОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2007-01-20
Also published as: RU2004127659A

Abstract

FIELD: technique designed for creation of mechanical vibrations and used for intensification of various processes.

SUBSTANCE: pneumatic vibrator has ring fixed on end of waveguide. Annular race provided on internal surface of ring is adapted for rolling of steel ball thereon. Pneumatic vibrator has air feeding nozzles. Diameter of steel ball may be changed without changing total outer diameter filled with elastic enclosure.

EFFECT: wider range of frequency and amplitude of excited vibrations.

2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения механических колебаний и может быть использовано для интенсификации различных технологических процессов.The invention relates to a device for producing mechanical vibrations and can be used to intensify various technological processes.

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.Known pneumatic vibrator (see ed. Certificate of the USSR No. 1538011), characterized in that in order to reduce energy consumption and increase efficiency, it is equipped with a rod and a cylindrical sleeve with a slot made along the generatrix of the cylinder, while the sleeve covers the pipe and mounted on it with the possibility of rotation around the axis of the pipe, the slot of the sleeve is placed relative to the holes of the pipe with the possibility of periodic opening during rotation of the sleeve. The rod is connected at one end to the ball and at the other to the sleeve to transmit the movement of the ball to the sleeve. The known invention, as shown by practical experience, has a significant drawback, consisting in the low reliability of the nodes of rotation of the pipe with the ball and the pipe itself. At high rotation speeds, the duration of continuous operation does not exceed 1000 ... 1200 hours.

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.As a prototype, we took the invention (see ed. Certificate. USSR No. 480808). The pneumatic vibrator is a device to prevent the formation of scale, for example in heat exchangers, containing a clip fixed to the end of the waveguide, the inner cavity of which has an annular treadmill run around by a ball, and a nozzle for supplying compressed air, characterized in that in order to increase the efficiency of the nozzle placed on the inlet pipe installed inside the holder, and the axis of the nozzles are located in the plane of the waveguide.

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,The known invention has a significant disadvantage, namely, that the speed of the ball is limited, because depends on the radius of the ball, its mass and the velocity of the stream of compressed air (for ordinary nozzles it does not exceed 300 m / s). In turn, the speed of the ball uniquely determines the centrifugal force,

где m - масса шарика, кг;where m is the mass of the ball, kg;

υ - линейная скорость движения, м/с;υ - linear speed of movement, m / s;

R - радиус шарика, м,R is the radius of the ball, m,

а от величины центробежной силы зависит частота и амплитуда возбуждаемых вибратором колебаний. Увеличение F_ц приводит к расширению частоты и амплитуды возбуждаемых колебаний.and the frequency and amplitude of the vibrations excited by the vibrator depends on the magnitude of the centrifugal force. An increase in F _c leads to an expansion in the frequency and amplitude of the excited oscillations.

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.The technical result of the invention is the expansion of the frequency and amplitude of the excited oscillations, which in turn expands the possibility of using a vibrator in various technological processes. The technical result is achieved by the fact that a pneumatic vibrator containing a clip fixed to the end of the waveguide, the inner cavity of which has an annular treadmill run around by a ball, and air supply nozzles, characterized in that the diameter of the steel ball can be changed without changing the overall external diameter filled with elastic shell. The novelty of the claimed technical solution is due to the fact that the ball is equipped (covered) with an external elastic shell made of a material with high wear resistance and heat resistance. Thus, it is proposed to change the diameter of the steel ball without changing the overall outer diameter filled with an elastic shell, and this, in turn, allows a wide variation in the speed of the ball, and therefore the frequency and amplitude of the excited vibrations. Note that almost all types of known pneumatic vibrators do not allow to raise the vibration frequency above 400 Hz, see the Handbook in 6 volumes, volume 4 "Vibrations in technology", M., Mechanical Engineering, 1981, pp. 296-297.

По данным научно-технической и патентной литературы не обнаружена аналогичная совокупность признаков, что позволяет судить об изобретательском уровне изобретения.According to the scientific, technical and patent literature not found a similar set of features, which allows to judge the inventive step of the invention.

На фиг.1 изображено описываемое устройство, вид спереди; на фиг.2 - то же, вид сверху.Figure 1 shows the described device, front view; figure 2 is the same, a top view.

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.The vibrator consists of a cage 1, closed on both sides by flanges 2 with holes, which are fastened together by a pipe 3, which has a channel for supplying compressed air using a curved nozzle 4 welded into it in the radial direction. Compressed air is supplied directly to the ball 5, inner part which is made of a ferromagnetic material coated with an elastic shell made of a material with high wear resistance, for example, fluoroplastic, and puts it in motion along the annular racetrack of the cage 1, which causes obtaining elastic vibrations that are transmitted from the cage to the metal structure of the technological apparatus using a waveguide 6. The pipe 3 is fixed using a washer 7 and a nut 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.The vibrator works as follows. Compressed air with a pressure of 5 atmospheres (5 · 10 N / m ² ) is supplied through the channel to the nozzle 3 through the nozzle 4 and sets the ball 5 in motion along the track of the holder 1. The speed of the ball for a short period of time (several seconds) reaches a significant value, significantly superior in the known design, given that the external dimensions of the ball due to the elastic shell are larger (than in the prototype or other design solutions), therefore, the area of contact with the air flow is also larger and, as a result, more significant led The cause of centrifugal force. The nozzle 4 is bent so as to provide maximum pressure on the surface of the ball. In this case, the lower edge of the nozzle is 2-3 mm higher than the upper part of the ball, which does not impede its movement.

Упругие колебания, возникающие в обойме 1 вследствие движения шарика 5, с высокими скоростями передаются через волновод 6 на металлоконструкцию того или иного технологического аппарата.Elastic vibrations arising in the holder 1 due to the movement of the ball 5 are transmitted with high speeds through the waveguide 6 to the metal structure of a technological device.

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.In particular, the proposed air vibrator is used to prevent salt deposits on the heating surfaces of heat and mass transfer equipment, to prevent biological deposits on ship hulls and to intensify various physicochemical processes.

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.It should be noted that an obvious solution to the problem, namely just to use steel balls of different diameters, is unacceptable, because in this case, it is necessary to rebuild the nozzles, namely, to change the angle of their inclination and the distance between the exit of the air stream and the surface of the ball, which is unacceptable for a number of reasons. At the same time, changing the diameter of the ball over a wide range with its subsequent coating with an elastic shell allows you to change the frequency and amplitude of the excited vibrations over a wide range. Our studies have found that when using a cage with bearing No. 208, a ball diameter of 10 mm (weight 10 grams) and a linear speed of 100 m / s, the value of centrifugal force F _c does not exceed 2500 N, in the proposed design it can be adjusted (changed) to the range from 2500 to 9000 N, which can significantly expand the scope of the possible use of the proposed vibrator in various technological processes.

Claims

A pneumatic vibrator containing a clip fixed to the end of the waveguide, the inner cavity of which has an annular treadmill run-in by a ball, and air supply nozzles, characterized in that the diameter of the steel ball can be changed without changing the overall external diameter filled with an elastic sheath.