close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY1618

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 1618
(13)
C1
6
(51) B 08B 7/02,
(12)
F 28G 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ
ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(71)
Заявитель: Производственно-коммерческая
фирма "Оранта" (BY)
(72) Авторы: Кравчонок Г.П., Санько А.Ф., Воинов
В.В., Чалый А.А., Пискун В.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Производственно-коммерческая
фирма "Оранта" (BY)
(21) Номер заявки: 2625
(22) 22.12.1994
(46) 30.03.1997
(57)
Способ очистки поверхности изделий из ферромагнитных материалов, основанный на возбуждении в изделии волн упругой деформации путем воздействия на поверхность изделия электромагнитными импульсами, отличающийся тем, что волны упругой деформации в изделии возбуждают, формируя импульсы
магнитного поля с амплитудой магнитной индукции, соответствующей величине максимальной магнитострикции материала изделия на участке гистерезиса, и длительностями переднего и заднего фронтов равными:
τ1 =
2β
1
, τ2 = 2
,
2β
ω + β2
где β - коэффициент затухания механических колебаний в материале изделия,
ω - частота затухания механических колебаний в материале изделия, при этом длительность импульса
определяют как сумму длительностей переднего и заднего фронтов, а частоту устанавливают равной
f0 =
2
β .
3
(56)
1. А.с. СССР 1542646, МКИ В08В 7/02, 1987.
2. Физический энциклопедический словарь.- М.: Советская Энциклопедия, 1984.-С.385.
3. А.с. СССР 1736641, МКИ В08В 7/02, 1992 (прототип).
Фиг.1
BY 1618 C1
Изобретение относится к способам очистки поверхности от отложений и может быть использовано для
очистки поверхностей изделий из ферромагнитных материалов.
Известен способ очистки поверхности от различного рода отложений [1], включающий создание упругих
деформаций поверхности путем возбуждения в ней одиночных механических импульсов длительностью, не
превышающей 0,01 с, с периодом повторения, превышающим длительность импульса, по крайней мере в десять раз, и амплитудой, не превышающей значения, при котором механические напряжения в очищаемой
поверхности достигают предела усталости или предела циклической прочности.
Недостатком известного способа является то, что из-за несогласованности параметров последовательности импульсов с частотными свойствами изделия скорость очистки оказывается низкой.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ очистки металлических изделий от неметаллических загрязнений [3], заключающийся в возбуждении в изделии волн упругой
деформации посредством воздействия на поверхность изделия электромагнитными импульсами, причем импульсы тока формируют треугольной формы с крутым передним фронтом и пологим задним фронтом основного индуктора и пологим передним и крутым задним фронтом дополнительного индуктора при
отношении длительности переднего фронта импульса дополнительного индуктора к его заднему фронту не
менее 10 и при длительности заднего фронта не более четверти периода собственных колебаний очищаемого
изделия.
Недостаток известного способа заключается в низкой скорости очистки из-за несогласованности параметров последовательности импульсов с частотными и магнитными свойствами изделий при возбуждении в
них волн упругой деформации.
Задачей изобретения является повышение скорости и сокращение времени очистки поверхности в 1,5-2
раза за счет согласования параметров импульсов воздействующего магнитного поля с частотными и магнитными свойствами изделия, поверхность которого очищается.
Задача решается тем, что в способе очистки поверхности изделий из ферромагнитных материалов, основанном на возбуждении в изделии волн упругой деформации путем воздействия на поверхность изделия
электромагнитными импульсами, волны упругой деформации в изделии возбуждают формируя импульсы
магнитного поля с амплитудой магнитной индукции, соответствующей величине максимальной магнитострикции материала изделия на участке гистерезиса, и длительностями переднего и заднего фронтов равными:
τ 1 = 21β , τ 2 =
2β
,
ω +β 2
2
где β - коэффициент затухания механических колебаний в материале изделия;
ω - частота затухания механических колебаний в материале изделия, при этом длительность импульса
определяют как сумму длительностей переднего и заднего фронтов, а частоту устанавливают равной.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 - фиг.4.
На фиг.1 показана зависимость величины относительной деформации (ε) от величины магнитного поля
(В) для железа и его сплавов [3].
На фиг.2 показана последовательность импульсов магнитного поля (В), воздействующего на очищаемую
поверхность. Обозначения на фиг.2 следующие: τ1 - длительность переднего фронта импульса; τ2 - длительность заднего фронта импульса;
τ0 = 1
f0
- период повторения импульсов; f0 - частота импульсов; τn=2τ1 -
длительность паузы.
На фиг.3 показана зависимость смещения (χ) материала изделия от времени для случая, когда параметры
импульсного воздействия согласованы с частотными свойствами изделия, поверхность которого очищается.
На фиг.4 приведен пример практической реализации способа. Обозначения на фиг.4 следующие: 1 - слой
отложений; 2 - очищаемая поверхность; 3 - электромагнит; 4 - регулируемый усилитель мощности; 5 - регулируемый генератор, например мультивибратор.
Способ осуществляется следующим образом. Для очистки отложений с поверхности изделия из ферромагнитного материала в ограниченном объеме материала изделия создается импульсное магнитное поле.
Магнитное поле вызывает магнитострикционный эффект, т.е. упругую деформацию материала изделия,
которая распространяется вдоль его поверхности. Поскольку упругие свойства отложений существенно отличаются от свойств материала изделия, между ними возникает деформация сдвига, разрушающая их адгезию. Периодическое повторение деформаций приводит к полному разрушению слоя отложений на границе с
поверхностью и их отделению от поверхности. Величина амплитуды разрушающей силы пропорциональна
величине деформации, которая, в свою очередь, зависит от величины магнитного поля.
Из приведенной зависимости Фиг.1 следует, что максимальная деформация на участке гистерезиса достигается при Вε = 1,5 тл, в то время как индукция магнитного поля насыщения составляет Вs = 2 тл.
Для различных сортов стали эти значения имеют некоторый разброс.
2
BY 1618 C1
В зависимости от конфигурации корпуса очищаемого изделия в области действия магнитного поля создается различный размагничивающий фактор. Поэтому при очистке поверхности конкретного изделия,
имеющего индивидуальные магнитные свойства и геометрические размеры, необходимо осуществлять регулировку амплитуды импульса магнитного поля для получения максимальной деформации .
Временные параметры импульсов магнитного поля, показанные на Фиг.2, должны быть выбраны оптимально, чтобы воздействующий импульс магнитного поля вызывал в материале изделия максимальную деформацию и обеспечивал возможность возникновения собственных механических колебаний. С целью
максимального использования энергии деформации длительность паузы должна быть равна времени затухания собственных колебаний материала изделия. Зависимость смещения материала от времени, имеющая характер затухающих колебаний при оптимальных временных па-раметрах импульсов магнитного поля,
показана на Фиг.3.
Оптимальные параметры импульса следуют из решения уравнения вынужденных колебаний:
&+ β х&+ ω 0 х = f (t ), (1)
х&
x& - скорость смещения, β - коэффициент затухания колебаний в материале
изделия, ω 0 - частота собственных незатухающих колебаний корпуса изделия, f (t ) - внешнее импульсное
&- ускорение смещения,
где x&
воздействие.
На участке гистерезиса до достижения магнитным полем значения βε магнитострикция практически линейно повторяет временную зависимость β(t). Следовательно, внешнее воздействие можно задать в виде
­ f(t) = A 0 (1 − e− b1 t ); 0 ≤ t ≤ τ 1 (2à)
®
(2á )
¯ f(t) = A 0 e− b2 t ; t > τ 1 ,
где
β1 =
1
1
, β2 =
, А0 - амплитуда воздействия.
τ1
τ2
Частные решения уравнения (1) следует искать в виде
­õ = À(1 − å− β 1 t ) ; 0 ≤ t ≤ τ 1 (3a)
®
t >τ1
(3á
¯ x = A e− β 2 t ;
Здесь соотношение (3а) описывает процесс включения, а соотношение (3б) процесс выключения магнитного
поля.
Подстановка (2а) и (3а) в (1) дает следующее выражение для амплитуды смещения материала
−β t
А=
Величина
А0 (1 − е 1 )
(2β β 1 − β 12 − ω 20 )е − β1t + ω 20
(4)
А не зависит от времени включения и соответствует стационарному состоянию при
2β ⋅ β 1 − β 12 = 0
(5)
Стационарное значение А равно
À=
Из условия (5) следует
À0
ω 20
(6)
β 1 = 2β
,
или
τ1 =
1
1
=
β1 β 2
7)
Подстановка в (1) функций выключения (2б) приводит к выражению
&+ 2β х&+ ω 20 х = А0 е − β 2 t
х&
(8)
Возникновению собственных колебаний в материале соответствует условие
3
BY 1618 C1
&≥ А0 е
х&
которое выполняется при
−β2 t
,
(9)
2β õ&+ ω 20 x ≤ 0
(10)
Подстановка в (10) функции (3б) дает
ω 20
β2 =
2β
Т.к.
ω 20 = ω 2 + β 2 , где ω
(11)
- частота затухающих колебаний в материале, то окончательно получаем
2β
1
=τ2 ≤ 2
β2
ω +β2
Для реальных очищаемых изделий
ω >> β , поэтому τ 2 < τ 1
(12)
и длительность импульса определяется ве-
личиной τ 1 .
Собственные колебания в материале изделия продолжаются в течение времени
t=
1
= 2τ 1 ,
β
(13)
которое соответствует длительности паузы
τ n = 2τ 1
,
(14)
что показано на Фиг.2, Фиг.3.
Для реальных очищаемых изделий τ 1 >> τ 2 .
Поэтому , как следует из Фиг.3, период повторения импульсов равен
τ 0 = τ1 + τ n =
1
1
3
,
+ =
2β β 2β
(15)
а частота
f0 =
1 2
= β
τ0 3
(16)
Таким образом, проведенный выбор амплитуды импульса, длительности его переднего и заднего фронтов,
длительности самого импульса и частоты следования импульсов обеспечивают максимальную амплитуду
деформации при минимально допустимом магнитном поле и максимальное использование энергии этой деформации для очистки поверхности. В примере практической реализации способа, показанном на Фиг.4,
слой отложений 1 предназначен для удаления, очищаемая поверхность 2 из ферромагнитного материала
предназначена для очистки; электромагнит 3 создает импульсное магнитное поле; усилитель 4 мощности с
регулируемым выходным напряжением обеспечивает питание электромагнита, создавая необходимое, для
достижения магнитным полем величины Вε, напряжение; регулируемый генератор предназначен для формирования импульсов с длительностью переднего фронта τ1, заднего фронта τ2 и с частотой повторения f0.
Длительность заднего фронта τ2 выбирают равной 10-5с, что достаточно для практической реализации
способа при очистке различных изделий.
Применение заявляемого способа обеспечивает максимальное использование энергии деформации при
минимальных значениях затрачиваемой энергии для очистки поверхности из
ферромагнитного материала.
4
BY 1618 C1
Согласование параметров импульсного воздействия с магнитными и частотными свойствами очищаемого изделия позволяет повысить скорость и сократить время очистки по сравнению со способом - прототипом
в 1,5 - 2 раза. Экспериментальные сравнительные данные по времени очистки котлов от накипи при одинаковом качестве очистки приводятся в таблице.
№№
пп
1.
2.
3.
Тип котла
ДКВР-4
ДКВР-10
ДКВР-20
Время очистки
Способ- прототип
18
24
32
(сутки)
Заявляемый
6
14
20
Фиг. 2
Фиг. 3
Фиг. 4
Cоставитель Н.Б.Суханова
Редактор В.Н.Позняк
Корректоры С.А.Тикач, А.М.Бычко
Заказ 4532
Тираж 20 экз.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Примечание
Усредненные данные
-“-“-
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
157 Кб
Теги
by1618, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа