ity Ultrasound”, Volume 2 中有描述。Mitskevich 利用在桿系統(tǒng)的工作端獲得的L-T運(yùn)動(dòng)改進(jìn)了超聲焊接，所述桿系統(tǒng)由縱向電聲換能器憑借桿的橫截面中的某些不均質(zhì)性驅(qū)動(dòng)。
[0062]因此，本發(fā)明的進(jìn)一步的實(shí)施方式，在圖12中進(jìn)行了說(shuō)明，利用了在傳輸元件中引入幾何不均質(zhì)性以在變幅器尖端產(chǎn)生L-T運(yùn)動(dòng)的Mitskevich理念，彎曲槳葉5在變幅器尖端連接。對(duì)產(chǎn)生L-T運(yùn)動(dòng)必需的非均勻的橫截面可以以各種方式獲得，例如通過(guò)螺旋形結(jié)構(gòu)，或通過(guò)在助推器和/或變幅器部件中的對(duì)角縫的結(jié)合。在進(jìn)一步特別的實(shí)施例中，未在圖中顯示，非均勻的助推器為螺旋錐形拉桿，或帶有多個(gè)對(duì)角縫的錐形拉桿。獲得的L-T運(yùn)動(dòng)被用于激勵(lì)所附的彎曲槳葉。
[0063]參考圖12，作為對(duì)來(lái)自超聲發(fā)生器2的交變電場(chǎng)的應(yīng)用的回應(yīng)，常規(guī)的電聲換能器1產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)，所述縱向運(yùn)動(dòng)通過(guò)所附的助推器3’被擴(kuò)大。然后，單純的縱向運(yùn)動(dòng)15在L-T變幅器17的遠(yuǎn)端16被轉(zhuǎn)換為縱向-扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。L-T變幅器17與非均勻部分結(jié)合以獲得可與縱向組件相比的運(yùn)動(dòng)的扭轉(zhuǎn)組件。有益的是，這種不均勻性包括在變幅器17中插入的對(duì)角縫13。變幅器的螺旋形或類(lèi)似鉆頭的外形結(jié)構(gòu)的使用也將導(dǎo)致在尖端的L-T復(fù)合運(yùn)動(dòng)。
[0064]縱向-扭轉(zhuǎn)振動(dòng)16與縱向振動(dòng)15的大小比例依賴(lài)于變幅器內(nèi)不均質(zhì)的數(shù)量，特別是運(yùn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)組件增加了縫的深度、尺寸、數(shù)量、偏轉(zhuǎn)角α以及鄰近的扭轉(zhuǎn)和縱向模態(tài)頻率。一個(gè)縫隙和超聲設(shè)備的縱軸間的偏轉(zhuǎn)角α顯示在圖12Α中。對(duì)于小于45°的α，運(yùn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)組件低于縱向組件。同樣的，對(duì)于大于45°的α，運(yùn)動(dòng)扭轉(zhuǎn)組件大于縱向組件。
[0065]在變幅器尖端可獲得的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可被用于激勵(lì)在彎曲模態(tài)諧波中附加的槳葉5。同樣，在該實(shí)施例中，調(diào)諧槳葉5的彎曲振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可與被轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)10結(jié)合以提供混合的性能。轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)軸11被轉(zhuǎn)移到超聲系統(tǒng)。軸11可在縱向節(jié)段被耦合到換能器1’，從而避免超聲振動(dòng)的抑制，同時(shí)將馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移到調(diào)諧設(shè)備。
[0066]在該實(shí)施方式中，還可采用調(diào)諧槳葉5與變幅器17的不同的連接結(jié)構(gòu)。有益的是，槳葉5和變幅器17從一塊金屬加工而成，或它們可被焊接到變幅器上；或者可使用槽式連接使槳葉固定到變幅器上，如圖11Α和11Β所示。
[0067]在某些混合應(yīng)用中，在有傾斜的槳葉渦旋結(jié)構(gòu)中，相對(duì)于系統(tǒng)軸，可對(duì)角地安裝槳葉。該選項(xiàng)在圖13中顯示。在這種情況下，扭轉(zhuǎn)和縱向振動(dòng)組件被用來(lái)激勵(lì)彎曲模式中的調(diào)諧槳葉5’。特別是這些振動(dòng)組件所需的比例依賴(lài)于建立的槳葉安裝角以及變幅器的幾何不均勻性。
[0068]在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，結(jié)合前述實(shí)施例的調(diào)諧槳葉5、5’的彎曲振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，被超聲系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的馬達(dá)10被用來(lái)提高混合性能。
[0069]在所描述的任何實(shí)施方式中，電聲換能器和與該電聲換能器連接的助推器的等效結(jié)構(gòu)將是僅包括能產(chǎn)生足夠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)以彎曲激勵(lì)耦合到其遠(yuǎn)端的至少一個(gè)槳葉的電聲換能器的結(jié)構(gòu)，從而在包含在反應(yīng)器內(nèi)的液體和多相介質(zhì)中產(chǎn)生空化。
[0070]在此描述的扭轉(zhuǎn)-彎曲和縱向-扭轉(zhuǎn)-彎曲復(fù)合型超聲設(shè)備的設(shè)計(jì)中，可能有很多變化，包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的組件材料和幾何形狀的改變。在不背離本發(fā)明的精神的范圍的情況下，可以實(shí)現(xiàn)這些變化。
[0071]在此描述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，所有的金屬組件均由Ti 6A1 4V鈦合金制造而成。用于制造組件的可替代的金屬組件包括合金、不銹鋼、鈹銅以及黃銅。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于液體和多相介質(zhì)處理的超聲系統(tǒng)，包括: i)交變電場(chǎng)源2’， ?)與交變電場(chǎng)源2’連接的電聲換能器1’ ； iii)與電聲換能器1’連接的助推器3’，所述助推器3’的遠(yuǎn)離電聲換能器1’的橫截面小于接近電聲換能器1’的橫截面；以及 iv)與助推器3’耦合的至少一個(gè)調(diào)諧槳葉5、5’，其中至少一個(gè)槳葉5、5’使彎曲振動(dòng)與所述液體或多相介質(zhì)耦合。2.根據(jù)權(quán)利要求1的超聲系統(tǒng)，進(jìn)一步包括具有尖端的變幅器4’、17，變幅器4’、17被耦合到所述助推器3’的遠(yuǎn)端，所述助推器3’的尖端與所述至少一個(gè)槳葉5、5’耦合。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的超聲系統(tǒng)，其中，電聲換能器1’包括在周向9’偏振的壓電元件8’，產(chǎn)生電聲換能器1’的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以響應(yīng)應(yīng)用的交變電場(chǎng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2的超聲系統(tǒng)，其特征在于， 電聲換能器1’包括在厚度方向9”偏振的壓電元件8”，產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)應(yīng)用的交變電場(chǎng)以及 助推器3’為在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)中改變縱向運(yùn)動(dòng)的非均勻助推器， 其中，電聲換能器1’與非均勻助推器耦合，獲得扭轉(zhuǎn)或縱向-扭轉(zhuǎn)復(fù)合振動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其特征在于， 電聲換能器1’包括在厚度方向9”偏振的壓電元件8”，并與助推器3’形成子裝配體，所述子裝配體產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)應(yīng)用的交變電場(chǎng)， 其中所述子裝配體與非均勻變幅器4’、17耦合，所述非均勻變幅器4’、17在扭轉(zhuǎn)或縱向-扭轉(zhuǎn)復(fù)合振動(dòng)中改變縱向運(yùn)動(dòng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2的超聲系統(tǒng)，其特征在于，電聲換能器1’包括磁致伸縮元件，產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)交變電場(chǎng)誘導(dǎo)的磁場(chǎng)， 其中電聲換能器1’與非均勻助推器耦合，所述非均勻助推器在扭轉(zhuǎn)或縱向-扭轉(zhuǎn)復(fù)合振動(dòng)中改變縱向運(yùn)動(dòng)。7.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其特征在于，電聲換能器1’包括磁致伸縮元件，并與助推器3’形成子裝配體，所述子裝配體產(chǎn)生縱向運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)應(yīng)用的交變電場(chǎng)， 其中所述子裝配體與非均勻變幅器4’、17耦合，所述非均勻變幅器4’、17在扭轉(zhuǎn)或縱向-扭轉(zhuǎn)復(fù)合振動(dòng)中改變縱向運(yùn)動(dòng)。8.根據(jù)權(quán)利要求4或6的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述非均勻助推器為螺旋錐形桿，或具有多個(gè)對(duì)角縫的錐形桿。9.根據(jù)權(quán)利要求5或7的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述非均勻變幅器為扭桿，螺旋桿，或具有多個(gè)對(duì)角縫的拉桿。10.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其中，所述變幅器4’、17有多個(gè)半波長(zhǎng)的長(zhǎng)度，以便多個(gè)調(diào)諧槳葉5能在所述變幅器的波腹處被連接在一起。11.根據(jù)權(quán)利要求1或2的超聲系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)槳葉表現(xiàn)得像懸梁臂，所述懸梁臂的調(diào)諧長(zhǎng)度等于彎曲半波長(zhǎng)的整數(shù)倍。12.根據(jù)權(quán)利要求2-11中任意一項(xiàng)的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述槳葉和變幅器從一塊金屬加工而成，或根據(jù)權(quán)利要求1的超聲系統(tǒng)，其特征在于，所述槳葉和助推器從一塊金屬加工而成。13.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)槳葉與所述變幅器焊接，或根據(jù)權(quán)利要求1的超聲系統(tǒng)，其中至少一個(gè)槳葉與所述助推器焊接。14.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)槳葉通過(guò)加工在所述變幅器的尖端的至少一個(gè)槽式連接與所述變幅器耦合，或根據(jù)權(quán)利要求1的超聲系統(tǒng)，其特征在于，至少一個(gè)槳葉通過(guò)加工在所述助推器的尖端的至少一個(gè)槽式連接與所述助推器耦合。15.根據(jù)權(quán)利要求2-14中任意一項(xiàng)的超聲系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與超聲換能器1’耦合的馬達(dá)10，使超聲換能器1’和助推器3、變幅器4’、17和至少一個(gè)彎曲槳葉5、5’ 一起轉(zhuǎn)動(dòng)，或根據(jù)權(quán)利要求1的超聲系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與超聲換能器1’耦合的馬達(dá)10，使超聲換能器1’和助推器3和至少一個(gè)彎曲槳葉5、5’ 一起轉(zhuǎn)動(dòng)。16.根據(jù)權(quán)利要求2的超聲系統(tǒng)，其中，相對(duì)于變幅器軸，至少一個(gè)槳葉5、5’被斜對(duì)角地安裝，從而在彎曲模式下通過(guò)在所述變幅器的尖端產(chǎn)生的縱向-扭轉(zhuǎn)被激勵(lì)。17.用于超聲處理包含在反應(yīng)器7中的液體和多相介質(zhì)的方法，包括步驟: i)提供根據(jù)權(quán)利要求1-15中任意一項(xiàng)的超聲系統(tǒng)， ?)將所述系統(tǒng)的至少一個(gè)槳葉5、5’定位于所述反應(yīng)器7中，以及 iii)通過(guò)將交變電場(chǎng)應(yīng)用于電聲換能器1’來(lái)驅(qū)動(dòng)所述超聲系統(tǒng)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明描述了一種超聲設(shè)備，通過(guò)調(diào)諧槳葉的彎曲振動(dòng)，主要用于液體和多相介質(zhì)(氣-液，固-液)的超聲。超聲系統(tǒng)包括交變電場(chǎng)源，與交變電場(chǎng)源連接的電聲換能器，與電聲換能器連接的助推器，所述助推器的遠(yuǎn)離電聲換能器的橫截面小于接近電聲換能器的橫截面，以及至少一個(gè)與助推器耦合的調(diào)諧槳葉，其中至少一個(gè)槳葉對(duì)彎曲振動(dòng)到液體或多相介質(zhì)。所述系統(tǒng)允許比常規(guī)縱向共振超聲設(shè)備體積更大的流體介質(zhì)的處理，所述常規(guī)縱向共振超聲設(shè)備具有小輻射面的特征。調(diào)諧槳葉的彎曲運(yùn)動(dòng)可通過(guò)電聲換能器的使用獲得，所述電聲換能器在振動(dòng)的扭轉(zhuǎn)模型中，或通過(guò)在扭轉(zhuǎn)-縱向復(fù)合型中被激勵(lì)的子裝配體操作。
【IPC分類(lèi)】B06B3/02, B01F11/00, B01F11/02, B01F3/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105431223
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201380078024
【發(fā)明人】安德里亞·卡多尼
【申請(qǐng)人】普圣尼克斯有限公司
【公開(kāi)日】2016年3月23日
【申請(qǐng)日】2013年7月3日
【公告號(hào)】CA2917173A1, EP3017863A1, US20160136598, WO2015001143A1