Centrum Systemów Teleinformatycznych i Aplikacji Sprzętowych Zakład Piezoelektroniki i Ultradźwięków Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii Etap I Autor: Piotr Gawryś Warszawa, grudzień 2010r.

Energooszczędne technologie ultradźwiękowe skrócenie czasu realizacji procesu selektywne oddziaływanie energii w postaci fali ultradźwiękowej zwiększenie wydajności procesu eliminacja poszczególnych etapów wytwarzania zmniejszenie zużycia materiałów Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Cele projektu opracowanie modelu generatora ultradźwiękowego o częstotliwości 37 kHz i mocy 500 W opracowanie modelu reaktora ultradźwiękowego opracowanie modelu układu drgającego do reaktora przeprowadzenie badań intensywności kawitacji w roztworach alkaicznych przy jednakowych ich stężeniach Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie modelu generatora ultradźwiękowego opracowanie obciążenia generatora – układu drgającego symulującego myjkę ultradźwiękową próba adaptacji istniejącej myjki dawniej produkowanej w ITR opracowanie nowego przetwornika ultradźwiękowego do myjki opracowanie modelu myjki ultradźwiękowej opracowanie modelu generatora ultradźwiękowego do myjki o częstotliwości 37 kHz i mocy 500 W adaptacja generatora Sonic Blaster 20 kHz / 3 kW do pracy z układem drgającym myjki ultradźwiękowej Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie przetwornika do myjki Rys. 1. Charakterystyka częstotliwościowa pojedynczego przetwornika Rys. 2. Charakterystyka częstotliwościowa zespołu przetworników Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie modelu myjki ultradźwiękowej klejenie przetworników do dna zbiornika wykonanie połączeń elektrycznych przetworników mocowanie zbiornika w korpusie łączenie myjki z generatorem ultradźwiękowym Rys. 3. Widok od spodu modelu myjki ultradźwiękowej Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Adaptacja generatora Sonic Blaster do pracy z układem drgającym myjki ultradźwiękowej zmiana dzielnika stopnia podziału w Alterze zmiana wartości indukcyjności cewek kompensujących w płycie falownika zmiana pojemności i indukcyjności w pierwotnym obwodzie rezonansowym Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie modelu reaktora ultradźwiękowego opracowanie układu drgającego 20 kHz / 4 kW do pracy ciągłej opracowanie przetwornika ultradźwiękowego opracowanie koncentratora oraz sposobu jego mocowania opracowanie sonotrody opracowanie konstrukcji zbiornika reaktora ultradźwiękowego dobór materiału zapewnienie szczelności reaktora mocowanie czujników przepływu, temperatury i ciśnienia Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie układu drgającego 20 kHz / 4 kW do pracy ciągłej Rys. 4. Budowa układu drgającego w reaktorze ultradźwiękowym Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Opracowanie konstrukcji zbiornika reaktora ultradźwiękowego Rys. 5, 6. Budowa reaktora ultradźwiękowego Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Badanie reaktora ultradźwiękowego   Rys. 7. Pomiar charakterystyki częstotliwościowej opracowanego układu drgającego dla konfiguracji przetwornik-koncentrator-sonotroda w reaktorze Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

UD w reaktorze wypełnionym wodą Badanie reaktora ultradźwiękowego Tabela : Zestawienie wyników pomiaru wybranych parametrów dla poszczególnych elementów układu drgającego Konfiguracja Parametry Przetwornik +sonotroda +koncentrator +sonotroda (UD) UD w reaktorze pustym UD w reaktorze wypełnionym wodą Fs [kHz] 19,906 19,899 19,955 19,954 19,923 19,966 Fp [kHz] 20,907 20,118 20,075 19,970 20,040 R1 [Ω] 11,3 16,7 16,2 27,8 41,4 288 DF [Hz] 1001 219 120 121 47 74 Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Analiza degradacji strukturalnej elementów reaktora ultradźwiękowego warunki eksploatacyjne - materiał: stal 0H18N9, stop Ti6Al4V - środowisko: soki owocowe, kawitacja - temperatura +80 °C - ciśnienie: 4 bary możliwe procesy degradacji materiału - erozja kawitacyjna - umocnienie wywołane odkształceniem plastycznym - korozja wodorowa - korozja naprężeniowa i zmęczeniowa Rys. 8. Degradacja sonotrody ze stopu aluminium 7022 po kilkudziesięciogodzinnej eksploatacji w środowisku wodnym Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Podsumowanie w wyniku realizacji projektu zostały osiągnięte zamierzone cele opracowane urządzenia stanowią bazę do opracowań komercyjnych, a doświadczenie zdobyte przy ich realizacji powinno przyczynić się do skrócenia czasu opracowania urządzenia komercyjnego oraz do poprawy jego jakości w wyniku eksploatacji instalacji doświadczalnej reaktora ultradźwiękowego uzyskano około 20% wzrost wydajności procesu wytwarzania soku owocowego oraz wzrost zawartości substancji biologicznie czynnych poprawiających jakość wytworzonego soku w celu dalszego rozwijania konstrukcji reaktora ultradźwiękowego należy prowadzić badania eksploatacyjne pod kątem degradacji strukturalnej jego elementów Opracowanie nowej generacji ultradźwiękowych układów drgających do energooszczędnych technologii

Dziękuję za uwagę