探入式防垢功率超声波工具头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及防垢换能器，具体涉及一种探入式防垢功率超声波工具头。
【背景技术】
[0002]功率超声换能器已有多年的研宄和使用，已经有了许多方面的应用。随着科技的发展，功率超声的应用领域越来越多，要求也越来越高。现代工业生产中，锅炉、管道、水洗塔、冷却排管等设备及装置结垢现象普遍，由于结垢而引起的爆炸、停产等事故时有发生。
[0003]目前国内常采用人工、离子交换、电场等方法除垢，但这些方法都需要投入大量的资金，除垢效果也不够理想。
[0004]超声波防垢这项技术存在已久，因为个别关键既是没有得到突破，所以这项技术就没有得到很好的推广和提高。随着领域应用的增多，功率超声防垢换能器要适应较宽的工作温度范围，能够预防多种垢体，能适应不同介质液体。
[0005]决定换能器新型结构形式设计的主要条件是:超声波的作用范围；换能器对温度的适应性；对水垢的抑制效果；对负载的适应性。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种探入式防垢功率超声波工具头。
[0007]本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种探入式防垢功率超声波工具头，包括上端和圆柱状中端，在上端一端的端面上开有用于连接超声波换能器的内螺纹孔，上端另一端通过节点与圆柱状中端的一端相连接，节点用于安装法兰；圆柱状中端的另一端与锥形端相连接，圆柱状中端的圆周面上开有一组环形的凹槽，其中凹槽的截面为小圆弧形状，中间低二端高对称设置。
[0008]所述的节点与圆柱状中端连接处为圆弧过渡，环形的凹槽沿圆柱状中端的长度方向均匀分布。
[0009]本实用新型的有益效果为:一是满足可连续长时间工作；二是能承受一定的温度变化范围；三是增加超声波的作用距离；四是增强了对负载的适应性。
【附图说明】
[0010]图1是超声波工具头的不意图。
[0011]图2是超声波工具头的正切图。
[0012]图3是超声波换能器和工具头的整体结构图。
[0013]图4探入式功率换能器和工具头整机图。
【具体实施方式】
[0014]下面将结合附图和实施例对本实用新型做详细的介绍:
[0015]如图1和图2所示，这种探入式防垢功率超声波工具头，超声波工具头的材料为普通常用的金属材料，可以为钛合金和不锈钢。包括上端I和圆柱状中端3，在上端I 一端的端面上开有用于连接超声波换能器的内螺纹孔，上端I另一端通过节点2与圆柱状中端3的一端相连接，节点2用于安装法兰；圆柱状中端3的另一端与锥形端5相连接，圆柱状中端3的圆周面上开有一组环形的凹槽4，其中凹槽4的截面为小圆弧形状，中间低二端高对称设置。所述的节点2与圆柱状中端3连接处为圆弧过渡，环形的凹槽4沿圆柱状中端3的长度方向均匀分布。因为小功率换能器工具头的功率密度低，一般在工作时，空化气泡只有在端部出现，没有多余功率余量在工具头侧面溢出，这样对防垢效果不利，除通过改变工具头的变比来控制振幅和增加空化气泡，通过在改变变比外，在功率侧面开出凹槽如图2，这样在工具头侧面就会有大量的功率溢出，让空化气泡得到均匀的传播。
[0016]超声波工具头通过螺栓与常规的超声波换能器和变幅杆螺纹连接，如图3所示。实用新型超声波工具头依次与超声波换能器和超声波驱动电源相连接或是超声波换能器、变幅杆和超声波驱动电源相连接形成一个完整的超声波发射系统，如图4所示其中，法兰的安装在图1工具头上的节点2处。
[0017]超声波在易结垢管道里面安装的方式是，在管道容易结构部位开孔，如图4所示，管道6上焊接对应工具头法兰的大小的法兰盘，然后将工具头探入孔内进行安装，再将换能器后端连接超声波驱动电源。
[0018]本实用新型超声波工具头的工作频率在20_40kHz之间此设计都可以使用，在此频率范围内，不同频率超声波工具头的尺寸不同，同时，为达到超声波设备的工作条件，形成不同频率的共振效果，超声波工具头和工具头的侧面圆弧尺寸也不相同。从超声波工具头的选材角度看，由于金属材料的特性不相同，如杨氏模量、泊松比、密度和抗疲劳度等参数不同，也会导致工具头尺寸的差别。因此，在设计本实用新型的超声波工具头时，根据辐射频率的需求进行具体尺寸设计。为了达到共振的目的，对于确定材料、结构和尺寸的工具头，其共振频率是单一的，因此对于不同材料尺寸，其各种振动模式和共振频率均可以通过本技术领域的技术人员严格计算得到，在此不再阐述。
[0019]参看图3-4，本实用新型在液体防垢领域的应用，主要应用在循环水和高低温不断变化的管道或容器里，本实用新型超声波工具头与超声波换能器和超声波驱动电源相连接即形成一个完整的超声波发射系统，如图4所示。超声波发射系统中的工具头通过法兰固定在管道上。超声波发射系统垂直于管道的长度方向，管道中的液体沿管道方形流动。超声波换能器接收到超声波驱动电源的高频高压的电信号后产生超声振动，通过工具头的变幅将振幅放大，最终传输到工具头的发射面，超声波沿着圆棒面径向辐射超声波，圆棒的侧面垂直向四周辐射超声波，底部曲面也垂直向外辐射超声波。这样就大大提高了超声波的覆盖面积，并使管道的截面方向声强更加均匀，使得液体所流向的管道内壁达到充分的防垢效果，从而达到防垢的目的。
[0020]所述的探入式防垢功率超声波工具头，具有稳定的聚能功率输出、耐腐蚀性、安装工艺简单、适应性强和成品率高。为了解决换能器和工具头的自身发热问题，对工具头节点位置、螺距和孔径等参数进行了优化计算，提高了有效功率的转换。优化了工具头的设计，为了增加适应性，对工具头的结构形式进行了设计，让能量的作用范围更大，保证能量的传播距离，增强了对负载的适应。通过改变换能器和工具头的变比来控制振幅和增加空化气泡；因为在小功率的换能器工具头的功率密度低，一般在工作时，空化气泡只有在端部出现，没有多余功率余量在工具头侧面溢出，这样对防垢效果不利，通过在改变变比外，在功率侧面开出凹槽，这样在工具头侧面就会有大量的功率溢出，让空化气泡得到均匀的传播。超声振子有效温度范围达到:-20°C?80°C ;在容积为50L的热水器水槽内，超声波功率80W，对金属管道的结垢的抑制率达到75%以上；当超声波功率在80?150W时，具有抑垢作用。当超声波功率达150?220W时，具有除垢作用，其效果随超声波功率增加而增加。在保证一定功率密度的基础上，实现了远距离的空化效果。
[0021]以上对本实用新型的描述不具有限制性，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型权利要求的保护的情况，作出本实用新型的其它结构变形和实施方式，均属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种探入式防垢功率超声波工具头，其特征在于:包括上端(I)和圆柱状中端(3)，在上端(I) 一端的端面上开有用于连接超声波换能器的内螺纹孔，上端(I)另一端通过节点⑵与圆柱状中端⑶的一端相连接，节点⑵用于安装法兰；圆柱状中端(3)的另一端与锥形端(5)相连接，圆柱状中端(3)的圆周面上开有一组环形的凹槽(4)，其中凹槽(4)的截面为小圆弧形状，中间低二端高对称设置。
2.根据权利要求1所述的探入式防垢功率超声波工具头，其特征在于:所述的节点(2)与圆柱状中端(3)的连接处为圆弧过渡，环形的凹槽(4)沿圆柱状中端(3)的长度方向均勾分布。
【专利摘要】本实用新型涉及一种探入式防垢功率超声波工具头，包括上端和圆柱状中端，在上端一端的端面上开有用于连接超声波换能器的内螺纹孔，上端另一端通过节点与圆柱状中端的一端相连接，节点用于安装法兰；圆柱状中端的另一端与锥形端相连接，圆柱状中端的圆周面上开有一组环形的凹槽，其中凹槽的截面为小圆弧形状，中间低二端高对称设置。所述的节点与圆柱状中端连接处为圆弧过渡，环形的凹槽沿圆柱状中端的长度方向均匀分布。本实用新型的有益效果为：一是满足可连续长时间工作；二是能承受一定的温度变化范围；三是增加超声波的作用距离；四是增强了对负载的适应性。
【IPC分类】B06B3-00, F16L58-00, B06B1-02
【公开号】CN204448486
【申请号】CN201420846010
【发明人】郝建超, 王钊利, 刘轲翟, 赵一峰
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一五研究所
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2014年12月26日