Пральна машина

Изобретение относится к области ультразвуковой обработки и может быть использовано для стирки и мойки материалов в различных устройства х бытовой и промышленной химчистки. Ультразвуковая обработка представляет собой целенаправленный технологический процесс воздействия упругих колебаний частотой выше 16—20 кГц на жидкие, газообразные и твердые среды для ускорения массо- и теплообмена, химических реакций, разрушения уплотнения и коагуляции в них. В качестве интенсифицирующих факторов при ультразвуковой обработке используются нелинейные акустические эффекты: знакопеременное давление, радиационное давление, акустическое течение, кавитация, относительное движение взвешенных частиц в жидкости и газе, приводящих к повышению эффективности процессов перемешивания, эмульгирования, растворения и диспергирования твердой фазы и газовых пузырьков в жидкости, окислительно- восстановительных и электрохимических реакций, теплоотдачи от поверхностей сред, снижение сопротивления разрушению твердых тел и др. Технический уровень в области стиральных машин характеризуется аналогом и прототипом. Аналогом стиральной машины следует признать любой бытовой аппарат, включающий цилиндрический корпус и размещенную в нем вращательную перемешивающую систему, обеспечивающую оптимальный контакт жидкости с материалом и вынос загрязняющих ве ществ [1]. Недостатком таких устройств является именно наличие вращательных систем, что снижает надежность и долговечность стиральных машин, например, из-за выхода из строя электродвигателей, реле, подшипников, приводных ремней и других узлов. В качестве устройства-прототипа принят преобразователь магнитострикционный ПМС-6-22, предназначенный для очистки, обезжиривания и других процессов, протекающих в жидких средах. Преобразователь состоит из двух основных частей: активного элемента (собственно магнитостриктора) и пассивного элемента (акустического трансформатора упругих колебаний) и некоторых других согласующи х устройств [2]. В основу предлагаемого технического решения положено решение задачи создания такой стиральной машины, в которой путем использования излучателей и трансформаторов ультразвука и особенностей их размещения внутри корпуса достигались бы такие полезные свойства как быстрота стирки, повышение надежности и долговечности самой стиральной машины. Предложенная стиральная машина включает цилиндрический корпус, излучатель ультразвука и акустический трансформатор упруги х колебаний, причем внутренняя поверхность цилиндрического корпуса облицована отражающим ультразвук материалом, а внутри корпуса размещена ограждающая цилиндрическая сетка, при этом акустический трансформатор упруги х колебаний выполнен в форме стержневого концентратора, размещенного в щели корпуса под углом к отражающей поверхности. Он может быть размещен также внутри цилиндрического корпуса и снабжен рычагом поворота. Предлагаемое устройство характеризуется новизной, так как не является частью уровня техники (на дату подачи заявки подобные конструкции не описаны в научно-технической и патентной литературе). Для специалиста он также не вытекает с очевидностью из уровня техники, так как ранее считалось, что ультразвук будет разрывать и разрыхлять ткань. Не вызывает сомнения и промышленная пригодность данного технического решения. Заявляемое техническое решение (устройство) и его работа иллюстрируется фиг. 1, 2 и 3. На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - один из вариантов устройства; фиг. 3 поясняет работу ступенчатого магнитостриктора. Заявляемое устройство (фиг. 1) состоит из цилиндрического металлического корпуса 1, облицованного с внутренней стороны отражающей ультразвук оболочкой 2. Внутри корпуса 1 размещена ограждающая цилиндрическая сетка 3, Основным активным узлом устройства является магнитострикционный преобразователь, состоящий из стержневого концентрата 4, соединенного с задним щитком 5, к которому присоединен излучатель ультразвука 6, помещенный в камеру охлаждения 7. От излучателя 6 провода 8 ведут к УЗГ. Сам преобразователь размещен в щели в корпусе 1 и обрамлен амортизирующими прокладками 9 для исключения разрушающего действия ультразвука на устройство. Стрелками обозначено направление движения охлаждающей воды, а пунктирными стрелками - направление концентрированного потока ультразвука. Мойка материалов осуществляется внутри ограждающей сетки 3 в полости 10. На фиг. 2 показан более усовершенствованный вариант устройства в виде сектора. Позициями здесь обозначено: 1 - корпус, 2 - отражающая ультразвук внутренняя оболочка; 3 - ограждающая сетка. Между оболочкой 2 и сеткой 3 размещен ступенчатый стержневой концентратор ультразвука 4 с излучателем ультразвука 5 в оболочке 6, соединенный проводами 7 с УЗГ. Отличительной особенностью данного устройства является наличие рычага 8, посредством которого можно изменять угол между осью излучателя 4 и отражательной поверхностью 2, т. е. регулировать процесс интенсивности мойки (стирки). Вторая отличительная особенность состоите том, что охлаждение излучателя ультразвука В осуществляется мыльным раствором внутри корпуса 1 и отражающей оболочки 2. Более того, именно за счет охлаждения нагревается мыльный раствор до определенной температуры, после чего срабатывает термореле. На фиг. 3 показана зависимость амплитуды колебательной скорости U (кривая 1) и деформации и (кривая 2) по длине ступенчатого концентратора (широкая ступень 3 и узкая ступень 4), Из рассмотрения это фигуры видно, что концентраторы этого типа можно рассматривать как акустические волноводы, в которых распространяется одна нулевая мода колебаний с постоянной амплитудой по сечению. Максимальный линейный размер широкого конца концентратора при этом должен соответствовать условию: где l - длина волны в материале концентратора. Так как все концентраторы работают в резонансной частоте, то длина концентратора I также должна быть резонансной, т. е. кратна целому числу полуволн: где n = 1,2, 3,... При этом l зависит от формы концентратора вследствие дисперсии скорости распространения ультразвуковых волн в волноводах с переменным сечением. Коэффициент усиления К стержневого концентратора может быть определен по формуле: где - амплитуды смещения соответственно на его узком и широком концах. Для ступенчатого концентратора действительна зависимость: При этом N определяют по формуле: где RI и Ro - радиусы узкого ((выходного) и широкого (входного) торцов соответственно. Лучшим материалом для концентратора являются титан и его сплавы. При использовании этих химматериалов на частоте 20 кГц получено Изложенное выше необходимо для правильного понимания работы устройства. Предложенная стиральная машина работает следующим образом. В корпус 1 (фиг. 1) заливают мыльный раствор, а вн утрь ограждающей сетки 3 размещают материал, подлежащий стирке. При включении УЗГ излучатель 6 начинает· генерировать ультразвук, пучок которого, отражаясь от оболочки 2, совершает круговое движение. Посредством рычага В (фиг. 2) можно изменять угол между осью излучателя и отражающей поверхности таким образом, чтобы периферийная часть пучка ультразвука заходила за сетку 3 (если материал сильно загрязнен или имеет высокую плотность и толщину). Стирка осуществляется за счет следующи х факторов. Во-первых, загрязняющая частица вместе с ультразвуком совершает тысячи колебаний в минуту, поэтому очень быстро отрывается от материала. При этом возникают кавитационмые пузырьки, которые возникают во время полупериодов разрушений волны и захлопываются после перехода в область повышенного давления, что вызывает сильные гидродинамические возмущения в жидкости и способствуют вымыванию загрязняющих частиц из материала. В-третьих, в звуковом поле, благодаря круговому движению ультразвукового пучка, возникает круговое акустическое течение жидкости. Скорость акустического течения в зависимости от частоты пучка и звукового давления может достигать значений 10-50 см/с, что приводит к выносу отмытых загрязняющих частиц за пределы материала. Наконец, необходимо отметить проявление звукокалиллярного эффекта, который состоит в аномально глубоком проникновении жидкости в поры материала под воздействием ультразвука, что обеспечивает качественную стирку на всю толщину изделия. Стирка осуществляется очень быстро (в течении первых минут). Отсутствие вращающихся элементов конструкции обеспечивает долговечность и надежность стиральной машины. Она к тому же осуществляет самонагрев мыльного раствора. При небольшом загрязнении материала вообще может быть использована для стирки обычная вода (без стиральных порошков).