[發(fā)明專利]一種在強(qiáng)酸性環(huán)境中使用的超聲波換能器

有效

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• 申請日: 2013-06-04
• 公開（公告）號: CN103331251A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李坤;施瑕玉;李政;耿志明;蔣超;徐曉鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波換能器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種在強(qiáng)酸性環(huán)境中使用的超聲波換能器。

背景技術(shù)

超聲波除垢是利用超聲波在傳播過程中的空化效應(yīng)，剪切效應(yīng)和抑制效應(yīng)等物理特性，通過改變水的物理結(jié)構(gòu)，達(dá)到防垢、除垢的效果。使用超聲波除垢有無須添加任何化學(xué)藥劑，對人體無任何危害；除垢效果明顯；設(shè)備體積小，安裝方便，不影響換熱設(shè)備的正常使用；操作簡單免維護(hù)程度高，不設(shè)專人操作管理，不腐蝕設(shè)備，使用壽命長；在線不停產(chǎn)，防垢、除垢雙向功能等特點(diǎn)，我國已有很多地方在使用超聲波除垢器。例如，鍋爐水處理系統(tǒng)，換熱器除垢、防垢，石油、電力行業(yè)的設(shè)備清洗等。由于超聲波除垢技術(shù)在多個(gè)行業(yè)中具有革命性的應(yīng)用前景，且超聲換能器的效率提高也有很多的研究價(jià)值，因此超聲波除垢技術(shù)備受工業(yè)及學(xué)術(shù)界的關(guān)注，它將是除垢技術(shù)今后的發(fā)展方向，同時(shí)也是今后電力、石油等行業(yè)防除積垢技術(shù)的發(fā)展方向。

我國的鋅、鉛、錫、鎂等金屬及其鹽類生產(chǎn)在全球總產(chǎn)量四分之一以上。在銅、鋅和鉛的電解法生產(chǎn)以及無機(jī)鹽類如MSO₄（M＝Zn、Mn、Zn、Mg、Ni、Cu）、M₂SO₄（M＝K、Na、Li）、MCl₂（Zn、Ni、Co、Cu、Sn）的生產(chǎn)中，經(jīng)常需要將高酸度無機(jī)鹽溶液用管道輸送下一個(gè)處理設(shè)備或需要對溶液進(jìn)行冷卻處理。在輸送和冷卻過程中，由于溶解度隨溫度的降低導(dǎo)致部分鹽類析出或某些難溶沉淀緩慢生成并附著在管道或容器內(nèi)壁。久而久之，造成容器結(jié)垢、管道堵塞，影響生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。尤其是有些管道的彎頭、接頭和容器的狹窄處結(jié)垢更難處理。基于上述原因，任蓬山等人采用在垂直于管道方向施加超聲波，通過超聲波強(qiáng)聲場處理流體，使流體沉淀污垢在超聲場作用下，發(fā)生一系列物理形態(tài)和化學(xué)性能變化，將管壁上沉淀污垢清除出去（中國專利：CN2418967Y）。超聲波控制器和換能器裝置在管道外壁上，超聲波是通過電能，在管道內(nèi)壁上作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)大空化氣泡，使管道流體中的污垢在超聲場作用下活化，達(dá)到連續(xù)不斷的清除管道內(nèi)壁污垢，使管道內(nèi)壁上不易沉淀污垢。該方法的缺點(diǎn)為：超聲頭發(fā)射的剪切能力強(qiáng)的縱波未能充分發(fā)揮效率，若管道材質(zhì)為聲阻抗與溶液接近而聲損耗較大的有機(jī)材料（如：玻璃鋼、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS等）聲波很快衰減。另外，超聲頭的數(shù)量太多，能耗大。何永智等人根據(jù)磁化原理，在輸液管一端的外壁套有動(dòng)性磁缸（中國專利：CN2448829Y）。在輸液管另一端的外壁套有與動(dòng)性磁缸連接的超聲波傳感器。在動(dòng)性磁缸的外壁套有屏蔽管。在管內(nèi)壁和屏蔽管外壁及超聲波傳感器外壁間裝有硅酸鹽填料。采用了直線式內(nèi)腔流體原理進(jìn)行磁化，對水及流體進(jìn)行磁化處理，使堅(jiān)硬的礦物鹽結(jié)晶分子即水垢之間的吸引力遭到破壞，導(dǎo)致水垢逐漸脫落排出。然而，該方法耗電量非常大，設(shè)備發(fā)熱嚴(yán)重。無法用于實(shí)際大規(guī)模生產(chǎn)。倪明亮等人采用內(nèi)置式陶瓷超聲發(fā)射頭，超聲傳播距離可以提高（中國專利：CN2597115Y）。但影響了管道的有效輸運(yùn)面積，增加了流體阻力，從而降低了管道的輸運(yùn)能力；超聲頭的封裝和防酸難以解決。劉利華采用超聲頭前置變幅金屬桿（中國專利：CN101108383A和CN101108384A），并將金屬變幅桿置于管道內(nèi)提高超聲作用效果。但由于金屬與流體的聲阻抗差別太大，聲波由超聲源經(jīng)金屬傳播到流體存在聲波在界面的部分反射問題。另外，以上所有專利不適合于強(qiáng)酸性環(huán)境，強(qiáng)酸對金屬腐蝕加上超聲空化腐蝕使得超聲如何輻照進(jìn)入強(qiáng)酸液體問題非常棘手。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種在強(qiáng)酸性環(huán)境中使用的超聲波換能器，解決了超聲波換能器前段不銹鋼聲場發(fā)射端在酸性環(huán)境中使用時(shí)被腐蝕的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種在強(qiáng)酸性環(huán)境中使用的超聲波換能器，包括：

陶瓷超聲發(fā)射頭，所述陶瓷超聲發(fā)射頭為圓柱形，所述陶瓷超聲發(fā)射頭的上表面中心開設(shè)有圓孔，所述圓孔中固定連接有大頭螺釘；

塑料支撐板，所述塑料支撐板中心設(shè)有通孔一；

錐臺形導(dǎo)波棒，所述錐臺形導(dǎo)波棒包括粗端和細(xì)端，所述粗端設(shè)有凸臺，所述凸臺的外徑小于等于通孔一的直徑，所述粗端中心設(shè)有螺紋孔一，所述細(xì)端中心設(shè)有螺紋孔二，所述螺紋孔一和螺紋孔二為非貫通孔；

環(huán)狀陶瓷壓電振子，所述環(huán)狀陶瓷壓電振子是由n層紫銅電極片和n-1層壓電陶瓷片交替疊加形成，所述n為大于1的奇數(shù)；

鋼質(zhì)負(fù)載，所述鋼質(zhì)負(fù)載中心開設(shè)有通孔二；