Читайте также:
|
В ряде современных бытовых устройств для стирки белья используются воздействие на ткань ультразвука и явление кавитации. Известно, что звук представляет собой волну давления, распространяющуюся непрерывно в сплошной среде (воздух, газы, твердые тела). В несжимаемой среде, к которой относится и вода, звуковые волны распространяются непрерывно лишь при их малой амплитуде. При увеличении амплитуды, а следовательно отрицательного пика давления, в зоне разрежения происходит своего рода разрыв сплошной среды: вследствие испарения образуются пузырьки соответствующего пара (в воде — водяного). Подсчитано, что в этой зоне давление достигает 1000 бар, а температура 1000°С. Это явление называется кавитацией, оно и используется для разрушения загрязнений тканей при ультразвуковой стирке изделий. Ультразвук (УЗ) — это звуковые волны, имеющие частоту свыше 18 кГц, неслышимые человеческим ухом. В технике УЗ-очистки и стирки обычно используют волны с частотой 20...50 кГц. Применяют два типа источников УЗ-волн: один из них основан на эффекте магнитострикции (сжатие и расширение среды в переменном магнитном поле), а другой на пьезоэлектрическом эффекте (сжатии и расширении среды в переменном электрическом поле). Магнитострикционные УЗ-излучатели генерируют волны большей мощности, но в ограниченном частотном диапазоне. Пьезоэлектрические УЗ-источники не так мощны, но позволяют достичь частот мегагерцевого диапазона. Для наиболее интенсивной кавитации необходимо, чтобы в воде было мало растворенного воздуха. Эффект кавитации уменьшается от того, что из-за растворенного в воде воздуха часть пузырьков сжимается собственным поверхностным натяжением. Для эффективной стирки рекомендуется деаэрировать воду, чтобы снизить концентрацию воздуха в ней до уровня 0,48 ммоль/л. С точки зрения физики задача стирки ткани сводится к тому, что частицы, находящиеся на ее поверхности загрязнения, должны быть растворены (если они растворимы), удалены (если они нерастворимы) или одновременно и растворены, и удалены (нерастворимые частицы в смеси с растворимым носителем). Кавитация способствует и растворению, и удалению частиц грязи. Микроскопические размеры пузырьков, образовавшихся в процессе кавитации, позволяют очищать сколь угодно мелкие элементы структуры тканей, благодаря чему этот способ стирки не может сравниться ни с каким другим. При взрыве не видимых глазом пузырьков одновременно с удалением частиц грязи образуется озон, который убивает вирусы, болезнетворные бактерии и простейшие микроорганизмы, в частности вегетативную микрофлору (кишечную палочку, золотистый стафилококк и т.д.). Кроме того, маломощные акустические волны исполняют при стирке роль катализатора химического процесса: они повышают активность стирального порошка в несколько раз. Ультразвуковые стирающие устройства (УСУ) разрабатываются в течение нескольких десятилетий. Немало усилий затрачено на поиск их оптимальной конструкции. Основные трудности создания кавитационных УСУ и недостатки УЗ-стирки: УЗ-колебания неблагоприятно действуют на живые существа; кавитационное действие пузырьков не только удаляет загрязнения, но и разрушает основы стираемых тканей и их красителей; сложно создать конструкцию равномерно распределенной по всему объему интенсивностью кавитации. Частично эти проблемы уже решены, и на прилавках магазинов стали появляться так называемые "стиральные машины на ладони" — миниатюрные УСУ Solana Biniclean (Болгария), "Колибри" (Зеленоград), "Бионика" (Тольятти), "Ретона" (Томск) и др.
Стирка заключается в помещении этих устройств на дно сосуда емкостью не более 30 л с горячей водой и стиральным порошком. Туда же помещается грязное белье. Приблизительное время стирки при массе белья до 2 кг и объеме воды 20...25 л составляет не менее 40...60 мин. В процессе стирки рекомендуется 2-3 раза перемешать белье.
УСУ, в основе работы которых лежат идеи российского изобретателя А. Е. Лотоцкого, создают кавитацию, вызываемую колебаниями частоты 6... 10 кГц или даже более низкой (50...60 Гц). Такая частота позволяет устранить недостатки, описанные выше. Эта низкочастотная кавитация обеспечивает существенно более щадящий режим стирки, так как для него характерна скорее пульсация микропузырьков, чем их полное схло-пывание, как при "настоящей" УЗ кавитации.
Пространство между корпусом 1 и пьезокерамическим вибрационным элементом 2 заполнено эластичным герметиком 3. Частотным источником питания для вибрационного элемента может служить промышленная или бытовая электрическая сеть, подключение к которой производится с помощью вилки 4 со шнуром 5. Подвод тока к вибрационному элементу происходит через токопровод 6. Имеется также блок гальванической развязки 7 устройства с питающей сетью, снабженный индикатором питания 8, например индикаторной лампой. Серийно выпускаемые сегодня УСУ имеют блок генерации тока с заданной рабочей частотой, которая соответствует частоте ультразвука. Возможен также вариант УСУ с электромагнитным вибрационным элементом. Проблемой, возникающей при эксплуатации таких ультразвуковых устройств, является разброс их индивидуальных характеристик. Жалобы потребителей, как правило, связаны с тем, что эффективности двух УСУ одной и той же модели различаются. Эта особенность УСУ связана с тем, что при изготовлении каждого из них не производится индивидуальной подстройки рабочей частоты в резонанс с собственной частотой вибрационного элемента. При этом трудно достичь максимальной генерации УЗ-колебаний. Для иллюстрации на рис. 6.30 приведен вид спектров колебаний двух однотипных УСУ.
В случае (а), когда рабочая частота близка к собственной частоте вибрационного элемента, энергия излучения сконцентрирована на основной несущей частоте f 3 и лишь в малой степени приходится на кратные частоты fl,f2,f4,f5,Hflp. Владелец такого УСУ удовлетворен работой своего прибора. В случае (б) рабочая частота УЗ не находится в резонансе с собственной частотой вибрационного элемента и энергия излучения "размазана" по спектру, почти в "равной мере приходясь на кратные частоты. Эффективность стирки при эксплуатации такого УСУ невелика, что вызывает жалобы со стороны владельца прибора. К сожалению, конструкция УСУ не допускает возможности подстройки рабочей частоты в резонанс с собственной частотой вибрационного элемента.
Дата добавления: 2014-12-23; просмотров: 153 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
|