Борис Кудрявцев - О неслышимых звуках

Мощная ультразвуковая сирена состоит из двух дисков: неподвижного — статора и быстро вращающегося — ротора.

Подвижный диск снабжен зубцами, которые приходятся против отверстий в неподвижном диске. При вращении ротора против отверстий в неподвижном диске оказываются попеременно то зубцы, то промежутки между ними. Если подвести, как это показано на рис. 43, к зубцам ротора сжатый воздух, то из отверстий статора вырвется прерывистая струя воздуха, которую рассекают зубцы вращающегося ротора. В воздухе, окружающем сирену, образуются чередующиеся сжатия и разрежения, то есть возникнет звуковая волна. Ультразвуковая сирена с диском, имеющим 110 зубцов, совершая 250 оборотов в секунду, создает волну с частотою, равной приблизительно 27 тысячам колебаний в секунду.

С помощью сирен можно получить чрезвычайно интенсивные звуковые и ультразвуковые колебания мощностью в несколько киловатт. Эта мощность настолько велика, что расположенный на пути звуковой волны кусок ваты через несколько секунд вспыхивает в результате превращения в теплоту поглощенной акустической энергии.

Предназначенные для очистки воздуха звуковые и ультразвуковые волны, полученные с помощью сирены, собираются в виде узкого луча специальными рефлекторами, напоминающими зеркала прожекторов (рис. 44). Сирена устанавливается на вершине специальной башни, и звуковая волна направляется сверху вниз.

Схема установки для улавливания печной сажи изображена на рис. 45. Смесь, в результате сгорания которой получается сажа, из подогревателя 1 направляется в реакционную камеру 2 . Образовавшаяся сажа, пройдя холодильник 3 , попадает в звуковую колонну 4 , на вершине которой и находится сирена.

Установлено, что увеличивать размеры частиц следует только до тех пор, пока скорость их оседания не достигнет приблизительно полусантиметра в секунду. Не имеет смысла добиваться дальнейшего увеличения частиц потому, что крупные агрегаты в звуковой волне будут вновь измельчаться.

Воздух с укрупненными частицами поступает в обычные пылеуловители (циклоны) 5 , где и осаждается основное количество сажи.

Частота звука, при которой осаждение частиц происходит особенно эффективно, зависит от их размера, и ее следует находить опытным путем.

Звуковым осаждением выгодно пользоваться, если диаметр улавливаемых частиц меньше одной тысячной доли сантиметра, а содержание их не ниже 4–5 граммов на кубический метр.

Как сообщает американская печать, ультразвуковые сирены с успехом применили в технике для покрытия глазурью изделий из фарфора и керамики. Предполагают, что в этом случае действие сирен не ограничивается только распылением, играет роль также и то, что под влиянием ультразвуковых волн вещество нагревается.

Естественно, возникает вопрос: нельзя ли с помощью ультразвука ускорить осаждение твердых частиц, взвешенных в жидкости. Этот вопрос практически очень важен для многих производств, на которых приходится выжидать длительное время, пока полученный продукт, загрязненный примесью твердых частиц, осветлится настолько, что его можно будет направить потребителю. Кроме того, часто сточные воды заводов приходится первоначально направлять в отстойники, в которых оседают вредные примеси, находящиеся в воде в виде твердых частиц, и лишь после этого спускать воду в реку. Если осаждение частиц ускорится, то размеры необходимых для производства отстойников уменьшатся, сократится и время, в течение которого уже готовый продукт сохраняется на заводе для осветления. Как можно было ожидать, ультразвуковые и звуковые колебания действительно ускоряют осаждение твердых частиц. Практическое использование этого способа тормозится в основном отсутствием ясности в вопросе о том, какие частоты и мощности звуковых колебаний необходимы для успешного осаждения частиц и какой будет экономический эффект от применения ультразвука.

Частично об использовании ультразвуков при обработке металлов и об их влиянии на свойства металлов уже рассказано. Однако область применения ультразвуков непрерывно расширяется, и наш рассказ будет неполным, если не упомянуть хотя бы кратко о тех воздействиях ультразвука на металл, которые, возможно, в недалеком будущем найдут себе практическое применение.

Звуковые колебания помогают освободить расплавленный металл от обычно присутствующего в нем воздуха. На рис. 46 показаны разрезы двух образцов сплава магния с алюминием. Левый слиток затвердел в обычных условиях, а правый — при озвучивании. Хорошо видны большие воздушные пузыри, возникшие в неозвученном слитке. Образец, который до затвердевания озвучивался в течение часа, отличается большей однородностью и отсутствием воздушных пузырей. Естественно, что механические свойства такого слитка гораздо выше, чем того, в котором имеются воздушные пузырьки.

Технологи заметили, что если в расплавленный металл добавить сравнительно небольшое количество мелко раздробленных частиц другого металла, например свинца в алюминий, и дать затвердеть образовавшейся металлической эмульсии, то получается сплав с ценными технологическими свойствами. Подобную металлическую эмульсию можно получить или химическим способом, или при помощи ультразвукового дробления. На рис. 47 изображены разрезы двух образцов алюминия, в которые вкраплены мельчайшие зернышки свинца. Левый образец получен химическим способом, правый — при помощи ультразвукового дробления. Ясно видно, что с помощью ультразвука достигается гораздо более мелкое дробление свинца и более равномерное распределение его в алюминии. Иногда с помощью ультразвука достигается столь мелкое дробление свинца, что даже повторное плавление не вызывает разделения металлов.