Расчёты которые подтверждают работоспособность конструкции

Расчеты основных конструктивных элементов

Упругие волны характеризуются скоростью распространения С, длиной волны и частотой . При этом под длинной волны понимается расстояние между ближайшими частицами, колеблющимися одинаковым образом. Число волн проходящих через данную точку пространства в каждую секунду, определяет частоту ультразвука. Длина волны связана со скоростью ее распространения и частотой колебаний соотношением

Произведем расчеты для волн которые распространяются в трансформаторном масле. Скорость волны в этой среде С=1400мм/с, а частота f=8 имп/сек.

;

Определим частоту f, на которой ведётся контроль:

(МГц)

где λоц – оценочная длина волны.

- скорость волны в топливе.

Рассмотрим процесс прохождения короткого импульса ультразвуковых колебаний в среде. Пьезоэлемент в виде круглого диска диаметром 2a служит одновременно излучателем и приемником ультразвука. При излучении зондирующего импульса в среде возникает ультразвуковое поле излучения, которое имеет вполне определенные пространственные границы и распределение звукового давления внутри пучка. Вблизи от излучателя на участке, называемом ближней зоной, ультразвуковой пучок почти не расходится и имеет цилиндрическую форму. Протяженность r этой зоны равна

где f – Частота колебания волны ультразвука;

С – Скорость распространения ультразвуковой волны.

мм

Потеря энергии dB эхосигнала в среде 1 при отражении от акустической границы со средой 2:

Например: потеря dB при распространении сигнала из воды (Z=1.48) в сталь (Z=45.41) составляет -9.13dB; Это так же справедливо и при прохождении сигнала из стали в воду.

Низшая (основная) собственная частота колеблющейся по толщине свободной пластины соответствует полуволновой толщине , т.е. равной половине длины волны в ее материале:

Из этой формулы видно что чем выше собственная частота, тем тоньше должна быть пластина.

В нашем случае пластина из цирконата-титаната свинца (ЦТС) скорость =3.3 мм/мкс, поэтому для работы на частоте 2 МГц пластина должна иметь толщину:

мм.

При колебаниях с частотой, большей основной собственной частоты, в пьезоэлементе могут возбудится свободные колебания на высших гармониках, кратных основной частоте.

Плотность и вычисляемое через нее волновое сопротивление

используют в расчетах по согласованию пьезопластины со средой, куда излучается УЗ.

Акустическую добротность (она определяет длительность колебаний после возбуждения) пластины вычисляют по формуле:

где и - волновые сопротивления сред, контактирующих с пластиной без промежуточных слоев.

Для УЗ контроля наиболее важен Коэффициент двойного преобразования

- отношение амплитуды электрического напряжения принятого сигнала к напряжению возбуждающего преобразователь электрического генератора без

учета промежуточного ослабления Уз в результате затухания и расхождения лучей.

Коэффициент преобразования при излучении – отношение амплитуд возбуждаемых акустических к возбуждающим электрическим колебаниям:

Другие статьи по теме

Расчет конденсационной турбины мощностью 165МВт на основе турбины-прототипа К-160-130-2 ХТГЗ
Паровая конденсационная турбина К-160-130 номинальной мощностью 160 МВт и частотой вращения ротора 50 с-1 предназ­начается для непосредственного привода гене­ратора переменного тока. Турбина и генера­тор устанавливаются на железоб ...

Расчёт мощности судовой электростанции
Судовая электроэнергетическая система представляет собой совокупность судовых электротехнических устройств, объединенных процессом производства, преобразования и распределения электроэнергии и предназначенных для питания суд ...