專利名稱：一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及螺旋式調(diào)壓液壓領(lǐng)域，特別是一種適用于大功率徑向復(fù)合壓電超聲振動系統(tǒng)中施加均勻徑向擴(kuò)張預(yù)應(yīng)力的液壓加壓裝置。
背景技術(shù)：
在復(fù)合壓電超聲換能器相關(guān)技術(shù)中，對復(fù)合型壓電超聲換能器系統(tǒng)的壓電陶瓷元件施加足夠大均勻預(yù)壓應(yīng)力是一種非常關(guān)鍵的技術(shù)。壓電陶瓷是一種脆性材料，其抗張強(qiáng)度差，而抗壓強(qiáng)度較大，對其施加足夠大的預(yù)壓應(yīng)力能大幅提高其機(jī)械功率極限，從而能成倍提高壓電陶瓷的功率密度和功率容量。目前超聲加工等工程應(yīng)用領(lǐng)域使用很廣的大功率縱向復(fù)合夾心式壓電超聲換能器(縱向復(fù)合棒)是通過高強(qiáng)度螺栓與前后金屬蓋板對壓電陶瓷堆施加足夠大預(yù)壓應(yīng)力，其功率容量一般可提高2至3倍，并能顯著改善和提高壓電換能器的機(jī)械Q值及機(jī)電轉(zhuǎn)換效率等性能指標(biāo)。近年來隨著功率超聲在液體處理技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，一類輻射面積大、輻射效率高以及徑向輻射均勻的管形或棒形超聲換能器發(fā)展起來，并已在超聲清洗、降解及污水處理等環(huán)保產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣，并顯示出強(qiáng)大的生命力和應(yīng)用前景。然而對徑向復(fù)合壓電超聲振動系統(tǒng)中的圓管形(或環(huán)形)壓電陶瓷元件施加徑向預(yù)壓應(yīng)力遠(yuǎn)比縱向復(fù)合振動系統(tǒng)復(fù)雜，一直未有令人滿意的解決辦法，目前最常用的方法是采用熱脹冷縮法來進(jìn)行裝配，但這種方法往往使預(yù)應(yīng)力大小及均勻性難以控制，并且需要很高的材料成型及加工工藝。這是目前制約這類徑向復(fù)合壓電超聲換能器功率容量及性能進(jìn)一步提高的“瓶頸”。得以解決，將使這類徑向復(fù)合壓電超聲換能器在超聲工程，特別是液體超聲處理等節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用獲得突破?，F(xiàn)有技術(shù)中，專利號為ZL 200520075667. 4，名稱為“大功率超聲換能器”的實(shí)用新型專利，采用多級帶有金屬預(yù)應(yīng)力外殼的短圓管壓電換能器單元沿軸向機(jī)械串接而成，這種換能器徑向輻射比較均勻，但有以下不足(1)、金屬預(yù)應(yīng)力外殼對其內(nèi)部的壓電陶瓷圓管只施加了由外向內(nèi)的單向徑向預(yù)應(yīng)力，壓電陶瓷管內(nèi)部為空氣或充油。鑒于壓電陶瓷管的徑向抗壓強(qiáng)度較低，因此不能對其施加太大的徑向預(yù)壓應(yīng)力，否則壓電陶瓷管會破碎。由于不能對壓電圓管施加足夠大的結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力，該換能器的功率容量受到限制，功率密度較小。O)、該換能器的金屬外殼為雙層結(jié)構(gòu)，層中間充油。依據(jù)聲波的界面反射與透射理論，聲波在通過金屬和油這兩種聲學(xué)特性阻抗差異很大的夾層時會引起較大的聲能傳播損失，從而使換能器的聲輻射效率降低。申請人:本人在2009年9月10日提交了一份《一種大功率復(fù)合超聲管》的發(fā)明專利，申請?zhí)枮?00910102269. X，并在2010年2月17日予以公開。申請人認(rèn)為該專利已經(jīng)解決了現(xiàn)有技術(shù)中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)問題。但在實(shí)際使用中，我們發(fā)現(xiàn)還是存在一些使用上的不便。比如對該復(fù)合超聲管內(nèi)部的壓電陶瓷元件施加徑向預(yù)應(yīng)力是通過調(diào)節(jié)其內(nèi)部反向螺紋管協(xié)同錐形螺母與弧形金屬襯條來實(shí)現(xiàn)的。在加壓過程中由于錐形螺母與弧形金屬襯
3條之間有較大軸向摩擦力，要使內(nèi)部的擴(kuò)張式預(yù)應(yīng)力機(jī)構(gòu)對壓電陶瓷單元產(chǎn)生較大而均勻的徑向擴(kuò)張預(yù)應(yīng)力，加壓過程相當(dāng)費(fèi)時費(fèi)力。一旦在裝配實(shí)施過程中施力調(diào)節(jié)不均勻，會對換能器系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生較大影響。因此，我們需要對此結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以克服其缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是提供一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，該裝置包括采用液壓加壓的方式為一類徑向復(fù)合型壓電超聲振動系統(tǒng)提供徑向預(yù)應(yīng)力的內(nèi)部液壓擴(kuò)張機(jī)構(gòu)。通過這樣的結(jié)構(gòu)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比不但使用更方便，而且產(chǎn)生的徑向預(yù)應(yīng)力更均勻。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種大功率徑向復(fù)合超聲管，包括金屬圓管外套，其內(nèi)部含有若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組，柱面壓電陶瓷片環(huán)組內(nèi)部設(shè)有金屬薄壁液壓管，所述金屬薄壁液壓管一端設(shè)有通過壓緊環(huán)固定在金屬薄壁液壓管底部的護(hù)套，金屬薄壁液壓管內(nèi)部穿過均勻分布的固定螺桿，壓緊環(huán)通過固定螺桿與金屬薄壁液壓管另一端的封蓋相連接，固定螺桿通過封蓋螺母固定在封蓋上，所述封蓋的中央通過螺釘固定有螺桿座，螺桿座內(nèi)設(shè)螺紋，液壓加壓螺桿穿過封蓋中央的螺桿座通入金屬薄壁液壓管內(nèi)，螺桿座和液壓加壓螺桿之間套設(shè)有密封圈。優(yōu)選的，固定螺桿的數(shù)量至少為3根，并對稱地平行分布在金屬薄壁液壓管中。所述固定螺桿能軸向均勻壓緊金屬薄壁液壓管，起軸向箝制作用，以確保加壓后金屬薄壁液壓管能產(chǎn)生有效的徑向擴(kuò)張變形量，而減少金屬薄壁液壓管的軸向變形量。優(yōu)選的，所述護(hù)套和封蓋螺母靠近柱面壓電陶瓷片環(huán)組一側(cè)設(shè)有斜面，并和柱面壓電陶瓷片環(huán)組之間留有間隙。這樣的結(jié)構(gòu)避免護(hù)套或封蓋螺母使柱面壓電陶瓷片環(huán)組的內(nèi)外柱面電極短路。優(yōu)選的，所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組由若干個幾何參數(shù)和性能一致的柱面壓電陶瓷片單元沿圓周方向排列成環(huán)形，所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組中的相鄰兩個柱面壓電陶瓷片單元之間設(shè)有絕緣隔振薄片，并用環(huán)氧樹脂與兩邊的柱面壓電陶瓷片單元粘接在一起，所述每個柱面壓電陶瓷片單元均為厚度極化，其內(nèi)柱面披銀為正電極，外柱面披銀為負(fù)電極，每個柱面壓電陶瓷環(huán)組內(nèi)的各柱面壓電陶瓷片單元之間為電并聯(lián)，若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組沿軸向嵌入金屬圓管外套內(nèi)，金屬圓管外套內(nèi)徑與其內(nèi)部的柱面壓電陶瓷片環(huán)組外徑相一致，以實(shí)現(xiàn)緊密配合。每個柱面壓電陶瓷片環(huán)組由多個柱面壓電陶瓷片單元組合而成。這樣的結(jié)構(gòu)下，比單一壓電陶瓷圓管能承受更大的徑向形變量及預(yù)應(yīng)力而不破碎優(yōu)選的，所述柱面壓電陶瓷片環(huán)組內(nèi)包含至少3條柱面壓電陶瓷片單元。3條柱面壓電陶瓷片單元是實(shí)現(xiàn)均勻分散柱面壓電陶瓷片單元內(nèi)部受力的最小必要數(shù)量。優(yōu)選的，所述柱面壓電陶瓷片環(huán)組內(nèi)包含8條柱面壓電陶瓷片單元。本發(fā)明實(shí)施的柱面壓電陶瓷環(huán)組內(nèi)包含有8條柱面壓電陶瓷片單元作為被加壓的對象，8條柱面壓電陶瓷片單元能均勻分散柱面壓電陶瓷片單元內(nèi)部受力，保證受力均勻，有利于延長產(chǎn)品壽命。優(yōu)選的，相鄰兩組柱面壓電陶瓷片環(huán)組之間設(shè)有絕緣隔振圈。絕緣隔振圈對相鄰兩組柱面壓電陶瓷片環(huán)組之間起到縱向去耦隔振的作用。優(yōu)選的，所述金屬圓管外套，其外表面沿金屬圓管外套軸向加工有若干等間隔環(huán)狀梯形凹槽，所述梯形凹槽底部較窄，相鄰兩凹槽之間的凸起部分縱剖面呈截錐形。所述截錐形凸起頂部較窄，起放大超聲波振幅和聚能作用，同時能改善近場輻射聲場分布的均勻性，有效消除現(xiàn)有技術(shù)中的近場聲輻射盲區(qū)，使得產(chǎn)品工作效能大幅提高。優(yōu)選的，所述金屬薄壁液壓管內(nèi)部充有液壓油或其他變壓器油以及非可燃性油。 其外徑與柱面壓電陶瓷片環(huán)組內(nèi)徑一致，未加壓時兩者之間為零間隙配合。優(yōu)選的，所述金屬圓管外套一端為球冠形，另一端通過外圈封蓋旋緊在密封圈內(nèi)。 球冠形頂端的金屬圓管外套通過自身結(jié)構(gòu)能起到減小徑向鉗制的效果，同時也非常美觀。 而外圈封蓋旋緊在密封圈內(nèi)起密封效果，而且通過打開外圈封蓋能方便轉(zhuǎn)動液壓加壓螺桿以調(diào)整薄壁內(nèi)管內(nèi)的壓力。上述技術(shù)方案的液壓式超聲復(fù)合棒優(yōu)點(diǎn)在于采用金屬薄壁液壓管充滿液壓油的結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)液壓加壓螺桿調(diào)整薄壁液壓管內(nèi)的壓力，并協(xié)同外部金屬圓管外套對夾層中的壓電陶瓷片環(huán)組施加內(nèi)外雙向的徑向預(yù)壓應(yīng)力，這樣的這樣不但操作輕松方便，而且使得加壓十分均勻，壓電陶瓷片環(huán)組在工作過程中不易損壞，延長了產(chǎn)品的整體使用壽命。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明圖1為本發(fā)明一種大功率徑向復(fù)合超聲管和液壓加壓裝置的整體結(jié)構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明一種大功率徑向復(fù)合超聲管和液壓加壓裝置的橫剖示意圖。圖3為本發(fā)明一種大功率徑向復(fù)合超聲管的柱面壓電陶瓷片環(huán)組的整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式如圖1、圖2以及圖3所示，一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，包括金屬圓管外套9，其內(nèi)部含有若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8，柱面壓電陶瓷片環(huán)組8內(nèi)部設(shè)有金屬薄壁液壓管10，未加壓時兩者之間為零間隙配合。所述金屬薄壁液壓管10—端設(shè)有通過壓緊環(huán)14固定在金屬薄壁液壓管10底部的護(hù)套11，壓緊環(huán)14通過均勻分布的固定螺桿12 與另一端的封蓋4相連接，固定螺桿12通過封蓋螺母5固定在封蓋4上，所述封蓋4的中央通過螺釘3固定有螺桿座2，螺桿座2內(nèi)設(shè)螺紋，液壓加壓螺桿1穿過封蓋4中央的螺桿座2通入金屬薄壁液壓管10內(nèi)，螺桿座2和液壓加壓螺桿1之間套有高壓密封圈6。固定螺桿12的數(shù)量至少為3根，并均勻地平行分布在金屬薄壁液壓管10中。所述護(hù)套11和封蓋螺母5靠近柱面壓電陶瓷片環(huán)組8 一側(cè)設(shè)有斜面，并和柱面壓電陶瓷片環(huán)組8之間留有間隙。所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8由若干個幾何參數(shù)和性能一致的柱面壓電陶瓷片單元81沿圓周方向排列成環(huán)形，所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8中的相鄰兩個柱面壓電陶瓷片單元81之間設(shè)有絕緣隔振薄片82，并用環(huán)氧樹脂粘接在一起，所述每個柱面壓電陶瓷片單元81均為厚度極化，其內(nèi)柱面披銀為正電極，外柱面披銀為負(fù)電極，每個柱面壓電陶瓷片環(huán)組8內(nèi)的各柱面壓電陶瓷片單元81之間為電并聯(lián)，若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8沿軸向嵌入金屬圓管外套9內(nèi)，金屬圓管外套9內(nèi)柱面半徑與其內(nèi)部的各柱面壓電陶瓷片環(huán)組8 外半徑相一致，以實(shí)現(xiàn)緊密配合。所述柱面壓電陶瓷片環(huán)組8內(nèi)包含至少3條柱面壓電陶瓷片單元81。相鄰兩組柱面壓電陶瓷片環(huán)組8之間設(shè)有絕緣隔振圈15。所述金屬圓管外套9，其外表面沿金屬圓管外套9軸向加工有若干等間隔環(huán)狀梯形凹槽。所述金屬薄壁液壓管10內(nèi)部充有非可燃性油，非可燃性油為液壓油或其他變壓器油，也可以是蓖麻油。所述金屬圓管外套9 一端為球冠形，另一端通過外圈封蓋19旋緊在密封圈20內(nèi)起密封效果。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
還是和申請人在先申請的《一種大功率復(fù)合超聲管》的發(fā)明專利基本類似。只是將金屬薄壁液壓管10和液壓加壓螺桿1的組合結(jié)構(gòu)代替了原有技術(shù)中的預(yù)應(yīng)力擴(kuò)張結(jié)構(gòu)，使得產(chǎn)生的壓力更加均勻，同時減少了工作過程中內(nèi)部的摩擦，提高了加壓的精度和加壓的效率。使用時只要旋開金屬圓管外套9上的外圈封蓋19就能直接對液壓加壓螺桿1進(jìn)行調(diào)節(jié)。而且對液壓加壓螺桿1的調(diào)節(jié)幾乎通過手動即可實(shí)現(xiàn)，阻力非常小。液壓加壓螺桿1不斷旋進(jìn)金屬薄壁液壓管10內(nèi)能對金屬薄壁液壓管10的管壁上產(chǎn)生十分均勻的擴(kuò)張力。金屬薄壁液壓管10—端的壓緊環(huán)14通過均勻分布的固定螺桿 12與另一端的封蓋4相連接，固定螺桿12通過封蓋螺母5固定在封蓋4上，這樣就能確保了加壓后金屬薄壁液壓管10能產(chǎn)生有效的徑向變形量，而減少金屬薄壁液壓管10的軸向變形量。金屬薄壁液壓管10與金屬圓管外套一起對柱面壓電陶瓷片環(huán)組8產(chǎn)生足夠大徑向預(yù)壓應(yīng)力，從而大幅提高了壓電陶瓷片的機(jī)械功率極限，并成倍提高其功率容量。柱面壓電陶瓷片環(huán)組8的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)，由若干個幾何參數(shù)和性能一致的柱面壓電陶瓷片單元81沿圓周方向排列成環(huán)形，所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8中的相鄰兩個柱面壓電陶瓷片單元81之間設(shè)有絕緣隔振薄片82，并用環(huán)氧樹脂粘接在一起，所述每個柱面壓電陶瓷片 81均為厚度極化，其內(nèi)柱面披銀為正電極，外柱面披銀為負(fù)電極，每個柱面壓電陶瓷片環(huán)組 8內(nèi)的各柱面壓電陶瓷片單元81之間為電并聯(lián)，若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組8沿軸向嵌入金屬圓管外套9內(nèi)，金屬圓管外套9內(nèi)柱面半徑與其內(nèi)部的各柱面壓電陶瓷片環(huán)組8外半徑相一致，以實(shí)現(xiàn)緊密配合。這樣不但配合緊密，而且在工作過程中受力也更為均勻，更有利于聲能在管壁中的徑向傳播。這樣的這樣不但操作輕松方便，而且使得加壓十分均勻，壓電陶瓷片環(huán)組在工作過程中不易損壞，延長了產(chǎn)品的整體使用壽命。所述金屬圓管外套9，其外表面沿金屬圓管外套9軸向加工有若干等間隔環(huán)狀梯形凹槽，所述梯形凹槽底部較窄，相鄰兩凹槽之間的凸起部分縱剖面呈截錐形。所述截錐形凸起頂部較窄，有振幅放大和聚能作用。其兩邊斜側(cè)面產(chǎn)生的超聲波輻射能覆蓋到靠近金屬圓管外套9的近場，解決了現(xiàn)有技術(shù)中超聲波發(fā)射存在盲區(qū)的問題。
權(quán)利要求
1.一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，包括金屬圓管外套(9)，其內(nèi)部含有若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)，其特征在于柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)內(nèi)部設(shè)有金屬薄壁液壓管(10)，所述金屬薄壁液壓管(10) —端設(shè)有通過壓緊環(huán)(14)固定在金屬薄壁液壓管 (10)底部的護(hù)套(11)，金屬薄壁液壓管(10)內(nèi)部穿過均勻分布的固定螺桿(12)，壓緊環(huán) (14)通過固定螺桿(1 與金屬薄壁液壓管(10)另一端的封蓋(4)相連接，固定螺桿(12) 通過封蓋螺母( 固定在封蓋(4)上，所述封蓋(4)的中央通過螺釘C3)固定有螺桿座(2)， 螺桿座O)內(nèi)設(shè)螺紋，液壓加壓螺桿(1)穿過封蓋中央的螺桿座( 通入金屬薄壁液壓管(10)內(nèi)，螺桿座( 和液壓加壓螺桿(1)之間套有密封圈㈩)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于固定螺桿(1 的數(shù)量至少為3根，并均勻地平行分布在金屬薄壁液壓管(10)中。
3.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述護(hù)套(11)和封蓋螺母( 靠近柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8) —側(cè)設(shè)有斜面，并和柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)之間留有間隙。
4.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)由若干個柱面壓電陶瓷片單元(81)沿圓周方向排列成環(huán)形，所述每段柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)中的相鄰兩個柱面壓電陶瓷片單元(81)之間設(shè)有絕緣隔振薄片(82)，并用環(huán)氧樹脂粘接在一起，所述每個柱面壓電陶瓷片單元(81)均厚度極化，其內(nèi)柱面披銀為正電極，外柱面披銀為負(fù)電極，每個柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)內(nèi)的各柱面壓電陶瓷片單元(81)之間為電并聯(lián)，若干段柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)沿軸向嵌入金屬圓管外套(9)內(nèi)，金屬圓管外套(9)內(nèi)柱面半徑與其內(nèi)部的各柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)外半徑相一致，以實(shí)現(xiàn)緊密配合。
5.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)內(nèi)包含至少3條柱面壓電陶瓷片單元(81)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)內(nèi)包含8條柱面壓電陶瓷片單元(81)。
7.如權(quán)利要求4-6其中任一所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于相鄰兩組柱面壓電陶瓷片環(huán)組(8)之間設(shè)有絕緣隔振圈(15)。
8.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述金屬圓管外套(9)外表面沿軸向加工有若干等間隔環(huán)狀梯形凹槽，所述梯形凹槽底部較窄，相鄰兩凹槽之間的凸起部分縱剖面呈截錐形。
9.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述金屬薄壁液壓管(10)內(nèi)部充有非可燃性油，非可燃性油為液壓油。
10.如權(quán)利要求1所述的一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，其特征在于所述金屬圓管外套(9) 一端為球冠形，另一端通過外圈封蓋(19)旋緊在密封圈00)內(nèi)起密封效果。
全文摘要
本發(fā)明要解決的問題是提供一種大功率徑向復(fù)合超聲管的液壓加壓裝置，該裝置包括采用液壓加壓的方式為一類徑向復(fù)合型壓電超聲振動系統(tǒng)提供徑向預(yù)應(yīng)力的內(nèi)部液壓擴(kuò)張機(jī)構(gòu)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用金屬薄壁液壓管充滿液壓油的結(jié)構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)液壓加壓螺桿調(diào)整密閉的薄壁液壓管內(nèi)的壓力，并協(xié)同外部金屬圓管外套對夾層中的壓電陶瓷片環(huán)組施加內(nèi)外雙向的徑向預(yù)壓應(yīng)力。通過這樣的結(jié)構(gòu)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比不但使用更方便，而且產(chǎn)生的徑向預(yù)應(yīng)力更均勻。壓電陶瓷片環(huán)組在工作過程中不易損壞，延長了產(chǎn)品的整體使用壽命。
文檔編號B06B1/06GK102205309SQ20101056153
公開日2011年10月5日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉世清, 劉凡, 徐方遷, 徐洪, 蘇超 申請人:浙江師范大學(xué)