Азин А.В., Богданов Е.П., Васильев А.В., Пономарев С.А., Пономарев С.В., Рикконен С.В. «Настройка резонансных режимов работы ультразвукового излучателя при одностороннем доступе к объекту» Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов, 334, № 10, с. 199-209 (2023)

Актуальность. Для подготовки высоковязкой нефти к транспорту в практике используется ряд методов: термический, химический и метод физических воздействий. Ультразвуковое воздействие на углеводородное сырье является одним из физических методов. Необходима разработка эффективной методики настройки ультразвукового излучателя для максимальной передачи энергии в многослойную технологическую среду. Цель: изучение резонансных режимов работы ультразвукового излучателя в многослойной системе при одностороннем доступе к объекту c упрощением конструкции ультразвукового излучателя резонансного типа. Объекты: колебательная система ультразвукового излучателя резонансного типа, многослойная система, физическая модель системы «ультразвуковой излучатель – многослойная система». Методы: математическое моделирование линейной колебательной системы с целью определения влияния свойств колебательной системы и технологических факторов на форму колебаний вибросмещения и на амплитудно-частотные характеристики системы; экспериментальные исследования на основе физической модели системы «ультразвуковой излучатель – многослойная система». Результаты. Выявлена физическая особенность работы колебательной системы, состоящая в том, что на резонансе форма колебаний сигналов силы многослойного пьезоактюатора и сигналов виброускорения имеют чисто гармонический характер. Этот эффект распространяется на работу ультразвукового излучателя резонансного типа в режиме короткого замыкания на многослойную систему. Проведены экспериментальные исследования работы ультразвукового излучателя резонансного типа в режиме короткого замыкания и при нагрузке в виде одного и двух слоев полиметилметакрилата. Получено, что амплитудно-частотная характеристика силы многослойного пьезоактюатора и виброускорения подобны друг другу. На основе анализа теоретических и экспериментальных данных разработана методика настройки резонансных режимов работы ультразвукового излучателя при одностороннем доступе к объекту, которая позволяет упростить и удешевить конструкцию излучателя. Методика настройки колебательных систем применима для лабораторных и промышленных установок. Выводы. Анализ результатов проведенных исследований показал, что на практике в качестве критериев при определении и настройке резонанса колебательной системы можно использовать гармоническую форму сигналов ускорения и силы, а также амплитуду силы многослойного пьезоактюатора. Колебательную систему ультразвукового излучателя резонансного типа можно настраивать на резонанс по форме и амплитуде сигнала датчика силы многослойного пьезоактюатора, причем датчик силы расположен последовательно с многослойным пьезоактюатором и не требует дополнительных конструкционных элементов для его крепления. Конструкция ультразвукового излучателя значительно упрощается из-за отсутствия датчика виброускорения. Методика настройки в резонанс колебательной системы с использованием только датчика силы распространяется и при работе ультроазвукового излучателя резонансного типа на многослойную механическую систему. Разработанную конструкцию и методику настройки колебательной системы ультразвукового излучателя резонансного типа удобно использовать при воздействии на технологические жидкости через стенки резервуаров и емкостей хранения.