Повышение надежности судовых энергетических установок применением ультразвуковых технологий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат технических наук Вельц, Яков Яковлевич

• Вельц, Яков Яковлевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Вельц, Яков Яковлевич

ВВЕДЕНИЕ

• ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ОЧИСТКИ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНОЙ КОНФИГУРАЦИИ И ПРОПИТКИ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1.1 ритерии оценки технологий

1.2 Классификация существующих технологий очистки деталей

1.3 Технологии пропитки изоляции электрических машин

1.4 Обзор перспективных ультразвуковых технологий

1.4.1 Ультразвуковой способ очистки деталей

1.4.2 Ультразвуковой способ пропитки изоляции 26 Выводы по главе

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНОЙ

ЖИДКОСТНОЙ СРЕДЕ

2.1 Характеристика ультразвуковой волны

2.2 Физические свойства ультразвука 32 Э 2.2.1 Акустические свойства

2.2.2 Характерные особенности ультразвука

2.3 Волновое уравнение и его особенности для ультразвуковых систем

2.4 Общие решения волнового уравнения

2.5 Экспериментальные исследования распределения 65 Выводы по главе

ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНОГО

УЛЬТРАЗВУКОВОГО МОДУЛЯ

3.1. Критерии обоснования конструкции

3.2 Обоснование модульной схемы ультразвуковой системы

3.2.1 Ультразвуковые генераторы

3.2.2 Ультразвуковые излучатели

3.3 Исследование переходных процессов пьезоэлектрических излучателей с жесткой обратной связью 91 3.4. Экспериментальные исследования переходного процесса 98 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ СИСТЕМ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ

4.1. Теоретическое обоснование оптимального размещения излучателей в активной зоне

4.2. Анализ возможностей придания равномерности гидравлическим воздействиям в активной зоне

4.3. Технологии очистки деталей ультразвуковым способом

4.3.1 Технология очистки радиаторов выпрямительных установок

4.3.2 Технологические и технико-экономические характеристики ультразвуковых установок

4.4. Технология и оборудование для пропитки изоляции электрических машин

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение надежности судовых энергетических установок применением ультразвуковых технологий»

Современное морское судно представляет собой сложное инженерное сооружение, при постройке и эксплуатации которого используются достижения различных отраслей науки, — от астрономии, радиолокации и гидродинамики до теплотехники и ядерной энергетики. Крупнотоннажные морские суда могут перевозить несколько тысяч пассажиров и десятки тысяч тонн грузов. Мощность паросиловых установок современных морских судов исчисляется десятками и сотнями тысяч киловатт. На ледокольно-транспортных судах, буксирах, каботажных пассажирских судах, паромах, пожарных и спасательных судах, т.е. на судах, работающих с переменными режимами, от которых требуются высокие маневренные качества, применяется электропередача. В этом случае главными являются многооборотные двигатели, работающие на электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию для питания гребных или других электродвигателей. Для небольших каботажных судов, буксиров и рейдового флота целесообразно применение дизельных силовых установок. Расходы на работу и обслуживание собственно судовой энергетической установки (СЭУ) составляет более половины общих расходов. Экономичность силовой установки зависит во многом и от текущих расходов на ее обслуживание и ремонт [11].

В области проектирования, эффективной эксплуатации и ремонта СЭУ наиболее известными являются работы российских ученых Барановского A.M., Беляковского Н.Г., Гаврилова М.Н., Глушкова С.П., Зуева А.К., Истомина П.А., Калашникова С.А., Крылова А.Н., Лебедева О.Н., Марченко О.Я., Орлина А.С., Папковича П.Ф., Сомова В.А., Юра Г.С., Янчеленко В.А. и др.

Эффективным решением проблемы совершенствования промышленных технологий ремонта СЭУ является использование новых источников (или видов) энергии. Одним из них является ультразвук. Ультразвуковые колебания высокой интенсивности обеспечивают многократное ускорение процессов, протекающих на границе контакта материалов и среды (очистка, пропитка, полимеризация, предотвращение образования накипи, и др.), повышая качество обрабатываемых изделий.

Эффективность ультразвуковых воздействий на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями. [130,145,139] В направлении практического использования ультразвука наиболее известны: предприятие ЭЛМА (Германия), предприятие «Ультрасоник» (Украина), научно - исследовательские лаборатории, возглавляемые Г.В. Алексеевым (Владивосток) и В.Н.Хмелевым (Бийск). Из отечественных научно-исследовательских институтов наиболее известен Акустический институт имени Н.Н. Андреева. Несмотря на достигнутые ими результаты, в области ультразвуковой обработки деталей сложной формы в гидравлической среде существует множество нерешенных проблем как в научной, так и в практической областях. Ультразвуковые технологии до настоящего времени почти не использовались в производстве вследствие того, что в ультразвуковых генераторах использовались электронные компоненты низкой степени интеграции. К тому же излучающие элементы на основе магнитострикционных материалов обладали низким КПД и во время работы создавали вокруг себя вредные паразитные излучения (акустические и электромагнитные), соизмеримые по интенсивности с полезным воздействием.

Перспективный путь использования ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в технологических процессах ремонта СЭУ может быть реализован в мощных, высокоэффективных ультразвуковых технологических установках, изготовленных на базе современной электронной техники и пьезокерамических излучающих элементов.

1. Ультразвуковые колебания высокой интенсивности обеспечивают многократное ускорение процессов, протекающих между жидкими и жидкодис-персными средами (растворение, очистка, дегазация, пропитка, эмульгирование, экстрагирование, кристаллизация, полимеризация, предотвращение образования накипи, и др.). При этом не только увеличивается выход полезных продуктов (например, экстрактов), но и в ряде случаев им придаются дополнительные свойства (например, биологическая активность и стерильность). Кроме того, удается получить вещества с новыми свойствами (например, тонкодисперсные эмульсии и суспензии).

2. Воздействие ультразвуковых колебаний на хрупкие твердые материалы позволяет осуществлять технологические процессы, практически не реализуемые традиционными методами - размерную обработку (сверление, снятие фасок, выполнение пазов) таких материалов, как керамика, полупроводниковые материалы, стекло, самоцветы, ферриты и т.п.

3. Ультразвуковые колебания позволяют интенсифицировать многие процессы, происходящие на границе контакта материалов (сварку металлов и полимерных материалов, склеивание), ускоряя технологические процессы и повышая качество получаемых изделий.

Несомненные и уникальные достоинства ультразвуковых технологий должны были обеспечить их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, ориентированных на выпуск конкурентоспособной продукции. Однако отмеченные выше достоинства ультразвуковых технологий до настоящего времени почти не используются в практической производственной деятельности. Причин этому несколько. а) До недавнего времени ультразвуковые аппараты изготовлялись из электронных компонентов низкой степени интеграции, а излучающие элементы и волноводы представляли собой сложные конструкции на основе магнитострикционных материалов.

Использовавшиеся в производственной практике мощные генераторы ультразвуковых колебаний обладали очень низким КПД и во время работы создавали вокруг себя вредные излучения (акустические и электромагнитные), несоизмеримые с полезными воздействиями. б) Малое распространение ультразвуковых технологий было обусловлено тем, что отсутствовал рынок потребителей мощных ультразвуковых аппаратов, и только рыночное развитие экономики стимулировало появление множества предприятий, успешная деятельность которых в значительной степени зависит от эффективности используемых технологий. в) Широкое внедрение ультразвуковых технологий сдерживалось отсутствием методического обеспечения, регламентирующего применение ультразвуковых технологий и аппаратуры в промышленности. г) Реализация ультразвуковых технологий и применение ультразвуковых аппаратов ограничивались отсутствием комплексного подхода к измерениям параметров аппаратуры, технологических процессов и готовой продукции, способного обеспечить оптимальную настройку аппаратов и максимальную эффективность ультразвуковых воздействий на обрабатываемые среды.

Из вышеизложенного очевидно, что перспективный путь интенсификации различных технологических процессов с помощью ультразвуковых колебаний высокой интенсивности должен получить дальнейшее развитие, и должен быть реализован в малоэнергоемких, высокоэффективных ультразвуковых установках. Использование ультразвуковых технологий может иметь важное значение при ремонте и обслуживании судовых энергетических установок (СЭУ).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка научных основ очистки деталей СЭУ в гидравлической среде с использованием ультразвука и основанных на этом экологически чистых технологий очистки узлов и деталей техники, а также технологий пропитки обмоток электрических машин.

Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:

- проанализировать существующие технологии очистки деталей и пропитки изоляции электрических машин СЭУ и выработать рекомендации по их совершенствованию;

- провести теоретическую оценку особенностей ультразвуковой обработки объектов в гидравлической среде;

- рассчитать и разработать типовые модульные ультразвуковые системы с целью унификации конструкции;

- разработать принципы оптимизации конструкций ультразвуковых технологических систем очистки и пропитки по критерию максимальной эффективности;

- разработать технологии очистки деталей и пропитки изоляции с привязкой к условиям ремонта дизель-генераторов и гребных двигателей СЭУ;

- провести исследование различных типов моющих растворов с привязкой к конкретным деталям дизелей СЭУ.

Методы исследования. В ходе выполнения исследований использованы методы математической физики, математической статистики и планирования экспериментов, методов линейной оптимизации. Использованы методы компьютерного моделирования и проектирования с использованием программных пакетов AutoCAD, MathCAD, KOMTIAC-3D.

Научная новизна. В диссертационной работе решен комплекс задач, представляющих научную новизну и позволяющих обеспечивать решение поставленной задачи.

1. Предложены новые подходы к технологиям очистки и пропитки, основанные на прогрессивных физических методах.

2. Разработаны математические методы и модели воздействия ультразвука в гидравлической среде на детали сложной формы.

3. Предложены и разработаны математические модели оптимизации конструкций рабочих емкостей и мест размещения ультразвуковых излучателей плоской и объемной конфигураций;

4. Разработан и запатентован новый способ возбуждения ультразвуковых излучателей, обеспечивающий возникновение регулярных потоков в активной среде под воздействием вращающегося ультразвукового поля.

Достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами внедрения ультразвуковых технологических установок на ремонтных предприятиях, практическими испытаниями и экспериментами, проведенными на реальных объектах.

Практическая ценность работы. Результаты исследований позволили создать новые ультразвуковые технологические установки для пропитки изоляции электрических машин и очистки деталей, внедренные в ряде ремонтных предприятий. Разработаны новые технологии очистки для большой номенклатуры деталей судовых энергетических установок, включая элементы дизелей, механическое и электрическое оборудование. Предложена и внедрена методика проектирования модульных ультразвуковых технологических систем, включающая основные электронные блоки, унификацию конструкций, типоразмеров, оптимизацию размещения излучателей и способов управления ими.Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены на ряде предприятий транспорта, в том числе на четырех ремонтных заводах, в 27 ремонтных предприятиях транспорта и военно-промышленного комплекса России, а также на предприятиях Украины, Латвии и Казахстана. Подтвержденный только двумя ремонтными заводами годовой экономический эффект составил более 1,5 млн. рублей. Срок окупаемости технологических установок и соответствующих технологий составляет от 1,5 до 10 месяцев.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Международных научно-технических конференциях: «Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики», Новочеркасск, 2000; «Динамика систем, механизмов и машин» Омск, 2002; «Актуальные проблемы электронного приборостроения» АПЭП - 2002, АПЭП 2004, Новосибирск; «Science, Education and Society. Electric Traction Equipment» Zilina, 2003; «Современные тенденции в развитии и конструировании коллекторных и других электромеханических преобразователей энергии». Омск. 2003; «Совершенствование управления научно-техническим прогрессом в современных условиях». Пенза, 2004; «Наука в транспортном измерении», Киев, 2005. «Проблемы развития рельсового транспорта», Луганск, 2005; «Ресурсосберегающие техноло

10 гии на железнодорожном транспорте», Красноярск, 2005, и научно-технических конференциях в Новосибирской академии водного транспорта, 2002-2005 гг.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 23 печатных работах, из них 5 в центральной печати и 4 за рубежом. По теме работы выполнены 4 отчета по НИОКР.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Объем основной части диссертации составляет 131 страниц, 6 таблиц, 49 рисунков, список из 149 использованных источников.

Заключение диссертации по теме «Судовые энергетические установки и их элементы (главные и вспомогательные)», Вельц, Яков Яковлевич

Выводы по главе

1. Проведен анализ критериев качества очистки поверхностей. Установлено, что существующие стандарты не удовлетворяют требованиям к функциональной надежности судовой техники. Сформулированы требования к качеству очистки.

2. Выполнено исследование способов и технологий очистки деталей во время ремонта. Установлено, что при использовании ультразвуковых технологий производится переход на пожаробезопасные и экологически чистые технологии с минимальным загрязнением окружающей среды.

3. Рассмотрены существующие ультразвуковые системы пропитки изоляции электрических машин СЭУ. Выявлены их недостатки и предложены рекомендации по совершенствованию. щ ф

ГЛАВА 2 АНАЛИЗ ВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В АКТИВНОЙ ЖИДКОСТНОЙ СРЕДЕ

2.1 Характеристика ультразвуковой волны

Упругие волны принято делить на инфразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 100 МГц и гиперзвуковые, частота которых превышает 100 МГц. Это деление по частоте в значительной мере условно, поэтому, говоря об упругой волне частотой, например 18 кГц, можно называть ее как звуковой, так и ультразвуковой.

Распространяющуюся в среде гармоническую ультразвуковую волну можно описать уравнением [78] х a = A-smco(t—) (2.1) с j где а - смещение частиц среды относительно положения равновесия, А — амплитуда смещения, со = 2ж/Т = 2 ж / - круговая частота (Т - период, / - частота волны), t - время, с - скорость волны, х - текущая координата. Величина co'(t — х/с) называется фазой волны.

Ультразвуковая волна, как и любая другая, периодична в пространстве и во времени. Временной период Т и пространственный период Л, который называется длиной волны, связаны между собой соотношением:

Л = сТ = ~ (2.2)

Частицы среды, в которой распространяется ультразвук, совершают колебательные движения около своих положений равновесия. Можно считать, что в области, где существует ультразвуковая волна, одновременно распространяются волны смещений, скоростей и ускорений. Если волна смещений описывается формулой (2.1), то две последние выражаются формулами: d x и = —a = coA cos co(t—), (2.3) dt с d x b = —и = -co2Asma)(t—), (2.4) dt с где U = 6)Avib = co2A— соответственно амплитуды скорости и ускорения.

Участок среды объемом V и массой /я, в которой распространяется волна, обладает потенциальной энергией: kV о)2А2 2 , х

---=—COS 0)(t —

2 с2 с

Wn=----—cos'<»(/—), (2.5) где к - модуль упругости (Юнга), и кинетической энергией:

Wk=^--co2A2 cos2 G)(t - -), (2.6)

2 С т где р = — — плотность среды.

Из этих формул видно, что потенциальная и кинетическая энергии бегущей волны изменяются в одной фазе. Полная энергия участка волны - величина переменная, зависящая от t и х, определяется выражением:

W = wn + wk=^(\ + р)со2А2 cos2 a>(t--) (2.7) С с

При распространении волны энергия переходит из одних участков среды в другие. Из закона сохранения энергии в упругой волне максимальные значения потенциальной и кинетической энергии должны быть равны между собой.

Приравняем формулы (2.5) и (2.6) и найдем 2 + р. После преобразований скорость упругой волны определится выражением: Г с = Л—. (2.8)

VP

Подставляя полученное значение скорости в формулу (2.7), будем иметь:

W = Vpco2A2 cos2 0)(t - -). (2.9) с

Акустическая энергия, заключенная в единице объема среды, через которую проходит ультразвук, называется плотностью энергии. Плотность энергии W ( х ^ = р со2 А2 • cos2 со A t--,- величина переменная. Поэтому ультразвуко

V \ с) вую волну часто характеризуют средней по времени плотностью энергии. Среднее значение квадрата косинуса любого аргумента равно 1/2, следовательно, средняя плотность энергии равна:

Е = —рй)2А2 = 2л:2 рА2 f2 = — pU2. (2.10)

Интенсивность, или сила ультразвука определяется как количество энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения ультразвука. Из приведенных определений следует, что интенсивность / тесно связана со средней плотностью энергии:

1 = сЕ = 2 n2A2f2pc = ±U2pc. (2Л 1} л

Интенсивность ультразвука измеряется в Вт/см .

Произведение р с, входящее в формулу (2.11), получило название акустического сопротивления среды.

При распространении ультразвуковой волны в среде возникают области сжатия и разрежения. Появляющееся при этом переменное давление называется звуковым. Звуковое давление выражается формулой: х р = р0 + Аре со cos co(t —) 12) где р0 - давление в среде в отсутствии волны, Р = А-рссо - амплитуда переменного звукового давления. Из формул (2.11) и (2.12) видно, что амплитуда звукового давления связана с интенсивностью соотношением: которое показывает, что интенсивность ультразвука обратно пропорциональна акустическому сопротивлению среды.

Из формул (2.3) и (2.12) следует также, что отношение амплитуд звукового давления и колебательной скорости равно акустическому сопротивлению среды: Р

JJ- = Р° (2-14)

2.2 Физические свойства ультразвука 2.2.1 Акустические свойства

Ультразвук и звук - это волны одной природы, поэтому все явления акустики наблюдаются и в ультразвуковой области частот. Звуковые и ультразвуковые волны распространяются с определенной скоростью, зависящей от свойств окружающей среды [74]. При распространении ультразвуковые и звуковые волны переносят энергию, причем часть энергии «теряется» в среде, что приводит к затуханию волн. Для ультразвуковых волн, так же как и для звуковых существует явление Доплера - эффект изменения воспринимаемой приемником частоты волны при движении приемника или источника относительно среды. Это свойство используется в ультразвуковых расходомерах. Скорость звука в определенных условиях зависит от частоты. Это явление, называемое дисперсией, имеет место и в ультразвуковом диапазоне.

Переход звуковых и ультразвуковых волн из одной среды в другую сопровождается отражением и преломлением на границе раздела сред. При наложении нескольких когерентных звуковых волн происходит явление интерференции. То же явление наблюдается и для ультразвука. Если звуковая или ультразвуковая волна встречает на своем пути препятствие, она огибает его. Это явление называется дифракцией упругой волны. Ультразвуковые и звуковые волны могут быть как продольными (в газах, жидкостях и твердых телах), так и поперечными (в твердых телах).

2.2.2 Характерные особенности ультразвука

Существует обширный класс явлений, которые характерны только для ультразвука. Их трудно обнаружить в области звуковых частот. К ним относятся, например, радиационное давление, акустический ветер, ультразвуковой фонтан, притяжение частиц в ультразвуковом поле и т.д. Эти явления не наблюдаются в звуковом диапазоне частот, потому что ультразвуковая волна, имея большую частоту, чем звуковая, обладает при той же амплитуде и большей интенсивностью. Высокочастотные колебания частиц среды значительной интенсивности, естественно, оказывают более сильное влияние на физические процессы, сопровождающие распространение ультразвука, чем слабые звуковые колебания. Применение ультразвука связано в основном с двумя его характерными особенностями: лучевым распространением и большой плотностью энергии [58]. Из-за малой длины волны распространение ультразвуковых волн с сопровождающими эффектами: отражением, фокусировкой, образованием теней.

2.3 Волновое уравнение и его особенности для ультразвуковых систем

Рассмотрим следующую формальную задачу. В трехмерный сосуд с ультразвуковыми излучателями, расположенными в основании сосуда, и заполненный до некоторого уровня h активной жидкостью, помещается физическое тело (деталь, подлежащая очистке). Условное изображение рабочей емкости для очистки деталей с использованием ультразвука приведено на рисунке. 2.1.

Активной зоной является объем жидкости размером axbxh. Необходимо оптимизировать процедуру очистки по одному из критериев:

- минимальный расход энергии W; минимальное время очистки Т0.

Рисунок 2.1 - Активная часть ультразвуковой установки

Эти критерии взаимосвязаны. Можно считать, что ультразвуковая установка работает в стационарном режиме, т.е. с постоянной мощностью Р. Это наиболее благоприятный режим, обеспечивающий стабильный технологический процесс. Тогда количество израсходованной энергии W определяется из простейшего соотношения:

Т„ тв

W= \p(t)dt = p jdt = PT0 (2.15) о о

Следовательно, минимизация по времени эквивалентна минимизации по потребляемой энергии.

Параметры, по которым можно проводить оптимизацию, могут быть следующими:

- линейные размеры сосуда аиЪ\

- высота жидкости /г;

- варианты размещения излучателей (на рисунке обозначены УИ). Для решения задачи рассмотрим волновое уравнение вида [58]: где / - искомая функция; х - координата, по которой распространяется плоская волна; р— давление внутри жидкости вдоль этой координаты; р0 -плотность жидкости в состоянии равновесия.

Как видно из (2.16), динамика волнового процесса определяется дифференциальными уравнениями второго порядка в частных производных. Уравнение применимо в неограниченной по размерам сфере. Из термодинамики известно, что р есть функция плотности и температуры жидкости. Температура, в свою очередь, изменяется при сжатии и растяжении. Теплопроводность жидкостей, в отличие от твердых веществ, очень мала, поэтому в первом приближении можно считать, что процесс распространения переменного давления происходит адиабатически, то есть без заметного теплообмена между соседними частями. Тогда давление превращается в однозначную функцию от плотности:

Р =f(Po)

Обозначим:

Р=Ро + Лр; р = р0 + Ар (2.17) где Ар и Ар - соответственно изменения давления и плотности при нарушении равновесия. др о

Принимая неизменность давления при равновесии -= 0, и подставляя дх

2.17) в (2.16), получим: д2/ д

0 dt2 dx df

Обозначим б = — как деформацию. дх

Тогда можно записать:

Ар). (2.18) ро + Ар =f(Po + Ар) =f(Po) + f'(po) Ар + f"(p0)(Ар) + . (2.19)

Выражение (2.19) есть разложение нелинейной функции f в ряд Маклоре-на [63].

Поскольку f(p0) — ро> выражение (2.5) преобразуется к виду:

Ар =f'(Po)Ap + f"(p0)(Ар)2 + .

2.20)

В простейшем случае (незначительные изменения давления, сводящиеся к малым приращениям) ряд (2.20) ограничивается первым членом.

В ходе динамических деформаций исходный объем VQ превращается в V(t):

V(t) = V0[l+e(t)]. (2.21)

С другой стороны, произведение плотности на объем, равное массе вещества, не меняется: p(t)V(t)=p0 VQ = m. (2.22)

Подставляя (2.21) в (2.22), получим: ро + Ар)(1 + £) = ро, откуда: =

Ар

Ар г 1 V

Ар Ро У

Ро + Ар Ро Пренебрегая степенями высшей малости, получаем: = -Ар/р0; Ар — —р0 £.

Тогда:

Ар = ~РоГ(Ро)£ = -РоГ(Ро)-Отсюда исходное волновое уравнение приобретает вид: д2/ ?д2/

2.23) dt2 и дх2 где

V7лро)

2.24)

2.25)

2.26)

2.27)

Выражение (2.26) содержит величину и, физический смысл которой соответствует скорости распространения упруго-вязкой волны в гидросреде. Исходя из (2.27), скорость распространения и пропорциональна квадратному корню из производной давления по плотности. Введем понятие модуля упругости:

М = РГ(Р)£> или ji — Ее, где Е = pf(p) = у р.

Тогда волновое уравнение приобретает вид: д2/ Е д2/ dt2 р дх2 откуда:

2.28) и = \~* (2-29>

Здесь Е - взвешенный модуль упругости. Из (2.29) запишем:

Е = уи2 (2.30) Удельное акустическое сопротивление определяется как: =J^y=pjf'{p) = pu (2.31) Тогда средняя плотность потока энергии в синусоидальной волне: 1 I—ЕГГ 1 (4Q2 q = ~^YPVm = - ,--(2.32)

1 1 4грр где Vm, Лрт - соответственно амплитуды скорости и давления. Выражение (2.32) имеет прямую аналогию с электрическими цепями. Если выразить в виде U действующее значение электрического напряжения, a R -активное сопротивление цепи, то мощность Р определяется выражением: и2 и2

Р = — = (2.33) л 2/г где Um = л/2 С/ - амплитудное значение напряжения.

Примерные численные значения описываемых величин приведены в таблице 2.1 [66].

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Вельц, Яков Яковлевич, 2005 год

1. Арнольд В.И. Теория катастроф Текст. / В.И. Арнольд, М.: Физмат-гиз. 1990.-388с.

2. Бабаков И.М. Теория колебаний Текст. / И.М. Бабаков, М.: Наука. 1968.-560 с.

3. Бабиков О. И. Ультразвуковые установки в модульном исполнении с пьезокерамическими преобразователями для очистки прецизионных деталей Текст. / О.И. Бабиков, ЛДНТП Л., 1986. - 24 с.

4. Бахвалов Н.С. Численные методы Текст. / Н.С Бахвалов, Т. 1,2. М.: Наука, 1968.-334 с.

5. Бейтман Г. Высшие трансцендентные функции Текст. / Бейтман Г., Эрбейн, Справочная математическая библиотека [Пер. с англ.] М.: Наука, 1976. Т. 1,2.

6. Бендат Д.С. Измерение и анализ случайных процессов Текст. / Бендат Д.С., Пирсол А.Дж., [Пер. с англ.], Мир М.: 1971. - 390 с.

7. Бергман Л., Ультразвук и его применение в науке и технике Текст. / Бергман Л, [Пер. с нем.], М.: Мир. 1956. -282 с.

8. Бидерман В.Л. Прикладная теория механических колебаний Текст. / В.Л Бидерман.,- М.: Высш. Школа. 1972. 416 с.

9. Бидерман В.Л. Теория механических колебаний Текст. / В.Л. Бидерман, учебник для вузов; — М.: Высшая школа. 1980. 408 с.

10. Бишоп Р.Э.Д. Колебания Текст. / Бишоп Р.Э.Д., [Пер. с англ.] -М.: Наука. 1968-437 с.

11. И. Богословский A.M. Учебное пособие для механика по судовым двигателям внутреннего сгорания Текст. / A.M. Богословский, В.Л. Зда-нович и др., М.: Морской Транспорт., 1959 -711 с.

12. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем Текст. / Бусленко Н.П., М.: Наука. 1968. - 355 с.

13. Бэтчелер Дж. Введение в динамику жидкости Текст. / Бэтчелер Дж.; [Пер. с англ.] М.: Мир - 1973. - 758 с.

14. Вайнберг Д.В. Механические колебания и их роль в технике Текст. / Вайнберг Д.В., Писаренко Г.С., М.: Наука. 1965. - 276 с.

15. Вельц Я.Я. Универсальный ультразвуковой модуль "УМ". Технические условия ТУ 3444-011-39210669-2001 Текст. / Я.Я. Вельц, ГУЛ Центр «Транспорт» Омск, 2001. - 22 с.

16. Вельц Я.Я. Многофункциональная ультразвуковая технологическая установка Текст./ Я.Я. Вельц, А.С. Пимшин, А.И. Ступаков, Актуальные пробл. электрон, приборостр.: матер. VI междун. конф. АПЭП-2002 в 7 томах. Т.2 — Новосибирск 2002. - с. 72-73.

17. Вельц Я.Я. Применение мощных ультразвуковых установок на транспорте Текст./ Я.Я. Вельц, И.К. Корандашев, Теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: матер, междун. даст, науч.-практ. конф. в 10 т. Т.2; Новочеркасск. 2000. - с. 161-162.

18. Вельц Я.Я. Технология восстановления изоляции обмоток электрических машин Текст. / Я.Я. Вельц, И.Я. Вельц, А.В Дерябин., Е.В Ридигер., Наука в транспортном измерении: матер, междун.науч техн. конф.; Ки134ев 11-13 мая. 2005. Киев. 2005. - с. 172-174.

19. Вельц Я.Я. Ультразвук вместо стирального порошка, скребка и щетки Текст./ Я.Я. Вельц, произв.- техн. науч.- попул. журн. / учредитель Министерство путей сообщения 1957, январь. - М.: Локомотив, 2004, №8(574), - с. 29-30.

20. Вельц Я.Я. Ультразвуковая установка для пропитки изоляции электрических машин Текст./ Вельц Я.Я., Вельц И .Я., Актуальн. проблемы электрон, приборостроения АПЭП — 2004. матер, науч.- техн. конф. в 7 Т. Т 3 Новосибирск - 2004. - с. 146-148.

21. Вибрации в технике. Текст. /Справочник в 6 т. / Под ред. В.В. Болотина, т. 1 Колебания линейных систем — М.: Машиностроение, 1978.-352 с.

22. Вольмир А.С. Устойчивость деформируемых систем Текст. / А.С. Вольмир, М.: Наука. 1967. - 984 с.

23. Гаврилов М.Н. Вибрация на судне Текст. / М.Н. Гаврилов; — М.: Транспорт., 1970. 128 с.

24. Гаврилов Н.М. Защита от шума и вибрации на судах Текст./ М.Н. Гаврилов, B.C. Захаров; М.: Транспорт., 1979. -120 с.

25. Галкин В.Г. Надежность тягового подвижного состава Текст. / В.Г. Галкин, В.П. Парамзин, В.А.Четвергов, М.: Транспорт., 1981. - 231 с.

26. Ганиев Р.Ф. Колебания твердых тел Текст. / Р.Ф. Ганиев, В.О.Кононенко, М.: Наука. 1976.-431 с.

27. Гершгал Д.А. Ультразвуковая технологическая аппаратура Текст. / Гершгал Д.А., Фридман В.М., М.: Энергия. 1974. - 188 с.

28. Гогин А.Ф. Судовые дизели Текст. / А.Ф. Гогин, Е.Ф. Кивалкин, А.А. Богданов, М.: Транспорт. 1988. - 439 с.

29. ГОСТ 16468-79 Надежность в технике. Система сбора и обработки информации. Основные положения. Текст. / Введ. 01.01.79. - М.: Изд-во стандартов, 1978,- 19 с.

30. ГОСТ 12.1.001-89 Ультразвук. Общие требования безопасности Текст. /-вед. 01.01.91.-М.: изд-во стандартов, 1989,-9 с.

31. ГОСТ 12.2.007.0-87 Изделия электротехнические. Общие требования безопасности Текст./ Введ. 01.01.87. М.: Изд-во стандартов, 1986, - 39 с.

32. ГОСТ 12.2.007.10-87 Установки, генераторы и нагреватели индукционные для электротермии, установки и генераторы ультразвуковые. Требования безопасности Текст./ Введ. 01.01.89. М.: изд-во стандартов, 1988, - 8 с.

33. ГОСТ 12.2.051-80 Оборудование технологическое ультразвуковое. Требования безопасности Текст./Введ. 01.01.82. М.: Изд-во стандартов, 1981,-5с.

34. ГОСТ 12.4.077 79 ССБТ. Ультразвук. Метод измерения звукового давления на рабочих местах Текст./Введ.01.01.79. — М.: изд-во стандартов, 1978, - 8 с.

35. ГОСТ 14192-77 Изделия электротехнические. Маркировка транспортной тары Текст. / Введ. 01.01.77. М.: Изд-во стандартов, 1976, - 16 с.

36. ГОСТ 16165-80 Генераторы транзисторные ультразвуковые для технологических установок. Общие технические условия. Текст. / Введ. 01.01.82. М.: Изд-во стандартов, 1981, - 9 с.

37. ГОСТ 16962.1-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на устойчивость к климатическим внешним воздействующим факторам Текст. /Введ. 01.01.90. М.: Изд-во стандартов, 1988, - 17 с.

38. ГОСТ 16962.2-90 Изделия электротехнические. Методы испытаний на136устойчивость к механическим внешним воздействующим факторам Текст. / Введ. 01.01.90. М.: Изд-во стандартов, 1988, - 31 с.

39. ГОСТ 17516.1- 90 Изделия электротехнические. Общие требования в части стойкости к механическим внешним воздействующим факторам Текст. /Введ. 01.01.90. М.: Изд-во стандартов, 1989, - 21 с.

40. ГОСТ 18620-86 Изделия электротехнические. Маркировка Текст./ Введ. 01.01.86. М.: Изд-во стандартов, 1984, - 14 с.

41. ГОСТ 23216-78 Изделия электротехнические. Общие требования к хранению, транспортированию, временной противокоррозионной защите и упаковке Текст. / Введ. 01.01.78. М.: Изд-во стандартов, 1977, - 9 с.

42. ГОСТ Р 345326 — 94 Генераторы для ультразвуковых технологических установок. Номинальные мощности. Текст. / Введ. 01.01.94. М.: Изд-во стандартов, 1993, - 5с.

43. ГОСТ Р 51317.6.2 99СТСЭ. Устойчивость к электромагнитным помехам технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний. Текст./Введ. 01.01.99. - М.: изд-во стандартов, 1998, - 32 с.

44. ГОСТ Р 51317.6.4-99 СТСЭ. Помехоэмиссия от технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний. Текст. /Введ. 01.01.99. М.: Изд-во стандартов, 1998, - 26 с.

45. Двигатели внутреннего сгорания Текст./ системы поршневых и комбинированных двигателей /учебник для вузов/под ред. А.С. Орлика; ; М.: Машиностроение, 1985. - 456 с.

46. Ден-Гартог Дж. Механические колебания Текст. / Ден-Гартог Дж., [Пер. с англ.] М.: Физматгиз, 1960 - 580 с.

47. Дефектоскопия деталей Текст. / учебник. Под ред. Ф.В. Левыкина,— М.: Транспорт. 1974. — 276 с.

48. Дмитренко И. В. Текущий ремонт и техническое обслуживание локомотивов Текст. / Дмитренко И. В, М.: Транспорт. 1996. - 311 с.137

49. Донской А. В. Ультразвуковые электротехнологические установки Текст. / А. В. Донской. М.: Энергия, 1982. - 158 с.

50. Зыков B.C. Моделирование волновых процессов в возбудимых средах Текст. / B.C. Зыков, М.: Наука - 1984. - 388 с.

51. Иориш Ю. Виброметрия Текст. / Иориш Ю, [Пер. с англ.] М.: Маш-гиз, 1963.-771 с.

52. Истомин П.А. Динамика судовых двигателей внутреннего сгорания Текст./ П.А Истомин; JL, Судостроение, 1964. -312 с.

53. Казанцев В.Ф. Расчет ультразвуковых преобразователей для технологических установок Текст./ В.Ф. Казанцев,- М.: Машиностроение 1980 -332 с.

54. Карлов Н.В. Колебания, волны, структуры. Текст. / Н.В. Карлов, Н.А. Кириченко, М.: Физматлит. 2003. - 496 с.

55. Келлер O.K. Ультразвуковая очистка. Текст. / O.K. Келлер, Г.С. Кротыш, Г.Д. Лубяницкий, JL, Машиностроение — 1977. - 274 с.

56. Китайгородский Ю.И. Инженерный расчет ультразвуковых колебательных систем. Текст. / Ю.И. Китайгородский, Д.Ф. Якимович, -М.: Машиностроение 1982.-288 с.

57. Кожешник Я. Динамика машин Текст. / Кожешник Я., [Пер. с чеш.] — М.: Машгиз. 1961.-421 с.

58. Колмогоров А.Н. Элементы теории функций и функционального анализа. Текст. / А.Н. Колмогоров, С.В. Фомин, — М.: Наука. 1976. — 436 с.

59. Корн Г. Справочник по математике для научных работников и инженеров Текст. / Корн Г., Корн Т., [Пер. с англ.] М.: Наука. - 1977 - 877 с.138

60. Красовский Н.Н. Некоторые задачи теории устойчивости движения. Текст. / Н.Н. Красовский, М.: Физматгиз - 1959. - 211 с.

61. Крылов А.Н. Вибрация судов Текст. / А.Н. Крылов Л., Судостроение, 1936.-431 с.

62. Ландау Л.Д. Гидродинамика. Текст. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, -М.: Наука, 1986.-432 с.

63. Ландау Л.Д. Механика. Текст. / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц М.: Наука. 1988.-556 с.

64. Лебедев О.Н. Судовые энергетические установки и их эксплуатация Текст. / О.Н. Лебедев, С.А.Калашников М.: Транспорт, 1987 - 336 с.

65. Левковский Ю.Л. Влияние турбулентности потока на возникновение и развитие кавитации. Текст. / Ю.Л. Левковский, А.В. Чалов, Акустический журнал 1978, вып. 2, - с. 221 - 227.

66. Леонтьевский Е.С. Справочник механика и моториста теплохода Текст. / Е.С. Леонтьевский, М.: Транспорт., 1981 -352 с.

67. Лубяницкий Г.Д. Совершенствование технологии ультразвуковой очистки материалов типа лент Текст. / Г.Д. Лубяницкий, Л.: ЛДНТП. 1990.- 136 с.

68. Майер В.В. Простые опыты с ультразвуком. Текст. / В.В. Майер, М.: Наука. 1978.-160 с.

69. Малинецкий Г.Г. Задачи по курсу нелинейной динамики. Текст./ Г.Г. Малинецкий, М.: Наука, 1996. - 244 с.

70. Мандельштам Л.И. Лекции по теории колебаний. Текст. / Л.И. Мандельштам, М.: Наука, 1972. - 470 с.

71. Маркушевич А.И. Краткий курс теории аналитических функций. Текст. / А.И. Маркушевич, М.: Наука - 1966. — 256 с.

72. Математическая энциклопедия. Текст. / М.: Советская энциклопедия-т. 1,т. 2, 1979.

73. Неволин Ф.В. Химия и технология синтетических моющих средств139

74. Текст. / Ф. В. Неволин, М.: Наука - 1971. - 354 с.

75. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. Текст. / Я.Г. Пановко, М.: Машиностроение - 1967. - 316 с.

76. Панченко Н.П. Пропитка изоляции с помощью ультразвука Текст./Н.П. Панченко, С.Н.Сердюков, Я.Я. Вельц. Научн.-теоретич. техн.-экон. журн. /учредитель Министерство путей сообщения 1826, июль - . - М.: Железнодорожный транспорт, 2003, №8, - с.76-77.

77. Папкович П.Ф. Труды по вибрации корабля Текст./П.Ф. Папкович -JL, Судпромиздат, 1960.-463 с.

78. Патент № 1867442 РФ, МКП7 В06В1/02. Ультразвуковая колебательная система Текст. / Хмелев В.Н., Шутов В.В., Пахомов А.Н., № 93041843/28 заявл. 14.08.93. опубл. 20.06. 97. Б №16 5 с.

79. Патент № 19856231 РФ, МКП7 В06В1/02 Ультразвуковой аппарат Текст. /Хмелев В.Н., Шутов В.В., Пахомов А.Н., № 94033452/26 заявл. 10.03.94. опубл. 12.05. 97. Б. №13 9 с.

80. Писаренко А. П. Курс коллоидной химии Текст. / А.П. Писаренко, К.А. Поспелова, А. Г. Яковлев, М.: 3 изд., - М.: Наука, 1969. - 437 с.

81. Постон Т. Теория катастроф и ее применения. Текст. / Постон Т., Стюарт Й., [Пер. с англ.] М.: Мир, 1980. - 412 с.

82. Правила текущего ремонта и технического обслуживания тепловозов140

83. ТЭЗ, ТЭ10, Текст. / утв. ЦТ МПС 14.02.88. № ЦТ 4410 М.: Транспорт., 1988.-327 с.

84. Правила текущего ремонта и технического обслуживания электропоездов. Текст. / утв. ЦТ МПС 14.02.88. № ЦТ 479 М.: Транспорт., 1988. -232 с.

85. Правила технического обслуживания и текущего ремонта теплово-зовТекст. / утв. ЦТ МПС 11.04.88. № ЦТ-468 М.: Транспорт., 1988. -247 с.

86. Применение ультразвука в промышленности Текст. / Под ред. А.И. Маркова, — М.: Машиностроение, 1975. 313 с.

87. Пьезокерамические преобразователи. Методы измерения и расчета параметров Текст. / Справочник /Под ред. С.И. Пугачева., JL: Судостроение, 1984. - 514 с.

88. РДТ 25106-88 Монтаж электрический внутренний электрических изделий. Общие технические требования Текст./ Введ. 01.01.88. — М.: изд-во стандартов, 1986 - 48 с.

89. Розенвассер Е.Н. Колебания нелинейных систем. Метод интегральных уравнений. Текст. / Е.Н. Розенвассер, М.: Наука - 1969. - 427 с.

90. Рой Н.А., Возникновение и протекание ультразвуковой кавитации Текст. / Н.А. Рой, М.: Акустический журнал 1957, т. 3.

91. Российский Речной Регистр. Правила Текст. /в 3 т. М.: Транспорт., 1995-329 с.

92. Руководство по эксплуатации двигателей типа NVD48 Текст. /Мин. реч. Флота РСФСР, утв. 21.03.1969. Л.: Транспорт., 1970 - 165 с.

93. Седов Л.И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики Текст. /141

94. Л.И. Седов М.: Наука 1980 - 448 с.

95. Сибаров Ю.Г. Охрана труда на железнодорожном транспорте Текст. / Ю.Г. Сибаров, М.: Транспорт. - 1977. - 324 с.

96. Сизых В.А. Судовые энергетические установки Текст. / В.А. Сизых; М.: Транспорт. - 304 с.

97. Сиротюк М.Г. Экспериментальные исследования ультразвуковой кавитации Текст. / В кн.: Физика и техника мощного ультразвука, т, 2, М.: Наука -1968 - 485 с.

98. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки. Санитарные правила и нормы. Текст. М.: информ- изд. центр Минздрава России. 1997 -20 с.

99. Совершенствование технической эксплуатации судовых дизельных энергетических установок Текст. /Учебн. пособие, под ред. С.А. Калашникова, Новосибирск, - НИИВТ, 1993-356 с.

100. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле Текст. / С.П. Тимошенко, М.: Наука, 1970 - 444 с.

101. Треногин В.А. Функциональный анализ Текст. / В.А. Треногин, -М.: Наука, 1980.-361 с.

102. ТУ 16-435.008-83 Генератор ультразвуковой УЗГ-1,6. Технические условия Текст. Введ. 01.01.82. — М.: Изд-во стандартов, 1981, 35 с.

103. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. Текст. / Под ред. В. В. Галяминой. М.: Наука - 1979. - 274 с.

104. Ультразвуковая технология. Текст. / Под ред. Б.А. Аграната. -М.: Наука. 1974.-216 с.

105. Фарлоу С. Уравнения с частными производными Текст. / Фарлоу С. [Пер. с англ.], М.: Мир - 1985. - 383 с.

106. Федоров В.Ф. Организация и технология судоремонта Текст./ В.Ф. Федоров, Б.Д. Губанов, М.: Транспорт. 1987. - 336 с.142

107. Федотов Г.Б. Топливные системы дизелей Текст. / Г.Б. Федотов, Г.И. Левин, -М.: Транспорт., 1984. 186 с.

108. Физика и техника мощного ультразвука. Текст. / Кн. 2: Мощные ультразвуковые поля/ под ред. М.Г. Сиротюка, М.: Наука, 1968. — 377 с.

109. Физика и техника мощного ультразвука. Кн. 3: Физические основы ультразвуковой технологии/ под ред. М.Г. Сиротюка, М.: Наука 1970.-245 с.

110. Филиппов А.П. Колебания деформируемых систем. Текст./ А.П. Филиппов, М.: Машиностроение, 1970. — 736 с.

111. Хмелёв В.Н. Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве Текст. / В.Н. Хмелёв, О.В. Попова, Барнаул, 1997. - 146 с.

112. Шубников П.Ф. Ремонт электрооборудования подвижного состава. Текст. / П.Ф. Шубников, С.Я. Мазо, М.: Транспорт, 1986. - 369 с.

113. Эбелинг В. Образование структур при необратимых процессах. Текст. / Эбелинг В., [Пер. с англ.] М.: Мир, 1979. - 446 с.

114. Юр Г.С. Газодинамические колебания рабочего тела эффективное средство улучшения качества рабочего процесса судовых дизе-лейТекст. /дис. .докт. техн. наук 05.08.05: Юр Геннадий Сергеевич. -Новосибирск, 1999.-225 с.

115. Янке. Е. Специальные функции. Текст. / Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф., [Пер. с нем.] М.: Мир, 1977. - 523 с.

116. J.J.Vel'ts Application of ultrasound technologies at railway enterprises/ J.J.Vel'ts, A.N.Golovash, I.J.Vel'ts, Means of Transport. Electric Traction Equipment: Science, Education and Society. Zilina, Slovak Republic — 2003.-P 68-69.