一种大功率三维振动超声辐射器制造技术

本发明专利技术涉及超声辐射器，具体是一种大功率三维振动超声辐射器。本发明专利技术解决了现有超声辐射器产生的超声频振动只能沿二维方向传播的问题。一种大功率三维振动超声辐射器，包括径向压电振子和轴向压电振子；所述径向压电振子包括外预应力金属圆筒、聚氨酯橡胶圆垫、圆杯形端盖、圆台形氟橡胶胀芯、内预应力金属压块、圆管形内电极、径向极化压电单晶块、圆管形外电极、第I预紧螺栓、截锥螺旋弹簧；所述轴向压电振子包括橡胶弹簧、第II预紧螺栓、圆管形盖体、圆管形压电片组、复合变幅杆、紧固节圆盘、圆管形封套。本发明专利技术适用于各种领域，尤其适用于煤层气抽采。

【技术实现步骤摘要】
一种大功率三维振动超声辐射器
本专利技术涉及超声辐射器，具体是一种大功率三维振动超声辐射器。
技术介绍
超声辐射器广泛应用于煤层气抽采中，其作用是将自身产生的超声频振动作用于煤层，由此促进煤层气的解吸流动，从而提高煤层气的渗透率。然而在现有技术条件下，超声辐射器由于自身结构所限，其产生的超声频振动只能沿二维方向传播，由此导致煤层气的渗透率难以大幅提高，从而导致煤层气的抽采率和抽采总量均较低。基于此，有必要专利技术一种全新的超声辐射器，以解决现有超声辐射器产生的超声频振动只能沿二维方向传播的问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有超声辐射器产生的超声频振动只能沿二维方向传播的问题，提供了一种大功率三维振动超声辐射器。本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种大功率三维振动超声辐射器，包括径向压电振子和轴向压电振子；所述径向压电振子包括外预应力金属圆筒、聚氨酯橡胶圆垫、圆杯形端盖、圆台形氟橡胶胀芯、内预应力金属压块、圆管形内电极、径向极化压电单晶块、圆管形外电极、第I预紧螺栓、截锥螺旋弹簧；外预应力金属圆筒的上端设有敞口、下端设有端壁；外预应力金属圆筒的端壁贯通开设有三个孔径一致的第I螺孔，且三个第I螺孔围绕外预应力金属圆筒的轴线等距排列；外预应力金属圆筒的外侧面上端设有第I外螺纹；聚氨酯橡胶圆垫的侧面与外预应力金属圆筒的内侧面下端紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫的下端面与外预应力金属圆筒的下内端面紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫的端面贯通开设有三个孔径一致的装配圆孔，且三个装配圆孔的轴线分别与三个第I螺孔的轴线重合；三个装配圆孔的孔径小于三个第I螺孔的孔径；圆杯形端盖的杯口朝下；圆杯形端盖的端壁中央贯通开设有第II螺孔；圆杯形端盖的内侧面下端设有第I内螺纹，且圆杯形端盖通过第I内螺纹旋拧于外预应力金属圆筒的外侧面上端；圆台形氟橡胶胀芯的粗端端面与聚氨酯橡胶圆垫的上端面中央紧密配合；圆台形氟橡胶胀芯的细端端面与外预应力金属圆筒的上端面齐平，且圆台形氟橡胶胀芯的细端端面中央开设有第I螺纹凹孔；内预应力金属压块的数目为四个；四个内预应力金属压块均呈弧槽形，且四个内预应力金属压块由其内腔呈圆台形的金属圆管分割而成；四个内预应力金属压块的内侧面均与圆台形氟橡胶胀芯的侧面紧密配合；四个内预应力金属压块的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫的上端面紧密配合；四个内预应力金属压块的上端面均与外预应力金属圆筒的上端面齐平；相邻两个内预应力金属压块之间留有空气间隙；圆管形内电极的内侧面分别与四个内预应力金属压块的外侧面紧密配合；圆管形内电极的下端面与聚氨酯橡胶圆垫的上端面紧密配合；圆管形内电极的上端面与外预应力金属圆筒的上端面齐平；径向极化压电单晶块的数目为八个；八个径向极化压电单晶块均呈弧槽形，且八个径向极化压电单晶块由径向极化的压电单晶圆管分割而成；八个径向极化压电单晶块的内侧面均与圆管形内电极的外侧面紧密配合；八个径向极化压电单晶块的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫的上端面紧密配合；八个径向极化压电单晶块的上端面均与外预应力金属圆筒的上端面齐平；相邻两个径向极化压电单晶块之间留有空气间隙；圆管形外电极的内侧面分别与八个径向极化压电单晶块的外侧面紧密配合；圆管形外电极的外侧面与外预应力金属圆筒的内侧面紧密配合；圆管形外电极的下端面与聚氨酯橡胶圆垫的上端面紧密配合；圆管形外电极的上端面与外预应力金属圆筒的上端面齐平；第I预紧螺栓的螺杆贯穿第II螺孔，且第I预紧螺栓的尾端旋拧于第I螺纹凹孔内；第I预紧螺栓的头部紧压圆杯形端盖的上外端面；截锥螺旋弹簧套设于第I预紧螺栓的螺杆上；截锥螺旋弹簧的细端紧压圆杯形端盖的上内端面；截锥螺旋弹簧的粗端分别紧压四个内预应力金属压块的上端面；所述轴向压电振子包括橡胶弹簧、第II预紧螺栓、圆管形盖体、圆管形压电片组、复合变幅杆、紧固节圆盘、圆管形封套；橡胶弹簧的数目为三个；三个橡胶弹簧分别旋拧于三个第I螺孔内；三个橡胶弹簧的上端面均与外预应力金属圆筒的下内端面齐平；三个橡胶弹簧的下端面均与外预应力金属圆筒的下外端面齐平；第II预紧螺栓的数目为三个；三个第II预紧螺栓的螺杆分别贯穿三个橡胶弹簧；三个第II预紧螺栓的头部分别位于三个装配圆孔内，且三个第II预紧螺栓的头部分别紧压三个橡胶弹簧的上端面；圆管形盖体的数目为三个；三个圆管形盖体分别套设于三个第II预紧螺栓的螺杆上，且三个圆管形盖体的上端面分别与三个橡胶弹簧的下端面紧密配合；圆管形压电片组的数目为三个；每个圆管形压电片组均由N个圆环形电极片和N个轴向极化的圆环形压电单晶片自上而下交错层叠构成；N为偶数，且N≥2；三个圆管形压电片组分别套设于三个第II预紧螺栓的螺杆上，且三个圆管形压电片组的上端面分别与三个圆管形盖体的下端面紧密配合；复合变幅杆的数目为三个；每个复合变幅杆的上端面中央均开设有一个第II螺纹凹孔；三个复合变幅杆分别通过三个第II螺纹凹孔旋拧于三个第II预紧螺栓的尾端，且三个复合变幅杆的上端面分别与三个圆管形压电片组的下端面紧密配合；紧固节圆盘的端面贯通开设有三个第IV装配圆孔，且三个第IV装配圆孔围绕紧固节圆盘的轴线等距排列；紧固节圆盘通过三个第IV装配圆孔固定装配于三个复合变幅杆的节圆处；紧固节圆盘的外侧面设有第II外螺纹；圆管形封套的内侧面下端设有第II内螺纹，且圆管形封套通过第II内螺纹旋拧于紧固节圆盘上；圆管形封套的内径等于外预应力金属圆筒的外径；圆管形封套的上端面与外预应力金属圆筒的下外端面齐平。工作时，圆管形内电极、圆管形外电极、各个圆环形电极片均通过大功率导线与超声波发生器连接。具体工作过程如下：超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频交变电流信号，然后一方面将超声频交变电流信号传输至圆管形内电极和圆管形外电极，使得八个径向极化压电单晶块均受到超声频交变电场作用，由此利用压电单晶的逆压电效应使得八个径向极化压电单晶块均产生沿径向传播的超声频振动，从而使得径向压电振子产生沿径向传播的超声频振动，另一方面将超声频交变电流信号传输至各个圆环形电极片，由此使得三个圆管形压电片组均产生沿轴向传播的超声频振动，从而使得轴向压电振子产生沿轴向传播的超声频振动。沿径向传播的超声频振动和沿轴向传播的超声频振动共同作用于煤层，由此促进煤层气的解吸流动，从而提高煤层气的渗透率。在上述过程中，外预应力金属圆筒的作用是产生由外向内的径向预应力，并将由外向内的径向预应力施加至八个径向极化压电单晶块，由此提高八个径向极化压电单晶块的机械功率极限和功率密度。聚氨酯橡胶圆垫的作用是减振去耦。圆杯形端盖的作用是保护八个径向极化压电单晶块，使之工作时不受外界恶劣环境的影响。第I预紧螺栓的作用是产生轴向预应力。圆台形氟橡胶胀芯的作用是将第I预紧螺栓产生的轴向预应力转化为由内向外的径向预应力。四个内预应力金属压块的作用是将由内向外的径向预应力施加至八个径向极化压电单晶块，由此提高八个径向极化压电单晶块的机械功率极限和功率密度。截锥螺旋弹簧的作用是压紧四个内预应力金属压块，由此防止四个内预应力金属压块发生轴向移动。三个橡胶弹簧的作用是减振去耦。三个第II预紧螺栓的作用是产生轴向预应力。三个圆管形盖体的作用是将三个第II预紧螺栓产生的轴向预应力施加至三个圆管形压电片组，由此提高三个圆管形压电片组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大功率三维振动超声辐射器，其特征在于：包括径向压电振子和轴向压电振子；所述径向压电振子包括外预应力金属圆筒（101）、聚氨酯橡胶圆垫（102）、圆杯形端盖（103）、圆台形氟橡胶胀芯（104）、内预应力金属压块（105）、圆管形内电极（106）、径向极化压电单晶块（107）、圆管形外电极（108）、第I预紧螺栓（109）、截锥螺旋弹簧（110）；外预应力金属圆筒（101）的上端设有敞口、下端设有端壁；外预应力金属圆筒（101）的端壁贯通开设有三个孔径一致的第I螺孔，且三个第I螺孔围绕外预应力金属圆筒（101）的轴线等距排列；外预应力金属圆筒（101）的外侧面上端设有第I外螺纹；聚氨酯橡胶圆垫（102）的侧面与外预应力金属圆筒（101）的内侧面下端紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫（102）的下端面与外预应力金属圆筒（101）的下内端面紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫（102）的端面贯通开设有三个孔径一致的装配圆孔，且三个装配圆孔的轴线分别与三个第I螺孔的轴线重合；三个装配圆孔的孔径小于三个第I螺孔的孔径；圆杯形端盖（103）的杯口朝下；圆杯形端盖（103）的端壁中央贯通开设有第II螺孔；圆杯形端盖（103）的内侧面下端设有第I内螺纹，且圆杯形端盖（103）通过第I内螺纹旋拧于外预应力金属圆筒（101）的外侧面上端；圆台形氟橡胶胀芯（104）的粗端端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面中央紧密配合；圆台形氟橡胶胀芯（104）的细端端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平，且圆台形氟橡胶胀芯（104）的细端端面中央开设有第I螺纹凹孔；内预应力金属压块（105）的数目为四个；四个内预应力金属压块（105）均呈弧槽形，且四个内预应力金属压块（105）由其内腔呈圆台形的金属圆管分割而成；四个内预应力金属压块（105）的内侧面均与圆台形氟橡胶胀芯（104）的侧面紧密配合；四个内预应力金属压块（105）的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；四个内预应力金属压块（105）的上端面均与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；相邻两个内预应力金属压块（105）之间留有空气间隙；圆管形内电极（106）的内侧面分别与四个内预应力金属压块（105）的外侧面紧密配合；圆管形内电极（106）的下端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；圆管形内电极（106）的上端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；径向极化压电单晶块（107）的数目为八个；八个径向极化压电单晶块（107）均呈弧槽形，且八个径向极化压电单晶块（107）由径向极化的压电单晶圆管分割而成；八个径向极化压电单晶块（107）的内侧面均与圆管形内电极（106）的外侧面紧密配合；八个径向极化压电单晶块（107）的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；八个径向极化压电单晶块（107）的上端面均与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；相邻两个径向极化压电单晶块（107）之间留有空气间隙；圆管形外电极（108）的内侧面分别与八个径向极化压电单晶块（107）的外侧面紧密配合；圆管形外电极（108）的外侧面与外预应力金属圆筒（101）的内侧面紧密配合；圆管形外电极（108）的下端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；圆管形外电极（108）的上端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；第I预紧螺栓（109）的螺杆贯穿第II螺孔，且第I预紧螺栓（109）的尾端旋拧于第I螺纹凹孔内；第I预紧螺栓（109）的头部紧压圆杯形端盖（103）的上外端面；截锥螺旋弹簧（110）套设于第I预紧螺栓（109）的螺杆上；截锥螺旋弹簧（110）的细端紧压圆杯形端盖（103）的上内端面；截锥螺旋弹簧（110）的粗端分别紧压四个内预应力金属压块（105）的上端面；所述轴向压电振子包括橡胶弹簧（201）、第II预紧螺栓（202）、圆管形盖体（203）、圆管形压电片组、复合变幅杆（206）、紧固节圆盘（207）、圆管形封套（208）；橡胶弹簧（201）的数目为三个；三个橡胶弹簧（201）分别旋拧于三个第I螺孔内；三个橡胶弹簧（201）的上端面均与外预应力金属圆筒（101）的下内端面齐平；三个橡胶弹簧（201）的下端面均与外预应力金属圆筒（101）的下外端面齐平；第II预紧螺栓（202）的数目为三个；三个第II预紧螺栓（202）的螺杆分别贯穿三个橡胶弹簧（201）；三个第II预紧螺栓（202）的头部分别位于三个装配圆孔内，且三个第II预紧螺栓（202）的头部分别紧压三个橡胶弹簧（201）的上端面；圆管形盖体（203）的数目为三个；三个圆管形盖体（203）分别套设于三个第II预紧螺栓（202）的螺杆上，且三个圆管形盖体（203）的上端面分别与三个橡胶弹簧（201）的下端面紧密配合；圆管形压电片组的...

【技术特征摘要】
1.一种大功率三维振动超声辐射器，其特征在于：包括径向压电振子和轴向压电振子；所述径向压电振子包括外预应力金属圆筒（101）、聚氨酯橡胶圆垫（102）、圆杯形端盖（103）、圆台形氟橡胶胀芯（104）、内预应力金属压块（105）、圆管形内电极（106）、径向极化压电单晶块（107）、圆管形外电极（108）、第I预紧螺栓（109）、截锥螺旋弹簧（110）；外预应力金属圆筒（101）的上端设有敞口、下端设有端壁；外预应力金属圆筒（101）的端壁贯通开设有三个孔径一致的第I螺孔，且三个第I螺孔围绕外预应力金属圆筒（101）的轴线等距排列；外预应力金属圆筒（101）的外侧面上端设有第I外螺纹；聚氨酯橡胶圆垫（102）的侧面与外预应力金属圆筒（101）的内侧面下端紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫（102）的下端面与外预应力金属圆筒（101）的下内端面紧密配合；聚氨酯橡胶圆垫（102）的端面贯通开设有三个孔径一致的装配圆孔，且三个装配圆孔的轴线分别与三个第I螺孔的轴线重合；三个装配圆孔的孔径小于三个第I螺孔的孔径；圆杯形端盖（103）的杯口朝下；圆杯形端盖（103）的端壁中央贯通开设有第II螺孔；圆杯形端盖（103）的内侧面下端设有第I内螺纹，且圆杯形端盖（103）通过第I内螺纹旋拧于外预应力金属圆筒（101）的外侧面上端；圆台形氟橡胶胀芯（104）的粗端端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面中央紧密配合；圆台形氟橡胶胀芯（104）的细端端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平，且圆台形氟橡胶胀芯（104）的细端端面中央开设有第I螺纹凹孔；内预应力金属压块（105）的数目为四个；四个内预应力金属压块（105）均呈弧槽形，且四个内预应力金属压块（105）由其内腔呈圆台形的金属圆管分割而成；四个内预应力金属压块（105）的内侧面均与圆台形氟橡胶胀芯（104）的侧面紧密配合；四个内预应力金属压块（105）的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；四个内预应力金属压块（105）的上端面均与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；相邻两个内预应力金属压块（105）之间留有空气间隙；圆管形内电极（106）的内侧面分别与四个内预应力金属压块（105）的外侧面紧密配合；圆管形内电极（106）的下端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；圆管形内电极（106）的上端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；径向极化压电单晶块（107）的数目为八个；八个径向极化压电单晶块（107）均呈弧槽形，且八个径向极化压电单晶块（107）由径向极化的压电单晶圆管分割而成；八个径向极化压电单晶块（107）的内侧面均与圆管形内电极（106）的外侧面紧密配合；八个径向极化压电单晶块（107）的下端面均与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；八个径向极化压电单晶块（107）的上端面均与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；相邻两个径向极化压电单晶块（107）之间留有空气间隙；圆管形外电极（108）的内侧面分别与八个径向极化压电单晶块（107）的外侧面紧密配合；圆管形外电极（108）的外侧面与外预应力金属圆筒（101）的内侧面紧密配合；圆管形外电极（108）的下端面与聚氨酯橡胶圆垫（102）的上端面紧密配合；圆管形外电极（108）的上端面与外预应力金属圆筒（101）的上端面齐平；第I预紧螺栓（109）的螺杆贯穿第II螺孔，且第I预紧螺栓（109）的尾端旋拧于第I螺纹凹孔内；第I预紧螺栓（109）的头部紧压圆杯形端盖（103）的上外端面；截锥螺旋弹簧（110）套设于第I预紧螺栓（109）的螺杆上；截锥螺旋弹簧（110）的细端紧压圆杯形端盖（103）的上内端面；截锥螺旋弹簧（110）的粗端分别紧压四个内预应力金属压块（105）的上端面；所述轴向压电振子包括橡胶弹簧（201）、第II预紧螺栓（202）、圆管形盖体（203）、圆管形压电片组、复合变幅杆（206）、紧固节圆盘（207）、圆管形封...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝锡晶，李婧，成全，王建青，崔学良，叶林征，马恺，刘泽宇，刘帅康，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：山西,14