用于稠油降粘的超声换能器及超声换能装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于稠油降粘的超声换能器，其包含：第一振子，其为半波长振子，包含第一后盖板、第一压电陶瓷晶堆以及第二压电陶瓷晶堆，其中，第一压电陶瓷晶堆与第二压电陶瓷晶堆衔接处为第一节面，第一节面处的振子振速为零；第一变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第一前盖板、第一过渡段部分以及第一圆柱部分，其中，第一过渡段部分包含第二节面，第二节面处的振子振速为零；第二变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第二圆柱部分、第二过渡段部分以及辐射头，其中，第二过渡段部分包含第三节面，第三节面处的振子振速为零。本发明专利技术具备耐高温、能长时间连续工作、批量处理规模大等优点，能够提高原油的运输能力。

【技术实现步骤摘要】
用于稠油降粘的超声换能器及超声换能装置
本专利技术涉及声化学和声能应用领域，具体地说，涉及一种用于稠油降粘的超声换能器及超声换能装置。
技术介绍
关于夹心式压电陶瓷功率超声换能器的理论计算和工程设计，目前的相关研究大部分局限在实验室，发展了许多设计理论。但截止目前，应用于生产线的大功率变幅杆换能器还比较少，并存在以下缺陷：换能器不耐高温、不能长时间连续工作、批量处理规模小等。因此，本专利技术提供了一种用于稠油降粘的超声换能器及超声换能装置。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种用于稠油降粘的超声换能器，所述超声换能器包含：第一振子，其为半波长振子，包含第一后盖板、第一压电陶瓷晶堆以及第二压电陶瓷晶堆，其中，所述第一压电陶瓷晶堆与所述第二压电陶瓷晶堆衔接处为第一节面，所述第一节面处的振子振速为零；第一变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第一前盖板、第一过渡段部分以及第一圆柱部分，其中，所述第一过渡段部分包含第二节面，所述第二节面处的振子振速为零；第二变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第二圆柱部分、第二过渡段部分以及辐射头，其中，所述第二过渡段部分包含第三节面，所述第三节面处的振子振速为零。根据本专利技术的一个实施例，所述第一后盖板的材质为钢。根据本专利技术的一个实施例，所述第一压电陶瓷晶堆以及所述第二压电陶瓷晶堆上均覆有电极。根据本专利技术的一个实施例，所述第一变幅杆的材质为铝。根据本专利技术的一个实施例，所述第二变幅杆的材质为钛合金。根据本专利技术的另一个方面，还提供了一种用于稠油降粘的超声换能装置，所述装置包含：如上任一项所述的超声换能器；预应力螺栓。根据本专利技术的一个实施例，所述预应力螺栓包含：第一预应力螺栓，其位于所述第一后盖板、所述第一压电陶瓷晶堆、所述第二压电陶瓷晶堆以及所述第一前盖板中心处；第二预应力螺栓，其位于所述第一圆柱部分以及所述第二圆柱部分中心处。根据本专利技术的一个实施例，所述装置还包含法兰圆盘，所述法兰圆盘包含：第一法兰圆盘，其位于所述第一前盖板以及所述第一过渡段部分的衔接处；第二法兰圆盘，其位于所述第二圆柱部分以及所述第二过渡段部分的衔接处。根据本专利技术的一个实施例，所述装置还包含风冷水冷降温外壳，其覆盖所述第一振子以及所述第一前盖板的外表面。根据本专利技术的一个实施例，所述风冷水冷降温外壳包含气冷出入口、风冷出入口、水冷出入口以及封套。本专利技术提供的用于稠油降粘的超声换能器及超声换能装置利用以声空化产生的高温高压和振动等物理效应来加速或改变化学反应过程为原理进行物理降粘这一技术，利用大功率超声换能器产生的声波能量(主要利用超声波的空化作用、热作用和机械作用)降低稠油粘度，本专利技术具备耐高温、能长时间连续工作、批量处理规模大等优点，能够提高原油的运输能力。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例共同用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的简化结构图；图2显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的机电等效电路图；图3显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器中第一变幅杆的简化结构图；图4显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器中第二变幅杆的简化结构图；图5显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的1/2二维模型图；图6(a)显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的一阶模态分析图；图6(b)显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的二阶模态分析图；图6(c)显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的三阶模态分析图；图6(d)显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的四阶模态分析图；图6(e)显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的五阶模态分析图；图7显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的纵向位移分布曲线图；图8显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能装置的简化结构图；图9显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能装置的样机实物图；以及图10显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能装置的实测导纳曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细说明。图1显示了根据本专利技术的一个实施例的用于稠油降粘的超声换能器的简化结构图。如图1所示，超声换能器包含第一振子10、第一变幅杆20以及第二变幅杆30。第一振子10为半波长振子，包含第一后盖板11、第一压电陶瓷晶堆12以及第二压电陶瓷晶堆13，其中，第一压电陶瓷晶堆12与第二压电陶瓷晶堆13衔接处为第一节面101，第一节面101处的振子振速为零。第一变幅杆20为半波长三段式变幅杆，包含第一前盖板14、第一过渡段部分21以及第一圆柱部分22，其中，第一过渡段部分21包含第二节面102，第二节面处102的振子振速为零。如图，第一前盖板14共同属于第一振子10以及第一变幅杆20。第二变幅杆30为半波长三段式变幅杆，包含第二圆柱部分31、第二过渡段部分32以及辐射头33，其中，第二过渡段部分32包含第三节面103，第三节面103处的振子振速为零。优选地，第一后盖板11的材质为钢。优选地，第一压电陶瓷晶堆12以及第二压电陶瓷晶堆13上均覆有电极。优选地，第一变幅杆20的材质为铝。优选地，第二变幅杆30的材质为钛合金。进一步地，对于第一振子10，振动时两端振幅最大，第一节面101处振子振速为零。第一节面101的位置随第一后盖板11、第一压电陶瓷晶堆12、第二压电陶瓷晶堆13以及第一前盖板14的密度、声速和尺寸而改变。在设计第一振子10时，必须首先确定第一节面101的位置，以便固定第一振子10并整体考虑换能器的结构。为了设计时简化，可由第一节面101将它分为两部分，前后两部分可以单独设计。基于等效电路法设计超声换能器，第一后盖板11和第一压电陶瓷晶堆12以及第二压电陶瓷晶堆13和第一前盖板14的的机电等效图如2图所示。假设超声换能器的工作环境为空气，则第一后盖板11和第一压电陶瓷晶堆12等效机械阻抗为Zm＝jρ11v11tank11l11，其中ρ11、v11、k11和l11分别为第一后盖板11部分的密度、声速、波数以及长度。机械共振频率为动态回路中总电抗等于零时的频率。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于稠油降粘的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包含：/n第一振子，其为半波长振子，包含第一后盖板、第一压电陶瓷晶堆以及第二压电陶瓷晶堆，其中，所述第一压电陶瓷晶堆与所述第二压电陶瓷晶堆衔接处为第一节面，所述第一节面处的振子振速为零；/n第一变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第一前盖板、第一过渡段部分以及第一圆柱部分，其中，所述第一过渡段部分包含第二节面，所述第二节面处的振子振速为零；/n第二变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第二圆柱部分、第二过渡段部分以及辐射头，其中，所述第二过渡段部分包含第三节面，所述第三节面处的振子振速为零。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于稠油降粘的超声换能器，其特征在于，所述超声换能器包含：
第一振子，其为半波长振子，包含第一后盖板、第一压电陶瓷晶堆以及第二压电陶瓷晶堆，其中，所述第一压电陶瓷晶堆与所述第二压电陶瓷晶堆衔接处为第一节面，所述第一节面处的振子振速为零；
第一变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第一前盖板、第一过渡段部分以及第一圆柱部分，其中，所述第一过渡段部分包含第二节面，所述第二节面处的振子振速为零；
第二变幅杆，其为半波长三段式变幅杆，包含第二圆柱部分、第二过渡段部分以及辐射头，其中，所述第二过渡段部分包含第三节面，所述第三节面处的振子振速为零。


2.如权利要求1所述的超声换能器，其特征在于，所述第一后盖板的材质为钢。


3.如权利要求1-2中任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述第一压电陶瓷晶堆以及所述第二压电陶瓷晶堆上均覆有电极。


4.如权利要求1-3中任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述第一变幅杆的材质为铝。


5.如权利要求1-4中任一项所述的超声换能器，其特征在于，所述第二变...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海洋，刘磊，任波，邢钰，杨祖国，程仲富，曹畅，范伟东，杨映达，邱振军，秦飞，路以文，李占坤，夏新跃，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司西北油田分公司，
类型：发明
国别省市：北京;11