Обзор мировой ситуации

Безусловно, ускорение научно - технического прогресса может считаться важнейшей чертой двадцатого века. Примером тому является развитие научных знаний в области ультразвуковых колебаний, технических и технологических приложений, направленных на использование ультразвука в практической деятельности человека. Чуть более полувека прошло с начала исследований в области ультразвуковых колебаний, а в активе человечества - десятки высокоэффективных ультразвуковых технологий, в том числе, закалки, лужения и пайки металлов, предотвращения накипи на теплообменных поверхностях, сверления хрупких и особо твердых материалов, сушки термолабильных веществ, получения эмульсий и сверхтонких суспензий, диспергирования красителей, сварки металлов и полимеров, мойки, очистки деталей без применения горючих и токсичных растворителей. Практически невозможно описать все методы и системы ультразвуковой диагностики заболеваний, томографии, неразрушающего контроля изделий и технологических параметров производств. Только в США более 100 фирм производят и осуществляют внедрение ультразвукового технологического оборудования с мощностью ультразвуковых приборов от 10 ватт до 10 кВт. В нашей стране до 90 - х годов активная разработка, изготовление и внедрение ультразвуковых технологий в народное хозяйство осуществлялась десятками научно - производственных центров, научное и методическое обеспечение которыми осуществлялось Акустическим институтом АН СССР.

Вместе с тем, отмеченные выше достижения ультразвуковых технологий за исключением медико-диагностической направленности до настоящего времени почти не известны и не используются в практической и бытовой деятельности жителей страны. Причин тому несколько.

Во-первых, до недавнего времени ультразвуковые приборы и агрегаты изготовлялись из электронных компонентов низкой степени интеграции, а излучающие элементы и волноводы представляли собой сложные конструкции. В силу необходимости стабилизации множества параметров работы электронной схемы генератора ультразвука, последние представляли собой ненадежные устройства, настройка и эксплуатация которых требовала усилий специалистов высокой квалификации. Наконец, мощные генераторы ультразвуковых колебаний во время работы создавали вокруг себя паразитные излучения, последствия воздействия которых на человека были мало изучены.

Во-вторых, в силу сложности и высокой стоимости ультразвуковых приборов их использование развивалось только в техническом (промышленном) направлении, а бытовое применение ультразвуковых технологий до 90 годов практически не рассматривалось.

Ситуация изменилась с появлением мощных высокочастотных транзисторов и пьезоэлектрических керамических материалов, на основе которых стало возможным создание малогабаритных, надежных, простых в эксплуатации и дешевых ультразвуковых генераторов и излучателей.

С другой стороны, рыночная модель экономики стимулировала появления множества малых предприятий по переработке растительного сырья и обработке материалов, успешная деятельность которых впрямую зависит от эффективности используемых технологий. Названные выше причины и множество других и стимулировали развитие нового поколения ультразвуковых систем, которые получили название многофункциональных ультразвуковых преобразователей. И, наконец, отметим еще один важнейший фактор, обеспечивающий широкое внедрение передовых технологий в жизнь и быт человека. Фактор этот, до недавнего времени в управлении научно-техническом прогрессом практически не учитывался, да и в настоящее время используется, как правило, в форме активной (часто навязчивой) рекламы, хотя имеет неоценимое значение при внедрении новых методов, способов и научных и технических достижений в обиходную жизнь человека.

Одним из перспективных физических методов воздействия на вещества для интенсификации технологических процессов является метод, основанный на использовании механических колебаний ультразвукового диапазона - так называемых ультразвуковых (УЗ) колебаний. Наиболее успешно УЗ колебания используются в процессах, связанных с жидкими состояниями реагентов, поскольку только в них возникает специфический процесс - УЗ кавитация, обеспечивающий максимальные энергетические воздействия на различные вещества. Воздействие УЗ колебаний на различные технологические процессы в жидких средах позволяет:

· не менее чем в 10....1000 раз ускорить процессы, протекающие между двумя или несколькими неоднородными средами (растворение, очистку, обезжиривание, обезгаживание, крашение, измельчение, пропитку, эмульгирование, экстрагирование, кристаллизацию, полимеризацию, предотвращение образования накипи, гомогенизацию, эрозию, химические и электрохимические реакции и др.);

· увеличить выход полезных продуктов (например, экстрактов) и придать им дополнительные свойства (например, биологическую активность и стерильность);

· получить новые вещества (например, тонкодисперсные эмульсии и суспензии, а также реализовать технологические процессы, не реализуемые традиционными методами;

· обеспечить размерную обработку (сверление, снятие фасок, выполнение пазов) хрупких и твердых материалов, не обрабатываемых традиционными методами (стекло, самоцветы, ферриты и т.п.), также интенсифицировать многие процессы (сварку металлов и полимерных материалов, склеивание и др.).

Высокая эффективность УЗ воздействий на различные технологические процессы подтверждена многочисленными исследованиями и опытом более чем тридцатилетнего применения на ряде предприятий различных отраслей промышленности. Несомненные достоинства УЗ колебаний должны были обеспечить их широчайшее использование при решении сложных проблем современных производств, предназначенных для выпуска конкурентоспособной продукции.

Однако, в настоящее время УЗ техника практически не используется из-за высокой стоимости, узкой специализации и низкой эффективности разработанных ранее крупногабаритных промышленных установок, практически полного отсутствия малогабаритных высокоэффективных УЗ аппаратов для современных малых и средних производств, сельского хозяйства, бытового обслуживания, и полного отсутствия УЗ аппаратов индивидуального бытового применения.

Развитие УЗ техники и технологии сдерживается также низкой информированностью потребителей об эффективности УЗ воздействий и отсутствием методических рекомендаций, учитывающих особенности применения УЗ технологий в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве.