6.9. Воздушно-пузырьковые машины
Воздушно-пузырьковые стиральные машины на российском рынке представлены двумя моделями фирмы «Великой Вселенной», а именно так переводится на русский язык корейское название фирмы Daewoo, DWF5580 и DWF5590DР. Такая стиральная машина использует принцип стирки с помощью воздушных пузырьков. Стиральные машины данного типа не имеют нагревательного элемента. Это снижает энергопотребление и позволяет эффективно стирать деликатные ткани, не подлежащие кипячению (шерсть, шелк, ангара, кашемир). Другими отличиями воздушно-пузырьковых машин Daewoo от машин с фронтальной и верхней загрузкой «европейского» типа является меньший вес (30...47 кгс), низкий уровень шума (55 дБ во время отжима, 46 дБ во время стирки и 43 дБ во время стирки по программе «Suit» (костюм)), а также короткое (до 51 мин) время стирки. Типичный внешний вид стиральных машин Daewoo показан на рис. 6.21 [14].
В вертикальном баке машины расположен барабан, на дне которого имеется так называемый пульсатор, служащий для создания сложно закрученного потока воды. Пульсатор (рис. 6.22) представляет собой расположенный в днище барабана диск с лопастями (активатор), вращение которого приводит к возникновению в объеме барабана сложного движения воды.
Рис. 6.22. Пульсатор стиральных машин Daewoo и конфигурация движений потоков моющего раствора
Пульсатор спроектирован асимметричным образом, со смещением лопастей относительно оси вращения. Это сделано для придания асимметрии вихревому движению воды и минимизации объема застойных зон течения.
Схема устройства генератора пузырьков показано на рис. 6.23
При движении вверх якоря с закрепленным на нем магнитом происходит расширение сильфона, заслонка В открывается, заслонка А закрывается, и воздух поступает в полость сильфона. При движении якоря вниз, наоборот, происходит сжатие сильфона, заслонка В закрывается, заслонка А открывается и воздух выталкивается из полости сильфона через выходное сопло. В свою очередь, якорь приводится в действие благодаря периодическому, перемещению прикрепленного к нему магнита в переменном магнитном поле (рис. 6.24).
Частота перемещений якоря составляет порядка 3600 мин -1 . Поступающие с этой частотой через сопло, расположенное в днище стиральной машины, порции воздуха приводят к образованию множества воздушных пузырьков, которые тут же выбрасываются в полость барабана вращающимся пульсатором (рис. 6.25).
6.10. Ультразвуковые стирающие устройства
В ряде современных устройств, предназначенных стирки белья используют действие на ткань ультразвука, сопровождающееся в моющем растворе явлением кавитации.
В несжимаемой среде, к которой относится и вода, звуковые волны (волны давления) распространяются непрерывно лишь при их малой амплитуде. При увеличении амплитуды в зоне разрежения происходит своего рода разрыв сплошной среды: вследствие испарения образуются пузырьки водяного пара. Подсчитано, что в этой зоне давление достигает 1000 бар, а температура 1000°С. Это явление называется кавитацией, оно и используется для разрушения загрязнений тканей при ультразвуковой стирке изделий. Ультразвук (УЗ) это волны, имеющие частоту свыше 18 кГц, неслышимые человеческим ухом. В технике УЗ-очистки и стирки обычно используют волны с частотой 20...50 кГц. Применяют два типа источников УЗ-волн: один из них основан на эффекте магнитострикции (сжатие и расширение среды в переменном магнитном поле), а другой на пьезоэлектрическом эффекте (сжатии и расширении среды в переменном электрическом поле). Магнитострикционные УЗ-излучатели генерируют волны большей мощности, но в ограниченном частотном диапазоне. Пьезоэлектрические УЗ-источники менее мощны, но позволяют достичь частот мегагерцевого диапазона. Для наиболее интенсивной кавитации необходимо, чтобы в воде было мало растворенного воздуха. Эффект кавитации уменьшается от того, что из-за растворенного в воде воздуха часть пузырьков сжимается собственным поверхностным натяжением. Для эффективной стирки рекомендуется деаэрировать воду, чтобы снизить концентрацию воздуха в ней до уровня 0,48 ммоль/л.
С точки зрения физики задача стирки ткани сводится к тому, что частицы загрязнения, находящиеся на ее поверхности, были растворены (если они растворимы), удалены (если они нерастворимы) или одновременно и растворены, и удалены (нерастворимые частицы в смеси с растворимым носителем).
Кавитация способствует и растворению, и удалению частиц грязи. Микроскопические размеры пузырьков, образовавшихся в процессе кавитации, позволяют очищать сколь угодно мелкие элементы структуры тканей, благодаря чему этот способ стирки не может сравниться ни с каким другим. При взрыве не видимых глазом пузырьков одновременно с удалением частиц грязи образуется озон, который убивает вирусы, болезнетворные бактерии и простейшие микроорганизмы, в частности вегетативную микрофлору (кишечную палочку, золотистый стафилококк и т.д.). Кроме того, маломощные акустические волны исполняют при стирке роль катализатора химического процесса: они повышают активность стирального порошка в несколько раз.
Ультразвуковые стирающие устройства (УСУ) разрабатываются в течение нескольких десятилетий. Немало усилий затрачено на поиск их оптимальной конструкции. Основные трудности создания кавитационных УСУ и недостатки УЗ-стирки связаны с тем, что: УЗ-колебания неблагоприятно действуют на живые существа; кавитационное действие пузырьков не только удаляет загрязнения, но и разрушает основы стираемых тканей и их красителей; сложно создать конструкцию с равномерно распределенной по всему объему интенсивностью кавитации.
Частично эти проблемы уже решены, и на прилавках магазинов стали появляться так называемые «стиральные машины на ладони» миниатюрные УСУ Solana Biniclean (Болгария), «Колибри» (Зеленоград), «Бионика» (Тольятти), «Ретона» (Томск) и др. Стирка с применением этих устройств заключается в помещении их на дно сосуда емкостью не более 30 л с горячей водой и стиральным порошком. Туда же помещается грязное белье. Приблизительное время стирки при массе белья до 2 кг и объеме воды 20...25 л составляет не менее 40...60 мин. В процессе стирки рекомендуется 2-3 раза перемешать белье. На рис. 6.26 показан внешний вид УСУ «Бионика» и Solana Biniclean [15].
Разработаны УСУ, создающие кавитацию, вызываемую колебаниями частоты 6... 10 кГц или даже более низкой (50...60 Гц). Такая частота позволяет устранить недостатки, описанные выше. Она обеспечивает существенно более щадящий режим стирки, так как для него характерна скорее пульсация микропузырьков, чем их полное схлопывание, как при «настоящей» УЗкавитации. На рис. 6.27 приведена предложенная русским инженером Лотоцким конструкция пьезокерамического УСУ.
Пространство между корпусом 1 и пьезокерамическим вибрационным элементом 2 заполнено эластичным герметиком 3. Частотным источником питания для вибрационного элемента может служить промышленная или бытовая электрическая сеть, подключение к которой производится с помощью вилки 4 со шнуром 5. Подвод тока к вибрационному элементу происходит через токопровод 6.
Рис. 6.27. Конструкция пьезокерамического УСУ: