Акустический генератор

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 53)5 О 10 К 9 САНИ ОПИ ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(57) Использование: В области технической акустики и в качестве источника мощных и сВерхмощных звукоВых сигналОВ В судостроении. Сущность изобретения - содержит корпус в виде трубы, один из торцов которой соединен с согласующим рупором и установлен внутри трубы на ее оси рабочий орган с приводом, рабочий орган выполнен в виде рабочего колеса вентилятора с четным числом лопастей, которые через одИзобретение относится к технической акустике и может быть использовано в качестве источника мощных и сверхмощных звуковых сигналов низких частот, в частности в качестве источника звуковых сигналов в судовождении.Известны акустические генераторы, используемые в качестве источника мощных звуковых сигналов низких частот,Излучатель акустического сигнала по авт, св. М 720486 выполнен в виде цилиндрической резонансной камеры со щелевым соплом, расположенным против клиновидного выреза в боковой поверхности камеры, и снабжен цилиндрическим патрубком и поршнем, смонтированным с возможнону имеют противоположные углы атаки, при этом второй торец трубки снабжен днищем, внутри трубы между днищем и рабочим колесом вентилятора равномерно установлены радиальные перегородки, полости между которыми через одну снабжены поперечными перегородками со стороны рупора, а полости между поперечными перегородками и входом рупора пневматически соединены с полостями между рабочим колесом и днищем, сдвинутыми по отношению к полостям, открытым на вход рупора, на угол, соответствующий угловому размеру одной полости. В стенках корпуса всех полостей между радиальными перегородками, которые не соединены с входом согласующего рупора, выполнены сквозные окна. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. стью перемещения в патрубке соосно резонансной камере, причем соотношейие диаметра патрубка и резонансной камеры 1/4-1/5,Он требует наличия сжатого воздуха. что не всегда возможно, а кроме того, имеет существенно меньший КПД, чем протс 1 п и предлагаемый генератор.Сирены содержат источник газовой (воздушной) струи и прерыватель потока. Сирены, в частности сирена фон Герке, конструктивно вцполненц похожим на предлагаемый генератор, но по картине образования акустических колебаний ничего общего с ним не имеют. Кроме туо, сирены имеют существенный недойаток по5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 сравнению с предлагаемым акустическим генератором. В связи с тем, что принцип действия сирен основан на модуляции газового потока, не менее половины мощности в них затрачивается на постоянную составляющую, что сникает КПД,Из известных акустических генераторов наиболее близким по технической сушности к предлагаемому устройству является электротифон по авт. св. М. 357587.Он содержит рупор, закрепленный на цилиндре с поршнем, сопрякенным с кулачковым валом, кинематически связанным с электродвигателем, при этом в поршне заполнено окно с размещенными внутри него телами вращения, сопряженными с кулачковым валом.Вал двигателя данного электротифона соединен с редуктором, с помощью которого скорость вращения доводиться до необходимой, с помощью кулачкового вала вращательное движение преобразуется в возвратно-поступательное и передается поршню. совершающему это движение в цилиндре. Один выход цилиндра соединен с выходом рупора, а противофазная генерация обратной стороны поршня как правило не используется заглушается или соедингется с атмосферой) либо в отдельных схемах используется с приМенением специальных средств фазоинверсии.Наличие редуктора и кулачкового механизма усложняет и удорожает устройство, Кроме того, они снижают срок службы устройства, требуют регулярного технического обслуживания смазки). Еще один принципиальный недостаток поршневого излучателя вытекает из того, что рабочий орган в нем совершает возвратно-поступательное двикение, При увеличении мощности излучателя наступает момент, когда никакие известные конструкционные материалы, используемые при изготовлении поршня, не выдерживают нагрузки, т,е, мощность такого излучателя ограничена,Целью изобретения является повышение излучаемой мощности и упрогцениеконструкции.Поставленная цель достигается тем, что в акустическом генераторе, содержащем корпус в виде трубы, один из торцов которой соединен с согласующим рупором, и установленный внутри трубы на ее оси рабочий орган с приводом, рабочий орган выполнен. в виде рабочего колеса вентилятора с четным числом лопастей, которые через одну имеют противоположные углы атаки, при этом второй торец трубы снабжен днищем, внутри трубы между днищем и рабочим колесом вентилятора равномерно установлены радиальные перегородки, количество которых равно количеству лопастей колеса, между рабочим колесом и входом рупора установлены такие же радиальные перегородки, полости между которыми через одну снабжены поперечными перегородками со стороны рупора, а полости между поперечными перегородками и входом рупора пневматически соединены с полостями между рабочим колесом и днищем, сдвинутыми по отношению к полостям, открытым на вход рупора, на угол, соответствующий угловому размеру одной полости,Отличительные признаки предлагаемого акустического генератора, обеспечивающие повышение излучаемой мощности и упрощение конструкции, в других объектах техники отсутствуют, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критериям изобретения "новизна" и "существенные отличия",На фиг.1 схематично представлено предлагаемое устройство в двух проекциях в разрезе без разреза рабочего колеса и электродвигателя); на фиг,2 - устройство в изометрической проекции.Акустический генератор содержит корпус в виде трубы, состоящей из отрезков 1 и 2; фланец 3, соединяющий отрезки трубы; согласующий рупор 4; фланец 5, соединяющий один из торцов трубы с согласующим рупором; рабочий орган в виде рабочего колеса 6 вентилятора с четным числом лопастей, которые через одну имеют противоположные углы атаки на фиг.1 и 2 приведено четырехлопастное колесо без скрутки лопастей); привод в виде электродвигателя 7, расположенный в неработающей центральной части отрезка 2 трубы; лопасти 8 с положительным. углом атаки; лопасти 9 с отрицательным углом атаки; днигце на втором торце трубы 10; равномерно установленнье радиальные перегородки 11 между днищем и рабочим колесом, количество которых равно количеству лопастей колеса; такие же радиальные перегородки 12 между рабочим колесом и входом рупора; поперечные перегородки через одну на полостях со стороны рупора 13; трубы 14 пневматического соединения полостей междуднищем и рабочим колесом с входом рупора; окна 15 на корпусе; рабочие полости 16 отрезка 1 трубьц изолированные от входарупора полости 17 отрезка 1 трубы; рабочие полости 18 отрезка 2 трубы; не соединенные с входом рупора полости 19 отрезка 2 трубы;рабочие полости 20 на выходе труб 14Устройство работает следующим обра 1760539При запуске электродвигателя 7 начинает вращаться рабочее колесо 6, Лопасти 8 рабочего колеса при этом начлнают работать как нагнетающие в отрезок 1 трубы, и как всась.вающие из отрезка 2 грубы, а лопасти 9 рабочего колеса наоборот как всасывающие из отрезка 1 трубы и как нагнетающие в отрезок 1 трубы.Если бы не была радиальных пеоегородок 11 и 12, ни всасывания, ни нагнетания в отрезки 1 и 2 трубы не было бы, Поскольку перед рабочим колесом 6 с обеих стаоан установлены радиальные перегородки 11 и 12, образующие полости 16 - 19, картина меняется принципиальна. Пеоегородки в отрезке 2 трубы при этом да оси трубы не доходят и заканчива,огся на нерабочей полости, в которой установлен электродвигатель 7. Расстояния между рабочим колесом и перегородками выбраны минимальными,Образовавшиеся полости 16 - 19 начинают работать как самостоятельные трубы. Перегородки препятствуют перемешиванию положительных и отрицательных потоков от лопастей (кроме тсга, как в обычном осевом вентиляторе, они работают как спрямляющий аппарат, т.е, уменьшают закручивание потоков). Каждая лопасть, работая на полость, работает как бы на свою трубу вне зависимости от работы других лопастей на другие полости, Обьем полости (т,е. ее высота при заданном диаметре трубы) выбирается из соображений допустимых флюктуаций давления при прохождении перед ней лопастей разного знака. Практически высота полостей равна, примерно, радиусу трубы.При прохождении перед полостью положительной лопасти происходит нагнетание в данную полость, в следующей фазе при прохождении перед этой же полостью отрицательной лопасти происходит всасывание, т,е. в результате создается знакопеременное давление на выходе каждой полости, В соседних полостях процессы поменялись в этот момент на обратные.Таким образом каждая полость осуществляет на своем выходе генерацию акустического сигнала, сигналы, генерируемые соседними полостями. находятся в противофазе.При этом в отрезке 2 трубы, расположенном на противоположной стороне рабочего колеса 6, процессы полностью аналогичны тем, которые происходят в отрезке 1 трубы, с той лишь разницей, что полости отрезков, на которые в данный момент работает одна и та же лопасть, т,е. расположенные на одной прямой, осуществляют противофазную генерацию друг от 10 15 20 25 30 35 40 41 50 55 носительно друга, также как соседние полости в одном отрезке трубы.Таким образом с одной стороны рабочега колеса синфазная генерация осуществляется полостями 16, противофазная полостями 17, с другой стороны рабочего колеса синфазная генерация осуществляется сдвинутыми на одну по отношению к первым полостям 18, противофазная полостями 19.Генератор фиг.1 и 2) имеет две положительные рабочие лопасти, две отрицательные. Б каждом участке трубы при этом имеется по четыре полости. Две из них являются синфазными, две противафазными, В первом и втором отрезках трубы синфазные и противафазные полости смещены на одну друг относительно друга.Картина образования синфазных и противофазных излучений напоминает картину излучения поршневого генератора, хотя внешне зти конструкции ничего общего между собой казалось бы не имеют, Поэтому использование акустических колебаний с выхода полостей может быть аналогичным тому, как это делается в поршневых генераторах, Можно противофазные колебания заглушить заварить выходы противофазнцх полостей), можно соединить с атмосферой., минуя рупор, можно применить специальные схемы (фазоивертирующие или суммирующие колебания в каких-то направлениях), позволяющие использовать выходы всех полостей, При работе предлагаемого генератора на один рупор все выходы полостей 18 и 19 отрезка 2 трубы завариваются снизу (ставится днище 10) и его синфазные полости 18 подводящими трубами 14 соединяются пневматически с рабочими полостями 20, расположенными перед заглушенными полостями 17 участка 1 трубы вне их габаритов. Торец отрезка 1 трубы соединяется с входом рупора 4 с помощью фланца 5, Таким образом на вход рупора работают синфазные полости 16 отрезка 1 трубы и 18 отрезка 2 трубы, Полости 17 и 19 отрезков труб, являющиеся противофазными, от входа рупора изолированы, Лучший результат получается при соединении их с атмосферой с помощью оке 15, прорезанных в корпусе,Ожидалось, что результат будет лучше при закрытых окнах 15, т.к. в этом случае полости 17 и 19 начинают работать как пневматические пружины, Собственно говоря и высота полостей выбрана оптимальной для этих пружин, Практически же при открытых окнах результат получается на 1 бв лучше, чем при закрытых. Высота полостей, т.е,Длина Вс 8 го генератора, может быть В такомслучае несколько уменьшена.Кроме четырехлопастного рабочего колеса вентилятора может испольэо даться рабочее колесо с любым четнь;м количеством 5лОпаст 8 Й до разумныхределов2,4,6,8,10,12,14,16, Количество полостей Втрубах при этОм ДОлжно бы гь равно колиьеству лопастей рабочего колеса.Из т 80 рии Ос 8 вых В 8 нтиляторов извест, но, что увеличение количества лопастей может повести к снижению КПД за счетувеличения закручивания пстока, однако вданном случае этого Охгидать не прлходится, т,к. перегородки преггятствуют закручиванию, В связи с широким изменениемпределов использования количества лопастей отпадает надобность в редукторе, Генератор с количеством лопастей 2 излучаетна частоте, равной скорости Вращения двигателя (5 ОГц при 3000 об/мин), с количеством лопастей 16 - на частоте, в 8 разпревышающей скорость вращения двигателя. Редукция как бы переместилась из механического редуктора в воздушный, 25Особо следует оговорить вопрос выборавеличины расстояний между рабочим колесом и перегородками, который имеет важное значение, Известно, что в гиренах,также имеющих ротор и статор ганалоги рабочего колеса и перегородок), расстояниемежду ними составляет десятые доли мм,Ротор имеет так называемую скользящуюпосадку внутри или по отношенио к статору, При увеличении мощности и, следовательно, диаметра сирены выполнить такуюпосадку становится крайне сложно. Приувеличении же зазора резко на,инает гадать КПД сирены, т,к, возрастает постоянная составляющая поока за счет прорьва 40Воздуха при перекрытии отверстий ротора истатора.Именно возможность до максимальнойстепени перекрытия отверстий в сиренахдает возможность доводить переменную составляющую потока в лучшем случае догОоВ предлагаемом генераторе Величиназазора игоает совершенно иную роль. Переменная составляющая уже на выходе роторв (рабочего колеса) имеет 100,4, т,к, наВход полостей 16-19 работают попеременно положительные 8 и отрицательные 9 лопасти. Минимальным зазор выбирается втом смысле что не должно быть перетекания положительных и отрицательных потоков В ненужных н праВлениях,Испытания изготовленного акуатическОГО Генератора производились при зазор 815 мм. Ии о какой скользящей посадке здесь речь не идет, при изготовлении генератора не использовались металлорежущие станки, использовался только сварочный аппарат, что существенно удешевляет устройство,Предлагаемый акустический генератор по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ. Мощность акустического генератора может быть существенно увеличена из-за отсутствия сложного возвратно-поступательного движения рабочего органаОна может в принципе быть доведена до мощности осевых Вентиляторов. т.е. 1000 Квт и больше. Прототип на акустическу о мощность больше 1,5-2 Квт практически уже не работоспособен,Б предлагаемом генераторе упрощается конструкция и повышается надежность за счет отсутствия механического редуктора и кулачковоо или кулисно-шатунного механизма.Были проведены эксперименты, подтверждаюшие работоспособность предлагаемого акустического генератора. Испытывался акустический генератор диаметром 600 мм и скоростью вращения рабочего колеса около 1500 об/мин, т.е. обеспечивающий окружную скорость концов лопастей около 50 м/с, Были получены125 бв на выходе рупора,При увеличении окружной скорости концов лопастей генератора до 100 в 1 м/с и подборе оптимальных параметров конструкции генератора мощность его существенно Возрастает и КПД может составить 70;4 у прототипа 4 ОЯ,Зкономический зффек 1 от использования изобретения применительно к единице продукции может составить около 3500 руб.Формула изобретения 1. Акустический генератор, содержащий корпус в виде тоубы, один конец из тооцов которой соединен с согласующим рупором, и установленный Внутри трубы на ее оси рабочий орган с приводом, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью повышения излучаемой мощности и упрощения конструкции, рабочий оргач выполнен в виде рабочего колеса вентилятора с четным числом лопастей, которые через одну имеют противоположные углы атаки., при этом второй торец трубы снабжен днищем, внутри трубы меж- ду днищем и рабочим колесом вентилятора равномерно радиальные перегородки, количество которых равно количеству лопастей колеса, между рабочим колесом и входом рупора установлены такие же радиальные г,ерегородки, полости между которыми через одну снабжены поперечными перегородками со стороны рупооа, а полостимежду поперечными перегородками и входом рупора пневматически соединены с полостями между рабочим колесом и днищем, сдвинутыми по отновению к полостям, открытым на вход рупора, на угол, соответствующий угловому размеру одной полости. 2, Генератор поп.1, отл ича и щийс ятем, что в стенках корпуса всех полостей между радиальными перегородками, которье не соединены с входом согласующего 5 рупора, выполнены сквозные окна,1760539 Лебедь Составитель Техред М,Мо С,Лисина ктор А,С Госуда ГКНТ СССР на, 101 аказ 3188 ВНИИПроизводственноаенн 1130 кОмитбтЗ Г 10 и 30 Москва, Ж, Ра льский комбин ПОДПиСнО 8ЕтЕИИяМ И ОтКрытИяИская наб., 4/5 Патент", г. Ужгород, ул,Г