АКУСТИЧЕСКИЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к оборудованию для генерирования акустических колебаний, создаваемых пульсациями среды в высокоскоростной струе и может быть использована в тех областях, где возникает необходимость в применении регулируемых интенсивных звуковых колебаний в открытом пространстве, в замкнутых и полузамкнутых объемах, например, в металлургии для упрочнения поверхностных слоев металлических изделий.
Известен газоструйный излучатель, содержащий сопло и выполненный в виде стакана резонатор, соосно установленные в оснащенном воздухопроводом корпусе таким образом, что их общая ось проходит через фокус сферического отражателя, образованного в корпусе.
В процессе работы газоструйного излучателя по воздухопроводу подводится компрессорный воздух с давлением 0,05-0,6 МПа. Воздух проходит через сопло и поступает в резонатор. На участке сопло - резонатор генерируются звуковые волны, которые отражаются от отражателя. Основная несущая частота регулируется подбором резонатора нужной глубины.
(см. патент РФ №1571856, кл. B06B 1/20, 1995 г.)
В результате анализа выполнения известного излучателя необходимо отметить, что в его конструкции не предусмотрена возможность плавного регулирования амплитудно-частотных характеристик излучаемых акустических колебаний, что значительно сокращает область его использования.
Известен газоструйный генератор звука, содержащий панель, состоящую из закрытых с одной стороны днищем ячеек гексагональной формы и соосно установленных в каждой ячейке сопла и резонатора с рассекателем. Генератор снабжен панелью из уголковых отражателей, оси симметрии которых совпадают с осями симметрии ячеек. Панель установлена от ячеек на расстоянии, кратном полуволне генерируемых колебаний, каждый рассекатель выполнен грибовидным, а резонатор - в форме закрепленной гибкой нити, проходящей через сопло, сферу с резонансной полостью, выходящей на сферическую поверхность в виде кольцевой щели, полярный угол среднего радиуса которой равен полярному углу граней уголкового отражателя.
(см. авторское свидетельство СССР №691214, кл. B06B 1/20. 1979 г.).
Известный генератор звука имеет весьма сложную конструкцию, которая не предусматривает регулирование в широких пределах его акустических характеристик.
Известно устройство для возбуждения звуковых колебаний, содержащее трубчатый корпус, с одного торца которого установлен сопловый блок, имеющий осевую полость к которой с одной стороны подведен канал подачи сжатого газа от источника подачи газа, а на другом закреплено сопло Лаваля. На свободном торце трубчатого корпуса закреплена диафрагма с центральным отверстием, диаметр которого больше диаметра критического сечения сопла Лаваля, но не превышает диаметра его выходного сечения.
(см. авторское свидетельство СССР №940244, кл. G10K 7/00, 1982 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостаток известного устройства заключается в сложности управления процессом возбуждения звуковых колебаний и в трудности получения и регулирования звуковых колебаний, особенно низкочастотных.
Технический результат полезной модели заключается в упрощении процесса возбуждения и регулирования акустических колебаний высокой интенсивности, а также в расширении диапазона амплитудно-частотных характеристик колебаний и повышении уровня звукового давления в пространстве.
Указанный технический результат достигается тем, что в акустическом излучателе, состоящем из полого корпуса, в котором размещен ресивер, к входу которого подведены газоходы, а выход размещен в резонирующей полости, ограниченной на выходе диафрагмой, новым является то. что, излучатель оснащен устройством регулирования объема резонирующей полости, выполненным в виде пристыкованного к торцу корпуса стакана с осевым резьбовым отверстием, в котором с возможностью осевого возвратно-поступательного регулировочного перемещения установлен шток, на одном конце которого установлен поршень, размещенный в стакане, а на другом - элемент вращения штока, при этом выход ресивера образован кольцевым зазором между торцом гильзы, пристыкованной к торцу ресивера и шайбой, закрепленной на стержне, установленном в гильзе, а шайба имеет возможность регулировочного перемещения относительно торца гильзы для установки заданного кольцевого зазора.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен акустический излучатель, осевой разрез.
Акустический излучатель содержит полый корпус 1 цилиндрической формы, в котором образована резонирующая полость «A». На одном из торцов корпуса установлена втулка 2, а на другом - стакан 3, в дне которого выполнено осевое резьбовое отверстие. Установка втулки 2 и стакана 3 на корпус 1 может быть осуществлена различным известным образом, например, посредством резьбового соединения. В полости корпуса 1 расположен ресивер 4. смонтированный на опорном кольце 5, установленном в проточке втулки 2 и зафиксированным во втулке 2 посредством резьбового кольца 6. В опорном кольце 5 выполнены осевые каналы (позициями не обозначены). В корпусе 1 выполнены радиальные отверстия, через которые пропущены газоходы 7. подведенные к полости ресивера 4. Для обеспечения герметичности в радиальных отверстиях установлены уплотнительные втулки 8. На свободном торце втулки 2 размещена диафрагма 9, имеющая осевое отверстие. Диафрагма зафиксирована на втулке 2 посредством крепежного элемента (гайки или резьбовой втулки) 10. навинченного на резьбовую часть втулки 2.
К торцу ресивера 4 присоединена гильза 11, в которой размещен стержень 12, установленный в гильзе посредством двух упругих опорных колец 13, 14. На торце стержня 12 закреплена шайба 15. образующая с торцом гильзы 11 выход ресивера - кольцевой зазор.
Акустический излучатель оснащен устройством регулирования размера резонирующей полости «A», выполненным в виде штока 16, с резьбой по его наружной поверхности. Шток ввинчен в резьбовое отверстие стакана 3. На одном из торцов штока закреплен поршень 17, размещенный в стакане, а на другом конце штока - элемент его вращения (например, рукоятка) 18.
Уплотнительные втулки 8 опираются на шайбы 19.
Величина кольцевого зазора между торцом гильзы 11 и шайбой 15 регулируется проставочными кольцами 20. устанавливаемыми на стержне 12.
Резонирующая полость «A» образована поршнем 17, стаканом 3, корпусом 1, кольцом 6, втулкой 2, диафрагмой 9.
Акустический излучатель работает следующим образом.
Резонатор обладает характеристикой - зависимостью акустических параметров (частота и мощность акустического излучения) от давления подачи рабочей среды, от величины зазора, определяющего величину проходного сечения кольцевого сопла, и от вылета штока 16. По этой характеристике, зная требуемые акустические параметры, определяется необходимая величина давления подачи рабочей среды, величина зазора, характеризующая значение проходного сечения кольцевого сопла, и вылет штока 16. Определение данных параметров осуществляется по известным методикам и не представляет сложностей для специалистов.
С помощью проставочных колец регулируется величина зазора между шайбой 15 и гильзой 11, определяющего величину проходного сечения кольцевого сопла. Величина проходного сечения кольцевого сопла определяет максимальный расход рабочей среды через излучатель. Расход рабочей среды, в свою очередь, влияет на амплитудно-частотные характеристики устройства. Например, с увеличением расхода, частота акустических колебаний возрастает за счет более быстрого наполнения полости «A».
В процессе работы излучателя через газоходы 7 в ресивер 4 подают под давлением рабочую среду (воздух), которая через кольцевой зазор между торцом гильзы 11 и шайбой 15, истекает из ресивера 4, образуя струю. Струя натекает на диафрагму 9, которая разделяет поток рабочей среды на две части. Одна часть поступает в полость «A», другая часть попадает в окружающее пространство. Истекающая струя отделяет полость «A» от окружающего пространства и полость А можно считать замкнутой. Так как часть рабочей среды попадает в полость «A», то давление в ней возрастает. Рост давления обусловлен увеличением количества рабочей среды при постоянном объеме. За счет того, что давление с одной стороны струи (со стороны полости «A») больше, чем давление с другой стороны (со стороны окружающей среды), струя из-за силы, возникающей в результате разности давлений, смещается в сторону окружающей среды. Смещение струи будет происходить до тех пор, пока рабочая среда, вытекающая из кольцевой щели, не прекратит поступать в полость «A», и из полости «A» рабочая среда не начнет эжектироваться и уноситься струей в окружающее пространство. Из-за уноса среды из полости «A» давление в ней начнет уменьшаться и в определенный момент станет ниже, чем давление в окружающем пространстве. За счет того, что давление с одной стороны струи (со стороны полости «A») меньше, чем давление с другой стороны (со стороны окружающей среды), струя, из-за силы, возникающей в результате разности давлений, смещается в сторону полости «A». Смещение струи в сторону полости «A» будет происходить до тех пор, пока давление в ней не станет равным давлению в окружающей среде, после чего, процесс начнет повторяться. За счет описанного повторяющегося колебания струи в окружающее пространство из излучателя будет истекать пульсирующий поток с интенсивным акустическим излучением и определенной основной дискретной частотой.
A
Возможен случай, когда струя не меняет своего положения. Это происходит в том случае, если количество рабочей среды, втекающей в полость «A», равно количеству рабочей среды, эжектируемой струей и уносимой в окружающее пространство. В таком случае, давление (P) в полости «A» постоянно.
A
A
A
Частота и амплитуда генерируемых резонатором акустических колебаний зависит от объема (V) полости «A» резонатора. Увеличение объема (V) приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды колебаний, т.к. требуется больше времени для наполнения полости «A». И наоборот, уменьшение объема (V) приводит к увеличению частоты и уменьшению амплитуды колебаний, т.к. требуется меньше времени для наполнения полости «A».
A
A
Управление амплитудно-частотными характеристиками излучателя происходит за счет регулирования объема (V) полости «A» резонатора. Регулирование объема (V) осуществляется осевым перемещением поршня 17 в стакане 3. При вращении рукоятки 18 происходит поступательное перемещение штока 16, который, в свою очередь перемещает поршень 17. Таким образом, обеспечение возможности регулирования объема полости «A», обеспечивает возможность работы устройства в широких диапазонах амплитудно-частотных характеристик.
Воздействие пульсирующего потока с акустическим излучением на металлы приводит к изменению их механических, технологических и эксплуатационных свойств за счет структурных изменений поверхностных слоев металлических изделий. Одним из основных эффектов акустической обработки является измельчение структурных составляющих металла, которое обусловлено такими факторами, как многоцикличное воздействие акустического поля и пульсирующего потока, истекающего из резонатора. Таким образом, осуществляется воздействие в целях формирования новой структуры и свойств материалов в желаемом направлении.