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 металлургической отрасли 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. В06В 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 акустический излучатель, содержащий, полый корпус, в корпусе размещен ресивер, к входу которого подведены газоходы, а выход размещен в резонирующей полости, ограниченной на выходе диафрагмой. Объем резонирующей полости может регулироваться перемещением поршня, размещенного в резонирующей полости и закрепленного на штоке, имеющем возможность осевого возвратно-поступательного перемещения.
(см. патент на полезную модель №146440. кл. В06В 1/20, G10K 7/00, 2014 г.) - наиболее близкий аналог.
Недостаток известного излучателя заключается в сложности регулирования расхода воздуха и отсутствии возможности плавного его регулирования при заданных амплитудно-частотных характеристиках. Расход воздуха, в свою очередь, напрямую влияет на мощность акустического излучения. Другим существенным недостатком является сложность подвода сжатого воздуха к кольцевому зазору, что приводит к снижению надежности устройства и увеличению его массогабаритных параметров.
Технический результат полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей излучателя за счет обеспечения регулирования рабочего диапазона его мощности в широких пределах, а также повышении надежности работы излучателя за счет упрощения схемы прохождения через него рабочей среды.
Указанный технический результат достигается тем, что в акустическом излучателе, содержащем полый корпус, к одному торцу которого пристыкован стакан, а к другому - втулка, размещенный в стакане поршень, имеющий возможность осевого возвратно-поступательного перемещения для регулирования объема резонирующей полости, образованной полостями корпуса, стакана и втулки, имеющийся в корпусе ресивер, связанный с источником подвода под давлением рабочей среды, закрепленное в корпусе опорное кольцо, в котором установлен стержень с шайбой, новым является то, что ресивер образован кольцевой полостью, выполненной в корпусе, втулка установлена на корпусе с образованием между ее торцом и корпусом кольцевого зазора, сообщенного с ресивером, а шайба находится в плоскости кольцевого зазора, при этом втулка установлена на корпусе с возможностью осевого перемещения относительно него и фиксации в заданном положении для обеспечения регулирования размера кольцевого зазора.
Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен акустический излучатель, осевой разрез.
Акустический излучатель содержит стакан 1, пристыкованный к одному торцу корпуса 2, ко второму торцу которого пристыкована втулка 3. Закрепление втулки 3 и стакана 1 на корпусе 2 может быть осуществлено различным известным образом, например, посредством резьбовых соединений.
В стакане 1 размещен поршень 4, скрепленный с одним из торцов штока 5, на наружной поверхности штока выполнена резьба, посредством которой он ввинчен в резьбовое отверстие, выполненное в дне стакана 1. На другом конце штока закреплен элемент 6 его вращения, например, рукоятка. Таким образом, за счет вращения штока 5, поршень 4 имеет возможность осевого перемещения в стакане 1. Для герметизации зазора между стаканом 1 и поршнем 4 использованы уплотнительные кольца 7.
В торце корпуса 2 со стороны стакана 1 имеется проточка, в которой установлено опорное кольцо 8, зафиксированное в корпусе по торцу стаканом 1. Опорное кольцо имеет осевое отверстие (позицией не обозначено). Кроме того, в опорном кольце 8 выполнены осевые каналы (позицией не обозначены), связывающие полости корпуса 2 и стакана 1. Полости корпуса 2, стакана 1 и втулки 3 образуют резонирующую полость «А», а перемещением поршня обеспечивается регулирование ее объема.
Для обеспечения герметичности соединения корпуса 2 и стакана 1 используется уплотнительное кольцо 9.
В полости корпуса 2 расположен стрежень 10, закрепленный в осевом отверстии опорного кольца 8. На конце стержня закреплена посредством крепежного элемента (например, гайки - позицией не обозначена) шайба 11 выполненная в виде усеченного конуса с заостренным краем по образующей, большее основание которого обращено в сторону поршня 4.
Герметизация соединения «корпус-втулка» обеспечивается уплотнительным кольцом 12.
В корпусе 2 имеются отверстия 13, к которым подведены гибкие шланги, соединенные известным образом с компрессором (не показаны).
Втулка 3 установлена в корпусе 2 таким образом, что ее торец образует со стенкой образованной в корпусе 2 кольцевой полости кольцевой зазор 14, а сама кольцевая полость соединена с отверстиями 13 и обозначена позицией 15. Полость 15 выполняет функции ресивера.
Втулка 3 имеет возможность осевого перемещения относительно корпуса (за счет вращения по резьбе) и фиксации в заданном положении. Это обеспечивает возможность регулирования кольцевого зазора 14.
Шайба 11 установлена на стержне 10 таким образом, что она находится в плоскости кольцевого зазора 14.
Акустический излучатель работает следующим образом.
Частота и мощность акустического излучения излучателя зависят от давления рабочей среды, подаваемой в кольцевую полость 15, от величины кольцевого зазора 14, определяющего величину проходного сечения, и от объема резонирующей полости, которая зависит от положения поршня в цилиндре (считается по вылету штока 6). Зная требуемые акустические параметры (частоту и мощность акустического излучения), определяют необходимое значение давления подачи рабочей среды, величину кольцевого зазора 14 и вылет штока 6. Определение данных параметров осуществляется по известным методикам и не представляет сложностей для специалистов.
Величина проходного сечения кольцевого зазора 14 определяет максимальный расход рабочей среды через излучатель. Расход рабочей среды, в свою очередь, влияет на мощность акустического излучения устройства и на его амплитудно-частотные характеристики. Например, с увеличением расхода, частота акустических колебаний возрастает за счет более быстрого наполнения полости «А».
В процессе работы излучателя посредством гибких шлангов, соединенных с отверстиями 13 от компрессора в кольцевую полость 15 подается сжатая рабочая среда, например воздух. Сжатая рабочая среда через кольцевой зазор 14 истекает из полости 15, образуя кольцевую струю, направленную к оси излучателя. Струя натекает на шайбу 11, которая разделяет поток воздуха на две части. Одна часть поступает в полость «А», другая часть попадает в окружающее пространство. Истекающая струя отделяет полость «А» от окружающего пространства и полость А можно считать замкнутой. Так как часть рабочей среды попадает в полость «А», 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 «А») 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 кольцевого зазора 14, не прекратит поступать в полость «А», и из полости «А» рабочая среда не начнет эжектироваться и уноситься струей в окружающее пространство. Из-за уноса среды из полости «А» 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 «А») меньше, чем давление с другой стороны (со стороны окружающей среды), струя, из-за силы, возникающей в результате разности давлений, смещается в сторону полости «А». Смещение струи в сторону полости «А» 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.
А
Возможен случай, когда струя не меняет своего положения. Это происходит в том случае, если количество рабочей среды, втекающей в полость «А», равно количеству рабочей среды, эжектируемой струей и уносимой в окружающее пространство. В таком случае, давление (Р) в полости «А» постоянно.
A
A
A
Частота и амплитуда генерируемых резонатором акустических колебаний зависит от объема (V) полости «А» резонатора. Увеличение объема (V) приводит к уменьшению частоты и увеличению амплитуды колебаний, так как требуется больше времени для наполнения полости «А». И наоборот, уменьшение объема (V) приводит к увеличению частоты и уменьшению амплитуды колебаний, так как требуется меньше времени для наполнения полости «А».
A
A
Управление амплитудно-частотными характеристиками излучателя происходит за счет регулирования объема (V) полости «А» резонатора. Регулирование объема (V) осуществляется осевым перемещением поршня 4 в стакане 1. При вращении рукоятки 6 происходит поступательное перемещение штока 5, который, в свою очередь перемещает поршень 4. Обеспечение возможности регулирования объема полости «А», обеспечивает возможность работы устройства в широких диапазонах амплитудно-частотных характеристик.
Мощность акустического излучения генерируемого резонатором зависит от расхода рабочей среды. Увеличение расхода рабочей среды приводит к увеличению мощности акустического излучения за счет увеличения массы рабочей среды, участвующей в пульсационном движении. Наоборот, уменьшение расхода рабочей среды приводит к уменьшению мощности акустического излучения.
Управление мощностью излучения происходит за счет регулирования величины кольцевого зазора 14. Регулирование величины кольцевого зазора 14 осуществляется осевым перемещением втулки 3 относительно корпуса 2. При вращении втулки 3 происходит поступательное ее перемещение за счет резьбового соединения. Таким образом, обеспечивается плавное регулирование мощности акустического излучения в широком диапазоне.
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.