Устройство для генерирования акустических колебаний

Объект- полезная
Устройство для генерирования акустических колебаний
Полезная модель относится к технике создания акустических колебаНИИ высокой мощности и может быть использовано в различных отраслях
народного хозяйства, например, для очистки технологических газов от пыли.
Известно устройство для генерирования акустических колебаний, например звуковая динамическая сирена, содержащая корпус с кольцевой камерой, статор с коком и ротор, в котором выполнены чередующиеся со сквозными отверстиями каналы, соединенные с коком рупора, а в статоре выполнены радиальные каналы, связывающие кок рупора с источником разряжения (см. а. с. СССР № 236883, В 06В 1/20).
Недостатком известного устройства является то, что эффективное излучение осуществляется в узком диапазоне частот, так как при увеличении скорости вращения ротора формирование зоны высокого давления происходит во внутренней части рупора вследствие чего на его выходе амплитудное значение давления, определяющее уровень звуковой мощности звуковой динамической сирены, уменьщается, причем уменьшение тем больще, чем больше частота.
МПК в 06В 1/18
f КОГО давления происходит не только во внутренней части рупора, но и непосредственно в волноводе или в озвучиваемой зоне, в результате чего форма звуковой волны становится трапецеидальной и звуковая энергия распределяется между многочисленными гармониками, в результате чего уровень звуковой мощности основного тона снижается, причем уменьшение тем больше, чем меньше частота. Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является устройство для генерирования акустических колебаний, содержащее корпус с тороидальной рабочей камерой высокого давления, образованной коаксиально установленным внутри корпуса статором с отверстиями в виде сопел, коаксиально установленный в статоре полый приводной ротор, вдоль образующей которого выполнены отверстия и соединенный с корпусом рупор, входная часть которого выполнена в виде коаксиально установленнего в полости ротора стакана с отверстиями, выполненными соосно с соплами сгатора (см. а. с. СССР № 1260042 В 06В 1/18). Недостатком известного устройства является то, что эффективное излучение осуществляется в узком диапазоне частот, так как при увеличении скорости вращения ротора ввиду уменьшения времени формирования зоны повышенного давления оно не достигает максимального значения на всем промежутке от оси до стенок стакана, вследствие чего осредненное амплитудное значение давления, определяющее уровень звуковой мощности звуковой динамической сирены, уменьшается и тем больше, чем
больше скорость вращения ротора.
При уменьшении скорости вращения ротора ввиду увеличения времени формирования зоны повышенного давления ее формирование происходит не только во внутренней части рупора, но и непосредственно в волноводе, в результате чего зона повышенного давления растягивается в пространстве и звуковая энергия распределяется между многочисленными гармониками, плотность потока энергии которых сравнима с плотностью цотока основного тона. По этой причине уровень звуковой мощности основного тона снижается и тем больше, чем меньше скорость вращения ротора.
Технической задачей, решаемой полезной моделью, является расширение диапазона излучаемых частот при сохранении высокой акустической мощности.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для генерирования акустических колебаний, содержащем корпус с тороидальной рабочей камерой, образованной коаксиально установленным внутри корпуса статором с отверстиями в виде сопел, коаксиально установленный в статоре полый приводной ротор, вдоль образующей которого выполнены отверстия, и соединенный с корпусом рупор, входная часть которого выполнена в виде коаксиально установленного в полости ротора стакана с oTBepCTpfffivrfr, выполргергргыми соосно соплами статора, согласно измергению
тороидальная рабочая камера высокого давления разделена на три последовательно расположенные по направлению к рупору изолированные друг от друга камеры высокого давления, сопла в статоре и отверстия в стакане выполнены в уровне каждой камеры, причем число сопел в первой камере равно числу сопел во второй камере и они смещены друг относительно друга на угол, равный ф1  360/N градусов, где N - число сопел в первой | :амере, число сопел в третьей камере высокого давления, прилежащей к рупору, равно суммарному числу сопел первой и второй камер, при этом они расположены по высоте камеры в двух уровнях и смещены относительно сопел второй камеры на угол, равный ф2  360/2-N градусов, где N число сопел в первой камере, а число отверстий в полом приводном роторе равно числу сопел в первой камере.
При этом последовательно расположенные по направлению к рупору первая и вторая камеры высокого давления имеют одинаковый объем, а объем третьей, прилежащей к рупору камеры высокого давления, равен суммарному объему первой и второй камер высокого давления.
Кроме того, расстояние по высоте между уровнями сопел третьей камеры равно расстоянию по высоте между соплами первой и второй камер.
на фйгг. I изображено устройство для генерирования акустических колебаний, общий вид;
на фиг.2 - схема расположение сопел в камерах высокого давления;
на фиг. 3 - график зависимости частоты излучения от скорости вращения ротора.
Устройство для генерирования акустических колебаний содержит корпус 1 (фиг. 1) и статор 2 , образующие тороидальную коаксиально установленную рабочую камеру, разделенную перегородками 3 и 4 на три последовательно расположенные и изолированные друг от друга камеры высокого давления 5,6 и 7, полый ротор 8, привод 9 вращения ротора 8, соединенный с корпусом 1, рупор 10, входная часть которого выполнена в виде стакана 11.
Камеры высокого давления 5,6 и 7 снабжены соответственно штуцерами 12,13,14 для подвода воздуха высокого давления и выполненными в статоре 2 отверстиями в виде сопел 15,16,17, направленных внутрь полости стакана 11. Причем число сопел 15 в первой камере высокого давления 5 равно числу сопел 16 во второй камере высокого давления 6 равны между собой и сопла 16 (фиг. 2) камеры 6 смещены относительно сопел 15 камеры 5 на угол 9i 360/N градусов, где N - число сопел в первой камере, а число сопел в 17 (фиг. 1) в третьей камере высокого давления 7 равно суммарному числу сопел 15 и 16 соответственно камер высокого давления 5 и 6. При этом сопла 17 (фиг. 1, 2) расположены по высоте камеры 7 в двух
f
уровнях и смещены относительно соггел 15 камеры 5 на угол (2-К) градусов, где N - число сопел 15 в первой камере 5. Расстояние между уровнями сопел 17 третьей камеры 7 равно расстоянию по высоте между соплами 15 и 16 соответственно камер 5 и 6.
В роторе 8 (фиг. 1) вдоль его образующей выполнены отверстия 18 в виде щелевых сопел, направленных внутрь полости стакана 11, по числу сопел 15 в камере высокого давления 5.
. В стакане 11 рупора 10 (фиг. 1) выполнены отверстия 19, 20, 21 по числу и форме сопел 15,16,17 статора 2 и соосно с ними.
Устройство работает следующим образом.
При излучении в области низких частот от fmin до fi (фиг.З график I) штуцера 13 и 14 (фиг. 1) камер высокого давления 6 и 7 перекрыты и рабочая среда (газ) подается только через щтуцер 12 в камеру 5. При вращении ротора 8 в момент совпадений его отверстий 18 с соплами 15 статора 2 и отверстиями 19 стакана 11 газ из камеры высокого давления 5 направляется в виде высокоскоростных потоков радиально внутрь полости стакана 11, где они сталкиваются в зоне оси симметрии стакана 11 и тормозятся до полной остановки.
В результате торможения модулированных высокоскоростных потоков газа в полости стакана 11 повыщается статическое давление, цилиндрический фронт которого начинает распространяться от оси стакана 11 к его
периферии и направляется в рупор 10.
Время установления повышенного давления в полости стакана 11, которое начинается с момента открытий сопел 15 статора 2, определяется ее
радиальными размерами и при оптимальном режиме в диапазоне скоростей вращения ротора от C02mm до С02тах (фиг. 3) должно заканчивается к
моменту закрытия сопел 15 статора 2. Фронт давления в этом случае будет практически плоским и однородным в любом сечении, перпендикулярном хюи стакана 11 и рупора 10.
. В период, когда сопла 18 ротора 8 смещены относительно сопел 15 статора 2 и отверстий 19 стакана 11, прекращается формирование высокоскоростных потоков газа и подача их внутрь полости стакана 11 и давление в ней через рупор 10 выравнивается с давлением в озвучиваемой среде.
Таким образом, при излучении в области низких частот от fmm до fi (фиг.З график I) в оптимальном режиме в диапазоне скоростей вращения ротора от a)2mm до С02тах устройство ДЛЯ излучения акустических колебаний будет обладать высокой акустической мощностью
При излучении в области средних частот от fi до f2 (фиг.З график II) открывается клапан штуцера 13 камеры 6 и рабочая среда (газ) подается одновременно как в камеру 5, так и в камеру 6 через штуцера 12 и 13 этих камер.
t
ми 15 и 16 статора 2 и отверстиями 19и 20 стакана 11 газ из камер высокого давления 5 и 6 направляется в виде высокоскоростных потоков радиально внутрь полости стакана 11, где сталкиваются в зоне оси симметрии стакана
и тормозятся до полной остановки. Поскольку число сопел в статоре 2, через которые подается рабочая среда, увеличилось вдвое и они смещены
друг относительно друга на угол coi, то частота излучения так же повышается вдвое при той же скорости вращения ротора 8. Но при этом сохраняются условия оптимального формирования областей повышенного давления, так как они формируется на двух разных уровнях с равными радиальными размерами и, следовательно, установление повышенного давления в полости стакана 11 заканчивается к моменту закрытия сопел статора 2 и фронт давления будет практически плоским и однородным на каждом уровне и в любом сечении, перпендикулярном оси стакана 11 и рупора 10.
В период, когда отверстия 18 ротора 8 смещены относительно сопел 15 и 16 статора 2 и 19 и 20 стакана 11, прекращается формирование высокоскоростных потоков и подача их внутрь полости стакана 11 и давление в ней через рупор 10 выравнивается с давлением в озвучиваемой среде.
Таким образом, при излучении в области средних частот от fi до f2 (фиг.З график II) в оптимальном режиме в диапазоне скоростей вращения ротора от (02min ДО С02пшх устройство ДЛЯ излучения акустических колебаний будет обладать высокой акустической мощностью, как и в случае излучения в области низких частот. При излучении в области высоких частот от f2 до ГщахСфипЗ фафик III) открывается клапан штуцера 14 камеры 7 и рабочая среда (газ) подается во все камеры 5,6, 7 соответственно через штуцера 12, 13, 14 этих камер. При врашении ротора 8 в момент совпадений его отверстий 18 с соплами 15,16 и 17 статора 2 и отверстиями 19,20 и 21 стакана 11 газ из камеры высокого давления 5, 6 и 7 направляется в виде высокоскоростных потоков радиально внутрь полости стакана 11, где сталкиваются в зоне оси симметрии стакана и тормозятся до полной остановки. Поскольку число сопел в статоре 2, через которые подается рабочая среда, опять увеличилось вдвое, они расположены на двух уровнях и на каждом уровне смещены друг относительно друга на угол соь то частота излучения так же повышается вдвое при той же скорости вращения ротора. По при этом сохраняются условия оптимального формирования зоны повьш1енного давления, так как она формируется на двух уровнях с равными радиальными размерами, а число сопел на каждом уровне равно их числу на первом и, соответственно, на втором уровнях и, следовательно, установление повышенного давления в полости стакана 11 заканчивается к моменту закрытия сопел статора 2 в оптимальном режиме в диапазоне скоростей вращения ротора от о)2тш ДО а)2тах и фронт давления будет практически плоским и однородным на каждом уровне и в любом сечении, перпендикулярном оси стакана 11 и рупора 10. в период, когда отверстия 18 ротора 8 смещены относительно согтел 15,
16 и 17 статора 2 и отверстий 19,20 и 21 стакана 11, прекращается формирование высокоскоростных потоков и подача их внутрь полости стакана 11 и давление в ней через рупор 10 выравнивается с давлением в озвучиваемой среде.
Таким образом при излучении в области высоких частот от f2 до fmax (фиг.З график III) в оптимальном режиме в диапазоне скоростей вращения ротора от a)2mm до С02тах устройство ДЛЯ излучения акустических колебаний будет обладать высокой акустической мощностью, как и в случаях излучения в области низких и средних частот.
Установка ротора 8 с зазором между статором 2 и стаканом 11 позволяет исключить турбулизацию газа при его вращении и не нарущить условий формирования высокоскоростных потоков, а также уменьщить переток газа из камеры 5, 6, 7 в полость стакана 11 и тем самым снизить непроизводительные потери рабочей среды.
Все это позволяет рещить техническую задачу, заключающуюся в расщирении диапазона излучаемых частот при сохранении высокой акустической мощности.