Низкочастотный поршневой излучатель предназначен для работы в газовых средах и может быть использован как для сигнализации, так и для акустической интенсификации тепломассообменных процессов, протекающих в газовой среде или на границе с жидкостью и твердым телом, например при сушке или для коагуляции аэрозолей. Сущность изобретения заключается в том, что поршень не касается стенок трубы и направляется в ней с помощью подшипников качения, так что трение скольжения заменено на трение качения. А для того чтобы через зазор между стенками трубы и поршнем не происходило перетекание газа, выравнивающее давление по обе стороны поршня, и не происходило акустическое короткое замыкание, препятствующее излучению, величина зазора не должна превышать длину вязкой волны на частоте колебаний поршня. В этом случае вязкость газа в зазоре и его инерция обеспечивают необходимую герметизацию зазора. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к акустическим излучателям, предназначенным для работы в газовых средах, например при подаче звуковых сигналов, а также для интенсификации тепломассообменных процессов, протекающих в газах или на границе газ - жидкость и газ - твердое тело, и может быть использовано в электротифонах, в пищевой промышленности и фармацевтике для интенсификации процессов сушки, в химической и металлургической промышленности для очистки выбросов запыленных газов и т.д. Известны излучатели, в которых акустические колебания создаются при возвратно-поступательном перемещении поршня, приводимого в движение приводом, например кривошипно-шатунным механизмом: электротифон, по авт.св. 357587, кл. G 10 K, 7/04, инфразвуковой генератор по авт.св. 1703099, кл. B 06 B, 1/10, низкочастотный акустический генератор с системой обратной связи по международной заявке 88/07894, кл. B 06 B, 1/20. Известны также широко используемые на судах электротифоны, как отечественные ТЭ-1 и ТЭ-2, так и зарубежные: шведские МА 18/130, МА 18/90, МА 18/75 (Каталог фирмы Kockums, 1985) и японские МН 700, МН 550 (Судостроение за рубежом 1985, N 5 /221/, с. 107-111). Наиболее близким техническим решением к заявленному является генератор звука низкой частоты по патенту США 5109948, кл. G 10 K, 5/00, UScl.181-142. Он же заявлен в качестве международной заявки WO 090/00095, кл. B 06 B, 1/20. Этот генератор содержит привод в виде электромотора и шток с поршнем, перемещающимся в трубе. Все технические решения имеют общий недостаток - очень низкую эффективность, так как большая часть энергии привода при перемещении поршня тратится на преодоление сил трения, возникающих при движении уплотнительных колец на поршне по стенкам трубы в одних подобных конструкциях (судовые тифоны) или подобных же сил в отсутствии уплотнительных колец, но при выполнении поршня плотно прилегающим своей образующей к стенкам трубы - в других технических решениях. Задачей изобретения является увеличение КПД излучателя. Поставленная задача достигается тем, что в низкочастотном поршневом излучателе, содержащем привод, а также поршень, расположенный в трубе, последний установлен с зазором h величиной h = (/f) 0,5 где - длина вязкой волны на частоте излучения; f - частота излучения, равная частоте колебаний поршня; - коэффициент кинематической вязкости газа (воздуха), находящегося в зазоре между поршнем и трубой. При этом направлении движения поршня в трубе обеспечивается подшипниками качения, располагаемыми либо в теле поршня, либо в стенках трубы. Следует отметить, что т.к. для выбранной газовой среды является величиной постоянной, а f равна заданной частоте колебаний, то и длина вязкой волны тоже величина постоянная. На низких звуковых частотах она составляет доли мм. В изобретении в качестве подшипников качения могут быть применены подшипники цилиндрического типа, при этом оси цилиндрических подшипников располагаются в плоскости, перпендикулярной оси симметрии трубы. На чертеже 1 изображена конструкция изобретения, где 1 - поршень; 2 - труба; 3 - зазор между поршнем и трубой; 4 - подшипники качения; 5 - шатунно-кривошипный механизм привода; 6 - электродвигатель привода. Поршень 1 расположен в трубе 2 с зазором 3 на подшипниках качения 4, поршень связан с помощью шатунно-кривошипного механизма 5 с электродвигателем 6. При этом на фиг. 1 приведен пример реализации привода в виде электродвигателя и шатунно-кривошипного механизма. Устройство работает следующим образом. Электродвигатель 6 с помощью шатунно-кривошипного механизма 5 обеспечивает возвратно-поступательное движение поршня 1 с заданной амплитудой и частотой. Направление движения поршня 1 в трубе 2 и поддержание постоянным зазора 3 обеспечивается подшипниками качения 4, расположенными либо на внутренней поверхности трубы 2, либо на внешней поверхности поршня 1. Движение поршня 1 создает в трубе 2 акустические колебания заданной частоты, излучаемые в пространство. В результате использования в излучателе зазора 3, не превышающего длину вязкой волны на частоте излучения инерции газа, находящегося в зазоре 3, и его вязкость и инерция оказываются достаточными, чтобы обеспечить требуемую герметизацию зазора при движении поршня 1 и устранить перетекание газа через зазор 3, а следовательно, и возможность возникновения акустического короткого замыкания, сводящегося к выравниванию давлений по обе стороны торцев поршня 1. Применение в предлагаемой конструкции подшипников качения способствует резкому снижению потребляемой мощности, и хотя трение и здесь имеет место, но оно существенно снижено, т.к. коэффициенты кинематической вязкости газов, определяющих силы трения в пристенном слое, и смазочных масел, используемых в излучателях с уплотнительными кольцами, отличаются на два порядка. Проверка работы предлагаемого излучателя проведена с использованием цилиндрического поршня диаметром 95 мм, колеблющегося с частотой 25 Гц. Измерения звукового давления проводились в камере малого объема. При работе поршня с уплотнительными кольцами для работы излучателя применялся электродвигатель мощностью 1100 Вт (расчетная потребляемая мощность 1 кВт). Полученное в камере давление равнялось 120 дБ. Тот же излучатель с поршнем без колец и с линейными подшипниками качения при зазоре h = 0,3 мм развивал звуковое давление 119 дБ, но работал он с двигателем 120 Вт (расчетное значение потребляемой мощности в этом случае 50 Вт). Таким образом, при практически неизменном уровне звукового давления (разница 1 дБ) затраты электроэнергии могут быть снижены на порядок.
Формула изобретения
1. Низкочастотный поршневой излучатель, содержащий привод и поршень, расположенный в трубе, отличающийся тем, что поршень установлен в трубе с зазором, причем величина зазора h выбирается из соотношения 
где - длина вязкой волны на частоте излучения; f - частота излучения, равная частоте колебаний поршня;
- коэффициент кинематической вязкости газа, находящегося в зазоре между трубой и поршнем,
при этом направление движения поршня в трубе обеспечивается подшипниками качения. 2. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что подшипники качения установлены на внутренней поверхности трубы. 3. Излучатель по п. 1, отличающийся тем, что подшипники качения установлены на внешней поверхности поршня. 4. Излучатель по п.1, отличающийся тем, что подшипники качения выполнены цилиндрическими, а их оси расположены в плоскости, перпендикулярной оси симметрии трубы.
Похожие патенты:
Изобретение относится к физической акустике и может использоваться для определения частотной зависимости коэффициента звукопрохождения упругих пластин - звукоизолирующих перегородок и кожухов прямоугольной формы при воздействии на них стационарных полигармонических или гармонических звуковых полей
Автор публикуемой статьи предлагает оригинальный вариант конструкции НЧ излучателя с симметричной магнитной системой, выполненного из двух головок НЧ. Достоинства такой конструкции состоят в том, что большие амплитуды колебаний звуковой катушки не изменяют ее индуктивности, а нелинейные искажения четных порядков при этом минимальны.
Для громкоговорителя низших частот с симметричной магнитной системой. Он изготовлен из двух электродинамических головок 75ГДН-1-4, доработанных по следующей методике.
Сначала у обеих головок полностью удаляют приклеенный к диффузору сферический колпачок. Под ним обнаружатся два отверстия, заклеенных сеточкой Сеточки и следы клея следует удалить, а сами отверстия заклеить с двух сторон писчей бумагой, используя клей ПВА. Затем головки нужно временно стянуть винтами через крепежные отверстия в диффузородержателе и отметить маркером их взаимное расположение. Вблизи винтов в стянутых диффузородержателях сверлят дополнительные отверстия диаметром 2,5 мм. Далее, после разборки, в этих отверстиях одной из головок нарезают резьбу МЗ, а в другой их рассверливают до диаметра 3,2 мм для винтов (через “штатные” отверстия головки крепят в корпусе громкоговорителя). После этого у одной из головок удаляют более жесткий верхний резиновый подвес – гофр.
Для сборки симметричной магнитной системы нужно заранее выточить некоторые дополнительные детали. Из низкоуглеродистой стали изготавливают дополнительную вставку керна 1 (рис. 2), а из латуни, алюминиевого или медного сплава – направляющее кольцо 2 (рис. 3). Отрезок трубки 3 (рис. 4) легко сделать из штампованного цельнотянутого аэрозольного баллона соответствующего диаметра.
Кроме того, нужно изготовить центральную вставку – демпфер 4 для излучателя. Для этого из двух листов ватмана или тонкого картона вырезают две развертки (рис. 5) и склеивают их в два усеченных конуса по заштрихованным поверхностям. Оба конуса склеивают вместе по большим основаниям используя надрезы по периметру и приклеивают их к трубке вставки. В нескольких местах конусы прокалывают острым шилом, а в одном из них, ближе к малому основанию, маникюрными ножницами вырезают отверстие диаметром 10. 12 мм В это отверстие вставляют инжектор баллона с пеногерметиком, обычно применяемым для заделки щелей в рамах и дверных коробках, и весь внутренний объем заполняют пеной (рис. 6), следя за тем, чтобы не образовалось пустот и раковин. После полимеризации бумагу удаляют, а поверхность вставки обрабатывают острым ножом и крупным наждаком для придания необходимой кривизны, соответствующей образующей диффузора (см. рис. 1).
После этого стальную керновую вставку 1 приклеивают по большему основанию эпоксидным клеем с наполнителем из феррита (он применяется для склеивания ленточных трансформаторов) к керну нижней по рис. 1 головки, а к керну верхней направляющее кольцо 2 При этом необходимо соблюсти соосность склеиваемых деталей. Клей должен полностью затвердеть Выступающие из-под приклеенных деталей остатки клея удаляют.
Следует убедиться, что при колебаниях диффузора с максимальной амплитудой он не упирается в тело вставки, но зазор при этом не должен превышать 2…3 мм. Затем, намазав узкий торец керна 1 клеем, производят финишную сборку. Ввиду того, что в данном типе ЭДГ верхний край собственного керна возвышается над зазором на 7 мм, чрезмерных смещающих усилий, вызываемых полем зазора, не возникает, тем более, что процессу сборки помогает заранее наклеенное на противоположный керн направляющее кольцо.
Сразу же после нанесения клея (его должно быть минимально необходимое количество) вновь стягивают винтами обе головки через дополнительные крепежные отверстия по меткам совмещения. Затяжку винтов производят постепенно и попарно перекрестно, не допуская перекоса. Зазор между фланцами диффузородержателей является для магнитной системы замыкающим и должен быть шириной 0,5…2,5 мм.
При затяжке этот зазор выдерживают одинаковым для всех винтов, от этого зависят соблюдение плоскостности приклейки вставки-керна и качество магнитопровода. Следует убедиться, что стыковка прошла успешно, и не произошло смещения, приводящего к затиранию катушек при полной амплитуде смещения диффузора. В противном случае стяжку придется немедленно разобрать (до начала полимеризации клея), устранить помеху и повторить сборку заново.
После этого край диффузора с удаленным гофром приклеивают к гофру другой головки так, чтобы не произошел перекос, приводящий к нарушению центровки подвижной системы. При этой процедуре может возникнуть необходимость в принудительном смещении диффузоров навстречу друг другу до 4…5 мм (т. е. на 2…2,5 мм для каждого). Не стоит опасаться некоторого смещения катушек в зазоре, так как образующаяся после переделки квазидифференциальная конструкция мало чувствительна к нему. Направляющее кольцо и отрезок алюминиевой трубы на дополнительном керне играют роль короткозамкнутых витков и дополнительно демпфируют электромеханическую систему.
Заключительным этапом является снижение жесткости центрирующих шайб, для чего в них вырезают секторы так, чтобы в результате образовался симметричный “паучок” и было удалено около 40 % площади этих шайб. Это не приводит к ослаблению центрирующей функции подвеса, так как увеличившаяся база вывешивания объединенного диффузора компенсирует увеличение радиальной гибкости подвеса.
Во избежание засорения зазоров в окна диффузородержателя внешней ЭДГ необходимо сразу вклеить панели акустического сопротивления (ПАС) из искусственного войлока, а внутреннюю головку обернуть марлей в 2 – 3 слоя. Для придания законченного внешнего вида войлок красят черным анилиновым красителем. На этом доработка ЭДГ заканчивается.
Если у радиолюбителя возникнет желание применить ЭМОС с пьезодатчиком, то его можно установить позднее на внешней стороне диффузора внутренней ЭДГ, это защитит его от воздействия шума.
В результате переделки получен симметричный электродинамический излучатель, который практически не изменяет своей индуктивности даже при большом смещении звуковых катушек. Конструктивным путем у него подавлены четные гармоники, снижена резонансная частота. Отдача громкоговорителя значительно повысилась за счет частичного объединения магнитных систем. Возрос и КПД. Добротность головки, напротив, снижена и соответственно увеличено затухание в результате исключения подвижного объема воздуха из “междиффузорной” области и замены его неподвижным поглотителем в виде вставки из звукопоглощающего материала.
Полученный после переделки головок квазидифференциальный излучатель обеспечивает хорошее качество звуковоспроизведения низших частот с обычным УМЗЧ, однако наиболее полно его преимущества слышны при эксплуатации совместно с УМЗЧ, имеющим высокое выходное сопротивление.
Низкочастотный громкоговоритель с таким двухкатушечным излучателем надо подключать к отдельному УМЗЧ для низших частот. Его звуковые катушки соединяют синфазно параллельно и подключают к усилителю без фильтра.
Звучание описываемого сабвуфера можно охарактеризовать как мягкое и мощное, с глубокими “теплыми” басами, широким диапазоном.
У меня под окном во дворе детская площадка. Днём детишки возятся в песочнице, а по вечерам площадку оккупировали алконавты-малолетки. До поздней ночи пьянствуют, орут, матерятся - людям спать мешают. Надоело, решил разогнать.
Дома на антресолях валялись две старых самопальных колонки. Вынул из одной низкочастотный динамик, нашёл в старых загашниках схемку, которой настраивал фазоинверторы в колонках, за день собрал в корпусе из пластикового ведёрка простейший инфразвуковой излучатель, настроенный на «частоту страха».
Вечерком вывесил конструкцию за окно и включил питание. Через пять минут алкашню как корова языком слизала.
Теперь как поднимается шум - включаю на пару минут пугач. Во дворе – тишь, гладь и Божья благодать. И поскольку вся конструкция – рупор, то она «дует» только во двор, а не в дом. У меня даже собака не воет.
Принцип действия. Схема представляет собой автоколебательный генератор, работающий на частоте собственного резонанса подвесной системы громкоговорителя. Поскольку резонансная частота НЧ динамика составляет 40-100 Гц, то чтобы её снизить, необходимо просто утяжелить систему подвески. Для этого в центре диффузора надо вклеить спиральку из припоя весом примерно в 20 - 40 граммов, тогда резонансная частота снижается до 6-15 Гц. Всё зависит от марки динамика, параметры посмотрите в инете.
Конструкция. Принципиальная схема – простейший автоколебательный генератор, который запускается от катушки динамика, я собрал её ещё в пятом классе, когда мастерил колонки. Реле РЭС 9 на 5V, замедленное на срабатывание конденсатором С1. Вообще-то это реле нужно, чтобы «толкнуть» динамик и отключиться, дальше схема работает на резонансе катушки динамика. Транзисторы – любые низкочастотные средней мощности, обязательно на радиаторах (я взял два донышка от алюминиевых баночек из-под Колы). Питание – бэпэшник на 9V от убитого модема. Резисторы R1,R4 – регулятор громкости - схема работает на маятниковом резонансе, и хотя электрика потребляет порядка двух ватт, на выходе - минимум двадцать, и динамик без них идёт вразнос. Динамик – в принципе любой НЧ, у меня - древний 10 ГД-34 на 10 Вт, с катушкой на 4 Ома, резонансная частота подвеска 80Гц. Ставить обязательно в корпусе для исключения акустического «короткого замыкания». Корпус – детское пластиковое ведёрко. У динамика электролобзиком спилил уши, воткнул в ведро и по периметру проклеил «Моментом».
Настройка – ОСТОРОЖНО ИНФРАЗВУК!!! Вначале надо собрать систему на столе и проверить электрику, поначалу без утяжелителя, при включении питания динамик должен загудеть на частоте резонанса. У меня заработал с полупинка. Если не выйдет – поиграйтесь с ёмкостью конденсатора. Затем соберите прибор в ведро, пролепите «Моментом» щели между динамиком и ведром, а спираль утяжелителя промажьте «Моментом» и на «Момент» же приклейте к диффузору динамика. Поскольку я не смог найти нормальный частотомер, то «частоту страха» 13 Гц настроил осциллографом и генератором НЧ по фигуре Лиссажу. Для этого на один вход осциллографа подал 26 Гц с генератора, а другой – провода от динамика, Потом, чтобы не попасть под инфразвук, накрыл ведро, включил на пять секунд питание и посмотрел что вышло. Потом выключил питание и начал по чуть-чуть проводить обрезание спиральки утяжелителя, пока не получил двойной Лиссажу. Вот и всё. Фотку не выкладываю – ведро и есть ведро.
ЗЫ.: Кстати, у меня осталась ещё одна колонка. В эти выходные попробую уменьшить размеры до минимума, собрать систему в мини-корпус с фазоинвертором, засунуть под капот и испытаю на первом же гаишнике. Как получится – выложу.................
Сайт Пан-Ас, сайт самоделок - на сайте есть все, что можно сделать своими руками: поделки, самоделки, украшения, детские поделки. Сделай их сам, своими руками и получи от этого настоящее удовольствие.
Похожие материалы:
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
Загрузка...
