ГИДРАВЛИЧЕСКАЯ ИЗЛУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА Российский патент 1996 года по МПК G01V1/133 G01V1/04 

Изобретение относится к области технической гидроакустики и, в частности, к преобразователям низких и инфразвуковых частот, может найти применение в устройствах по исследованию океана, в устройствах по обнаружению подводных целей, в морской сейсморазведке и в технологических процессах при обработке различных сред инфразвуковыми волнами.

Известна теоретическая работа [1] в которой показывается целесообразность компенсации реактивной составляющей в общем импедансе излучения. Известно устройство, в котором показана возможность компенсации реактивной силы, содержащее корпус, в котором смонтирован коленчатый вал с шатунами и поршнями-излучателями, причем колена коленчатого вала смещены под углом 90^o друг к другу.

Недостатком этого устройства является то, что инерционность шатунно-кривошипных масс не позволяет быстро и эффективно переходить с одной генерируемой частоты на другую, и затрачивается энергия на вращение масс шатунов.

Известно устройство, содержащее корпус, в котором соосно размещены две подвижные системы, состоящие из поршней-излучателей, установленных на штоках, средства осевого перемещения поршней излучателей и подпоршневые газовые объемы [2]
Недостатком этого устройства является низкий коэффициент полезного действия при генерировании частот, источниками малых волновых размеров.

Задачей настоящего изобретения является низкий коэффициента полезного действия при генерировании частот источником малых волновых размеров, за счет компенсации реактивной составляющей импеданса излучения и передачи части энергии от одного поршня-излучателя другому.

Решение данной задачи обеспечивается тем, что устройство, содержащее корпус, в котором соосно размещены две подвижные системы, состоящие из поршней-излучателей, установленных на штоках, средства осевого перемещения поршней-излучателей и подпоршневые газовые объемы, снабжено транзитным каналом с рабочей жидкостью, плунжерными парами, электрогидроусилителями, каналами, соединяющие подпоршневые газовые объемы между собой и жестко-упругую связь, при этом транзитный канал с рабочей жидкостью и плунжерные пары размещены между подвижными системами и вместе с рабочей жидкостью и подпоршневыми газовыми объемами образуют, между подвижными системами, жестко-упругую связь, при этом вход транзитного канала соединен с электрогидроусилителем нагнетания рабочей жидкости, а его выход соединен с электрогидроусилителем стравливания рабочей жидкости в емкость.

На фиг.1. показано схематичное изображение общего вида излучающей системы; на фиг. 2. гидравлическая схема излучающей системы; на фиг.3. - схема работы излучающей системы с компенсацией реактивной составляющей R_s.

Гидравлическая излучающая система фиг.1 состоит из корпуса 1, в котором соосно размещены две подвижные системы, состоящие из поршней-излучателей 2 и 3 со штоками 4 и 5. Штоки 4 и 5 проходят через гидросиловые коробки 6 и 7, которые содержат транзитные каналы 8 и 9 и плунжерные пары 10 и 11.

Между штоками 4 и 5 размещен транзитный канал 12 и входящие в него торцы плунжерных пар 13 и 14, расположенных по оси штоков 4 и 5 и по оси поршней-излучателей 2 и 3.

На входе транзитных каналов 8, 9 и 12 (фиг.2) смонтированы электрогидроусилители ЭГУ-1, ЭГУ-2 и ЭГУ-3 нагнетания рабочей жидкости из бака 15, а на выходе размещены ЭГУ-1-1, ЭГУ-2-1 и ЭГУ-3-1 слива рабочей жидкости из транзитных каналов 8, 9 и 12 в бак 16.

Подпоршневые газовые объемы 17 и 18 соединяются между собой каналами 19, фиг. 1. Конструктивно излучающая система выполнена так, что между подвижными системами осуществлена жестко-упругая связь, для обмена реактивной энергией.

Жесткая связь обусловлена через рабочую жидкость, заключенную в транзитном канале 12 между плунжерами 13 и 14 и упругая связь, за счет сжатого газа в подпоршневых объемах соединенных каналами 19.

Гидравлическая излучающая система работает следующим образом. Без компенсации реактивной силы (фиг. 2) клапан сливного ЭГУ-3-1 закрыт, а клапаны сливных ЭГУ-1-1 и ЭГУ-2-1 открыты. Клапаны нагнетающих ЭГУ-1 и ЭГУ-2 закрыты. Открытием клапана ЭГУ-3 нагнетается рабочая жидкость в транзитный канал 12 и воздействует на торцы плунжеров 13 и 14.

Плунжеры 13 и 14 перемещаясь, воздействуют на торцы штоков 4 и 5 и через них на поршни 2 и 3, удаляя их друг от друга. При достижении поршнями 2 и 3 своего наибольшего отклонения, нагнетающий клапан ЭГУ-3 и сливные клапаны ЭГУ-1-1 и ЭГУ-2-1 закрываемом, а клапаны ЭГУ-1 и ЭГУ-2 открываем для нагнетания рабочей жидкости в транзитные каналы 8 и 9. При этом рабочая жидкость воздействует на торцы плунжеров 10 и 11, а плунжеры в свою очередь воздействуют на поршни 2 и 3 и перемещают их вовнутрь излучателя, сближая их.

При достижении поршнями 2 и 3 наибольшего сближения, клапаны ЭГУ-1, ЭГУ-2 и ЭГУ-1 закрываем, а ЭГУ-1-1 и ЭГУ-2-1 открываем для слива рабочей жидкости из транзитных каналов 8 и 9 в бак 16.

Открытием клапана ЭГУ-3 подаем масло из бака 15 в транзитный канал 12. Масло воздействует на торцы плунжеров 13 и 14, которые снова удаляют поршни 2 и 3 друг от друга. Так процесс повторяется.

Работа гидравлической излучающей системы с компенсацией реактивной составляющей R_s изображена на фиг.3.

В исходном положении подвижные системы расположены так, что поршни 2 и 3 расположены на линиях А и В соответственно.

Нагнетающие клапаны электрогидроусилителей ЭГУ-1, ЭГУ-2 и ЭГУ-3 закрыты, сливные клапаны ЭГУ-1-1, ЭГУ-2-1 и ЭГУ-3-1 открыты.

Нанесем условно на фиг.3 линию Б, на которой будем отображать временные интервалы работы ЭГУ-3 и ЭГУ-3-1 и изменение объема "к" рабочей жидкости между плунжерами 13 и 14, фиг.2.

Перед началом работы сливной клапан ЭГУ-1-1 закрываем, а нагнетающий клапан ЭГУ-1 открываем. При этом рабочая жидкость из бака 15 под высоким давлением по транзитному каналу 9 воздействует силой F₁ на плунжер 11 и в интервале времени 0-90^o перемещает поршень 2 вправо. Имеющаяся избыточная жидкость между плунжерами 13 и 14 через сливной "с" клапан ЭГУ-3-1 сливается из транзитного канала 12 в бак 16.

На отметке времени 90^o закрываем сливные клапаны ЭГУ-2-1 и ЭГУ-3-1 и нагнетающий клапан ЭГУ-1 и открываем нагнетающий клапан ЭГУ-2 и сливной клапан ЭГУ-1-1. Тогда в интервале времени 90-180^o рабочая жидкость из бака 15 по транзитному каналу 8 воздействует F₂ на плунжер 10 и перемещает поршень 3 влево. При этом объем жидкости между плунжерами 13 и 14 сохраняется постоянным "к".

При нагнетании "Н" рабочей жидкости, сила давления F₂ от плунжера 10 через поршень 3, плунжер 14 и сжатую рабочую жидкость "к" между плунжерами 13 и 14, передается на поршень 2 и перемещает его также влево.

В этом же интервале времени 90-180^o cовместно с силой F₂ давления жидкости "Н" от ЭГУ-2 на поршень 3 воздействует и реактивная сила R_s реакции среди того же знака, помогая поршням 2 и 3 синхронно перемещаться также влево. Поршень 2 на отметке времени 180^o переходит свое нулевое положение, а поршень 3 имеет максимальную амплитуду разряжения окружающей среды.

На отметке времени 180^o нагнетающий ЭГУ-2 закрываем, а сливной ЭГУ-1-1 и нагнетающий клапан ЭГУ-3 открываем.

Тогда в интервале времени 180-270^o рабочая жидкость из бака 15 по транзитному каналу 12 с силой F₃ воздействует на плунжеры 13 и 14, увеличивая между ними свой объем, перемещает поршень 2 влево, а поршень 3 вправо, до отметки времени 270^o. В этом интервале происходит слив масла из транзитных каналов 8 и 9 через ЭГУ-1-1 и ЭГУ-2-1 в бак 16.

На отметке времени 270^o клапаны сливного ЭГУ-1-1 и нагнетающего ЭГУ-3 закрываем и открываем нагнетающий клапан ЭГУ-1.

В интервале времени 270-360^o поршни 2 и 3 находятся в наибольшем удалении друг от друга и синхронно перемещаются вправо от воздействия на плунжер 11 силы F₁ и реактивной силы R_s окружающей среды на поршень 2. При этом сохраняется жесткая связь с максимальным объемом рабочей жидкости "к" между плунжерами 13 и 14, и упругая связь через сжатый газ в подпоршневых объемах через канал 19. Поршень 2 на отметке 360^o переходит через свое нулевое положение, а поршень 3 достигается по амплитуде своего наибольшего отклонения вправо. В этом интервале 270-360^o синхронность работы поршней 2 и 3 достигается за счет силы F₁ от рабочей жидкости, воздействующий на плунжер 11, и реактивной силы R_s, воздействующий на поршень 2. Эти силы передаются от поршня 2 через плунжер 13, через запрессованную рабочую жидкость постоянного объема "к" между плунжерами 13 и 14, через плунжер 14 на поршень 3.

На отметке 360^o, т.е. 0^o, снова открываем сливной клапан ЭГУ-3-1 и нагнетающий клапан ЭГУ-2. Тогда в интервале времени 360-90^o поршни 2 и 3 начнут сближаться, уменьшая объем рабочей жидкости "к" в транзитном канале 12 и создания между плунжерами 13 и 14 жесткой связи для передачи реактивной энергии от поршня 3 к поршню 2 и уменьшение, сжатие, подпоршневых объемов газа и создания упругой связи, также для передачи части реактивной энергии от поршня 3 к поршню 2 через каналы 19.

Избыточный объем жидкости через сливной клапан "с" ЭГУ-3-1 сливается в бак 16. В этом интервале 360-90^o действуют силы F₁ и F₂ рабочей жидкости на плунжеры 10 и 11 и реактивные силы R_s окружающей среды на поршни 2 и 3.

На отметке 90^o cливной клапан ЭГУ-3-1 закрываем и открываем сливной клапан ЭГУ-1-1. При этом в интервале времени 90-180^o поршни 2 и 3 синхронно перемещаются влево при постоянном объеме "к" сжатой рабочей жидкости между плунжерами 13 и 14. Перемещение поршней 2 и 3 осуществляется за счет действия силы F₂ рабочей жидкости "Н" на плунжер 10 и реактивной силы R_s на поршень 3 окружающей среды.

Силы F₂ и R_s передаются на поршень 2 через сжатую рабочую жидкость "к" между плунжерами 13 и 14.

В этом интервале времени 90-180^o поршень 2 на отметке 180^o проходит свое нулевое положение, а поршень 3 достигает по амплитуде своего наибольшего отклонения влево со смещением по фазе на π/2..

На отметке 180^o открываем нагнетающий клапан ЭГУ-3 и сливной клапан ЭГУ-2-1. При этом рабочая жидкость под высоким давлением из бака 15 увеличивает свой объем "к" между плунжерами 13 и 14, воздействует на них, а через них на поршни 2 и 3, удаляя их друг от друга.

В интервале 180-270^o происходит расширение ранее сжатого газа, выравнивание давлений через канал 19 в подпоршневых объемах и его воздействие на тыльные части поршней 2 и 3.

Передача реактивной силы R_s от одного поршня излучателя к другому происходит еще и через каналы 19. И эта связь тем больше, чем выше давление газа в подпоршневых объемах, чем больше глубина погружения излучателя.

Затем, поршень 2 влево, а поршень 3 вправо со смещением по фазе π/2 и т. д. процесс работы повторяется.

Как следует из описания работы устройства по вышеприведенному алгоритму и схемам фиг.2 и 3, осуществляется генерирование акустических волн за счет перемещения поршней 2 и 3 со сдвигом по фазе π/2 и полезное использование в каждом полупериоде реактивной силы R_s от одного поршня для перемещения другого через жестко-упругую связь, которая состоит из плунжеров 13 и 14 и рабочей жидкости "к" между ними и сжатого газа подпоршневых объемов соединенных каналами 19.

Использование реактивной силы R_s позволяет повысить коэффициент полезного действия устройства [1] при генерировании низких частот излучающей системой малых волновых размеров.

Использование: в технической гидроакустике при обнаружении подводных целей, а также при конструировании преобразователей низких и инфразвуковых частот. Сущность изобретения: гидравлическая излучающая система содержит поршни-излучатели 2,4, установленные на штоках с возможностью осевого перемещения. Между поршнями размещены транзитный канал 13 с рабочей жидкостью и плунжерные пары 10,11. Канал 19 соединяет между собой подпоршневые объемы 17,18. 3 ил.

Гидравлическая излучающая система, содержащая корпус, в котором соосно размещены две подвижные системы, состоящие из поршней-излучателей, установленных на штоках, средства осевого перемещения поршней-излучателей и подпоршневые газовые объемы, отличающаяся тем, что между подвижными системами введена жестко-упругая связь, состоящая из транзитного канала с рабочей жидкостью, плунжерных пар, электрогидроусилителей и каналов, при этом транзитный канал и плунжерные пары размещены между подвижными системами и вместе с рабочей жидкостью образуют жесткую связь между подвижными системами, а каналы, соединяющие подпоршневые объемы между собой, вместе с газом образуют упругую связь, причем вход транзитного канала соединен с электрогидроусилителем нагнетания рабочей жидкости, а его выход соединен с электрогидроусилителем стравливания рабочей жидкости в емкость.