Способ получения резонансных колебаний давления Советский патент 1992 года по МПК F15B21/12 

Изобретение относится к вибрационной технике и касается создания колебаний давления жидкости в измерительной и пуль- сационной аппаратуре.

Известен способ получения резонансных колебаний давления жидкости, основанный на взаимодействии механического и электрического сигналов системы электроосмотический микронасос-датчик, согласно которому сигнал с датчика усиливают и меняют по фазе до возникновения устойчивого автоколебательного процесса. Для измельчения частоты получаемых колебаний изменяют массу жидкости в полости между микронасосом и датчиком.

Недостатками известного способа являются сложность его аппаратурного оформления, низкая интенсивность получаемых колебаний давления жидкости и большая ,дельная энергоемкость.

Наиболее близким к предлагаемому является способ получения резонансных колебаний давления, заключающийся в том, что на гидромеханическую колебательную систему воздействуют генератором колебаний и, изменяя с помощью него массу жидкости в системе, настраивают ее на резонансный режим. Изменение массы производят по гармоническому закону и регулируют амплитуду и частоту изменения массы до возникновения устойчивых параметрических колебаний

Согласно данному способу гидромеханическая колебательная система образована герметичной полостью и объемом заполняющей ее жидкости, а изменение массы жидкости в системе производится за счет упругой деформации герметичной полости, сообщенной с другой жидкостной полостью, в которой с помощью генератора колебаний создается переменное (гидродинамическое) давление. При этом жидкость внутри полости, образованной цилиндром с гибкими мембранами на торцах, является инерционным элементом нелинейной колебательной системы а сама полость - упругим элементом.

(Л

С

х|

CJ

со

XI

ю

00

Однако эта система обладает низкой добротностью (чувствительностью), поскольку большая жесткость цилиндра обуславливает малую податливость упругого элемента при колебаниях системы, а наличие гибких мембран увеличивает его податливость, но значительно снижает восстанавливающую силу. Это обуславливает низкий коэффициент усиления при возбуждении резонансных колебаний системы и не позволяет (несмотря на большие энергозатраты) получать высокие значения амплитуды колебаний давления жидкости.

Кроме того, малая податливость жидкостной полости, ограничивая возможности изменения в ней массы жидкости, снижает возможности настройки колебательной системы на резонансный режим.

Цель изобретения - повышение амплитуды резонансных колебаний давления жидкости.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу получения резонансных колебаний давления в гидромеханической колебательной системе путем изменения параметров ее элементов в рабочую жидкость колебательной системы вводят газ с образованием газового объема, параметры которого выбирают по соотношению

корпуса 1, соединена с системой 11 наддува и дренажа газа. Зазор между решеткой 7 и днищем 3 корпуса значительно больше диаметра газонаполненного элемента 8..Снаружи на корпусе 1 закреплен патрубок 12, установленный на уровне размещения газонаполненного элемента 8. К патрубку 12 подсоединен разделитель, включающий дисковый корпус 13 с двумя центральными патрубками, разделенный на две герметичные полости мембраной 14.

Способ осуществляют следующим образом.

В исходном положении цилиндрический корпус 1 заполнен жидкостью на 80- 85% высоты (остальная часть его заполнена воздухом), при этом газонаполненный элемент 8, содержащий объем газа О удерживается в жидкости на заданном уровне с помощью решетки 7. При этом внутри корпуса 1 образуется нелинейная колебательная система, в которой жидкость является инерционным элементом, а находящийся в ней газовый объем - упругим элементом. Динамический контакт между этими элементами колебательной системы жидкость - газ осуществляется через эластичную пленку 9. Собственная частота колебаний такой колебательной системы, характеризующая область частот резонансных колебаний, связана с параметрами упругоинерционных свойств системы соотношением

Сущность изобретения: В рабочую жидкость гидромеханической колебательной системы вводится газ с образованием газового объема. Параметры газового объема выбираются по соотношению f VK S/Q, где f - частота колебаний, К - постоянная для данной системы; S - площадь поперечного сечения, Q - объем газа. Настройка системы на резонансные колебания производится изменением подачи газа в газонаполненный элемент. 1 ил.

где f - резонансная частота колебаний системы, Гц;

К - постоянная величина для данной колебательной системы;

S - площадь сечения газового объема, см2;

Q - объем газа в жидкости, см .

На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит вертикальный цилиндрический корпус 1 с герметичной крышкой 2 и днищем 3, частично заполненный жидкостью. К днищу 3 корпуса 1 подсоединен установленный концентрично ему цилиндр 4 меньшего диаметра с днищем 5, в котором расположен генератор 6 колебаний. В нижней части корпуса 1 размещена горизонтальная решетка 7. закрепленная на внутренней стенке корпуса, под которой расположен газонаполненный элемент 8, выполненный в виде герметичной полости из эластичной, упругой (например, резиновой) пленки 9. Внутренняя полость 1азона- полненного элемента 8 с помощью гибкой, например резиновой,трубки 10, закрепленной герметично в цилиндрической стенке

35

|п -р 5 Q h р

Гц,

0

5

0

5

где п - коэффициент адиабаты;

р - давление над свободной поверхностью жидкости, дин/см ;

S - площадь горизонтального сечения газонаполненного элемента, см ;

Q - объем газа в жидкости, см ,

h - высота столба жидкости над газовым объемом, см;

т

р- плотность жидкости, г/см .

Полученная колебательная система жидкость-газ со свободным размещением газового объема на заданном уровне в жидкости характеризуется очень высокой чувствительностью, что обусловлено высокими упругими свойствами заключенного в жидкости газа и большой удельной поверхностью его динамического контакта с жидкостью.

Поскольку параметры п, р, р для любой конкретной колебательной системы жидкость-газ являются постоянными, при неизменной величине h соотношение (1) может быть преобразовано;

f S

- - -Q

(2)

n p где К-F - постоянная величина для

данной колебательной системы жидкость- газ.

При включении генератора б колебаний возбуждаются пульсации давления в цилиндре 4, которые передаются жидкости в корпусе 1 и через эластичную пленку 9 - находящемуся в ней газовому объему. В жидкости возбуждается динамическое давление, величина которого зависит от амплитуды внешнего вибровоздеиствия (виброускорения) и от степени согласования частоты вибровоздействия с собственной частотой fc системы.

Настройкой частоты генератора на частоту fc получают резонансный режим колебаний системы жидкость-газ, характеризующийся усилением интенсивности колебаний и резким возрастанием (в 4-6 раз) величины амплитуды волн динамического давления в жидкости. При этом жидкость мгновенно турбулизируется, захватывает газ, находящийся в верхней части корпуса, и превращается в гомогенный гидрозоль, заполняющий всю полость корпуса. Наличие газа в объеме жидкости дополнительно повышает чувствительность колебательной системы жидкость-газ, что вызывает увеличение амплитуды волн динамического давления в жидкости, повышает интенсивность резонансных колебаний системы.

Получаемые внутри корпуса 1 пульсации давления газожидкостной среды через патрубок 12 передаются потребителю, который подключается к выходному патрубку разделителя 13. Изменение частоты передаваемых потребителю пульсаций давления производится путем изменения собственной частоты колебаний системы жидкость- газ, для чего с помощью системы 11 изменяют (увеличивают или уменьшают) количество газа внутри упругой оболочки 9 в

соответствии с зависимостью (2) и подстраивают частоту генератора колебаний.

Регулирование параметров резонансных пульсаций системы жидкость-газ (частоты, величины гидродинамического давления) может осуществляться также за счет изменения величины виброускорения при изменении амплитуды вибровоздействия.

Предлагаемый способ позволяет значительно повысить интенсивность возбуждаемых резонансных колебаний давления в гидромеханической колебательной системе. Это достигается за счет повышения чувствительности колебательной системы путем размещения в жидкости герметичного газового объема и использования упругих свойств газа при динамическом взаимодействии его с жидкостью в условиях вибровоздействия на систему. Повышение чувствительности (добротности) колебательной системы позволяет значительно увеличить амплитуду получаемых резонансных колебаний давления. При этом

также упрощается настройка системы на резонансный режим, снижаются энергозатраты на получение резонансных колебаний давления.

Формула изобретения

Способ получения резонансных колебаний давления в гидромеханической колебательной системе путем изменения параметров ее элементов, отличающий- с я тем, что, с целью повышения амплитуды

резонансных колебаний, в рабочую жидкость колебательной системы вводят газ с образованием газового объема параметры которого выбирают по соотношению

40

f 1

Q

где f - резонансная частота колебаний сис- темы, Гц;

К - постоянная величина для данной колебательной системы;

S - площадь сечения газового объема

см

50

Q - объем газа в жидкости, см .

/4