Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде Советский патент 1976 года по МПК B06B1/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ПРОТОЧНОЙ ЖИДКОЙ СРЕДЕ На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 - картина образования акустических колебаний в жидкой среде при совмещении щелей ротора и статора; на фиг. 3 картина совмещения щелей статора и ротора при их двухрядном исполнении. Устройство состоит из каркаса 1, на котором закреплены двигатель ( на чертеже не показан) и корпус 2. По оси корпуса установлен на подшипниковых опорах 3 ротор 4 с отражающим диском 5. С ротором постоянно контактирует торцовая уплотняющая втулка 6, прижимаемая к ротору пружина ми 7, опирающимися на промежуточное кольцо 8 герметично установленное в корпусе 2. Снаружи на корпусе 2 надет статор 9 с фланцем 10. Между торцами статора и корпуса установлено регулировочное кольцо 11. С наружной стороны статора образована герметичная рабочая камера 12 с соединенными между собой крыщкой 13 и основанием 14. Внутренняя цилиндрическая поверхность основания 14 является отражателем 15. Крыщка 13 и основание 14 плотно соединены со статором и корпусом. Герметичность полости ротора и камеры обеспечена уплотняющими эластичными кольцами круглого сечения в местах соединения и торцовым уплотнением за счет поджатия втулки 6 к ротору 4. В корпусе 2 выполнена проточка 16 для сбора жидкости в случае потери герметичности торцовым уплотнением. Ротор 4 и статор 9 установлены с зазором между ними, равным 0,05 - 0,5 мм. При работе устройства жидкая среда подается под давлением, .необходимым для подачи жидкости в полость ротора, например 0-15 ати. Ротору 4 сообщается вращательное движение с некоторой угловой скоростью со . При этом жидкость через шели ротора 4 и статора 9 вытекает в камеру 1 iio.i ,:М1 твисм входного давления и давления центробежных сил; так как щели статора 9 пере1 ры 1СЯ промежутками между щелями ротора 4 и открываются при совпадении щелей ротора и статора, то нроходное сечение щели статора перио- .:;| ;v.i.. 1 I -сияется во времени. В связи с ли. -ХОД О. та::же меняется во времеАа,, -и. 1. с. (j-f- , чго является необходимым условием гидравлического удара в гидросистемах. Если шели в роторе 4 и статоре 9 вьшолнены с шириной, отвечающей условиям 2(Як« гце :Ti - ширина щели ротора, равная щирине статора,М UJ- угловая скорость ротора, сек, и; внешний радиус ротора, fv , R инутренний радиус камеры, М с - скорость распространения звука в рабочей .KocTM, .мсек, то получаем прямой гидравлический удар как в ротора, так и в облучаемой камере, при котором вся кинетическая энергия текущей жидкости как в роторе, так и в камере переходит в потенциальную знергию сжатия или разрежения фронта волны. При вьшолнении этих условий радиусы ротора R и поверхности отражателя 15 (RK ) имеют отнощение - где п - целое положительное число. Четное число расположенных в ряд щелей в роторе и статоре имеет целочисленное отношение, например 72/24, как показано на фиг. 2. Поэтому каждая щель ротора, перемещаясь между двумя соседними щелями статора, заполняется упругой жидкостью. Такое выполнение устройства позволяет повысить интенсивность акустического поля за счет возникающего гидравлического удара. Когда ротором открываются щели статора, от щели статора в полости ротора распространяется волна разрежения ( пониженного давления ), а в камере 12 волна повыщенного давления (разность фаз у этих волн 180°,- что следует из теории гидравлического удара и из решения волнового уравнения методом д .Аламбера), при закрывании щели статора ротором, жидка;; среда, текущая в полости ротора, останавливается и ее кинетическая энергия переходит в энергию сжатия жидкости в полости ротора, а в камере 12 возникает волна разрежения. При вышеперечисленных условиях возникает прямой гидравлический удар и резонансные колебания в полостях устройства. Энергия возникающего при этом импульса давления передается в камеру и полость ротора, как волна акустического давления. Щели, находящиеся в одном ряду статора 9, открываются все одновременно так, что наружная поверхность статора излучает звук одновременно всеми щелями. Такое же влияние, но обратное по фазе, возникает в полости ротора, т. е. в замкнутом объеме распространяются в одном направлении колебания одинаковой частоты, обладающие, следовательно, одинаковой длиной волны. Звуковая волна отражается от отражателя 15 камеры 12, причем фаза колебаний при отражении зменится на и отраженные колебания достигают излучающей поверхности статора 9 в нужной фазе, когда щели вновь открываются. Согласованность фаз достигнута подбором расстояния между щелями ротора в зависимости от его гловой скорости вращения. Щели ротора и статора могут быть выполнены в есколько рядов. Причем щели в роторе располоены одна под другой, а в статоре расположены ак, что каждый последующий ряд смещен относиельно предыдущего ( как показано на фиг. 3) на еличину при а -а, де h - расстояние по дуге между щеляло ротора, , n - количество рядов щелей в статоре; а - ширина щели, Такое расположение щелей ротора и статора позволяет повысить частоту колебаний во столько раз, во сколько будет увеличено число рядов. Как показано на фиг. 1, статор 9 имеет 2.образное сечение, а камера 12 вьшолнена составной. Такое вьшолнение упрощает изготовление и монтаж устройства при достаточной жесткости конструкции. На статор надевают основание 14, затем крыщку 13 и фланец 10. Скрепленные резьбовыми соединениями, они вместе представляют узел, легко монтирующийся с корпусом 2. При этом между ротором и статором выставляется необходимый зазор за счет изменения толщины регулировочного кольца 11. Зазор выставляется после установки ротора в корпус 2. Для этого кольцо И убирают и статор надевают на ротор до соприкосновения конических поверхностей. Замеряют зазор между статором и корпусом и выставляют зазор между ротором и статором подбором толщины кольца 11. Торцовое уплотнение полости ротора вьшолнено с возможностью осевого перемещения в промежуточном кольце 8, свободно установленном в корпусе 2. В случае нарушения герметичности этого узла жидкость отражается вращающимся совместно с ротором 4 диском 5 в кольцевую проточку 16 корпуса 2, из нее самотеком удаляется в атмосферу минуя подщипниковый узел. Формула изобретения 1. Устройство для создания акустических колебаний в проточной жидкой среде, содержащее помещенные в рабочую камеру ротор и статор, с выполнен ными по образующим щелями и привод вращения отора, отличающееся тем, что, с целью повышения рабочей частоты и интенсивности акустического поля, в нем на статор Z - образного сечения надета крышка, образующая со статором кольцевую герметичную рабочую камеру прямоугольного сечения с отражателем по ее внешней цилиндрической поверхности, радиус которой, например, в два раза больше радиуса внешней цилиндрической поверхности ротора, количество щелей в котором в целое число раз превышает количество щелей в статоре, причем ширина щелей выбрана из соотношения а -с) где о - ширина шелей в роторе и статоре, м, U) - угловая скорость ротора, сек ; R - внешний радиус ротора, АЛ; с - скорость распространения звука в рабочей камере, м/сек. 2.Устройство по п. 1,отличающееся тем, .что, с целью повышения частоты акустических колебаний, щели в роторе и статоре расположены рядами и размещены в роторе друг под другом, а в статоре сдвинуты друг относительно друга на величинуCi+b при а - - где 01 - ширина щелей ротора и статора, Ь - расстояние между щелями ротора по дуге, гл; h - число рядов щелей в статоре. 3. Устройство по п. 1,отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности уменьщения величины зазора между ротором и статором, внутренняя боковая поверхность статора и внещняя боковая поверхность ротора вьшолнены с уклоном к их оси, а между статором и корпусом установлено регулировочное кольцо.

3

Щели ротора IоТапоаароворрод

Щели стпаторв. (риг.Ъ