книги из ГПНТБ / Кардашев, Г. А. Тепломассообменные акустические процессы и аппараты

Т а б л и ц а 4

Значения функции у и ср (у)

Сирена конструкции Д. Аллена и И. Рудника [6] работает на частотах до 34 кгц. На статоре 1 (рис. 75), образующем верхнюю крышку толщиной 1,25 см, по

через отверстия, поток воздуха прерывается с частотой вращения двигателя. В диапазоне частот 3—19 кгц при давлении воздуха 2-ІО4 н/ма сирена развивает -акусти-

. ческую мощность 84—176 вт при к. п. д. 17—34%ч При давлении до 2-105н/м2 акустическая мощность возрастает до 2 квт, к. п. д. составляет 20%.

Звуковые и ультразвуковые генераторы типа сирей, разработанные В. А. Веллером и К- П. Троицким, вы­ пускали серийно во Всесоюзном научно-исследователь- еком тепловозном институте. Эти генераторы (УЗГ-1Н, УЗГ-З и УЗГ-4) работают с разбавлением озвучиваемой

140

среды рабочим газом. Статор сирены (рис. 76, а), разме­ щенный в корпусе 3, состоит из кольца 1 и диска 2 с ло­ патками для рассекания газа перед его попаданием в ро­ тор 4. Ротор сирены находится на валу двигателя. Давле­ нием рабочего газа статор прижимается к рупору 5, который на резьбе .может перемещаться вдоль корпуса; это позволяет регулировать зазор между ротором и ста­ тором.

Генератор УЗГ-4А имеет три смежных статора и три диска ротора, что позволяет получать колебания в широ­ ком диапазоне частот. Отличительной особенностью гене­ ратора является прямоугольная форма отверстий статора, расширяющаяся к выходу. Это повышает мощность излу­ чения и способствует образованию формы импульса коле­ баний, приближающейся к прямоугольной. Ротор вра­ щается от специального высокооборотного электродвига­ теля (скорость вращения 4000—9000 об/мин, напряжение 28,5 в и ток 100 а), подключенного к генератору-преобра­ зователю; электродвигатель охлаждается воздухом. Узел смазки подшипников в эксплуатации оказался ненадеж­ ным.

141

Г Л А В А VIII

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Колебательное воздействие может быть передано обра­ батываемым средам разнообразными электромеханиче­ скими преобразователями — вибраторами. Вибрационные механизмы широко распространены во многих отраслях народного хозяйства: это всевозможные питатели, сита, грохоты, транспортеры и т. д. Вибрационно-пульсацион- ную технику применяют и в химической технологии.

По своему устройству и принципу действия электро­ механические преобразователи различного типа (элек­ тромагнитные, электродинамические, гидравлические, эксцентриковые и др.) являются простейшими среди других преобразователей. В основном это — низкочастот­ ные вибраторы, обеспечивающие воздействие с большой амплитудой на объекты большой массы. Некоторые из них используют и как электроакустические преобразова­ тели для излучения в жидкие и газовые среды.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ' ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Электромеханический преобразователь с подвижным железным якорем называют электромагнитным (рис. 77). При пропускании по обмот­ кам электрического тока якорь притягивается к по­ люсам электромагнита. Если якорь выполнить упругим в виде мембраны, защемлен­ ной по краю (система типа телефона), или закрепить на

Рис. 77. Схема электромагнитного преобразователя:

упругих связях, то при пропускании переменного тока якорь будет совершать механические колебания. Сила FK, действующая на якорь, зависит от магнитного потока Ф

143

и эффективной площади сечения S полюсного наконеч­ ника

Полный магнитный поток Ф складывается из постоян­ ного Фх (поток лодмагничивания) и переменного Ф2

N\l2nlcos 2WT

(66)

2(.ip0^Is

В полученном уравнении первых два члена представ­ ляют собой постоянную силу, а два последних — перемен­ ную силу, причём третий член соответствует силе, частота изменения которой совпадает с частотой тока в катушках,

144

а четвертый — силе, изменяющейся с удвоенной частотой. Очевидно, что в случае сильного подмагничивания послед­ ним слагаемым можно пренебречь (случай электромагнит­ ного телефона, где мембрана воспроизводит колебания тока в катушках). Напротив, при отсутствии подмагни­ чивания частота колебаний мембраны удваивается. В про­ мышленных вибраторах, питаемых от сети с частотой 50 гц, частота колебаний мембраны составляет 100 гц. Учитывая это, можно упростить уравнение (66) и найти выражение для колебательной силы в виде

PoSNpl

■ Соответственно при введении силового подмагничива­

При введении упрощающих предположений диффе­ ренциальные уравнения колебаний мембраны и тока в контуре питания для последнего случая имеют вид

ющей в катушке при единичной скорости движения мембраны.

Решая систему уравнений (69), можно найти выраже­ ния для тока / в цепи, а также электрического Zsn и ме­ ханического ZM импедансов:

^эл — ^ “h

(71)

(72)

Резонанс скорости наступает при о)0т = 2^-, т. е.

при со о —ѴКуІт. Полный механический импеданс мемб­ раны Z зависит от объема и характера среды, в которую происходит излучение, т. е. складывается из .импеданса, обусловленного механическими и магнитными силами, и акустического импеданса:

Z = ZM-)- 2ЭЛ= гм -J—га —J—у(ги-р гг).

Выражения для активного га и реактивного г'&сопро­ тивлений в зависимости от частоты и размеров мембраны получены Рэлеем [55] в предположении, что излучение происходит в свободное пространство, заполненное сре­ дой плотностью р0, и мембрана работает как поршень диаметром а в бесконечном экране. Для случая длинных волн (низкие частоты)

Полная подводимая мощность

^ = 4 - /а (*»+ *)’

146

а переданная мембране мощность

P » = -T V W C0 S ( т г ~ ѳ) ’

где

мая мощность равна мощности, подводимой к мембране. Амплитуда звукового давления на расстоянии I по оси излучателя

здесь к — волновое число.

Расчет электромагнитного излучателя проводят, за­ даваясь величинами: площадью 5 поперечного сечения сердечника, максимальной индукцией В г в сердечнике от катушки подмагничивания, переменной магнитной индукцией В 2 в зазоре (обычно принимают В 2 = ß x); воздушным зазором б между мембраной и сердечником после включения подмагничивания; напряжением пита­ ния катушки подмагничивания U± и возбуждения U2; частотой питания ѵ; длиной среднего витка катушки подмагничивания Іг и возбуждения Іг. Рассчитывают излучатель в такой последовательности:

1. Намагничивающая сила катушки подмагничивания

I 1N 1 = а д площадь сечения провода

О _. IіАіРэлТі

где рэл — удельное электрическое сопротивление меди; N x — число витков катушки подмагничивания.

2. Максимально допустимый ток подмагничивания

11= iSI,

где і — допустимая плотность тока.

3. По известному / х находят число витков катушки подмагничивания.

4. Суммарное сечение провода в катушке подмагничивания

Sni = S.N,.

5. Площадь окна катушки подмагничивания-

где k3 = 0,7ч-0,9 — коэффициент заполнения окна про­ водом.

6. Высота катушки подмагничивания b = S0l/c (где

с— ширина окна).

7.Мощность, затрачиваемая на подмагничивание, Р =

148

12. Количество витков катушки возбуждения

14. Площадь сечения провода намотки 5 2 = -Л.

15. Подбирают по ГОСТу стандартный провод, близ­ кий по номиналу к расчетному и находят его диаметр в изоляции d'.

16. Число витков в одном слое обмотки г! = -jp- k3 (где h — высота обмотки).

Расчет пп. 15—18 выполняют для обеих обмоток, а за­ тем проводят проверку соответствия их размеров габа­ ритным размерам сердечника.

19. По формуле (68) определяют амплитуду силы, действующей на мембрану,

р_\Ц1о^і\\Мі!2

м— 262

20.Рассчитывают га по формуле (73).

21.Считая, что система работает в резонансных усло­ виях и пренебрегая гм по сравнению с га, находят ампли­ туду колебательной скорости

ѵ,„ —

Га

22. Рассчитывают амплитуду колебаний мембраны

X = -Ü2-.

СО

23. По формулам (76) и (77) определяют излучаемую мощность и амплитуду звукового давления на заданном расстоянии.

149