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

На систему проводников с током в магнитном поле действуют пондеромоторные силы, которые используются

гом диффузоре 3 в поле магнита 2 с индукцией В. Если

Электродинамический преобразователь представляет собой четырехполюсник с коэффициентом электромехани­ ческой связи

Электрическая схема рассматриваемой колебательной системы (см. рис. 79) приведена на рис. 80. Левая часть

150

схемы (электрическая) состоит из генератора (напряже­ ние U, внутреннее сопротивление R) и катушки (сопро­

здесь Z3n — электрический импеданс заторможенной ка­ тушки;

ZM— механический импеданс колебательной си­ стемы;

V— колебательная скорость диффузора; Fa— сила акустической реакции среды.

2 ЭЛ ^ЭЛ “Г эл>

F.= vZ

Впоследнем выражении акустический импеданс

—RH+ ^р>

151

Вобласти низких звуковых частот составляющие R,\

иRр находят по формулам (73) и (74). Совместное решение уравнений (80) и (81) позволяет найти импедансы электро­ механический Z3M и механоэлектрический Zm:

Zstl = Rajl + j<oL3JI + ----------

152

Здесь колебательная скорость может быть выражена через силу и модуль механического импеданса:

Из уравнений (83), (87) и (88) получим

р__________________________________________________________ ВіцЦScopQ____________________________________________________

2лг К(/? + Яэл)2+(ш Д Эл)2 У (Rn+ Ru)2

" (89)

Приняв некоторые упрощения, можно выделить четыре режима работы электродинамического излучателя.

1.На частотах ниже частоты механического резонанса

основную роль играет гибкость подвижной системы и

2 п І п Ц Sv"fi0Cn

_ BlnUSvp0

Рг(RЗгRan)(Rn" г Ru)

3.На частотах выше резонансной система управляется

массой и

_____BlnlJSp0 р~~2яг(R+ Rэл) т’

4. В случае, когда соL3n > R + R3n,

р^ BlnUSp0 " 4n2rvL3„m

Конструктивный расчет электродинамического излу­ чателя, проводят следующим образом.

1. Задаются отношением диаметра dK звуковой ка­ тушки к высоте /ік:

Рэл — ^Р эл^б^п .

153

3. Диаметр и высота катушки

4. Диаметр провода

1,75.10-742

а д

проверяют по допустимой плотности тока

где 5П— площадь сечения провода. Обычно і = 0,300—0,9 а/см2.

5. Задаются числом слоев пг и находят толщину катушки

Лк = ttidn + б;

здесь б ■— толщина каркаса. 6. Число витков

N-- -2Z — К3k ап

где k3 = 0,90—0,95 — коэффициент заполнения.

9.Высота рабочего зазора

К= (0,8-0,9) йк.

10.Магнитная индукция в зазоре сечением 5

В2лрт -I / ZBM

A.S К Яэл '

11.Объем магнита при магнитной индукции в нем Вм

инапряженности поля # м

nDKh3l3B2

^ііДмЧмЦо ’

где г)м = 0,4—0,6 — постоянная.

154

12. Длина магнита

I/ _f/" ѴВыЦы

“Iх 0МЯМ ’

где GM— магнитная проводимость рабочего зазора 13. Площадь сечения магнита 5М= ѴІІЫ. Для кольцевого магнита:

внешний диаметр

14. При использовании подмагничивающей катушки проводят ее расчет. Выбирают напряженность намагни­ чивающего поля Н = (5-4-7) # к (где Дк— коэрцитивная сила) и находят необходимое число ампер-витков

IN = 1,5Hl,

где I — длина межполюсного пространства.

Диаметр полюсного наконечника выбирают в 2—5 раз больше диаметра магнитной цепи; рекомендуют скос наконечника 60°. Толщину катушки выбирают равной

k3 = 0,5-4-0,7 — коэффициент заполнения.

155

Электрическое сопротивление

ной, а другая над ней. При подаче на катушки постоянного тока создаются магнитные потоки (направление показано стрелками), концентрирующиеся в зазоре с подвижной катушкой. Переменный ток, протекающий по подвижной катушке, вызывает колебания катушек и жестко связан­ ного с ними подвижного сердечника, соединенного с кор­ пусом упругими резиновыми подвесками. Устройство охлаждается принудительной подачей масла. Подобные преобразователи создают полезные усилия 40—120 кн. X. Клэр [6] разработал электродинамический излучатель, позволяющий отдавать значительную мощность в воздуш­ ную среду на частотах до 40 кгц (рис. 82). Колебательной системой служит массивный дюралюминиевый цилиндр 4, который закреплен в узле 5. К нижней части цилиндра привинчено кольцо 3, входящее в кольцевую цепь элек­ тромагнита с обмоткой 1. Кольцо 3 образует коротко­

156

замкнутую вторичную обмотку трансформатора, первич­ ная обмотка 2 которого содержит 20—30 витков, закреп­ ленных неподвижно вблизи от наружной или внутренней стороны кольца 3. При протекании через обмотку 2 переменного тока, совпадающего по частоте с собствен­ ными продольными колебаниями цилиндра, в кольце возникают значительные индукционные токи и оно начи­ нает колебаться в зазоре; при этом колеблется и цилиндр 4, а его верхняя часть излучает колебания в окружающую

линдра в центре тяжести. В этом случае величины диа­ метра цилиндра d и его длины I должны быть связаны

где k — один из корней функции Бесселя первого по­ рядка.

Первым двум корням удовлетворяют значения отно­ шения dH, равные 1,178 и 3,393. Для устройства, в кото­ ром цилиндр (d = 15,2 см и I = 13 см) закреплен в центре тяжести, к. п. д. составил 30% при частоте 17 кгц, ши­ рине резонансного пика в 1 гц.

При небольших мощностях для озвучивания газовых сред можно также использовать.рупорные громкоговори­

157

тели [4, 66]. Звуковые колебания возбуждаются в так называемой головке. Схемы головок трех широко распро­ страненных конструкций рупорных электродинамических громкоговорителей приведены на рис. 83. В одной из конструкций (рис. 83, а) диффузор обычного электроди­ намического громкоговорителя, направлен в сторону, обратную излучающей стороне рупора. Звуковая волна через кольцевую щель входит в рупор экспоненциальной

Рис. 83. Головки рупорных громкоговорителей

формы. В другой конструкции (рис. 83, б) вместо диффу­ зора применена вогнутая диафрагма с гофрированным воротником. Диафрагма нагружена на рупор через пред­ рупорную камеру, в центре которой расположен вкладыш, выравнивающий фазы поступающих в рупор волн. В третьей конструкции (рис. 83, в) применена куполо­ образная диафрагма, излучающая вогнутой стороной. За диафрагмой в предрупорной камере находятся каналы, выравнивающие фазы поступающих в рупор волн.

МЕХАНИЧЕСКИЕ ВИБРАТОРЫ

Для приведения в колебательное движение массивных элементов аппаратуры (решетки, бункера и др.), а также аппаратуры в целом (колонны) используют мощные низко­ частотные вибраторы. Рассмотрим различные схемы воз­ буждения колебаний [11].

Схема с центробежным возбуждением колебаний при­ ведена на рис. 84, а. Колебательная система состоит из тела 1 массой т, движение которого ограничено идеаль­ ными параллельными направляющими 4. Линейная пру­ жина 2 (жесткость Ку) и линейный демпфер 5 (коэффициент сопротивления гм) соединяют тело с неподвижной опо-

158

рой 3. Колебания тела возбуждаются при вращении с угловой скоростью со неуравновешенного ротора (де­ баланс массой т 0) вокруг оси (эксцентриситет е), жестко

9 6 5

связанной с телом 1. При вращении дебаланса возникает центробежная сила инерции, проекция которой на оси х равна Fx =■ т0гсо2 cos сот (где г — радиус вращения де­ баланса). Под действием этой силы система совершает

Рис. 85. Схемы вибровозбудителей:

а — с двумя дебалансамн; б — с круговой вынуждающей силой

вынужденные колебания, характеристики которых можно рассчитать по уравнению (7).

Кинематическая схема возбуждения колебания приве­ дена на рис. 84, б. Колебательная система состоит из тела 1 массой т, соединенного пружиной 2 и демпфером 3

159