Файл: Римский-Корсаков А.В. Электро-акустика.pdf

проводу будет практически течь только

установившийся

поток

ж и д ­

кости.

Реакция' на модулятор со стороны

излучателя

является

полез ­

ной нагрузкой и компенсировать ее

нельзя. Д л я

того

чтобы

сирена

могла

работать

при

большой

разности

давлений (Pi0—Pw),

ее необходимо

по­

местить в замкнутый

объем

жидкости

с повышенным давлением .

Излучение

звука

в

этом

случае

будет

происхо­

дить

через стенку

сосуда,

которая

мо­

ж е т

быть

сделана

«акустически про­

зрачной»

—

например,

выполнена

в

Л/4

виде

поршневой

мембраны,

подстроен­

ной

в

резонанс

с

частотой

излучения .

Рис. б.З. -Компенсация иеремен-

П л о щ а д ь

м е м б р а н ы

д о л ж н а

быть зна­

чительно

больше

..

ного

давления

в

подводящем

с е ч е н и я

Отверстии

трубопроводе

гидравлической,

модулятора . Тогда интенсивность излу­

сирены

чения

около

м е м б р а н ы

со

стороны

внешней среды будет невелика и

к а в и т а ц и я

не

возникнет..

Применение гидравлико - акустических преобразователей

д л я и з ­

лучения мощного звука низких частот

затруднительно . Д л и н а

вол­

ны в

жидкости

'Становится

весьма

большой,

и

практически

д а ж е

очень

большого

р а з м е р а

излучатель о к а з ы в а е т с я

м а л ы м

п о

с р а в ­

нению

с длиной

волны .

Если

полная

и з л у ч а ю щ а я

поверхность

излучателя

с о с т а в л я е т

4я/?2 , и излучатель мал по сравнению

с длиной

волны,

то

к о э ф ф и ­

циент

излучения

coscp

м о ж н о

считать

р а в н ы м

k2R2,

где

&=<о/с;

R — радиус

эквивалентного

м а л о г о

сферического

излучателя,.

R=

— (SiRji/irt)1 / 2 . Так

к а к

при сравнительно

высоких р а з н о с т я х

дав ­

лений

(Рщ—Р20)

скорость

v0

много

м е н ь ш е

скорости

звука

в

ж и д ­

кости, то м о ж н о пренебречь pv0

по сравнению

с

§So. В с а м о м

деле:

5 — модуль

сопротивления

излучения,

равен

sc/S^n,

т а к

что

§ 5 0 = 5 с 5 и з л / 5 о ;

sv0/ g S 0 =

(*>о/с) ( 5 0 / 5 и з л ) , но

Sm3„/S0

—

отношение-

полной

поверхности

излучения к поверхности

среднего

открытия

тогда к а к

v0/c д а ж е п р и разности давлений в одну атмосферу со­

ставляет примерно

0,01.

Таким

образом,

у п р о щ а я (5.12) и в ы р а ж а я eos-ip через вели­

Р а к = 4* рс {Uo6IX?AP

[ S ^ S y S * ] ,

(5.20).

^ о б = v0S0,

М - о0 /с.

Отношение

п л о щ а д е й

в к в а д р а т н ы х

скобках определяется

кон­

струкцией и не м о ж е т сколько - нибудь

существенно меняться

с из -

ліенением излучаемой длины

волны . И з л

у ч а е м а я

мощность

оказы ­

вается зависящей только

от

числа

М а х а

Vo/c

и

отношения о б ъ е м ­

ной скорости (объемного

расхода)

жидкости

к

длине волны . Ч е м

ниже частота, тем больше требуется объемный

расход жидкости

д л я работы излучателя с той

ж е мощностью . Число Маха

неогра­

условии, что

SU3nSm/Sl

= 2,

из

ф-лы

(5.20)

м о ж н о

получить,

что

о б ъ е м н ы й расход жидкости

(воды) составит около

3,73- \0~3%

м3 /с,

где X — длина

волны в

метрах . Таким о б р а з о м ,

на

частоте

20

Гц

потребовалось

бы перегонять

около

0,3 т

воды

в

секунду

через

излучатель под избыточным

давлением в 1 атм .

5.4. Г И Д Р О П Н Е В М А Т И Ч Е С К И Й П Р Е О Б Р А З О В А Т Е Л Ь

Модулируя поток газа,

м о ж н о получить т а к и е ж е объемные

Рис.

5.4. Модуляторы гадроганевматической сирены:

а —

с цилиндрическим ротором; б — с дисковым

этом

существенно меньше. В пневматическом .модуляторе не

мо ­

ж е т

возникнуть к а в и т а ц и я — это т а к ж е в а ж н о е техническое

пре ­

новую

оболочку,

несколько

усложнив

ее модулирующее

устрой­

ство. Схематически оно показано

на рис. 5.4. С ж а т ы й

воздух

пере ­

менно

подается и

отводится

через золотниковую

систему

из

р а б о ­

чей

камеры .

Гибкая

м е м б р а н а

м о ж е т быть

плоской

или

ци­

линдрической .

Во

втором

слу­

чае

и

золотниковое

устройство

выполнено в виде коаксиаль ­

ных цилиндров ротора и стато­

ра . Д л я

расчета

процесса

мо­

дуляции,

отдаваемой

акусти­

s)

ж

ческой

мощности

и

кпд преоб ­

р а з о в а т е л я воспользуемся

эк­

вивалентной

схемой

рис.

5.5.

Р е з е р в у а р

со с ж а т ы м

воздухом

на этой схеме представлен ис­

точником

н а п р я ж е н и я

UІ

(дав­

Рис. 5.5.

Схемы

гидролневм этического

ление РІО)

с м а л ы м

внутренним

излучателя:

сопротивлением, свободная

ат­

а — эквивалентная схема; б — линеари­

мосфера

(или

приемник

воз­

зованная эквивалентная схема

для

пе­

духа

с

пониженным

давлени ­

ременных объемных скоростей

ем) — источником И2 (давление

Рго).

Золотник,

модулирующий,

поток,

—

переменными

сопротивлениями

Ri(t)

и

Rz(t),

гибкость-

воздуха

в

полости под мембраной — емкостью С0, а м е м б р а н а

с

присоединенными к ней реактивным и

активным

сопротивлениями

излучения

и сопротивлением

потерь на

д е ф о р м а ц и ю

м е м б р а н ы

—

ветвью

из

сопротивления

R,

индуктивности

(массы)

т и

емкости

(гибкости)

С. Переменные сопротивления Ri,2(t)

работаю т

в

про-

тивофазе . Доступ тока от источника

з а к р ы т

(R\=°°),

когда

со­

противление

R2(t)

р а з р я ж а е т емкость

С 0

на

источник

U2

и

наобо­

рот. Составим

условие

д л я

зависимости

Ri,2

от

времени

такое,,

чтобы

ток

і

(объемная

скорость)

через них

был

синусоидальным:

і =

i n

cos © t

=

(Ui—UyRx

(t),

# 2

=

со,

2 Ь — я / 2

<

© t < 2k n

+

я/2;.

— і =

— i n

cos © t=(U—Uz)lR%{t),

R1=co,2kn+nl2^G>t^2kn

+

Зя/2;

k=

1,

2,

3

• • •

где

U —

н а п р я ж е н и е

н а контуре

(давление и о д

мембраной

преоб ­

р а з о в а т е л я ) , которое можн о записать в виде: U=\z\im<cos

(at+

121

— м о д у л ь , ф — фазовый

угол сопротивления

контура .

Необходимым

д л я в о з м о ж н о с т и

р е а л и з о в а т ь

в

конструкции

Ril2

является,

очевидно, условие:

Л і , 2 > 0 ,

т . е . :

Ut—|z|im>0,.

\z\im—

U2>Q.

Р а с ч е т

работы схемы

с учетом

установленного

выше

закона

изме­

нения Ri,2

получается

громоздким . Д л я

инженерной

оценки

заме ­

ним эту схему такой, в которой сопротивления золотника

некото­

рые средние, постоянные, такие, что

т е р я е м а я

на

них

мощность

при

том ж е

эффективном

значении

тока

іт/У

2

та

ж е ,

что

и

на

Ri(t),

а источник постоянной разности

н а п р я ж е н и й — соответствую­

щ и м

источником

U^,

переменного

н а п р я ж е н и я ,

т а к и м ,

что

через

контур

течет

тот

ж е

ток:

_

+Я/2Ш

imtfi/2 =

(©/*)

j ^ O i ^ c o s V W r ,

(5.21)

—Я/&0

=

+

\z

I cos (ff+\z

j2 sina

ФІ1 / 2

i m

cos (со t -\- tp),

(5.22)

tg і|з =

(

j z I sin cp)/(^i + 1 2

I cos

cp).

(5.23)

Вычисление (5.21)

д а е т :

R~! =

4t7a

(я i j - 1

— I z

I cos cp;

U_

=

(4сУі/л) [1 +

tg 2

ip] cos

(со t + ip),

tgip == л i m (4С7І)-1

I 2 I sin cp.

М и н и м а л ь н о е в о з м о ж н о е

значение Ri

составит: R0=

(4/я—eoscp) \

z\.

П р и работе на частоте резонанса контура

(подвижной системы

с

гибкостью

воздуха

под м е м б р а н о й

и с

присоединенной

массой во­

д ы ) : coscp=l;

./?о=0,2741z|. В этом

случае

имеем

дело

с

контуром,

питаемым

от

источника с

м а л ы м внутренним

сопротивлением.

Сопротивление гибкости

камеры

(соСо)- 1 о к а з ы в а е т с я

зашунти -

рованным

источником

и

резонансные

свойства

п р о я в л я ю т с я

прак ­

тически

на

частоте

резонанса м е ж д у

массой

и

гибкостью

м е м б р а ­

ны

С. Н а п р я ж е н и е

(давление)

Ui

в этом с л у ч а е — наименьшее воз­

м о ж н о е

( t m | z | ) ,

и в момент

полного

о т к р ы т и я

вентиля

сопротивле­

ние его теоретически равно нулю .

(Uc>im\z\),

_

Если выбрать

давление

в резервуаре

высоким

то

R м о ж н о сделать большим по сравнению с \z\

и резонансные

свой­

ства

проявятся

около

параллельного

резонанса

м е ж д у • >т

и

СС0(С+Со)-1.

Если компрессор, з а п о л н я ю щ и й резервуар

повышенного д а в л е ­

ния,

з а б и р а е т 'воздух пониженного д а в л е н и я ,

то

пневмомеханичес ­

кий

кпд

системы

н а х о д и т с я

к а к :

т ] = \z\

cosy>(R+

\z\

cos

cp)- 1 .

П р и

R=Ro

к п д

составит

т| = я/4 .

Это

м а к с и м а л ь н а я

оценка,

при

бопроводе,

на потери

при д е ф о р м а ц и и оболочки

и на неадиабатич -

ность процессов

при

притоке и

оттоке воздуха

в подмембранной

камере, а

т а к ж е

потери энергии

в компрессоре .

О д н а к о видно, что

стот, состоит в том, что резонансные колебания легко

м о ж н о полу­

чить из-за достаточно большой гибкости м е м б р а н ы .

Комбинируя

компреосор с электродвигателем и п р е о б р а з о в а т е л ь в

одном о б щ е м

замкнутом

корпусе,

м о ж н о

построить устройство,

удобное

д л я р а ­

боты

под

водой на

значительной глубине . Схематическое

и з о б р а ­

ж е н и е

такого п р е о б р а з о в а т е л я

п о к а з а н о

на

рис.

5.6.-

Статическое

3

2

4

7

8

1

/ — излучатель; 2 — компрессор;

3 —двигатель

компрессора; 4— воздуховод к излучателю-

н запорному

клапану; 5 — оболочка

излучателя;

6 — дроссельный

клапан;

7 — вентиль

уста­

новки разности давлений; 8—запорный

клапан;

9 — привод запорного клапана; 10— двига­

тель

ротора

излучателя; // — система

компенсации

внешнего гидростатического

давления;

12— воздушный аккумулятор

системы компенсации;

13 — гидростатические

клапаны

системы

компенсации

давление

воздуха внутри

п р е о б р а з о в а т е л я п о д д е р ж и в а е т с я

систе­

мой

автоматической

компенсации

(на рисунке

обведена

пункти­

р о м ) .

2

С ж а т ы й воздух подводится от

компрессора

по

трубопрово ­

ду 4 к излучателю 1, периодически

поступает и о д

оболочку

5 и

отводится

с п о м о щ ь ю в р а щ а ю щ е г о с я

золотника

через

запорный

к л а п а н

8.

Золотник

в р а щ а е т с я

электродвигателем

10,

а компрес­

сор

—

своим э л е к т р о д в и г а т е л е м

3.

Один из образцов

такого

излу­

ч а т е л я позволил получить на частотах 3—90 Гц акустическую

м о щ ­

ность от 0,2 до 2,0 кВт.

5.5. П А Р А М Е Т Р И Ч Е С К И Е

П Р И Е М Н И К И

О б л а с т ь п р и м е н е н и я

Принцип работы п а р а м е т р и ч е с к и х приемников звука и виб­

раций основан на изменении соответственным о б р а з о м

сконструи ­

рованных элементов электрической цепи L , С или R при их м е х а ­

нической

д е ф о р м а ц и и .

Простейшим и известным из элементарной электротехники па­

раметрическим п р и е м н и к о м

я в л я е т с я

угольный

м и к р о ф о н .

В

нем