5.4. ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Модулируя поток газа, можно получить такие же объемные скорости, что и при модуляции потока жидкости, однако в силу много меньшей плотности газа кинетическая энергия потока при

Рис. 5.4. (см. скан) Модуляторы гидропневматической сирены: а — с цилиндрическим ротором; с дисковым

этом существенно меньше. В пневматическом модуляторе не может возникнуть кавитация — это также важное техническое преимущество такого модулятора. Эти соображения привели к созданию гидропневматического преобразователя. В. Гавро предложил поместить пневматическую сирену в герметическую гибкую резиновую оболочку, несколько усложнив ее модулирующее устройство. Схематически оно показано на рис. 5.4. Сжатый воздух переменно подается и отводится через золотниковую систему из рабочей камеры. Гибкая мембрана может быть плоской или цилиндрической. Во втором случае и золотниковое устройство выполнено в виде коаксиальных цилиндров ротора и статора. Для расчета процесса модуляции, отдаваемой акустической мощности и кпд преобразователя воспользуемся эквивалентной схемой рис. 5.5.

Резервуар со сжатым воздухом на этой схеме представлен источником напряжения (давление с малым внутренним сопротивлением, свободная атмосфера (или приемник воздуха с пониженным давлением) — источником (давление Золотник, модулирующий поток, — переменными сопротивлениями гибкость воздуха в полости под мембраной — емкостью , а мембрана с присоединенными к ней реактивным и активным сопротивлениями излучения и сопротивлением потерь на деформацию мембраны — ветвью из сопротивления индуктивности (массы) и емкости (гибкости) С. Переменные сопротивления работают в противофазе. Доступ тока от источника закрыт когда сопротивление разряжает емкость на источник и наоборот. Составим условие для зависимости от времени такое, чтобы ток (объемная скорость) через них был синусоидальным:

где напряжение на контуре (давление под мембраной преобразователя) которое можно записать в виде: модуль, фазовый угол сопротивления контура. Необходимым для возможности реализовать в конструкции является, очевидно, условие:

Рис. 5.5. Схемы гидропнеиматического излучателя: а — эквивалентная схема; б - линеаризованная эквивалентная схема для переменных объемных скоростей

Расчет работы схемы с учетом установленного выше закона изменения получается громоздким. Для инженерной оценки заменим эту схему такой, в которой сопротивления золотника некоторые средние, постоянные, такие, что теряемая на них мощность при том же эффективном значении тока та же, что и на а источник постоянной разности напряжений — соответствующим источником переменного напряжения, таким, что через контур течет тот же ток:

Вычисление (5.21) дает:

Минимальное возможное значение составит: При работе на частоте резонанса контура (подвижной системы с гибкостью воздуха под мембраной и с присоединенной массой воды): В этом случае имеем дело с контуром, питаемым от источника с малым внутренним сопротивлением.

Сопротивление гибкости камеры оказывается зашунтированным источником и резонансные свойства проявляются практически на частоте резонанса между массой и гибкостью мембраны С. Напряжение (давление) в этом случае — наименьшее возможное момент полного открытия вентиля сопротивление его теоретически равно нулю.

Если выбрать давление в резервуаре высоким то можно сделать большим по сравнению с и резонансные свойства проявятся около параллельного резонанса между

Если компреосор, заполняющий резервуар повышенного давления, забирает воздух пониженного давления, то пневмомеханический кпд системы находится как: При кпд составит Это максимальная оценка, при которой не учитываются потери на сопротивлениях воздуха в трубопроводе, на потери при деформации оболочки и на неадиабатичность процессов при притоке и оттоке воздуха в подмембранной камере, а также потери энергии в компрессоре. Однако видно, что пневмоакустический кпд на резонансе может быть значительным.

Преимущество применения пневматического модулятора, при использовании его в области низких звуковых и инфразвуковых частот, состоит в том, что резонансные колебания легко можно получить из-за достаточно большой гибкости мембраны. Комбинируя

компрессор с электродвигателем и преобразователь в одном общем замкнутом корпусе, можно построить устройство, удобное для работы под водой на значительной глубине. Схематическое изображение такого преобразователя показано на рис. 5.6.

Рис. 5.6. Гидропневматический преобразователь с замкнутым циклом воздуха: 1 — излучатель; 2 — компрессор, 3 — двигатель компрессора; 4— воздуховод к излучателю и запорному клапану; 5 -3- оболочка излучателя; 6 — дроссельный клапан, 7 — вентиль установки разности давлений; 8 — запорный клапан; 9 — привод запорного клапана, 10 — двига тель ротора излучателя; 11 — система компенсации внешнего гидростатического давления, 12 — воздушный аккумулятор системы компенсации; 13 — гидростатические клапаны системы компенсации

Статическое давление воздуха внутри преобразователя поддерживается системой автоматической компенсации (на рисунке обведена пунктиром)

Сжатый воздух подводится от компрессора 2 по трубопроводу 4 к излучателю 1, периодически поступает под оболочку 5 и отводится с помощью вращающегося золотника через запорный клапан 8. Золотник вращается электродвигателем 10, а компрессор — своим электродвигателем 3. Один из образцов такого излучателя позволил получить на частотах 3—90 Гц акустическую мощность от 0,2 до 2,0 кВт.