Пневматический или гидравлический генератор звуковых или ультразвуковых колебаний

 

М 86087

Класс 74d, 3»

СССР

К АВТОРСКОМУ СВМДЕТЕЛЬСТВУ

В. Ф. Королев

ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ИЛИ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР

ЗВУКОВЪ|Х ИЛИ УЛЪТРАЗВУКОВЪ|Х КОЛЕБАНИЙ

Заявлено 12 февраля 1949 г. за № 391723 в Гостехнику СССР

Известные генераторы звуковых колебаний, используемые в духовых музыкальных инструментах или в качестве звука для специальных целей, дброги и сложны по устройству, охватывают малый диапазон частот, имеют низкий к. п. д., маломощны. Перечисленные недостатки препятствуют практическому использованию этих генераторов.

Предлагаемый генератор предназначен для работы при значительной разности давлений какого-либо газа, пара или жидкости, вследствие чего он может быть применен в широких областях техники.

Предлагаемый генератор изображен на фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 и 8.

Основным элементом генератора является эластичная мембрана

1 с отверстием 2в середине которая может быть выполнена из различных материалов в зависимости от назначения. устройства и условий работы (разность давлений, частота колебаний, мощность колебаний, состав газа, пара или жидкости и т, д.).

Над мембраной 1 имеется замкнутая камера 8, наружные стенки

4 которой могут быть сделаны из жесткого или эластичного материала в зависимости от назначения. . Под мембраной концентрически расположена трубка 5, верхний конец 8 которой имеет увеличенный или уменьшенный диаметр и упирается в мембрану. Трубка может опускаться и подниматься по отношению к мембране и тем самым упираться в нее с большей или меньшей силой. Устройство для передвижения трубки 5 может быть любым (на фиг. 1 — 8 трубка ввинчивается или вывинчивается на резьбе 6).

Внутри трубки на некотором расстоянии от верхнего конца имеется суженная часть с отверстием 7, диаметр которого зависит от назначения устройства и условий работы.

На работу устройства в известной степени влияет не только величина отверстия 7, но и объем камеры 9.

Концентрически с трубкой 5 расположена камера 9, ограниченная № 86087 стенкой 10, в которую вставлена трубка 11. Кр ая мем бр аны жестко закреплены между верхней крышкой 4 и нижней 10. Крепление их может быть любой конструкции.

Применительно к воздуху предлагаемый генератор действует следующим образом.

В трубке 11 (фиг. 1) и, следовательно, в камере 9 создается давление, большее, чем в трубке 5 (трубка 5 должна быть продвинута— ввинчена к мембране так, чтобы несколько на>кимать на нее — натянуть мембрану). Так как трубка

5 с низким давлением через отверстия 7 и 2 соединена с камерой 3, то из этой камеры выйдет воздух и там установится давление, близкое к давлению в трубке 5. Так как под мембраной в камере 9 в это время давление выше, чем в камере 8, то мембрана поднимается. Сила, действующая в этот момент на мембрану, должна быть больше, чем сила, с которой мембрана давит вниз благодаря своей упругости.

Это соотношение между силами зависит от площади мембраны, разности давлений воздуха, упругости мембраны, степени ее натяжения ввинчиванием трубки 5 и легко поддается расчету и регулировке.

Как только мембрана поднимется, образуется зазор между верхним краем трубки 5 и мембраной, в который и устремится воздух, так как давление в камере 9 выше, чем в камере 8 (фиг. 2). Воздух из камеры 9, попадая через отверстие 2 в камеру 8, повышает там давление и благодаря этому мембрана опускается и закрывает зазор между мембраной 1 и краем трубки 5, прекращая поступление воздуха в камеру 8. Однако давление в камере

8 опять сейчас же понижается, так как воздух уходит через отверстие

7 в трубку 5. От понижения давления в камере 8 мембрана снова поднимается вверх и весь процесс повторяется сначала.

Частота колебаний мембраны будет зависеть от целого ряда причин.

Наиболее существенные из них это объем камеры 8, диаметр мембраны 1, размер отверстий 2 и 7, разность давлений в камере 9 и трубке 5, диаметр верхнего конца трубки5 ит.д.

Периодическое изменение давления в камере 8 можно использовать, приводя в колебательное движение эластичную мембрану 12, от которой колебания будут перемещаться во внешнюю среду.

Если имеется избыточное давление сверх атмосферы, то оно подводится к трубе 11, а из трубки 5 толчками выбрасывается в атмосферу воздух, который можно так>ке использовать для дополнительных колебаний, поставив на его пути отражатель и направив этот звук в желаемом направлении (на пример, в обратную сторону, чтобы усилить звук от мембраны 12).

Если гене р атор должен дей ств овать от вакуума, то вакуум-насос присоединяется к трубке 5 и воздух засасывается из атмосферы через трубку 11. В этом случае отпадает надобность в крышке 10. Эту крышку можно убрать совсем и вместо нее оставить только скобу для закрепления трубки 5. В этом случае звуковые колебания, получаемые непосредственно от мембраны 1, могут быть с помощью отражателя направлены также в желаемом направлении.

Видоизмененная конструкция генератора, обеспечивающая меньший расход воздуха, изображена на фиг.3,4 и 5.

На верхнем конце трубки 5 имеется диск 17 особой конструкции, снабженный рядом расположенных по окружности выступов 18, в которых имеются отверстия 14. Между выступами на диске имеются свободные пространства 15. Выше над диском расположена крышка 4, имеющая вторую мембрану 12. Эта крышка с мембраной образует камеру 8. На трубке 5 навинчена гайка 1б с контргайкой. Диаметр гайки 1б больше отверстия 2 в мембране. Устройство действует от разности давлений, причем давление в № 86087 трубке 5 должно быть меньше, чем под мембраной 1.

Мембрану предварительно натягивают подвинчиванием гайки lб.

При этом края центрального отверстия мембраны упираются в гайку с некоторой силой (фиг. 3), не прикасаясь, однако, к выступам

18 на диске 17.

При включении устройства из-за разности давлений воздух из камеры 9 уходит через отверстие 14 и поступает в камеру 8, а оттуда через отверстие 7 — в трубку 5. От понижения давления в камере 9 мембрана 1 поднимется вверх и закроет отверстие 14 (фиг. 4). Одновременно с этим образуется зазор между мембраной 1 и гайкойlб. Через этот зазор воздух устремится в камеру 9 и мгновенно заполнит ее. Давление в камере 9 повысится и тогда упругая мембрана опустится вниз и закроет доступ воздуха в камеру 9. Опустившаяся мембрана откроет отверстие 14 и вслед за этим воздух из камеры 9 уйдет в - камеру 3 и далее в трубку 5. Затем весь процесс повторяется.

При открывании отверстия для впуска воздуха закрываются отверстия для отсасывания, а при открывании отверстий для отсасы. вания закрывается впуск, что значительно сокращает непроизводительный расход воздуха. Величину амплитуды колебаний можно регулировать гайкой lб. Изменение давления в камере 8 используется мембраной 12 в крышке 4, а колебания давления в камере 8 можно значительно усилить подбором величины отверстия 7.

В описанных двух вариантах генератора, колебания мембраны происходят от взаимного действия двух сил — одной, возникающей or разности давлений, другой — от упругости мембраны.

Генератор, в котором крлебания происходят от воздействия только разности давлений, независимо от упругости мембраны, схематически изображен на фиг. 6, 7 и 8.

Здесь мембрана 1 не имеет отверстия в центре, зато имеет несколько отверстий 2, расположенных по окру?KHocTH, недалеко от центра.

Мембрана, изображенная на фиг. б и 7 — металлическая, поэтому по

ee»t?an t имеется гофр 21. Снизу мембрана снабжена тонким кольцом 19 с буртиком, которое жестко скреплено с мембраной без зазоров.

Сверху мембрана закрыта крышкой 4, в которой также имеется мембрана 12. Под мембраной 1 расположена вторая крышка 10 с трубкой 11 сбоку и трубкой 5 в середине. Внутри крышки 10 имеется кольцо 1о, большее по диаметру, чем кольцо 19. расположенное концентрически с трубкой 5 и имеющее буртик. Этот буртик находится над буртиком кольца 19 на мембране, между этими буртиками образуется зазор при движении мембраны 1 вниз. При продвижении мембраны

1 вверх буртики соприкасаются и зазор исчезает.

Трубка 5 подвижна в вертикальном направлении (при помощи, резьбы) . С помощью этой трубки можно регулировать амплитуду колебаний мембраны 1, так как прн дви?кении мембраны вверх это движение ограничивается буртиком кольца 1о, а при движении вниз— верхним концом трубки 5. Все это устроиство депствует также от разности давлений. Давление в трубке 11 и камере 20 должно быть ниже, чем в трубке 5.

Этот генератор действует следующим образом.

В первый момент, когда в трубке 11 и камере 20 образуется меньшее давление, чем в трубке 5, мембрана 1 из-за того, что давление в камере 3 больше, чем в камере 20, опустится вниз и закроет верхний конец труоки 5. Доступ воздуха из трубки 5 в камеру 9 прекратится, а вслед за этим воздух из камеры 8 уйдет через отверстия 2 в камеру

9 и далее через зазор между буртиками колец 18 и 19 в камеру 20 и трубку 11. Давление в камере 3 № 86087 становится близким к давлению в камерах 9 и 20. Создается положение, при котором давление в трубке 5 выше, чем в камере 3. Это толкает мембрану вверх. При движении мембраны вверх зазор между кольцами 18 и 19 перекрывается и камера 20 отделяется от камеры 9.

Воздух заполняет камеры 9 и 8, не

, проникая в камеру 20. Давление в камере 8 повышается, что заставляет мембрану 1 опуститься вниз, так как в камере 20 давление более низкое. При опускании мембраны вниз верхнее отверстие трубки 5 снова закрывается и процесс повторяется. Разумеется, что все это происходит очень быстро, и мембрана не может задерживаться ни в одном из промежуточных положений.

Мембрана может быть изготовлена не только из металла, но и из эластичного материала, например кожи или резины, и в этом случае кольцо 19 с буртиком сочетается с ней так, как изображено на фиг. 8.

Для получения более высоких частот деталь 19 (фиг. 8) должна быть более тонкой и легкой: изготовление ее, например из дюралюминия дает хорошие результаты.

Предмет изобретения

1. Пневматический или гидравлический генератор звуковых или ультразвуковых колебаний, в котором колебательным органом является мембрана, имеющая с одной стороны замкнутую или частично открытую камеру, стенки которой могут быть эластичными, с целью передачи колебаний во внешнюю среду, а с другой стороны — концентрически установленную трубку с пониженным давлением внутри ее, упирающуюся в мембрану и создающую некоторое натяжение последней, отли ч аю щи и ся тем, что мембрана имеет в центре отверстие против трубки и что колебания мембраны обусловлены периодическим изменением давления внутри замкнутой верхней камеры.

2. Форма выполнения генератора поп.1, отличающаяся тем,что, с целью уменьшения расхода воздуха, в центре мембраны помещен стержень (или трубка) диаметром меньше, чем диаметр отверстия мембраны, оканчивающийся с одного конца диском несколько большего диаметра, чем отверстие мембраны, а с другого — переходящий в диск, равный по диаметру мембране, имеющий по окружности расположенные со стороны мембраны выступы с отверстиями посредине и имеющий по другую сторону от мембраны камеру с пониженным давлением, в которую порциями поступает воздух через отверстия в диске в моменты, когда они не закрыты колеблющейся мембраной, колебания которой, в свою очередь, вызываются периодическим изменением давления в пространстве между большим диском и мембраной.

3. Форма выполнения генератора попп. 1 и 2, отл и ч аю щ а я с я тем, что мембрана его имеет ряд расположенных по окружности на некотором расстоянии от центра отверстий, за которым ближе к периферии расположено с одной стороны от мембраны кольцо с буртиком, а с другой — замкнутая камера, стенки которой могут быть эластичными, с целью передачи колебаний во внешнюю среду; со стороны конца мембраны расположена крышка с прикрепленным к ней кольцом имеющим буртик, сцепляющийся с круговым буртиком мембраны. В середине крышки расположена концентрическая трубка с повышенным давлением внутри нее, одним концом не доходящая до мембраны на величину амплитуды ее колебания, а в боковой стороне крышки расположена другая трубка с пониженным давлением.

Колебания мембраны происходят от изменения давления в камерах, р асположенных по обе стороны мембраны, а изменения давлений в камерах, в свою очередь, обусловлены колебаниями мембраны, вызывающими периодический впуск и удаление воздуха из этих камер независимо от упругости мембраны. № 86057

Риг 8

fZ .7 Z

Zo ю ю 5

Объем 0,7 изд. л.

Цена 5 коп.

Формат бум. 70X108 /ы

Тираж 200 экз.

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.

Подп. к печ. 27/Х-б2 г

Заказ 3241 г. Владимир, типография Облполиграфиздата.

Редактор С. И. Зотов Техред. А. А. Камышникова Корректор И. А. Шпынева