A new method and device for generating waves and vibrations of technological compressible media when distributed in a small gap with the formation of standing rarefaction and compression waves is considered. The formation of annular vacuum zones in the gap is a prerequisite for the creation of nozzle–gap–plate systems and their useful applicability in industry
annular zone sizes, continuous flow, gap, nozzle, pressure zones, rarefaction zones, seal surge, standing waves, the wave coefficient
Созданы новые способы и устройства, основанные на формировании стоячих волн, исследованных Генрихом Наумовичем Абрамовичем [1], обусловленных волновой природой течения сверхзвукового потока в малом зазоре при подаче сжимаемых сред через перпендикулярное к пластинам сопло.
|
Рис. Общий вид генератора вибрации и пульсации потока |
Рассмотрим устройство и принцип работы генератора вибрации и пульсации потока сжимаемой среды [2]. Генератор, показанный на рисунке, содержит корпус 1 с пластиной 2 и соплом 3, резонаторную камеру 4 с резонаторным отверстием 5 и не менее трех сапунов 15 диаметром d1 равномерно расположенных по окружности в пределах зоны давления 16 шириной b2. Пластина 2 кромкой 8 крепится винтами 6 через втулку 7 с зазором 9. Ширина b резонаторного отверстия 5 меньше ширины b1 кольцевой зоны вакуума 13. Диаметры d1 сапунов 15 не превышают ширины b2 зоны давления 16. Суммарная площадь сечения сапунов 15 меньше площади сечения резонаторного отверстия 5 выполнена для того, чтобы в резонаторной камере не создавалось избыточное давление за счет подсоса воздуха из зоны 16. Величина зазора 9 принимается в пределах 1/12÷1/16 диаметра сопла 3. Генератор вибрации и пульсации потока сжимаемой среды испытывался с применением латунной пластины 2 толщиной 2 мм и диаметром 80 мм. Диаметр сопла 3 составлял d=4 мм, а диаметр сапунов – d1=3 мм. Радиус резонаторной камеры 4 составлял R=15 мм, а ее высота H=6 мм. Зазор между корпусом и пластиной h=0,3 мм. Вибрация пластины 2 наблюдалась при диапазоне давления сжатого воздуха в пределах 2÷3,5 кг/см2.
Поток 10 под давлением проходит через сопло 3, срывается с кромки 8 сопла 3 и разворачивается в зазор 9. Согласно закону Бернулли, увеличение скорости расходящегося потока в зоне сужения 11 образует зону вакуума 12 в центре сопла 3, кольцевую зону вакуума 13 со стороны корпуса 1 и кольцевую зону вакуума 14 со стороны пластины 2. В зонах вакуума 12, 13 и 14 создается присасывающая сила, которая преодолевает силу давления потока 10, прогибает пластину 2 в сторону кромки 8 и уменьшает величину h зазора 9. В кольцевой зоне касания 16 поток 11 прижимается к корпусу 1. Образующаяся в кольцевой зоне 13, присасывающая сила создает вакуум в резонаторной камере 4, за счет этого вакуума часть потока за зоной 16 через сапуны 15 всасывается в резонаторную камеру 4, снижая в ней вакуум и повышая давление. В этот момент энергия волны давления объединяется со стоячей волной, образующейся в резонаторной камере 4, и через резонаторное отверстие 5 «догоняет» разгибающуюся под действием упругости материала пластину 2, воздействуя на нее дополнительным усилием давления струи из сопла 3, увеличивает величину h зазора 9. При увеличении зазора 9 поток 10 под давлением, проходя через сопло 3, вновь срывается с кромки 8 сопла 3, разворачивается в зазор 9, а увеличение скорости в зоне сужения 11 вновь образует зоны вакуума 12, 13, 14, в которых вновь создается присасывающая сила, уменьшая величину h зазора 9, деформирует пластину 2 в пределах упругости ее материала, в присутствии энергии волн давления 16 и вакуума 13. При этом в резонаторной камере 4 образуется звуковая волна, которая отражается от внутренних стенок резонаторной камеры 4, объединяется со стоячими волнами и выходит из резонаторной камеры 4 через резонаторное отверстие 5, создавая в зазоре 9 акустический резонанс, вызывающий резонансные колебания пластины 2 и пульсацию потока сжимаемой среды, как в самом зазоре 9, так и за пределами пластины 2.
Испытания показали, что сочетание резонаторного отверстия в кольцевой зоне вакуума и сапунов в кольцевой зоне давления за счет энергии волн давления и разрежения, образующихся в резонаторной камере и в резонаторном отверстии, создают резонансные колебания пластины и пульсацию потока сжимаемой среды, как в самом зазоре, так и за пределами пластины.
1. Abramovich G.N. Prikladnaya gazovaya dinamika. V 2 ch. Ch 1: Ucheb. Rukovodstvo dlya vtuzov. – 5 izd., pererab. i dop. – M.: Nauka. Gl. red. fiz–mat. lit., – 1991. – 600 s.
2. Patent № 2835940 Rossiyskaya Federaciya, MPK F15B 21/12 (2006.01). Sposob generirovaniya vibracii i pul'sacii potoka i ustroystvo dlya ego osuschestvleniya : № 2024108987 : zayavl. 03.04.2024 :opubl. 06.03.2025 Byul. № 7 / Cherepanov A.P.: zayavitel' FGBOU VO AnGTU. – 7 s.: il. – Tekst: neposredstvennyy.
