DE620483C

DE620483C - Sounder with excitement from flowing liquid

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Publication number: DE620483C
Application number: DEA73350D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-06-06
Filing date: 1934-06-06
Publication date: 1935-10-22

Description

Schallgeber mit Erregung durch strömende Flüssigkeit Die Erfindung bezieht sich auf Schallgeber mit Erregung durch' ein in periodische Schwingungen versetztes Strömungsmittel. Derartige Schallgeber sind schon in verschiedenen Ausführungsformen bekanntgeworden. So gibt es z. B. mehrtonige Schallsignalvorrichtungen, bei denen mehrere Membranen durch Druckluft erregt werden und die Druckluft von einem besonderen, elektromotorisch angetriebenen Kompressor geliefert wird. Bekannt sind auch Schallgeber mit Erregung durch ein in periodische Schwingungen versetztes hydraulisches Strömungsmitfel. Hier ist schon einmal der Vorschlag gemacht worden, mit einem mechanischen Selbstunterbrecher zur Erzeugung von Schwingungen zu arbeiten und als Selbst-, Unterbrecher einen Druckbehälter zu verwenden, der durch ein mit einer federnden Membran fest zusammenhängendes Ventil geöffnet und geschlossen wird, indem das Ventil einerseits durch das Druckmittel von seinem Sitz abgehoben und dann andererseits durch Federkraft wieder auf seinen Sitz zurück-, also in die Verschlußstellung gebracht wird, nachdem infolge des voraüfgegangenenDruck:-mittelausflusses eine gewisse Druckentlastung zustande gekommen ist.Sound generator with excitation by flowing liquid The invention refers to sounder with excitation by 'one in periodic oscillations offset fluid. Such sounders are already in different embodiments known. So there are z. B. multitone sound signaling devices in which several membranes are excited by compressed air and the compressed air from a special, electric motor driven compressor is supplied. Sounders are also known with excitation by a hydraulic fluid medium set in periodic oscillations. The suggestion has already been made here, with a mechanical self-breaker to work to generate vibrations and as a self, interrupter a pressure vessel to be used by a valve firmly connected to a resilient membrane is opened and closed by the valve on the one hand by the pressure medium lifted from his seat and then on the other hand by spring force back on his Seat is brought back, i.e. into the closed position, after, as a result of the previous pressure: -mittelausflußes a certain pressure relief has come about.

Gegenüber diesem bekannten Stande der Technik wird nun eine ganz wesentliche Vereinfachung im Gesamtaufbau und in der Wirkungsweise von Schallgebern mit Erregung durch eine in periodische Schwingungen versetzte strömende Flüssigkeit dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß der bei der plötzlichen Unterbrechung des Flüssigkeitskreislaufes auftretende Druckrückstoß (Wasserhammer) zur Erregung eines Schallstrahlers ausgenutzt wird. Die Häufigkeit der Schwingungen braucht keine natürliche mehr zu sein, sondern kann im Flüssigkeitskreislauf mechanisch erzwungen und selbstverständlich in weiten Grenzen verändert werden. Besonders kennzeichnend für die Erfindung ist noch die Tatsache, daß die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Wasserrückstoßes zur beliebigen Vervielfältigung der Erregung eines Schallstrahlers o. dgl. ausgenutzt wird, indem man den Rückstoß über eine Anzahl verschieden langer Rohre zum Schallstrahler sich fortpflanzen läßt.Compared to this known state of the art, there is now a very important one Simplification in the overall structure and in the mode of operation of sound generators with excitation achieved by a flowing liquid set in periodic oscillations, that according to the invention the sudden interruption of the liquid circuit occurring pressure recoil (water hammer) used to excite a sound emitter will. The frequency of the vibrations no longer needs to be natural, but rather can be mechanically enforced in the liquid cycle and of course to a large extent Boundaries are changed. Particularly characteristic of the invention is still the The fact that the speed of propagation of the water recoil at any Duplication of the excitation of a sound emitter o. The like. Is exploited by the recoil through a number of pipes of different lengths to the sound emitter can reproduce.

Im folgenden soll die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Die Zeichnungen stellen dar: Fig. z ein Schema zur Erläuterung des Wasserrückstoßes (Wasserhammer), Fi;g. 2 !ein erstes Ausführungsbeispiel, Darstellung im Schnitt, Fig. 3 zwei zueinander rechtwinklige Darstellungen eines Schallstrahlers besonderer Ausführung, .In the following, the invention is to be described using a few exemplary embodiments will. The drawings show: FIG. 2 a diagram for explaining the water recoil (Water hammer), Fi; g. 2! A first embodiment, representation in section, 3 shows two representations of a sound emitter at right angles to one another Execution, .

Fig. q. zwei zueinander rechtwinklige Darstellungen einer besonderen Vorrichtung zum systematischen Unterbrechen des Flüssigkeitskreislaufes, Fig. 5 und 6 zwei Ausführungsbeispiele für den Fall, daß ein Wasserrückstoß auf einen und denselben Schallstrahler durch verschieden lange Rohrleitungen wiederholt zur Auswirkung gebracht werden soll. Mit Bezug auf Fig. i soll zunächst eine kurze Erklärung über-- das -Wesen des Wasserhammers oder Wasserrückstoßes gegeben werden. Ein- mit -seinem einen Ende einer Rohrleitung 2 größeren Durchmessers angeschlossenes Rohr i kann an seinem anderen Ende durch ein Ventil 3 schnell geöffnet und geschlossen werden. Ist das Ventil geöffnet, so fließt das Wasser mit einer gewissen Geschwindigkeit aus. Der Druckmesser 4 wird gleichzeitig einen gewissen Druck anzeigen. Wenn nun -das Ventil 3 plötzlich geschlossen wird, wird der Wasserdruck in dem Rohr -i weit über den Wert des in der Rohrleitung 2 -vorhandenen statischen Druckes hinaus ansteigen, was ohne weiteres am Manometer 4 beobachtet werden kann. Dieser erhöhte Druck pflanzt sich, von demVentil ausgehend, zur Rohrleitung 2 mit einer gewissen Geschwindigkeit fort, die von der .Größe des Durchmessers des Rohres i, von der Art des Metalles, aus welchem das Rohr hergestellt ist, und auch noch von gewissen anderen Umständen abhängig ist. Im übrigen beträgt die Dauer dieses Überdruckes ungefähr das Doppelte der Zeit, die von der Druckwelle bei der betreffenden Geschwindigkeit benötigt wird, um sich von dem Ventil bis zu der Leitung 2 fortzupflanzen. Diese Gesghwindigkeit nun beträgt ungefähr 1300 m je Sekunde, mit anderen Worten ungefähr das Vierfache der Geschwindigkeit des Schalles in der Luft, jedoch weniger als die Geschwindigkeit des Schalles unter Wasser.Fig. Q. two right-angled representations of a special device for the systematic interruption of the liquid circuit, FIGS. 5 and 6 two exemplary embodiments for the case that a water recoil is to be brought into effect repeatedly on one and the same sound emitter through pipes of different lengths. With reference to Fig. I, a brief explanation should first be given about the nature of the water hammer or water recoil. A pipe i connected to one end of a pipe 2 with a larger diameter can be quickly opened and closed at its other end by a valve 3. If the valve is open, the water flows out at a certain speed. The pressure gauge 4 will at the same time display a certain pressure. If the valve 3 is suddenly closed, the water pressure in the pipe will rise far beyond the value of the static pressure present in the pipe 2, which can be easily observed on the manometer 4. This increased pressure is propagated from the valve to the pipe 2 at a certain rate which depends on the size of the diameter of the pipe i, the type of metal from which the pipe is made, and certain other circumstances as well is dependent. In addition, the duration of this overpressure is approximately twice the time which is required by the pressure wave at the speed in question to propagate from the valve to the line 2. This Gesghwindigkeit now is approximately 1 300 meters per second, in other words, about four times the speed of sound in the air, but less than the velocity of sound in water.

Für kleinere abgeschlossene Zweigrohre, sogenannte tote Enden, wie ein solches in der Fig. i bei 5 angedeutet ist, lehrt die Beobachtung, daß die Drucksteigerung in diesen kleineren Abzweigrohren ungefähr das Doppelte des im Rohr i auftretenden Überdruckes beträgt.For smaller closed branch pipes, so-called dead ends, such as one such is indicated in Fig. i at 5, the observation teaches that the increase in pressure in these smaller branch pipes approximately twice that which occurs in pipe i Overpressure.

All diese Grundsätze finden ihre Nutzanwendung in der vorliegenden Erfindung, die darin besteht, daß in einem geschlossenen Rohrsystem, in welchem Wasser oder irgendein anderes Strömungsmittel unter gewissem Druck, z. B. vermittels einer Pumpe, in Umlauf gesetzt wird, eine Reihe von Wasserstößen in gewünschter Häufigkeit erzeugt und die -dadurch erzielten erhöhten Drücke hineingeschickt werden in einen geschlossenen Raum, in welchem man gewisse Schwingungen erregen will.All of these principles find their application in this one Invention, which consists in that in a closed pipe system in which Water or any other fluid under a certain pressure, e.g. B. mediating a pump, which is set in circulation, a series of bursts of water in desired Frequency generated and the increased pressures achieved thereby are sent in in a closed space in which one wants to excite certain vibrations.

Es sei nunmehr auf Fig. 2 Bezug genommen. 6 ist ein geschlossener Kreislauf, in welchem das Strömungsmittel z. B. vermittels einer Pumpe 7 in Umlauf gehalten wird. 8 ist ein Ventil, welches durch eine verstellbare Feder 9 in einem gewissen, nur ganz geringen Abstande von seinem Sitz gehalten wird. Der Wasserstrom selbst drückt das Ventil gegen seinen Sitz, wodurch sich ein sogenannter Wasserstoß und im Zusammenhang hiermit eine entsprechende Drucksteigerung ergibt. Nach Verlauf einer gewissen Zeit läßt der Überdruck wieder nach, so daß die Feder das Ventil wieder von seinem Sitz abheben und die Erscheinung des Wasserstoßes sich wiederholen kann. Die. Häufigkeit dieser periodischen Erscheinung kann man in gewissen Grenzen verändern, und zwar durch Veränderung der Strömungsgeschwindigkeit, der Federspannung undloder des Abstandes des Ventils von seinem Sitz. Im Haushalt kann die Erscheinung eines selbsttätigen Wasserhammers sehr häufig beobachtet werden. Die Ursache liegt meist darin, daß in einem Wasserhahn .ein Ventil auf seiner Spindel locker geworden ist. Es ist nun durchaus möglich, einen Wasserhammer oder Wasserrückstoß rein mechanisch zu erzeugen. Diesbezüglich sei auf Fig. 4 hingewiesen. Ein drehbares Ventil io, das mit seinem Flansch i i einem Elektromotor oder irgendeiner anderen hier nicht besonders dargestellten Antriebsmaschine angeschlossen sein mag, ist so ausgebildet, daß es bei seiner Drehung den Flüssigkeitsumlauf mit bestimmter Häufigkeit unterbricht, in einer Ausführung gemäß Fig. 4. z. B. viermal bei jeder Umdrehung. Es könnte also diese Einrichtung 12 an Stelle des in Fig. 2 dargestellten frei arbeitenden Ventils 8 verwendet werden. Wie den Fig. 5 und 6 zu entnehmen, wird dieser Anordnung in der Tat der Vorzug gegeben. Mit einem solchen periodischen Wasserhammer könnte beispielsweise eine Erregung der Membran 13 eines mit der Rohrleitung 6 durch ein schwächeres Rohr 15 verbundenen Schallsenders 14 bewirkt werden. Ein solcher Schallsender (gleichgültig ob für Überwasser- oder Unterwasserschallsendungen) ist beispielsweise in Fig. 3 dargestellt. Das kreisrunde, ziemlich kräftige Gehäuse 14 ist einerseits mit einer in sich starren Platte 13 abgeschlossen, die relativ zum Gehäuse durch eine ringförmige Membran i9 auf einem Flansch 2o federnd nachgiebig in Stellung gehalten wird. Das Gehäuse 14 steht mit dem Erreger durch ein Rohr 15 in Verbindung. In praxi wird man mehr als nur ein solches Rohr vorsehen und durch jedes der Rohre je einen Stoß übertragen. So könnte man beispielsweise wie in Fig. 3 insgesamt vier Rohre 15, 16, 17 und 18 vorsehen, um, wie weiter unten noch des näheren beschrieben, durch jedes dieser Rohre je einen Stoß zu übertragen. In der bevorzugten Ausführung wird für jede Einmündung einer Rohrleitung 15, 16, 17, 18 je ein Ventil 21 vorgesehen, das mit seinem Schaft 22 relativ zu einem Halter 23 verschiebbar ist und durch eine Feder 24 für gewöhnlich gegen seinen Sitz gehalten wird. Bei dieser Einrichtung kann durch jedes der Rohre 15, 16 usw. ein Druck in den Innenraum des Gehäuses 14 übertragen, aber nur ausgelöst werden, wenn das entsprechende Ventil von seinem Sitz abgehoben ist, nicht aber durch irgendeines der anderen Ventile oder Rohre. Die Steifigkeit der Membran ig und der Federn 24 wird mit Sorgfalt so bemessen, daß die Platte i3 vor Eintritt des nächsten Impulses in ihre Normalstellung zurückkehrt und die Ventile 2i in diesem Augenblick alle geschlossen sind. Wenngleich hier nur vier Einlässe dargestellt sind, können praktisch je nach Größe des Apparates und j e nach der gewünschten Frequenz beliebig viele, beispielsweise 2o oder 24 Einlässe vorgesehen werden.Reference is now made to FIG. 6 is a closed circuit in which the fluid e.g. B. is kept in circulation by means of a pump 7. 8 is a valve which is held by an adjustable spring 9 at a certain, only very small distance from its seat. The water flow itself presses the valve against its seat, which results in a so-called water surge and, in connection with this, a corresponding increase in pressure. After a certain time the overpressure decreases again, so that the spring can lift the valve again from its seat and the phenomenon of the water surge can repeat itself. The. The frequency of this periodic phenomenon can be changed within certain limits by changing the flow velocity, the spring tension and / or the distance between the valve and its seat. The phenomenon of an automatic water hammer can be observed very frequently in the home. The cause is usually that a valve in a faucet has become loose on its spindle. It is now entirely possible to generate a water hammer or water recoil purely mechanically. In this regard, reference is made to FIG. 4. A rotatable valve io, which may be connected with its flange ii to an electric motor or any other drive machine not specifically shown here, is designed so that it interrupts the fluid circulation with a certain frequency when it rotates, in an embodiment according to FIG. B. four times for each revolution. This device 12 could therefore be used in place of the freely operating valve 8 shown in FIG. 2. As can be seen in Figures 5 and 6, this arrangement is indeed preferred. Such a periodic water hammer could, for example, excite the membrane 13 of a sound transmitter 14 connected to the pipeline 6 by a weaker pipe 15. Such a sound transmitter (regardless of whether it is for overwater or underwater sound transmissions) is shown in FIG. 3, for example. The circular, rather strong housing 14 is closed on the one hand with a rigid plate 13 which is held in position in a resilient manner relative to the housing by an annular membrane 19 on a flange 2o. The housing 14 communicates with the exciter through a pipe 15. In practice, more than just one such tube will be provided and a joint will be transmitted through each of the tubes. For example, as in FIG. 3, a total of four tubes 15, 16, 17 and 18 could be provided in order, as will be described in more detail below, to transmit a shock through each of these tubes. In the preferred embodiment, a valve 21 is provided for each junction of a pipeline 15, 16, 17, 18, which can be displaced with its shaft 22 relative to a holder 23 and is usually held against its seat by a spring 24. With this device, a pressure can be transmitted into the interior of the housing 14 through each of the tubes 15, 16 etc., but can only be triggered when the corresponding valve is lifted from its seat, but not through any of the other valves or tubes. The rigidity of the diaphragm ig and the springs 24 is carefully dimensioned so that the plate i3 returns to its normal position before the next pulse occurs and the valves 2i are all closed at this moment. Although only four inlets are shown here, practically any number, for example 20 or 24 inlets, can be provided depending on the size of the apparatus and depending on the desired frequency.

Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführung, bei der jeder vermittels des Ventils 12 erzeugte Wasserstoß vier Einzelimpulse zur Folge hat. Auf Grund der Geschwindigkeit, mit der sich die Stoßwelle von dem Ventil i2 aus fortpflanzt; kann die Rohrlänge, z. B. die des Rohres 25, so berechnet werden, daß die Zeiträume des Auftretens zwischen 15 und 16, 16 und 17 usw. gleich groß ausfallen und daß nach dem letzten, durch Rohr i8 übertragenen Impuls einer gegebenen Folge von dem Schallgehäuse 14 übermittelten Impulsen dann wieder mit dem ersten Impuls einer nächsten Folge begonnen wird. Statt vier Rohrschleifen wird man in praxi vielleicht zehn Rohrschleifen verwenden, und zwar alle verschieden lang bemessen und alle so berechnet, daß die Impulse sich vollkommen periodisch auswirken.FIG. 5 illustrates an embodiment in which each surge of water generated by means of the valve 12 results in four individual pulses. Due to the speed at which the shock wave propagates from valve i2; can be the pipe length, e.g. B. that of the pipe 25, are calculated so that the periods of occurrence between 15 and 16, 16 and 17, etc. are the same and that after the last, transmitted through pipe i8 pulse of a given sequence of the sound housing 14 transmitted pulses then is started again with the first pulse of a next sequence. Instead of four pipe loops, perhaps ten pipe loops will be used in practice, all of them of different lengths and all calculated in such a way that the impulses have a completely periodic effect.

In Fig. 6 ist ein noch anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. In jeder Rohrschleife befindet sich ein Verteiler 26, von dem aus die verschieden langen Rohre 27 den Stoß auf den Schallstrahler 14 in der gewünschten Häufigkeit übertragen. Wenn beispielsweise vier Schleifen gegeben sind und jedem Verteiler 26 fünf Rohre 27 angeschlossen sind, wird ein jeder vermittels des Ventils i2 erzeugte Wasserstoß insgesamt zwanzig auf den Schallerzeuger i4 der Reihe nach sich auswirkende Impulse zur Folge haben. In Fig. 6 sind der Deutlichkeit halber nur zwei je aus fünf Rohren bestehende Gruppen in unmittelbarer Verbindung mit dem Schallstrahler 14 dargestellt.In Fig. 6 yet another embodiment is shown. In each pipe loop is a manifold 26, from which the different lengths Tubes 27 transmit the impact to the sound radiator 14 in the desired frequency. For example, given four loops and each manifold 26 five pipes 27 are connected, each water surge generated by means of the valve i2 a total of twenty pulses acting in sequence on the sound generator i4 have as a consequence. In Fig. 6, for the sake of clarity, there are only two of five tubes Existing groups in direct connection with the sound emitter 14 are shown.

Im übrigen ist es wohl offenbar, daß Volumenänderungen der hier beschriebenen geschlossenen Systeme- nur sehr gering sein dürfen.In addition, it is probably obvious that changes in volume of the here described closed systems may only be very small.

Die Rohrleitungen werden stets aus relativ harten und elastischen Metallen bestehen. Gegenüber Baustoffen, wie sie z. B. mit Holz oder Blei gegeben sind, erhält Stahl im allgemeinen den Vorzug.The pipes are always made of relatively hard and elastic Metals. Compared to building materials, such as. B. given with wood or lead steel is generally preferred.

In Fig. 6 sind auch noch weitere not-,vendige Einzelheiten angedeutet; z. B. bezeichnet 28 einen Federkolben, durch welchen bei etwaigen Undichtigkeitsverlusten usw. der Druck im System stets auf konstanter Höhe gehalten wird. 29 bezeichnet den Einlaß, durch welchen das System von außen her nachgefüllt werden kann.In Fig. 6 still further necessary, necessary details are indicated; z. B. denotes 28 a spring piston, through which in the event of any leakage losses etc. the pressure in the system is always kept at a constant level. 29 designated the inlet through which the system can be refilled from the outside.

Die Pumpe 7 ist als Zentrifugalpumpe dargestellt. Eine Zentrifugalpumpe ist jedoch nicht unbedingt notwendig, d. h. es könnte eine Pumpe irgendeiner anderen Art, z. B. eine Dreikolbenpumpe (Triplexpumpe), verwendet werden.The pump 7 is shown as a centrifugal pump. A centrifugal pump however, it is not absolutely necessary, i. H. it could be any other pump Kind, e.g. B. a three-piston pump (triplex pump) can be used.

Die Rohrleitung oberhalb des letzten, zum Schallstrahler 14 führenden Stoßrohres, also mit anderen Worten die Rohrleitung oberhalb des Abschnittes 30 (Fig. 6), kann denselben Durchmesser wie unten behalten, aber auch in ihrem Durchmesser eine Veränderung erfahren, z. B. zwischen dem eben erwähnten Abschnitt und der Pumpe in ihrer Weite vergrößert werden, sofern dies als vorteilhaft erachtet werden sollte.The pipeline above the last one leading to the sound radiator 14 Shock tube, in other words the pipeline above section 30 (Fig. 6), can keep the same diameter as below, but also in its diameter experience a change, e.g. B. between the section just mentioned and the pump be enlarged in size, if this should be considered advantageous.

Statt Wasser oder Öl kann Ouecksilber verwendet werden, sofern das aus irgendwelchen Gründen wünschenswert erscheinen sollte.Mercury can be used instead of water or oil, provided that should seem desirable for some reason.

Wenngleich obige Beschreibung vornehmlich auf das Problem der Schallerzeugung Bezug nimmt, wird es gewiß noch andere Möglichkeiten zur Anwendung dieses neuen, der Schwingungserzeugung dienenden Verfahrens geben, weshalb in dieser Hinsicht der Erfindung keinerlei Grenzen gesetzt sein sollen.Although the above description focuses primarily on the problem of sound generation If you refer to it, there will certainly be other ways of applying this new, give the vibration generation process, which is why in this regard the invention should not be subject to any limits.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Sounder with excitation by an in periodic Vibrating flowing liquid, characterized in that the at pressure recoil resulting from the inhibition of the fluid cycle to excite the Sound emitter is used.

2. Sounder according to claim i, characterized in that the inhibition of the fluid circulation mechanically (i.e. compulsorily) forced and the resulting pressure recoil leads to a single or multiple excitation A sound emitter is used by increasing the speed of the propagation of the recoil in the line is exploited for this purpose, the recoil over a number of different lengths Pipes affect the sound emitter in a correspondingly frequent repetition allow. 3..

Sounder according to claims i and 2, thereby characterized that within a closed circulation system periodically- Bursts of water are generated and passed through a series of pipes connecting the circulation system in question to connect with any closed space, `the joints in question in the just mentioned closed space, with the lengths. the individual Connecting pipes are dimensioned so that each surge of water generated in the circulation system results in a multitude of pulsations within the enclosed space in question.

4. Sounder according to claim 3, characterized in that the dass_ with the circulation system connected by a or by several pipes, closed and with a fluid filled room, in which - the water rushes should have an effect periodically, partly is relatively resilient and relatively rigid for the rest. -5. Sound generator according to claim 4, characterized in that the one with a fluid filled, closed and with. connected to the circulation system by pipes, partly flexible, otherwise, however, a relatively rigid cavity on each of the connections Connecting pipe serving inlet is provided with a resilient shut-off valve. -