RU154734U1

RU154734U1 - SHOCK WAVE GENERATOR

Info

Publication number: RU154734U1
Application number: RU2014151462/06U
Authority: RU
Inventors: Павел Викторович Булат; Николай Васильевич Продан
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2015-09-10

Abstract

Генератор ударных волн, содержащий гильзу, полый корпус, к одному из торцов которого прикреплен стакан, в корпусе размещен ресивер, к полости которого подведены установленные в корпусе газоходы, полости корпуса стакана и гильзы образуют резонирующую полость, причем генератор оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости, отличающийся тем, что генератор дополнительно оснащен соплом и трубкой, гильза прикреплена ко второму торцу стакана, трубка размещена в гильзе, а сопло закреплено на торце ресивера, обращенном к трубке, и связано с полостью ресивера.A shock wave generator comprising a sleeve, a hollow body, one of the ends of which has a glass attached, a receiver is placed in the body, the gas ducts installed in the body are connected to the cavity, the cavity of the glass body and the sleeve form a resonating cavity, and the generator is equipped with a mechanism for controlling the volume of the resonating cavity, characterized in that the generator is additionally equipped with a nozzle and a tube, the sleeve is attached to the second end of the glass, the tube is placed in the sleeve, and the nozzle is mounted on the end of the receiver facing the tube, and connected to the cavity of the receiver.

Description

Полезная модель относится к оборудованию для генерирования ударных волн, создаваемых пульсациями среды в высокоскоростной струе и может быть использована в областях, где возникает необходимость в применении регулируемых ударных волн в открытом пространстве, в замкнутых и полузамкнутых объемах, например, в камерах сгорания детонационных двигателей.The utility model relates to equipment for generating shock waves generated by pulsations of a medium in a high-speed jet and can be used in areas where it becomes necessary to use controlled shock waves in open space, in closed and semi-closed volumes, for example, in combustion chambers of detonation engines.

Известен генератор фокусированных ударных волн, содержащий однозеркальный рефлектор, электроразрядный излучатель, емкостный накопитель и управляемый разрядник.A known generator of focused shock waves containing a single-mirror reflector, an electric discharge emitter, a capacitive storage device and a controlled arrester.

В процессе работы генератора фокусированных ударных волн формирование ударной волны происходит за счет расширения плазмы, образующейся в результате электрического пробоя паров электролита. Фокусировка ударной волны выполняется с помощью рефлектора.During operation of the focused shock wave generator, the formation of a shock wave occurs due to the expansion of the plasma resulting from the electrical breakdown of electrolyte vapor. The shock wave is focused using a reflector.

(см. патент РФ №2000086, кл. B06B 1/20. A61B 17/22, 1992 г.)(see RF patent No. 2000086, CL B06B 1/20. A61B 17/22, 1992)

В результате анализа известного генератора необходимо отметить, что в его конструкции присутствуют локальные области с высокой температурой, которые приводят при продолжительной работе к нагреву всего устройства и изменению в связи с этим его характеристик, то есть накладываются значительные ограничения на продолжительность его использования.As a result of the analysis of the known generator, it should be noted that in its design there are local areas with a high temperature, which during continuous operation lead to heating of the entire device and to a change in its characteristics due to this, that is, significant restrictions are placed on the duration of its use.

Известен электромагнитный генератор фокусированных ударных волн, содержащий индуктор, на корпусе которого размещена плоская спиральная катушка, соединенная с металлической втулкой. Генератор также содержит металлическую мембрану, расположенную параллельно катушке и установленную между ними изолирующую прокладку. В корпусе установлен с возможностью осевого перемещения полый шток, на котором расположена акустическая линза. Корпус генератора закрыт акустически прозрачной мембраной и заполнен средой (например, жидкостью).Known electromagnetic generator of focused shock waves, containing an inductor, on the housing of which is placed a flat spiral coil connected to a metal sleeve. The generator also contains a metal membrane located parallel to the coil and an insulating gasket installed between them. A hollow rod with an acoustic lens is mounted in the housing with axial movement. The generator housing is closed by an acoustically transparent membrane and filled with medium (for example, liquid).

В процессе работы генератора формирование ударной волны происходит за счет фокусирования акустической линзой акустического импульса, возникающего в жидкости в результате ускорения мембраны, которое происходит вследствие эффекта отталкивания мембраны и катушки.During the operation of the generator, the formation of a shock wave occurs due to the acoustic lens focusing an acoustic impulse arising in the liquid as a result of acceleration of the membrane, which occurs due to the repulsion effect of the membrane and the coil.

(см. патент СССР на изобретение №1817691, кл. A61B 17/22, 1993 г.).(see USSR patent for invention No. 1817691, class A61B 17/22, 1993).

Известный электромагнитный генератор фокусированных ударных имеет конструктивный недостаток: расположение штока в области фокусировки акустической линзы сокращает площадь ее рабочей поверхности, а, следовательно, приводит к снижению КПД, уменьшению значения максимальной мощности, а также снижает диапазон регулирования значений ударных волн.The known electromagnetic generator of focused shock has a design flaw: the location of the rod in the focus area of the acoustic lens reduces the area of its working surface, and, consequently, leads to a decrease in efficiency, a decrease in the value of maximum power, and also reduces the control range of the values of the shock waves.

Известен генератор ударных волн, содержащий полый корпус, рефлектор и диафрагму. Диафрагма закреплена на торце корпуса, в котором установлен ресивер, к полости ресивера подведены газоходы, а на торце ресивера установлена гильза, в которой имеются щелевые отверстия, в гильзе и ресивере с возможностью осевого перемещения установлена трубка, к торцу корпуса прикреплена втулка, а к торцу втулки - стакан, в полости которого размещен рефлектор, в дне стакана выполнено резьбовое отверстие, причем полости втулки и стакана образуют резонирующую полость, при этом генератор оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости, выполненным в виде установленного с возможностью перемещения в полости стакана поршня, скрепленного со штоком, ввинченным в резьбовое отверстие стакана и оснащенным элементом его вращения.Known shock wave generator containing a hollow body, reflector and diaphragm. The diaphragm is fixed at the end of the case where the receiver is installed, gas ducts are connected to the receiver cavity, and a sleeve is installed at the end of the receiver, in which there are slotted holes, a tube is installed in the sleeve and the receiver with axial movement, the sleeve is attached to the end of the case, and the end is attached to the end bushings - a glass in the cavity of which a reflector is placed, a threaded hole is made in the bottom of the glass, and the cavity of the sleeve and glass form a resonating cavity, while the generator is equipped with a resonant volume control mechanism olosti designed as a movably mounted in the cavity of the piston cup bonded to the rod, screwed into the threaded hole and the glass element equipped with its rotation.

В процессе работы генератора формирование ударной волны происходит за счет фокусировки волн, возникающих вследствие натекания газовой струи на диафрагму.During the operation of the generator, the formation of a shock wave occurs due to the focusing of the waves arising due to the leakage of a gas stream onto the diaphragm.

(см. патент РФ на полезную модель №140420, кл. F15B 21/12, 2014 г.) - наиболее близкий аналог.(see RF patent for utility model No. 140420, class F15B 21/12, 2014) - the closest analogue.

В результате анализа выполнения известного генератора необходимо отметить, что его конструкция не позволяет создавать ударные волны больших площадей и мощности, в противном случае необходимо создавать крупногабаритное устройство с большой массой, которое невозможно использовать в некоторых областях, например, в аэрокосмической области. Ограничением для создания ударной волны большого сечения в известном генераторе служит то, что полость, в которой происходит фокусировка ударной волны, расположена внутри устройства, а конструкция такова, что соотношение поперечного сечения полости образования ударных волн не может занимать более 5% от площади поперечного сечения резонирующей полости, что неприемлемо для устройств с жестким массогабаритными ограничениями. Ограничением по мощности создаваемых ударных волн служит сложность подводящего к щелевым отверстиям канала, размеры которого влияют на максимальный расход рабочей среды через устройство, который в свою очередь прямо пропорционально влияет на мощность генерируемых ударных волн.As a result of the analysis of the implementation of the known generator, it should be noted that its design does not allow to create shock waves of large areas and power, otherwise it is necessary to create a large-sized device with a large mass, which cannot be used in some areas, for example, in the aerospace field. A limitation for creating a shock wave of large cross section in a known generator is that the cavity in which the shock wave is focused is located inside the device, and the design is such that the ratio of the cross section of the shock wave cavity cannot occupy more than 5% of the resonant cross section cavity, which is unacceptable for devices with rigid weight and size restrictions. A limitation in the power of the generated shock waves is the complexity of the channel leading to the slotted holes, the dimensions of which affect the maximum flow rate of the working medium through the device, which in turn directly affects the power of the generated shock waves.

Технический результат полезной модели заключается в увеличении площади генерируемых им ударных волн относительно размеров устройства и повышения их мощности.The technical result of the utility model is to increase the area of the shock waves generated by it relative to the size of the device and increase their power.

Указанный технический результат достигается тем, что в генераторе ударных волн, содержащем гильзу, полый корпус, к одному из торцов которого прикреплен стакан, в корпусе размещен ресивер, к полости которого подведены установленные в корпусе газоходы, полости корпуса стакана и гильзы образуют резонирующую полость, причем генератор оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости, новым является то, что генератор дополнительно оснащен соплом и трубкой, гильза прикреплена ко второму торцу стакана, трубка размещена в гильзе, а сопло закреплено на торце ресивера, обращенном к трубке, и связано с полостью ресивера.The specified technical result is achieved by the fact that in the shock wave generator containing the sleeve, the hollow body, to one of the ends of which the glass is attached, a receiver is placed in the body, to the cavity of which the gas ducts installed in the body are connected, the cavity of the glass body and the sleeve form a resonating cavity, and the generator is equipped with a mechanism for regulating the volume of the resonating cavity, the new one is that the generator is additionally equipped with a nozzle and a tube, the sleeve is attached to the second end of the glass, the tube is placed in the sleeve, and oplo fixed to the end face of the receiver facing the tube, and is connected with the cavity of the receiver.

Сущность заявленной полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлен генератор ударных волн, осевой разрез.The essence of the claimed utility model is illustrated by graphic materials on which the shock wave generator and axial section are presented.

Генератор ударных волн содержит стакан 1, в дне которого выполнено резьбовое отверстие. Стакан 1 прикреплен к торцу полого корпуса 2, имеющего цилиндрическую форму. Ко второму торцу корпуса прикреплена гильза 3, имеющая цилиндрическую форму. Установка гильзы 3 на корпус 2 и стакана 1 на корпус 2 может быть осуществлена различным известным образом, например, посредством резьбового соединения.The shock wave generator contains a glass 1, in the bottom of which a threaded hole is made. The glass 1 is attached to the end face of the hollow body 2 having a cylindrical shape. A sleeve 3 having a cylindrical shape is attached to the second end of the housing. The installation of the sleeve 3 on the housing 2 and the glass 1 on the housing 2 can be carried out in various known ways, for example, by means of a threaded connection.

Внутренние объемы соединенных гильзы 3, корпуса 2 и стакана 1 образуют резонирующую полость «А».The internal volumes of the connected sleeve 3, the housing 2 and the glass 1 form a resonant cavity "A".

Генератор ударных волн оснащен механизмом регулирования объема резонирующей полости «А», выполненным в виде размещенного в полости стакана 1 поршня 4, скрепленного с одним концом штока 5 с резьбой по его наружной поверхности. Шток ввинчен в резьбовое отверстие стакана 1. На другом конце штока 5 закреплен элемент его вращения (например, рукоятка) 6.The shock wave generator is equipped with a mechanism for regulating the volume of the resonant cavity "A", made in the form of a piston 4 located in the cavity of the glass 1, fastened to one end of the rod 5 with a thread on its outer surface. The rod is screwed into the threaded hole of the glass 1. On the other end of the rod 5 is fixed an element of its rotation (for example, a handle) 6.

В полости корпуса 2 расположен ресивер 7, к полости которого подведены газоходы 8, пропущенные через выполненные в корпусе радиальные отверстия. Для обеспечения герметичности полости корпуса в радиальных отверстиях корпуса установлены уплотнительные втулки 9. опирающиеся на уплотни тельные шайбы 10.A receiver 7 is located in the cavity of the housing 2, to the cavity of which gas ducts 8 are passed through the radial openings made in the housing. To ensure the tightness of the housing cavity in the radial openings of the housing, sealing sleeves are installed 9. based on the sealing washers 10.

Ресивер 7 закреплен в корпусе 2 посредством опорного кольца 11.The receiver 7 is fixed in the housing 2 by means of a support ring 11.

К торцу ресивера 7 присоединено сопло 12. Установка сопла 12 на ресивере 7 может быть осуществлено различным известным образом, например, посредством резьбового соединения или прессовой посадки.A nozzle 12 is connected to the end of the receiver 7. The nozzle 12 can be mounted on the receiver 7 in various known ways, for example, by means of a threaded connection or a press fit.

В полости гильзы 3 у ее свободного торца расположена трубка 13, смонтированная в гильзе посредством опорного кольца 14, закрепленного в полости гильзы.In the cavity of the sleeve 3 at its free end is a tube 13 mounted in the sleeve by means of a support ring 14 fixed in the cavity of the sleeve.

Между внутренней поверхностью стакана 1 и внешней поверхностью поршня 4 установлены уплотнительные кольца 15.Between the inner surface of the cup 1 and the outer surface of the piston 4, sealing rings 15 are installed.

Для сообщения полостей стакана, корпуса и гильзы (то есть, образования единой резонирующей полости «А»), в опорном кольце 14 выполнены осевые канаты 16, а в опорном кольце 11 - осевые каналы 17.To communicate the cavities of the glass, body and sleeve (that is, the formation of a single resonant cavity "A"), axial ropes 16 are made in the support ring 14, and axial channels 17 are made in the support ring 11.

Генератор ударных волн работает следующим образом.The shock wave generator operates as follows.

Перед началом работы осуществляют настройку генератора на заданный режим работы.Before starting work, the generator is tuned to the specified operating mode.

Из уровня техники известно, что основными характеристиками генератора являются частота и интенсивность генерируемых им ударных волн. Параметры ударных волн задаются давлением подаваемой рабочей среды и вылетом штока 5, определяющим объем резонирующей полости «А». Зная требуемые параметры ударных волн, определяют необходимую величину давления подачи рабочей среды и вылет штока 13, определяющий объем резонирующей полости «А». Определение данных параметров осуществляется по известным методикам и не представляет сложностей для специалистов.From the prior art it is known that the main characteristics of the generator are the frequency and intensity of the shock waves generated by it. The parameters of the shock waves are set by the pressure of the supplied working medium and the rod 5, which determines the volume of the resonant cavity “A”. Knowing the required parameters of the shock waves, determine the necessary pressure of the working medium and the rod 13, which determines the volume of the resonating cavity "A". The determination of these parameters is carried out by known methods and is not difficult for specialists.

В процессе работы генератора через газоходы 8 в ресивер 7 подают под давлением рабочую среду (например, воздух от компрессора - не показан), которая через сопло 12 истекает из ресивера 7, образуя струю, поступающую в полость гильзы 3. Давление среды в ресивере должно быть таким, чтобы реализовался колебательный режим ее течения. На таком режиме происходит изменение ударноволновой структуры струи. Данный процесс подробно описан в следующих источниках: Засухи О.Н., Булат П.В., Продан Н.В. История экспериментальных исследований донного давления. Фундаментальные исследования. №12 (3). 2011 г., с. 670-674, Засухи О.Н., Булат П.В., Продан П.В. Колебания донною давления. Фундаментальные исследования. №3. 2012 г., с. 204-207,Засухи О.П., Булат П.В., Продан И.В. Развитие методов расчета донного давления. Фундаментальные исследования, №6 (1). 2012 г., с. 27.3-279. При таком течении газа образуется перемещающийся по полости «А» газовый диск Маха, который двигается в сторону трубки 13. В момент достижения тазового диска Маха торна трубки 13 происходит его отсечение из полости «А», после чего внутри трубки 13 перемещается к ее выходу отсеченный диск Маха в виде ударной волны. В результате из трубки 13 истекает поток рабочей среды в виде ударных волн, размеры которых совпадают с размерами внутренней полости трубки 13. Размер поперечного сечения внутренней полости трубки 13 конструктивно ограничен размерами сквозных отверстий 16 и в рассматриваемом устройстве он должен быть не менее 50% от поперечного размера резонирующей полости «А», что в 10 раз превышает размеры ударных волн, получаемых в аналогах. Тем самым, при создании ударной волны одинаковой размерности, используя рассматриваемое устройство, можно добиться десятикратного уменьшения массы и габаритных размеров устройства по сравнению с аналогами.In the process of the generator’s operation, through the flues 8, a working medium is supplied under pressure to the receiver 7 (for example, air from the compressor is not shown), which flows through the nozzle 12 from the receiver 7, forming a stream entering the cavity of the sleeve 3. The pressure of the medium in the receiver should be such that the oscillatory mode of its flow is realized. In this mode, the shock wave structure of the jet changes. This process is described in detail in the following sources: Droughts O.N., Bulat P.V., Prodan N.V. History of experimental studies of bottom pressure. Basic research. No. 12 (3). 2011, p. 670-674, Droughts O.N., Bulat P.V., Prodan P.V. Fluctuations in the bottom pressure. Basic research. Number 3. 2012, p. 204-207, Droughts O.P., Bulat P.V., Prodan I.V. Development of methods for calculating bottom pressure. Basic research, No. 6 (1). 2012, p. 27.3-279. With such a gas flow, a Mach gas disk moving along the cavity “A” is formed, which moves towards the tube 13. When the pelvic Mach disk reaches the thorn of the tube 13, it is cut off from the “A” cavity, after which the cut off inside the tube 13 moves to its exit Mach disk in the form of a shock wave. As a result, the flow of the working medium from the tube 13 in the form of shock waves, the dimensions of which coincide with the dimensions of the inner cavity of the tube 13. The size of the cross section of the inner cavity of the tube 13 is structurally limited by the size of the through holes 16 and in the device in question it must be at least 50% of the transverse the size of the resonant cavity "A", which is 10 times the size of the shock waves obtained in analogues. Thus, when creating a shock wave of the same dimension, using the device in question, it is possible to achieve a tenfold decrease in the mass and overall dimensions of the device in comparison with analogues.

Частота, с которой ударные волны рабочей среды выходят из устройства, зависит от частоты колебательного течения в полости «А», которая в свою очередь зависит от величины объема (V_A) полости «А» генератора. Увеличение объема (V_A) приводит к уменьшению частоты образования ударных волн вследствие более медленного опорожнения полости «А» за счет эжекционных свойств струи. И наоборот, уменьшение объема (V_A) приводит к увеличению частоты образования ударных волн вследствие более быстрого опорожнения полости «А» за счет эжекционных свойств струи.The frequency with which the shock waves of the working medium exit the device depends on the frequency of the oscillatory flow in the cavity "A", which in turn depends on the volume (V _A ) of the cavity "A" of the generator. The increase in volume (V _A ) leads to a decrease in the frequency of formation of shock waves due to the slower emptying of the cavity "A" due to the ejection properties of the jet. Conversely, a decrease in volume (V _A ) leads to an increase in the frequency of formation of shock waves due to faster emptying of the cavity "A" due to the ejection properties of the jet.

Управление частотными характеристиками генератора происходит за счет регулирования объема (V_A) полости «А» генератора. Регулирование объема (V_A) осуществляется осевым перемещением поршня 4 в стакане 3. При вращении рукоятки 6 происходит поступательное перемещение штока 5, который, в свою очередь перемещает поршень 4. Таким образом, обеспечение возможности регулирования объема полости «А», обеспечивает работу устройства в широких диапазонах частотных характеристик.The frequency characteristics of the generator are controlled by adjusting the volume (V _A ) of the cavity “A” of the generator. Volume control (V _A ) is carried out by axial movement of the piston 4 in the cup 3. When the handle 6 is rotated, the rod 5 translates, which, in turn, moves the piston 4. Thus, providing the possibility of regulating the volume of the cavity “A”, the device operates in wide ranges of frequency characteristics.

Интенсивность возбуждаемых ударных волн зависит от давления подаваемой в ресивер 7 среды. Чем выше давление, тем выше интенсивность ударных волн. И наоборот, чем меньше давление, тем меньше интенсивность ударных волн. Полость ресивера не содержит в себе дополнительных конструкций, что обеспечивает максимальное использование ее объема, а соединение полости ресивера с соплом не имеет промежуточных вставок и имеет плавный переход, что не создает дополнительного сопротивления рабочей среде и расход рабочей среды в таком случае является максимальным при заданном перепаде давления.The intensity of the excited shock waves depends on the pressure supplied to the receiver 7 medium. The higher the pressure, the higher the intensity of the shock waves. Conversely, the lower the pressure, the lower the intensity of the shock waves. The cavity of the receiver does not contain additional structures, which ensures maximum use of its volume, and the connection of the cavity of the receiver with the nozzle has no intermediate inserts and has a smooth transition, which does not create additional resistance to the working medium and the flow rate of the working medium in this case is maximum at a given differential pressure.

Claims

A shock wave generator comprising a sleeve, a hollow body, one of the ends of which has a glass attached, a receiver is placed in the body, to the cavity of which gas ducts installed in the body are connected, the cavity of the glass body and the sleeve form a resonating cavity, and the generator is equipped with a mechanism for controlling the volume of the resonating cavity, characterized in that the generator is additionally equipped with a nozzle and a tube, the sleeve is attached to the second end of the glass, the tube is placed in the sleeve, and the nozzle is mounted on the end of the receiver facing the tube, and connected to the cavity of the receiver.