RU2344001C2 - Alarm for oncoming resonant waves - Google Patents

Alarm for oncoming resonant waves Download PDF

Info

Publication number
RU2344001C2
RU2344001C2 RU2007108883/28A RU2007108883A RU2344001C2 RU 2344001 C2 RU2344001 C2 RU 2344001C2 RU 2007108883/28 A RU2007108883/28 A RU 2007108883/28A RU 2007108883 A RU2007108883 A RU 2007108883A RU 2344001 C2 RU2344001 C2 RU 2344001C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
resonator
resonant
stator
rotation
Prior art date
Application number
RU2007108883/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2344001C9 (en
RU2007108883A (en
Inventor
женинов Евгений Дмитриевич Сви (RU)
Евгений Дмитриевич Свияженинов
Original Assignee
Институт проблем машиноведения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем машиноведения Российской академии наук filed Critical Институт проблем машиноведения Российской академии наук
Priority to RU2007108883/28A priority Critical patent/RU2344001C9/en
Publication of RU2007108883A publication Critical patent/RU2007108883A/en
Publication of RU2344001C2 publication Critical patent/RU2344001C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2344001C9 publication Critical patent/RU2344001C9/en

Links

Images

Landscapes

  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Abstract

FIELD: physics; acoustics.
SUBSTANCE: present invention pertains to acoustics, particularly to devices for generating resonant acoustic oscillations in flowing liquid or gas medium, and can be used for making all types of high quality dispersion systems. The device comprises coaxially fitted cylindrical stator in form of a concentric acoustic resonator or hollow rotor, in the adjacent surfaces of which there are through openings, uniformly distributed around, an actuator for uniform rotation of the rotor, apparatus letting liquid or gas mixture into the rotor and product outlets. The hollow rotor of the alarm consists of a series of longitudinal sections with number of openings different by one from the number of openings of the stator for generation of progressive rotating resonant wave of oscillations in the resonator - straight, in the direction of rotation of the rotor, - if more by one and inversely, in the opposite direction of rotation of the rotor, - if less by one. The number of such sections of the rotor is arbitrary, and they alternate so as to provide for counter rotation of resonant propagating waves on adjacent borders of sections. All outlets are at a tangent to the outer surface of the stator in the direction corresponding to the rotary waves and are directed in the same transverse direction. That way, the alarm generates opposite resonant rotary waves, obtained from a single rotor.
EFFECT: increased output of the propellant with simultaneous increase of its efficiency, as well as simplification and reliability of the device.
11 dwg

Description

Изобретение относится к акустике, а именно к устройствам для создания мощных резонансных акустических колебаний в проточной жидкой или газообразной среде, и может быть использовано в нефтегазовой, медицинской, химической, фармацевтической, парфюмерно-косметической, пищевой, энергетической, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности для производства всех видов высококачественных дисперсных систем.The invention relates to acoustics, and in particular to devices for creating powerful resonant acoustic vibrations in a flowing liquid or gaseous medium, and can be used in oil and gas, medical, chemical, pharmaceutical, perfumery, cosmetic, food, energy, metallurgical, engineering and other industries for the production of all kinds of high-quality dispersed systems.

Сирены - практически единственные мощные источники акустических колебаний для жидких и газообразных сред, содержащие полые статор и ротор с рядом равномерно расположенных одинаковых отверстий на смежных поверхностях /Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Изд-во иностр. л-ры, 1957. 726 с./.Sirens are practically the only powerful sources of acoustic vibrations for liquid and gaseous media, containing a hollow stator and a rotor with a series of equally spaced identical holes on adjacent surfaces / Bergman L. Ultrasound and its use in science and technology. M .: Publishing house of foreign countries. L-ry, 1957. 726 p. /.

Идея объединения сирены как наиболее мощного источника акустических колебаний и явления резонанса как способа аккумуляции колебательной энергии реализована в диспергаторе, устройстве для производства высококачественных дисперсных систем, на вращающихся резонансных акустических волнах /Свияженинов Е.Д. Гидроакустическая сирена. Патент на изобретение №2284229. Приоритет 28.04.04/.The idea of combining a siren as the most powerful source of acoustic vibrations and the phenomenon of resonance as a method of accumulating vibrational energy is implemented in a dispersant, a device for the production of high-quality dispersed systems, on rotating resonant acoustic waves / Sviyazheninov E.D. Hydroacoustic siren. Patent for invention No. 2284229. Priority 04/28/04 /.

В этом устройстве, принятом за прототип, для согласования частот возмущения и собственных частот колебаний резонатора возбуждается не стоячая, а бегущая - вращающаяся волна, что достигается модификацией перфорации ротора сирены. Резонансный режим работы обеспечивает оптимальные условия подкачки механической энергии в колебательную систему для совершения работы, например размельчения и перемешивания сред. Наиболее актуально это для жидких и газообразных сред, не "боящихся" повышенных вибраций, давлений и усталостных разрушений. Вращающаяся резонансная волна идеально вписывается в техническое назначение устройства - перемешивание и измельчение дисперсных сред, т.к. устраняются застойные области и осуществляется проточное движение продукта. В прототипе введена сирена с новым типом перфорации, позволяющая создавать вращающуюся акустическую волну как совпадающую, так и противоположную направлению вращения ротора, способную возбуждать низкочастотные двухузловые (по окружной координате) формы собственных колебаний в круговой области. Резонансная сирена окружена концентрической резонансной камерой озвучивания, настроенной на частоту основного тона именно таких собственных форм акустических колебаний.In this device, adopted as a prototype, to coordinate the disturbance frequencies and the natural frequencies of the oscillations of the resonator, it is not a standing wave but a traveling wave that is excited by a rotating wave, which is achieved by modifying the perforation of the siren rotor. The resonant mode of operation provides optimal conditions for pumping mechanical energy into the oscillatory system to perform work, such as grinding and mixing media. This is most relevant for liquid and gaseous media that are not “afraid” of increased vibrations, pressures and fatigue damage. A rotating resonant wave fits perfectly into the technical purpose of the device - mixing and grinding of dispersed media, because stagnant areas are eliminated and product flowing through. The prototype introduced a siren with a new type of perforation, which allows you to create a rotating acoustic wave that is both coincident and opposite to the direction of rotation of the rotor, capable of exciting low-frequency two-node (along the circumferential coordinate) forms of natural vibrations in a circular region. The resonant siren is surrounded by a concentric resonant sounding chamber tuned to the fundamental frequency of just such natural forms of acoustic vibrations.

Задача настоящего изобретения - увеличение производительности диспергатора с одновременным повышением его эффективности.The objective of the present invention is to increase the performance of the dispersant while increasing its effectiveness.

Поставленная задача решается за счет введения удлиненного вала ротора сирены, состоящего из произвольного числа последовательно чередующихся двух типов секций, приводящих к генерации на одном вращающемся валу такого же числа встречных резонансных вращающихся волн. Сопутствующим эффектом является технологическая простота, экономичность и надежность устройства.The problem is solved by introducing an elongated shaft of the siren rotor, consisting of an arbitrary number of sequentially alternating two types of sections, leading to the generation on the same rotating shaft of the same number of counterpropagating resonant rotating waves. A concomitant effect is the technological simplicity, efficiency and reliability of the device.

При этом на одном вращающемся валу возбуждаются бегущие вращающиеся резонансные волны в обрабатываемой среде, при движении в аксиальном направлении поочередно меняющие направления вращения, что создает встречное движение вращающихся слоев и повышает качество диспергирования продукта без всяких дополнительных технологических и энергетических затрат. Многосекционность вала увеличивает его длину и, соответственно, пропускную способность диспергатора.At the same time, traveling rotating resonant waves are excited on one rotating shaft in the medium being processed, alternately changing the directions of rotation when moving in the axial direction, which creates the oncoming movement of the rotating layers and improves the quality of the dispersion of the product without any additional technological and energy costs. Multisectional shaft increases its length and, accordingly, the throughput of the dispersant.

Изложенная сущность поясняется чертежами, где на фиг.1, 2, 3 изображена схема резонансной сирены, генерирующей встречные вращающиеся волны, снимаемые с единого ротора, на фиг.4 - собственные формы возбуждаемых резонансных колебаний, на фиг.5 - соответствующие им собственные частоты, на фиг.6, 7 - амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики вынужденных колебаний, на фиг.8 - схема возбуждения резонатора, на фиг.9 - схема воздействия потоков газа, истекающих из отверстий ротора, на отверстия статора, на фиг.10, 11 - номограммы конструктивных парамеров сирены: резонансных частот колебаний обрабатываемой дисперсной среды, частот вращения ротора, наружного и внутреннего радиусов статора и числа отверстий статора.The essence of the above is illustrated by drawings, in which Figs. 1, 2, 3 show a diagram of a resonant siren generating counterpropagating rotating waves taken from a single rotor, Fig. 4 shows the eigenmodes of the excited resonant oscillations, Fig. 5 shows the corresponding natural frequencies, in Fig.6, 7 - amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of forced oscillations, Fig.8 is a diagram of the excitation of the resonator, Fig.9 is a diagram of the effect of gas flows flowing from the holes of the rotor on the stator holes, Fig.10, 11 - nomograms of structural pairs Siren measures: resonant frequencies of oscillations of the treated dispersed medium, rotor speeds, outer and inner stator radii, and the number of stator openings.

Резонансная сирена на вращающихся встречных волнах (фиг.1, 2, 3) содержит коаксиально установленные полый цилиндрические статор 1 в виде кругового концентрического акустического резонатора и вращающийся внутри него полый ротор 2. В смежных поверхностях статора и ротора выполнены равномерно расположенные по окружности сквозные отверстия. Статор на всем продольном измерении однороден и имеет n отверстий. Ротор по длине состоит из произвольного числа чередующихся отрезков, содержащих n+1 (фиг.1, 2) и n-1 (фиг.1, 3) отверстий соответственно. Ротор равномерно вращается приводом 3 и содержит средство для подачи жидкой или газообразной смеси внутрь него под небольшим давлением 4. Возможно в этом качестве использование всего лишь крыльчатки ротора, подобно центробежным насосам. Выходные патрубки 5 расположены тангенциально на наружном радиусе статора и ориентированы в направлении бегущей волны, по ходу или против вращения ротора, фиг.2, 3 соответственно. Для удобства вывода продукта все они ориентированы в одном поперечном направлении. Следовательно, патрубки, расположенные в секциях прямой и обратной вращающихся волн, диаметрально противоположны (фиг.1, 2, 3). При практическом применении диспергатора для тяжелой, особенно жидкой дисперсной среды патрубки желательно направить вертикально вниз для стекания готового продукта в фильтратор с дальнейшей транспортировкой в емкости для хранения.The resonant siren on rotating counterpropagating waves (Figs. 1, 2, 3) contains a coaxially mounted hollow cylindrical stator 1 in the form of a circular concentric acoustic resonator and a hollow rotor 2 rotating inside it. Through adjacent openings are made in adjacent surfaces of the stator and rotor. The stator is uniform throughout the longitudinal dimension and has n holes. The rotor in length consists of an arbitrary number of alternating segments containing n + 1 (figure 1, 2) and n-1 (figure 1, 3) holes, respectively. The rotor rotates evenly by the drive 3 and contains means for supplying a liquid or gaseous mixture inside it under a slight pressure 4. It is possible in this quality to use only the rotor impeller, like centrifugal pumps. The output nozzles 5 are located tangentially on the outer radius of the stator and are oriented in the direction of the traveling wave, along or against the rotation of the rotor, Fig.2, 3, respectively. For the convenience of product output, they are all oriented in the same transverse direction. Therefore, the nozzles located in the sections of the forward and reverse rotating waves are diametrically opposite (Figs. 1, 2, 3). In the practical use of a dispersant for a heavy, especially liquid dispersed medium, it is advisable to direct the nozzles vertically downwards for the finished product to flow into the filter with further transportation to storage tanks.

Главный смысл изобретения заключается в объединении радиальной сирены как наиболее мощного источника акустических колебаний и явления резонанса как способа аккумуляции колебательной энергии. Композиционно рационально окружить сирену кольцевым цилиндрическим резонатором. Однако традиционная сирена генерирует стоячие волны - осесимметричные колебания, и толщина резонатора, имеющего соответствующую собственную частоту, оказывается нереально большой. Для согласования частоты возмущения сирены и собственных частот колебаний резонатора следует возбуждать не осесимметричную стоячую, а двухузловую бегущую волну. Это наиболее функционально для перемешивания и измельчения частиц сред до получения требуемой дисперсной системы, т.к. устраняются застойные зоны обработки и осуществляется проточное движение продукта. Для возбуждения бегущей вращающейся волны предложен особый вид перфорации ее ротора. В результате в резонаторе легко возбуждается двухузловая в окружном направлении неосимметричная волна собственных колебаний, имеющая наинизшие собственные частоты. Эта волна - бегущая, в отличие от вырабатываемой традиционной сиреной стоячей волны. Более того, выбором перфорации ротора направление ее вращения легко может быть изменено на противоположное при одном и том же вращающемся роторе. Три главных результата получены из такого подхода. Первый: предложенная сирена даже без резонатора, сама по себе, может использоваться как индикатор кругового обзора на слабозатухающих низкочастотных волнах в акустике. Второй: новый тип перфорации открывает возможности использования резонанса с сиреной в качестве возбудителя. Третий: позволяет получать встречные резонансные бегущие волны на одном вращающемся валу ротора. Последнее особенно важно для перемешивания и измельчения жидких или газообразных сред.The main meaning of the invention is to combine a radial siren as the most powerful source of acoustic vibrations and the phenomenon of resonance as a method of accumulating vibrational energy. It is compositionally rational to surround the siren with a circular cylindrical resonator. However, the traditional siren generates standing waves - axisymmetric vibrations, and the thickness of the resonator having the corresponding natural frequency is unrealistically large. To match the frequency of the siren perturbation and the natural frequencies of the oscillations of the resonator, it is not necessary to excite an axisymmetric standing wave, but a two-node traveling wave. This is most functional for mixing and grinding particles of media to obtain the desired disperse system, because stagnant processing zones are eliminated and flowing movement of the product is carried out. To excite a traveling rotating wave, a special form of perforation of its rotor is proposed. As a result, a two-node asymmetric eigenoscillation wave with the lowest eigenfrequencies is easily excited in the resonator in the circumferential direction. This wave is traveling, in contrast to the standing wave generated by the traditional siren. Moreover, by choosing the perforation of the rotor, the direction of its rotation can easily be reversed with the same rotating rotor. Three main results are obtained from this approach. First: the proposed siren, even without a resonator, by itself, can be used as an indicator of all-round visibility on weakly attenuated low-frequency waves in acoustics. Second: a new type of perforation opens up the possibility of using resonance with a siren as a pathogen. Third: allows you to receive oncoming resonant traveling waves on one rotating shaft of the rotor. The latter is especially important for mixing and grinding liquid or gaseous media.

Итак, колебания жидкой или газообразной смеси осуществляются в кольцевой цилиндрической полости - статоре. Осесимметричные собственные колебания жидкости (газа) в кольцевой полости (фиг.4, штриховая линия), возбуждаемые традиционными сиренами с одинаковой перфорацией ротора и статора, имеют неограниченно возрастающие с уменьшением толщины собственные частоты основного тона (фиг.5, штриховая линия, где ρ - отношение внутреннего радиуса концентрического акустического резонатора к наружному, 0<ρ<1, α=α(ρ) - корень соответствующего уравнения частот), что потребовало бы чрезмерно увеличивать обороты ротора и уменьшать шаг перфорации (т.е. увеличивать равное число отверстий в смежных поверхностях ротора и статора) для достижения резонансной частоты возбуждения и увеличивать толщину резонатора для снижения частоты основного тона осесимметричных колебаний. В связи с этим целесообразно создавать резонансную бегущую двухузловую волну в статоре /Свияженинов Е.Д. Спектральные методы решения задач о колебаниях диссипативных механических и электродинамических систем с распределенными параметрами: Дис… докт. техн. наук, СПб., 1994, 432 с./. Двухузловая в тангенциальном направлении собственная форма колебаний в кольцевой цилиндрической области (фиг.4, сплошная линия) имеет наинизшие собственные частоты колебаний из всех существующих (фиг.5, сплошная линия), что открывает путь к использованию резонанса в круговом концентрическом статоре небольшой толщины при доступных невысоких оборотах ротора и не слишком малом шаге перфорации. При осуществлении резонанса не требуется нагнетать обрабатываемую среду в резонатор под большим давлением для создания достаточного мощных импульсов возбуждения. Даже при слабом входном давлении на резонатор в нем будут происходить интенсивные акустические вибрации вследствие синфазной подкачки и аккумуляции колебательной механической энергии в среде. Выбран основной (низший) резонанс двухузловой формы колебаний, имеющий наименьшую частоту и обеспечивающий наибольшее усиление колебаний, что следует из амплитудно-частотной характеристики для однопериодных по окружности колебаний (фиг.6). На фазочастотной характеристике (фиг.7) видно, как на резонансе выполняются фазные условия оптимальной подкачки энергии в колебательную систему.So, the vibrations of a liquid or gaseous mixture are carried out in an annular cylindrical cavity - a stator. Axisymmetric natural oscillations of the liquid (gas) in the annular cavity (Fig. 4, dashed line), excited by traditional sirens with the same perforation of the rotor and stator, have natural frequencies that are infinitely increasing with decreasing thickness (Fig. 5, dashed line, where ρ - the ratio of the inner radius of the concentric acoustic resonator to the outer, 0 <ρ <1, α = α (ρ) is the root of the corresponding frequency equation), which would require an excessive increase in rotor speed and a decrease in the perforation pitch (i.e., increase equal number of holes in the adjacent surfaces of the rotor and stator) to achieve a resonant excitation frequency and increase the thickness of the resonator to reduce the fundamental frequency of the axisymmetric oscillations. In this regard, it is advisable to create a resonant traveling two-node wave in the stator / Sviyazheninov E.D. Spectral methods for solving problems on the oscillations of dissipative mechanical and electrodynamic systems with distributed parameters: Dis ... doct. tech. Sciences, St. Petersburg, 1994, 432 pp. /. Two-node in the tangential direction, the natural form of oscillation in the annular cylindrical region (Fig. 4, solid line) has the lowest natural oscillation frequencies of all existing (Fig. 5, solid line), which opens the way to the use of resonance in a circular concentric stator of small thickness with available low rotor speeds and not too small perforation step. When resonance is implemented, it is not necessary to pump the medium to be processed into the resonator under high pressure to create sufficient powerful excitation pulses. Even with a weak inlet pressure on the resonator, intense acoustic vibrations will occur in it due to in-phase pumping and accumulation of vibrational mechanical energy in the medium. The main (lowest) resonance of the two-node oscillation mode was selected, which has the lowest frequency and provides the greatest amplification of oscillations, which follows from the amplitude-frequency characteristic for oscillations single-period along the circumference (Fig. 6). On the phase-frequency characteristic (Fig. 7), it is seen how the phase conditions of the optimal pumping of energy into the oscillatory system are satisfied at the resonance.

Для возбуждения неосесимметричной бегущей резонансной волны предлагается нетрадиционная схема сирены, а именно новый тип ее перфорации. По-прежнему отверстия на роторе и статоре распределены равномерно в окружном направлении, но число отверстий ротора - на единицу большее (для создания прямой, или попутной, бегущей волны, совпадающей с направлением вращения ротора) или на единицу меньшее (для получения обратной, или встречной, волны, противоположной направлению вращения ротора), чем на статоре (фиг.8).To excite a non-axisymmetric traveling resonant wave, an unconventional siren scheme is proposed, namely a new type of its perforation. As before, the holes on the rotor and stator are evenly distributed in the circumferential direction, but the number of rotor holes is one more (to create a direct, or incident, traveling wave, coinciding with the direction of rotation of the rotor) or one less (to get the opposite or counter , waves opposite to the direction of rotation of the rotor) than on the stator (Fig. 8).

Работа устройстваDevice operation

При равномерном вращении ротора с угловой скоростью ωp, на поверхности которого располагается n+1 или n-1 равномерно отстоящих друг от друга радиальных потоков газа, каждая из n щелей на поверхности статора поочередно испытывает пульсацию давления (фиг.8).When the rotor rotates uniformly with an angular velocity ω p , on the surface of which there are n + 1 or n-1 radial gas flows uniformly spaced from each other, each of the n slots on the stator surface experiences alternating pressure pulsations (Fig. 8).

Пусть в начальный момент одна из щелей ротора и статора совпадают (фиг.9). Импульс давления со стороны истекающего из ротора газа передается в резонатор статора. При повороте ротора на уголLet at the initial moment one of the slots of the rotor and stator coincide (Fig. 9). The pressure pulse from the gas flowing out of the rotor is transmitted to the stator resonator. When the rotor rotates through an angle

Figure 00000001
Figure 00000001

(при прямой волне) или на(in a direct wave) or on

Figure 00000002
Figure 00000002

(при обратной) толчок давления произойдет на соседнем отверстии резонатора - по ходу вращения ротора или против. При повороте ротора на угол (n+1)δ=2π/n или на nδ=2π/(n-1) импульс давления ровно один раз обежит окружность в прямом или обратном направлении. Таким образом, угловая скорость вращения импульса давления на внутреннюю поверхность резонатора составляет ω=(n+1)ωp - в прямом и ω=(n-1)ωp - в обратном направлении.(at the reverse) a pressure shock will occur at the neighboring hole of the resonator - in the direction of rotation of the rotor or against. When the rotor is rotated through an angle (n + 1) δ = 2π / n or by nδ = 2π / (n-1), a pressure impulse runs around the circle exactly once in the forward or reverse direction. Thus, the angular velocity of rotation of the pressure pulse on the inner surface of the resonator is ω = (n + 1) ω p - in the forward and ω = (n-1) ω p - in the opposite direction.

Окончательно частота вращения

Figure 00000003
ротора 2 (фиг.1, 2, 3) находится из условия достижения резонанса:Final speed
Figure 00000003
rotor 2 (figure 1, 2, 3) is found to achieve resonance:

f=ν/(n+1)f = ν / (n + 1)

- для сирены на прямой бегущей волне и- for a siren on a direct traveling wave and

f=ν/(n-1)f = ν / (n-1)

- для сирены на обратной бегущей волне, где ν - собственная частота акустических колебаний резонатора,

Figure 00000004
, n - число отверстий статора.- for a siren on a reverse traveling wave, where ν is the natural frequency of the acoustic oscillations of the resonator,
Figure 00000004
, n is the number of stator holes.

Со стороны ротора на поверхность статора-резонатора действует быстровращающийся импульс избыточного давления. Гармонический состав одиночного импульса представляет собой ряд окружных гармоник, из которых наибольшую амплитуду имеет двухузловая (однопериодная) в тангенциальном направлении. Именно эта основная гармоника и служит для возбуждения резонансной бегущей волны колебаний - однопериодной (двухузловой) в тангенциальном направлении синусоиды. Амплитудно-частотная характеристика двухузловых колебаний вязкой теплопроводной сжимаемой жидкой среды в резонаторе (фиг.6) показывает, что наибольшее усиление колебаний обеспечивает первый (основной) резонанс. Для кольцевого цилиндрического резонатора 1 (фиг.1, 2, 3) внешнего радиуса R и отношением внутреннего радиуса к наружному ρ частота основного тона равна:From the rotor side, a rapidly rotating excess pressure pulse acts on the surface of the stator resonator. The harmonic composition of a single pulse is a series of circumferential harmonics, of which the two-node (single-period) in the tangential direction has the largest amplitude. It is this fundamental harmonic that serves to excite the resonant traveling wave of oscillations - a single-period (two-node) in the tangential direction of the sine wave. The amplitude-frequency characteristic of the two-node oscillations of a viscous heat-conducting compressible liquid medium in the resonator (Fig.6) shows that the first (main) resonance provides the greatest amplification of the oscillations. For an annular cylindrical resonator 1 (1, 2, 3) of the outer radius R and the ratio of the inner radius to the outer ρ, the frequency of the fundamental tone is equal to:

Figure 00000005
Figure 00000005

где с - скорость звука в жидкости (газе), заполняющем ротор, α=α(ρ) - первый (низший) корень трансцендентного уравнения частот:where c is the speed of sound in the fluid (gas) filling the rotor, α = α (ρ) is the first (lowest) root of the transcendental frequency equation:

Figure 00000006
Figure 00000006

где J1(α), N1(α) - соответственно функции Бесселя и Неймана первого порядка.where J 1 (α), N 1 (α) are the first-order Bessel and Neumann functions, respectively.

Функция α=α(ρ) из формулы (1) представлена графиком (фиг.5, сплошная линия) для всех реальных конкретных отношений внутреннего радиуса концентрического резонатора к наружному 0<ρ<1. На фиг.5 первый нижний индекс i у функции αij(ρ) обозначает, что это - i-й по порядку возрастания корень уравнения (2), а второй нижний индекс k показывает число пар узлов возбуждаемой формы колебаний в тангенциальном направлении. Так, i=1 соответствует первому (низшему) корню уравнения, k=1 отвечает реализуемой в устройстве двухузловой (с одним узловым диаметром) собственной форме колебаний, тогда как k=0 - осесимметричной, т.е. не зависящей от угловой координаты. Обе эти формы изображены на фиг.4. Из фиг.5 видно, что при ρ=0 имеем частный случай сплошного резонатора, что отмечено верхними индексами (с) у соответствующих значений величин

Figure 00000007
. Фиг.5 показывает также, что собственные частоты осесимметричных колебаний неограниченно увеличиваются с ростом ρ (штриховая линия), тогда как частоты двухузловых - монотонно убывают с ростом ρ (и асимптотически приближаясь к α=1), что и требуется для согласования сирены, - возбудителя, с акустической камерой, - резонатором.The function α = α (ρ) from formula (1) is represented by a graph (Fig. 5, solid line) for all real specific ratios of the inner radius of the concentric resonator to the outer 0 <ρ <1. In Fig. 5, the first subscript i of the function α ij (ρ) means that it is the i-th root of the equation (2) in increasing order, and the second subscript k shows the number of pairs of nodes of the excited waveform in the tangential direction. So, i = 1 corresponds to the first (lower) root of the equation, k = 1 corresponds to the two-node (with one nodal diameter) eigenoscillation implemented in the device, while k = 0 is axisymmetric, i.e. independent of the angular coordinate. Both of these forms are depicted in figure 4. Figure 5 shows that when ρ = 0 we have a particular case of a continuous resonator, which is indicated by the superscripts (c) for the corresponding values of
Figure 00000007
. Figure 5 also shows that the eigenfrequencies of axisymmetric oscillations increase unlimitedly with increasing ρ (dashed line), while the frequencies of two-node ones monotonically decrease with increasing ρ (and asymptotically approaching α = 1), which is required for matching the siren of the pathogen , with an acoustic camera, a resonator.

Для проведения проектного анализа и расчета конструктивных параметров по вышеприведенным расчетным формулам построены номограммы резонансной сирены (фиг.10, 11). По ним наиболее легко подбирать ее основные конструктивные параметры: резонансные частоты колебаний обрабатываемой дисперсной среды, частоты вращения ротора, наружный и внутренний радиусы статора - резонансной камеры озвучивания и числа отверстий статора. Например, задаемся резонансной частотой колебаний ν и отношением внутреннего и внешнего радиусов резонатора ρ. Тогда по кривой ν(R) определяем соответствующий наружный радиус R, а по семейству прямых ν(f) подбираем комбинацию перфорации n и числа оборотов ротора f. Из номограмм видно, что для реально встречающихся практических смесей параметры сирены легко реализуются. Так, в качестве привода вполне возможно использование самых распространенных низкооборотных асинхронных электродвигателей.To conduct a design analysis and calculation of structural parameters according to the above calculation formulas, nomograms of a resonant siren are constructed (Figs. 10, 11). It is most easy to select its main structural parameters from them: resonant frequencies of oscillations of the treated dispersed medium, rotor speeds, outer and inner radii of the stator — the resonant sounding chamber, and the number of stator openings. For example, we set the resonant vibrational frequency ν and the ratio of the internal and external radii of the resonator ρ. Then, from the curve ν (R), we determine the corresponding external radius R, and from the family of lines ν (f) we select a combination of perforation n and the number of rotor revolutions f. It can be seen from the nomograms that for real-life practical mixtures, the siren parameters are easily implemented. So, as a drive, it is quite possible to use the most common low-speed asynchronous electric motors.

Пример расчета параметров резонансной сирены, генерирующей встречные вращающиеся волны, снимаемые с единого ротораAn example of calculating the parameters of a resonant siren generating counterpropagating rotating waves taken from a single rotor

Пусть обрабатываемой средой является нефть, и требуется возбудить частоту ее обработки ν=500 Гц в резонаторе с отношением внутреннего радиуса к наружному ρ=0.5.Let the medium to be treated be oil, and it is required to excite the frequency of its processing ν = 500 Hz in the resonator with the ratio of the internal radius to the external ρ = 0.5.

Тогда по кривой ν(R) фиг.10, 11 находим необходимый наружный радиус резонаторной камеры: R=58 см. По семейству прямых ν(f) или по формулам:Then, along the curve ν (R) of Figs. 10, 11, we find the necessary external radius of the resonator chamber: R = 58 cm. According to the family of lines ν (f) or by the formulas:

f=ν/(n+1)f = ν / (n + 1)

- для сирены на прямой бегущей волне и- for a siren on a direct traveling wave and

f=ν/(n-1)f = ν / (n-1)

- для сирены на обратной бегущей волне получаем возможные комбинации числа отверстий n и числа оборотов ротора f:- for a siren on a reverse traveling wave, we obtain possible combinations of the number of holes n and the number of rotor revolutions f:

n, число: 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;n, number: 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100;

при использовании прямой бегущей волны:when using a direct traveling wave:

f, об/c: 50 25 17 13 10 8 7 6 6 5;f, r / c: 50 25 17 13 10 8 7 6 6 5;

при применении обратной бегущей волны:when using a reverse traveling wave:

f, об/c: 56 26 17 13 10 8 7 6 6 5.f, r / c: 56 26 17 13 10 8 7 6 6 5.

Из представленной таблицы видно, что для реальных практически важных случаев достаточно большого числа отверстий статора частота вращения ротора, обеспечивающая резонансное возбуждение вращающейся волны как прямой, так и встречной, - одна и та же. Следовательно, с одного многосекционного ротора снимаются встречные вращающиеся волны, одновременно находящиеся в условии резонанса. Произвольное, теоретически неограниченно большое число чередующихся встречных резонансных вращающихся волн дает весьма простое надежное высокопроизводительное эффективное устройство для получения высококачественных дисперсных систем.It can be seen from the presented table that for real practically important cases of a sufficiently large number of stator openings, the rotor rotation frequency, which provides resonant excitation of a rotating wave, either direct or counter, is the same. Consequently, counterpropagating rotating waves, simultaneously located in the resonance condition, are removed from one multisectional rotor. An arbitrary, theoretically unlimited number of alternating counterpropagating resonant rotating waves gives a very simple reliable high-performance effective device for producing high-quality dispersed systems.

Использованная литератураReferences

1. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. М.: Изд-во иностр. л-ры, 1957. 726 с.1. Bergman L. Ultrasound and its application in science and technology. M .: Publishing house of foreign countries. L-Ry, 1957. 726 p.

2. Свияженинов Е.Д. Гидроакустическая сирена. Патент на изобретение №2284229. Приоритет 28.04.04. (прототип).2. Sviyazheninov E.D. Hydroacoustic siren. Patent for invention No. 2284229. Priority 04/28/04. (prototype).

3. Свияженинов Е.Д. Спектральные методы решения задач о колебаниях диссипативных механических и электродинамических систем с распределенными параметрами: Дис… докт. техн. наук. СПб., 1994, 432 с.3. Sviyazheninov E. D. Spectral methods for solving problems on the oscillations of dissipative mechanical and electrodynamic systems with distributed parameters: Dis ... doct. tech. sciences. St. Petersburg, 1994, 432 p.

Claims (1)

Резонансная сирена встречных волн, включающая коаксиально установленные цилиндрический статор в виде концентрического акустического резонатора и полый ротор, в смежных поверхностях которых выполнены равномерно расположенные по окружности сквозные щелевые отверстия, привод для равномерного вращения ротора, средство для подачи жидкой или газообразной смеси в ротор и выходные патрубки для вывода продукта, отличающаяся тем, что полый ротор сирены состоит из последовательных продольных участков, выполненных с числом отверстий, отличным на единицу от числа отверстий статора для реализации бегущей вращающейся резонансной волны колебаний в резонаторе - прямой (попутной), относительно направления вращения ротора, - в случае на единицу больше и обратной (встречной), - в случае на единицу меньше, при этом число таких отрезков ротора произвольно, и они последовательно чередуются для обеспечения встречного вращения резонансных бегущих волн на смежных границах секций, все выходные патрубки расположены по касательной к наружной поверхности статора в направлении соответствующих бегущих волн и одинаково направлены в поперечном направлении, при этом параметры устройства выбраны из выражений
f=ν/n,
Figure 00000008

где ν - частота создаваемых гидроакустических или акустических колебаний соответственно в жидкой или газообразной среде в резонаторе,
f - частота вращения ротора,
n - число отверстий статора,
R - внешний радиус резонатора,
с - скорость звука в жидкой или газообразной среде, поступающей в резонатор,
α - низший корень трансцендентного уравнения
Figure 00000009

где J1, N1 - соответственно функции Бесселя и Неймана первого порядка,
ρ - заданное отношение внутреннего радиуса концентрического резонатора к наружному R.
A resonant counterpropagating siren, including a coaxially mounted cylindrical stator in the form of a concentric acoustic resonator and a hollow rotor, in adjacent surfaces of which there are through slotted holes evenly spaced around the circumference, a drive for uniform rotation of the rotor, a means for supplying a liquid or gaseous mixture to the rotor and outlet pipes for outputting the product, characterized in that the hollow rotor of the siren consists of successive longitudinal sections made with the number of holes different per unit of the number of stator openings for the implementation of a traveling rotating resonant wave of oscillations in the resonator — direct (passing), relative to the direction of rotation of the rotor — in the case of one more and inverse (counter), in the case of one less, the number of such segments of the rotor is arbitrary, and they are sequentially alternated to ensure counter-rotation of resonant traveling waves at adjacent section boundaries, all output nozzles are tangent to the outer surface of the stator in the direction of the corresponding traveling waves and are equally directed in the transverse direction, while the device parameters are selected from the expressions
f = ν / n,
Figure 00000008

where ν is the frequency of the generated hydroacoustic or acoustic vibrations, respectively, in a liquid or gaseous medium in the resonator,
f is the rotor speed,
n is the number of stator holes,
R is the outer radius of the resonator,
C is the speed of sound in a liquid or gaseous medium entering the resonator,
α is the lower root of the transcendental equation
Figure 00000009

where J 1 , N 1 - respectively, the Bessel and Neumann functions of the first order,
ρ is the given ratio of the inner radius of the concentric resonator to the outer R.
RU2007108883/28A 2007-03-09 2007-03-09 Alarm for oncoming resonant waves RU2344001C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108883/28A RU2344001C9 (en) 2007-03-09 2007-03-09 Alarm for oncoming resonant waves

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108883/28A RU2344001C9 (en) 2007-03-09 2007-03-09 Alarm for oncoming resonant waves

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2007108883A RU2007108883A (en) 2008-09-20
RU2344001C2 true RU2344001C2 (en) 2009-01-20
RU2344001C9 RU2344001C9 (en) 2009-07-10

Family

ID=39867538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007108883/28A RU2344001C9 (en) 2007-03-09 2007-03-09 Alarm for oncoming resonant waves

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2344001C9 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике. - М.: Изд-во иностр. л-ры, 1957. с.726. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2344001C9 (en) 2009-07-10
RU2007108883A (en) 2008-09-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2325959C2 (en) Hydrodynamic generator of ultrasonic acoustic vibrations and method of its generating
WO2015138381A1 (en) Method and apparatus for heating liquids
RU2344001C2 (en) Alarm for oncoming resonant waves
RU2361683C1 (en) Siren of opposite resonant waves picked up from single rotor, which is homogeneous in length
RU2358812C1 (en) Siren of opposite resonance waves picked up from single uniform-length rotor
RU2351406C1 (en) Siren-dispersant
RU2284229C2 (en) Sonar syren
RU2422733C1 (en) Heat cavitation generator
WO1980001497A1 (en) Device for dispersing and homogenizing drilling mud
RU77176U1 (en) HYDRODYNAMIC ULTRASONIC DEPARAFFINIZER OF PUMP AND COMPRESSOR PIPES
RU2488438C2 (en) Device for physicochemical treatment of fluids
RU2495337C2 (en) Electrically driven pump-sealed rotary heat generator
RU2434674C1 (en) Device for physicochemical treatment of fluids
RU2392046C2 (en) Hydrocarbon destruction device and application thereof
RU2679666C1 (en) Generator of resonant rotating acoustic waves
RU2374007C1 (en) Axial alarm
RU141803U1 (en) ULTRASONIC FLOWING MACHINE
RU2408439C1 (en) Single-tone siren for counter-propagating waves
RU2350856C1 (en) Heat and mass and energy exchange method and device for realisation thereof
RU2304261C1 (en) Method and device for heat and mass exchange
RU187218U1 (en) HYDROCARBON LIQUID TREATMENT DEVICE
RU175742U1 (en) Hydroacoustic unit with flow modulation
SU944627A1 (en) Apparatus for producing drilling mud
RU2395349C1 (en) Multitone harmonic horn of back waves
Zhang et al. Study on pressure fluctuation and fluctuation reduction of a micro vortex pump

Legal Events

Date Code Title Description
TH4A Reissue of patent specification
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110310