RU2593139C1

RU2593139C1 - Method of dynamic sirens power increase and back flow horns for its implementation

Info

Publication number: RU2593139C1
Application number: RU2015114004/12A
Authority: RU
Inventors: Сергей Леонидович Корецкий; Виктор Андреевич Корецкий; Алексей Николаевич Кузнецов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Акустические технологии сушки"
Priority date: 2015-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2016-07-27

Abstract

FIELD: acoustics.

SUBSTANCE: disclosed is method of dynamic sirens power increase. It is characterised by that rotor of horn is made in form of hollow cylinder between walls of which there are blades, front edges of which are oriented in direction of rotor rotation. Converging peripheral surface of blades, base and walls of the rotor form inter blade space and rotor.

EFFECT: working medium flow coming from external blower (pump) or internal centrifugal wheel, is directed towards rotor rotation, and enters inter blade space with sum and average flow velocity vectors tangent rotation speed of rotor openings.

6 cl, 2 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к акустической технике, способам и устройствам общего назначения для получения или передачи механических колебаний, получения мощных акустических колебаний в газообразной или проточной жидкой среде. Сирены встречного потока, созданные на основе этого способа, могут быть использованы для интенсификации технологических процессов в различных отраслях промышленности, а также в качестве средства сигнализации и оповещения.The invention relates to acoustic techniques, methods and general purpose devices for receiving or transmitting mechanical vibrations, to obtain powerful acoustic vibrations in a gaseous or flowing liquid medium. Oncoming flow sirens, created on the basis of this method, can be used to intensify technological processes in various industries, as well as a means of signaling and warning.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

В классическом виде динамические сирены представляют собой два соосных диска - ротор и статор с одинаковым числом отверстий, находящихся в картере сирены в который подается рабочее тело под давлением. Сирены являются модуляторами потока рабочего тела, действующими на основе периодического его прерывания вращающимся ротором. Акустическая мощность генерируемого сиренами сигнала ограничивается только геометрическими размерами ротора и мощностью источника питания. Известно большое количество сирен для различных сред, выполняющих многообразные задачи.In the classic form, dynamic sirens are two coaxial disks - a rotor and a stator with the same number of holes located in the siren casing into which the working fluid is supplied under pressure. Sirens are modulators of the working fluid flow, acting on the basis of its periodic interruption by a rotating rotor. The acoustic power of the signal generated by the sirens is limited only by the geometric dimensions of the rotor and the power of the power source. A large number of sirens are known for various environments that perform diverse tasks.

В качестве средств оповещения и сигнализации уже десятки лет используются электромеханические сирены типа С-34, С-28 и С-40 [2 стр. 119]. Цилиндрический полый ротор, имеющий внутри лопасти и восемь прямоугольных окон в боковой стенке, вращается на валу электродвигателя. При вращении ротора воздух засасывается через центральное отверстие и выбрасывается через попеременно перекрываемые окна ротора и окна статора, создавая акустическое поле в окружающей среде. Сирены просты по конструкции и в эксплуатации, но имеют низкую мощность сигнала в несколько десятков ватт, малый радиус действия и фиксированную частоту генерации. В США в 50-е годы прошлого века для тех же целей использовались сирены Chrysler Air Raid Siren до сих пор никем не превзойденной акустической мощностью 30 кВт [7]. Сирена использовала сжатый воздух от 3-ступенчатого центробежного вентилятора с приводом от бензинового двигателя мощностью 180 л.с. Вся конструкции весила 3 тонны, ее стоимость была 5500 долларов США. Если пересчитать через золото в современные цены 2015 года, то получится около 200000 долларов США!For decades, electromechanical sirens of the S-34, S-28, and S-40 types have been used as warning and alarm systems [2, p. 119]. A cylindrical hollow rotor having inside the blade and eight rectangular windows in the side wall rotates on the motor shaft. When the rotor rotates, air is sucked in through the central hole and ejected through alternately overlapping rotor and stator windows, creating an acoustic field in the environment. Sirens are simple in design and operation, but have a low signal power of several tens of watts, a small radius of action and a fixed generation frequency. In the United States in the 50s of the last century, Chrysler Air Raid Siren sirens, still unrivaled by anyone with an acoustic power of 30 kW, were used for the same purpose [7]. The siren used compressed air from a 3-speed centrifugal fan driven by a 180 hp gasoline engine. The whole structure weighed 3 tons, its cost was 5500 US dollars. If you count through gold at modern prices in 2015, you get about $ 200,000!

Совершенная конструкция дисковой сирены ВНИТИ УЗГ-4А [2 стр. 117], [3], [4], созданная почти 60 лет назад, предназначена для использования в технологических процессах на предприятиях различных отраслей промышленности. Помимо высокой мощности генерации акустического сигнала - более 8 кВт акустической мощности, в сирене применен ряд изящных решений по технологии изготовления статора с прямоугольными соплами Лаваля, установки зазора между ротором и статором, по вводу сжатого воздуха в картер сирены и использования лопаток для распределения воздушного потока по окнам статора. Недостатком этой сирены является рабочий диапазон частот, не охватывающий низкую часть звукового спектра, использование сжатого воздуха давлением 5 атм, что требует приобретения дорогостоящего компрессора и что удорожает технологическую установку. Раньше, впрочем, это считалось достоинством, так как на многих предприятиях существовала пневмосеть, а под нее и разрабатывалась данная конструкция.The perfect design of the disk siren VNITI UZG-4A [2 p. 117], [3], [4], created almost 60 years ago, is intended for use in technological processes at enterprises of various industries. In addition to the high acoustic signal generation power of more than 8 kW of acoustic power, a number of elegant solutions are applied in the siren using the technology of manufacturing a stator with rectangular Laval nozzles, setting the gap between the rotor and stator, introducing compressed air into the siren’s crankcase and using blades to distribute the air flow over stator windows. The disadvantage of this siren is the operating frequency range that does not cover the low part of the sound spectrum, the use of compressed air with a pressure of 5 atm, which requires the purchase of an expensive compressor and which makes the process unit more expensive. Previously, however, this was considered a virtue, since many enterprises had a pneumatic network, and this design was developed for it.

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности относится сирена [5], которая состоит из ротора с лопастями, периферийные поверхности которых образуют в боковой стенке ротора окна. В статоре также выполнены ответные окна. На внешнюю боковую стенку статора насажено кольцо, изготовленное из упругого материала, например резины. В кольце по периметру выполнены надрезы, образующие лепестки кольца. При работе сирены лопасти вращающегося ротора захватывают воздух и подают его через окна в статор. Периодически окна статора и ротора совпадают, пропуская воздух, периодически поток из ротора запирается стенками статора. Данное устройство принято за прототип. К недостаткам этой сирены можно отнести низкую надежность в связи с применением лепестков из резины, что помимо этого создает дополнительное сопротивления истечению газа из сирены и снижает ее эффективность.Of the known devices closest to the proposed invention in technical essence is the siren [5], which consists of a rotor with blades, the peripheral surfaces of which form in the side wall of the window rotor. The stator also has response windows. A ring made of an elastic material, such as rubber, is mounted on the outer side wall of the stator. In the ring along the perimeter, cuts are made, forming the petals of the ring. During operation of the siren, the blades of a rotating rotor capture air and supply it through the windows to the stator. Periodically, the windows of the stator and rotor coincide, letting air through, periodically the flow from the rotor is blocked by the walls of the stator. This device is taken as a prototype. The disadvantages of this siren include low reliability due to the use of petals made of rubber, which in addition creates additional resistance to the outflow of gas from the siren and reduces its effectiveness.

Похожая на сирену [5] маленькая легкая мобильная механическая сирена для предупреждения в аварийных случаях, в роторе которой используются спиральные отражающие поверхности, образующие каналы квадратного сечения, обеспечивающие повышение скорости потока до 10700 фут/мин (54 м/сек) [6].Similar to a siren [5], it is a small, lightweight mobile mechanical siren for warning in emergency cases, the rotor of which uses spiral reflective surfaces forming square channels providing an increase in flow velocity up to 10700 ft / min (54 m / s) [6].

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является создание экономичного способа увеличения мощности динамических сирен, максимально использующих кинетическую энергию потока рабочего тела, полученную им от компрессора (насоса).The objective of the present invention is to provide an economical way to increase the power of dynamic sirens, making maximum use of the kinetic energy of the flow of the working fluid obtained by it from the compressor (pump).

В частном случае данной задачи, акустическая мощность динамических сирен, использующих сжатый воздух избыточным давлением менее 10⁵ Па, определяется в соответствии с формулой [1, стр. 35]:In the particular case of this problem, the acoustic power of dynamic sirens using compressed air with an excess pressure of less than 10 ⁵ Pa is determined in accordance with the formula [1, p. 35]:

где ρ_b - плотность газа в резервуаре (картере сирены); c_h - скорость звука в рупоре; v_a0 - постоянная составляющая линейной скорости потока газа в щели модулятора; S_h - площадь входного сечения рупора; S₀ - средняя по времени площадь сечения щели модулятора; α_i(t) - относительное (относительно S₀) изменение площади сечения модулятора для i-й гармонической составляющей; P_b0 - постоянная составляющая давления газа в резервуаре (картере сирены); P_h0 - постоянная составляющая давления газа в рупоре; l - длина патрубка (для принятой в [1] модели для математического описания процессов в сирене); γ - отношение удельных теплоемкостей газа; ω_i - частота i-й гармоники.where ρ _b is the density of the gas in the tank (siren crankcase); c _h is the speed of sound in the horn; v _a0 is the constant component of the linear velocity of the gas flow in the slit of the modulator; S _h - the input section of the speaker; S ₀ - time-average cross-sectional area of the modulator slit; α _{i (t)} is the relative (relative to S ₀ ) change in the cross-sectional area of the modulator for the i-th harmonic component; P _b0 is the constant component of the gas pressure in the tank (siren crankcase); P _h0 is the constant component of the gas pressure in the horn; l is the length of the pipe (for the model adopted in [1] for the mathematical description of processes in the siren); γ is the ratio of the specific heat of the gas; ω _i is the frequency of the i-th harmonic.

Из этой формулы видно, что при малых значениях избыточного давления в картере сирены акустическая мощность растет пропорционально $v_{a 0}^{4}$

. По мере увеличения скорости потока газа в окнах ротора-статора, скорость увеличения акустической мощности несколько уменьшается, поскольку на нее начинает оказывать влияние v_a0 в знаменателе. Отсюда следует, что для выполнения основной задачи настоящего изобретения, получения большой акустической мощности, требуется достижение максимально возможной скорости рабочего тела, доставка его по кратчайшему пути с минимальными потерями к окнам ротора и статора.From this formula it can be seen that at small excess pressures in the siren crankcase, the acoustic power increases in proportion

v_{a 0}^{four}

. As the gas flow rate in the rotor-stator windows increases, the rate of increase in acoustic power decreases slightly, since v _a0 in the denominator begins to influence it. It follows that in order to accomplish the main task of the present invention, to obtain high acoustic power, it is necessary to achieve the maximum possible speed of the working fluid, deliver it along the shortest path with minimal losses to the windows of the rotor and stator.

Техническое решение состоит в том, что (см. Фиг. 1 и Фиг. 2) ротор 2 сирены оснащен лопатками 3, передние кромки которых ориентированы по направлению вращения ротора, а сходящиеся периферийные поверхности лопаток и другие элементы ротора образуют окна ротора 4. Ротор сирены вращается в сторону, противоположную направлению движения потока рабочего тела, который поступает от внешнего вентилятора (насоса) или внутреннего центробежного колеса 5 и попадает в межлопаточное пространство, движущихся навстречу лопаток ротора, с суммой векторов скорости потока и средней касательной скорости вращения окон ротора. С учетом сходящейся формы межлопаточного пространства и в соответствии с уравнением неразрывности, скорость потока возрастает пропорционально соотношению площадей входа в межлопаточное пространство и окон сирены, что вызовет пропорциональный квадрату скорости потока рост кинетической энергии в совпадающих окнах ротора и статора. При несовпадении окон ротора 2 и статора 1, кинетическая энергия потока с той же векторной суммой скоростей трансформируется в давление в межлопаточном пространстве ротора, которое в следующем цикле преобразуется в кинетическую энергию истечения рабочего тела из окон ротора и статора.The technical solution consists in the fact that (see Fig. 1 and Fig. 2) the siren rotor 2 is equipped with blades 3, the leading edges of which are oriented in the direction of rotation of the rotor, and the converging peripheral surfaces of the blades and other rotor elements form the rotor windows 4. The siren rotor rotates in the direction opposite to the direction of flow of the working fluid flow, which comes from an external fan (pump) or internal centrifugal wheel 5 and enters the interscapular space moving towards the rotor blades, with the sum of the velocity vectors ty flow and average tangential speed of rotation of the rotor windows. Given the converging shape of the interscapular space and in accordance with the continuity equation, the flow velocity increases in proportion to the ratio of the areas of entry into the interscapular space and the siren windows, which will cause a kinetic energy increase proportional to the square of the flow velocity in the coincident windows of the rotor and stator. If the windows of the rotor 2 and the stator 1 do not coincide, the kinetic energy of the flow with the same vector sum of speeds is transformed into pressure in the interscapular space of the rotor, which in the next cycle is converted into the kinetic energy of the expiration of the working fluid from the rotor and stator windows.

Реализация предлагаемого способа возможна в виде радиальных и осевых сирен.Implementation of the proposed method is possible in the form of radial and axial sirens.

Техническое решение для радиальных сирен состоит в том, что (см. Фиг. 1) ротор 2 сирены изготавливается в виде полого цилиндра с лопатками 3, находящимися на внутренней поверхности этого цилиндра. Лопатки находятся между двумя основаниями 7 полого цилиндра в виде колец, которые вместе со сходящимися периферийными поверхностями лопаток образуют окна ротора. Внутри ротора с необходимым радиальным зазором расположено центробежное колесо 5. В свою очередь ротор сирены, с находящимся внутри него центробежным колесом, вписывается с минимально возможным зазором в цилиндрический статор 1. Статор является частью картера сирены и имеет равное с ротором количество окон 4. Центробежное колесо вращается соосно с ротором, но в противоположную относительно вращения ротора сторону и со скоростью, обеспечивающей нужный напор рабочего тела в зоне лопаток ротора. Ротор вращается со скоростью, обеспечивающей нужную частоту генерации сирены. Разгоняемый лопатками центробежного колеса поток рабочего тела попадает в межлопаточное пространство двигающихся навстречу лопаток ротора и в окнах ротора и статора модулируется с частотой совпадения окон, создавая акустические колебания в радиальной зоне сирены через согласующую систему рупоров, расположенных по окружности статора.The technical solution for radial sirens is that (see Fig. 1) the siren rotor 2 is made in the form of a hollow cylinder with blades 3 located on the inner surface of this cylinder. The blades are located between the two bases 7 of the hollow cylinder in the form of rings, which together with the converging peripheral surfaces of the blades form the rotor windows. A centrifugal wheel 5 is located inside the rotor with the necessary radial clearance. In turn, the siren rotor, with the centrifugal wheel inside it, fits into the cylindrical stator 1 with the smallest possible gap. The stator is part of the siren crankcase and has an equal number of windows with the rotor 4. Centrifugal wheel rotates coaxially with the rotor, but in the opposite direction relative to the rotation of the rotor and at a speed that provides the desired pressure of the working fluid in the area of the rotor blades. The rotor rotates at a speed that provides the desired frequency of siren generation. Accelerated by the centrifugal impeller blades, the flow of the working fluid enters the interscapular space of the moving toward the rotor blades and in the windows of the rotor and stator is modulated with the frequency of coincidence of the windows, creating acoustic vibrations in the radial zone of the siren through a matching system of horns located around the circumference of the stator.

В целях увеличения мощности сирены и коэффициента полезного действия, ротор и статор радиальных сирен могут иметь форму усеченного конуса для регулировки зазора между ними путем изменения расстояния между ротором и статором.In order to increase the power of the siren and the efficiency, the rotor and stator of the radial sirens can be in the form of a truncated cone to adjust the gap between them by changing the distance between the rotor and the stator.

Техническое решение для осевых сирен состоит в том, что (см. Фиг. 2) ротор 2 осевой сирены изготавливается в виде диска с находящимися на нем с одной стороны лопатками 3, ориентированными под углом к плоскости ротора. Лопатки находятся между двумя цилиндрическими стенками 7, соосными с ротором. Цилиндрические стенки 7 вместе со сходящимися периферийными поверхностями лопаток образуют окна ротора. С противоположной стороны к ротору примыкает с минимально возможным зазором статор с равным количеством окон и согласующий рупор. Ввод рабочего тела в картер сирены осуществляется по касательной, под углом к плоскости ротора из одного или нескольких вводных устройств, обеспечивающих его направление и равномерное распределение в зоне перед лопатками ротора. Поток рабочего тела поступает в межлопаточное пространство двигающихся навстречу лопаток ротора и, попадая в окна ротора и статора, модулируется с частотой совпадения окон, создавая акустические колебания в осевой зоне сирены.The technical solution for axial sirens consists in the fact that (see Fig. 2) the rotor 2 of the axial siren is made in the form of a disk with blades 3 located on it on one side and oriented at an angle to the plane of the rotor. The blades are located between two cylindrical walls 7, coaxial with the rotor. The cylindrical walls 7 together with the converging peripheral surfaces of the blades form the rotor windows. On the opposite side, a stator with an equal number of windows and a matching horn adjoins the rotor with the smallest possible clearance. The input of the working fluid into the siren crankcase is carried out tangentially, at an angle to the plane of the rotor from one or more input devices, providing its direction and uniform distribution in the area in front of the rotor blades. The flow of the working fluid enters the interscapular space of the moving rotor blades and, entering the rotor and stator windows, is modulated with the frequency of coincidence of the windows, creating acoustic vibrations in the axial zone of the siren.

В целях изменения частоты излучения сирены в широком диапазоне, привод ротора может быть выполнен от отдельного электродвигателя с частотным регулированием. Возможно регулирование частоты работы сирены путем изменения числа оборотов общего двигателя сирены в небольших пределах.In order to change the radiation frequency of the siren in a wide range, the rotor drive can be made from a separate motor with frequency regulation. It is possible to control the frequency of the siren by changing the speed of the common siren motor within small limits.

Конструкцией картера сирены предусматривается пространство и элементы для исключения утечек, равномерного распределения и направления потока рабочего тела к лопаткам центробежного колеса и лопаткам ротора.The siren crankcase design provides space and elements for eliminating leaks, uniform distribution and direction of the working fluid flow to the centrifugal impeller blades and rotor blades.

Дальнейшее повышение мощности динамической сирены путем увеличения скорости потока на выходе из статора выше скорости звука может быть достигнуто при достаточном давлении в межлопаточном пространстве ротора и применения в совокупности межлопаточного пространства ротора, окон ротора и статора, формы сопла Лаваля.A further increase in the power of the dynamic siren by increasing the flow velocity at the outlet of the stator above the speed of sound can be achieved with sufficient pressure in the interscapular space of the rotor and the combined use of the interscapular space of the rotor, the windows of the rotor and stator, the shape of the Laval nozzle.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Нижеприведенные примеры и пояснения даются только для иллюстрации принципов конструирования и работы устройств и ничто в настоящем разделе не должно толковаться как ограничение объема притязаний.The following examples and explanations are given only to illustrate the principles of design and operation of devices and nothing in this section should be construed as limiting the scope of claims.

Сравним акустическую мощность обычной сирены и сирены встречного потока с роторами одного диаметра и использующие один и тот же внешний источник сжатого воздуха, для чего воспользуемся формулой [1, стр. 37]Let us compare the acoustic power of a conventional siren and a counter flow siren with rotors of the same diameter and using the same external source of compressed air, for which we use the formula [1, p. 37]

где ρ_b - плотность газа в резервуаре (картере сирены); c_h - скорость звука в рупоре; v_a0 - постоянная составляющая линейной скорости потока газа в щели модулятора; S_h - площадь входного сечения рупора; S₀ - средняя по времени площадь сечения щели модулятора; α_i(t) - относительное (относительно S₀) изменение площади сечения модулятора для i-й гармонической составляющей; М - число Маха.

where ρ _b is the density of the gas in the tank (siren crankcase); c _h is the speed of sound in the horn; v _a0 is the constant component of the linear velocity of the gas flow in the slit of the modulator; S _h - the input section of the speaker; S ₀ - time-average cross-sectional area of the modulator slit; α _{i (t)} is the relative (relative to S ₀ ) change in the cross-sectional area of the modulator for the i-th harmonic component; M is the Mach number.

Разделив данную формулу с индексами 2 для сирены встречного потока на такую же формулу с индексами 1 для обычной сирены, учитывая, что все параметры, кроме М, мы принимаем равными, а соотношение S₀/S_h=0,5, получим:Dividing this formula with indices 2 for the oncoming flow siren into the same formula with indices 1 for a conventional siren, given that we take all parameters except M equal, and the ratio S ₀ / S _h = 0.5, we obtain:

Для обычной сирены число Маха можно определить из формулы [1, стр. 94]: $M^{3} = {\frac{2}{γ - 1} {[(\frac{P_{b 0}}{P_{h 0}}) - 1]}^{\frac{γ - 1}{γ}}}^{\frac{1}{2}}$

, где P_b0 - постоянная составляющая давления газа в резервуаре (картере сирены); P_h0 - постоянная составляющая давления газа в рупоре; γ - отношение удельных теплоемкостей газа.For a conventional siren, the Mach number can be determined from the formula [1, p. 94]:

M^{3} = {\frac{2}{γ - one} {[(\frac{P_{b 0}}{P_{h 0}}) - one]}^{\frac{γ - one}{γ}}}^{\frac{one}{2}}

where P _b0 is the constant component of the gas pressure in the tank (siren crankcase); P _h0 is the constant component of the gas pressure in the horn; γ is the ratio of the specific heat of the gas.

Рассчитаем M₁ при использовании для обычной сирены центробежного вентилятора ВЗР132-30 №6 30 кВт, обеспечивающего давление P_b0=1,08 атм, P_h0=1, γ=1,4, результат вычисления (4) - M₁=0,33.We calculate M ₁ when using a centrifugal fan VZR132-30 No. 6 30 kW for a normal siren, providing pressure P _b0 = 1.08 atm, P _h0 = 1, γ = 1.4, the calculation result (4) is M ₁ = 0, 33.

Рассмотрим использование сирены встречного потока с тем же центробежным вентилятором ВЗР132-30 №6 30 кВт. Скорость потока воздуха при том же давлении на выходе вентилятора будет 116,4 м/сек, средняя касательная скорость окон ротора равна 51,1 м/сек при скорости вращения ротора 3000 об/мин и его диаметре 450 мм. Определяя угол входа рабочего тела в картер сирены в 35°, получим скорость 160,5 м/сек. Как выше отмечалось, с учетом формы межлопаточного пространства и уравнения неразрывности, рост скорости потока пропорционален соотношению площадей сечений на входе в межлопаточное пространство и на выходе. Приблизительные расчеты показывают, что соотношение площадей может быть равно 2-5, т.е. суммарная скорость также увеличится в 2-5 раз. Предположим, что соотношение площадей равно 2, то скорость в окнах ротора и статора будет равна 321 м/сек, соответственно М₂=0,96. Подставив М₁ и М₂ в формулу 3, получим 23,2. Таким образом, акустическая мощность сирены встречного потока больше обычной сирены при всех прочих равных условиях в 23,2 раза. Если акустическая мощность обычной сирены с вышеуказанным вентилятором, рассчитанная по формуле 2, около 100 Вт, то мощность сирены встречного потока, соответственно будет 2320 Вт, что для технологических процессов, например, для акустической сушки, представляет серьезный интерес. Подобный результат сравнения сирен говорит о высокой эффективности предлагаемого способа.Consider the use of a counter flow siren with the same centrifugal fan VZR132-30 No. 6 30 kW. The air flow rate at the same pressure at the fan outlet will be 116.4 m / s, the average tangential speed of the rotor windows is 51.1 m / s at a rotor speed of 3000 rpm and its diameter is 450 mm. Determining the angle of entry of the working fluid into the siren crankcase at 35 °, we obtain a speed of 160.5 m / s. As noted above, taking into account the shape of the interscapular space and the continuity equation, the increase in the flow velocity is proportional to the ratio of the cross-sectional areas at the entrance to the interscapular space and at the exit. Approximate calculations show that the area ratio can be 2-5, i.e. total speed will also increase 2-5 times. Suppose that the ratio of the areas is 2, then the speed in the windows of the rotor and stator will be 321 m / s, respectively, M ₂ = 0.96. Substituting M ₁ and M ₂ in the formula 3, we get 23.2. Thus, the acoustic power of the oncoming flow siren is 23.2 times greater than the usual siren, all other things being equal. If the acoustic power of a conventional siren with the above fan, calculated according to formula 2, is about 100 W, then the power of the siren of the oncoming stream will be 2320 W, respectively, which is of great interest for technological processes, for example, for acoustic drying. A similar result of the comparison of sirens indicates the high efficiency of the proposed method.

Заявляемый способ дает возможность создания нескольких видов устройств как в технологических установках для ускорения физико-химических процессов в производстве различных материалов, так и для целей сигнализации и оповещения.The inventive method makes it possible to create several types of devices in technological installations for accelerating physico-chemical processes in the production of various materials, and for signaling and warning purposes.

В настоящее время естественным ограничителем широкого применения динамических сирен для ускорения технологических процессов в промышленности является стоимость акустической мощности. В качестве источника сжатого воздуха для мощных воздушных сирен, как правило, используется воздух давлением до 1 атм и 5 атмосфер. Компрессоры для создания такого давления дороги. Например, 4-ступенчатый центробежный компрессор с давлением 0,5 атмосферы, использовавшийся для питания динамической сирены установки акустической сушки, в испытаниях которой в 2010-2011 годах принимал непосредственное участие автор настоящего предложения, стоил около 350 тыс. рублей. Роторный компрессор, который обеспечивал бы подобные параметры сжатого воздуха, стоил уже около 500 тыс. руб. Сирены, использующие сжатый воздух давлением 5 атмосфер, требуют применения соответствующих компрессоров со шлейфом сопутствующего оборудования, общей стоимостью более 750 тыс. руб.At present, the cost of acoustic power is a natural limiter to the widespread use of dynamic sirens to accelerate technological processes in industry. As a source of compressed air for powerful air sirens, as a rule, air pressure of up to 1 atm and 5 atmospheres is used. Compressors to create such road pressure. For example, a 4-stage centrifugal compressor with a pressure of 0.5 atmospheres, used to power a dynamic siren of an acoustic dryer, in the tests of which the author of this proposal directly participated in 2010-2011, cost about 350 thousand rubles. A rotary compressor, which would provide similar parameters of compressed air, already cost about 500 thousand rubles. Sirens using compressed air with a pressure of 5 atmospheres require the use of appropriate compressors with a loop of related equipment, with a total cost of more than 750 thousand rubles.

Основным достоинством предлагаемого способа, помимо высокой излучаемой мощности, является возможность применения недорогих вентиляторов для генерации мощного акустического сигнала или предлагаемых радиальных сирен встречного потока, стоимостью немногим более стоимости вентилятора высокого давления.The main advantage of the proposed method, in addition to high radiated power, is the possibility of using inexpensive fans to generate a powerful acoustic signal or the proposed radial sirens of the oncoming stream, costing slightly more than the cost of a high pressure fan.

Ориентировочные расчетные данные радиальной сирены встречного потока (СВП) для целей сигнализации и оповещения приблизительно в тех же массогабаритных показателях, что и сирена С-40, приведены в таблице 1 в сравнении с сиреной С-40.The approximate calculated data of the oncoming radial siren (SVP) for signaling and warning purposes in approximately the same overall dimensions as the S-40 siren are shown in Table 1 in comparison with the S-40 siren.

Радиус действия сирены С-40 на открытой местности приблизительно 1 км, у новой сирены, исходя из расчетов в соответствии с [1, стр. 105-107] - 7 км. Таким образом, сирена встречного потока может заменить 49 сирен С-40, что, несомненно, экономически очень выгодно. Прикидочные расчеты показывают, что сирена встречного потока с мощностью не меньшей чем вышеупомянутая американская сирена Chrysler Air Raid Siren может быть изготовлена за 300 тыс рублей и ее потребляемая мощность будет почти в 1,5 раза меньше.The range of the S-40 siren in an open area is approximately 1 km, for a new siren, based on calculations in accordance with [1, pp. 105-107] - 7 km. Thus, the counter-flow siren can replace 49 S-40 sirens, which is undoubtedly very economically advantageous. Estimated calculations show that an oncoming flow siren with a capacity not less than the aforementioned American Chrysler Air Raid Siren siren can be made for 300 thousand rubles and its power consumption will be almost 1.5 times less.

Критическими параметрами в применении динамических сирен в промышленности для ускорения технологических процессов являются акустическая мощность и стоимость оборудования для получения этого сигнала. Сравним при приблизительно одинаковой потребляемой мощности ультразвуковую сирену типа ВНИТИ УЗГ-4А с компрессором производительностью 500 м³/час и сирену встречного потока (СВП) с центробежным вентилятором высокого давления ВЗР 132-30 №10 45 кВт (см. таблицу 2).The critical parameters in the application of dynamic sirens in industry to accelerate technological processes are the acoustic power and cost of equipment for receiving this signal. Compare with approximately the same power consumption, an ultrasonic siren of the VNITI UZG-4A type with a compressor with a capacity of 500 m ³ / h and an oncoming flow siren (SVP) with a high-pressure centrifugal fan VZR 132-30 No. 10 45 kW (see table 2).

Приведенное сравнение, несомненно, в пользу сирен встречного потока. При этом следует учитывать значительно более высокую надежность и несравнимо более низкие эксплуатационные затраты предлагаемого способа генерации мощного акустического сигнала, по сравнению с обычной парой «компрессор-сирена».The above comparison is undoubtedly in favor of oncoming flow sirens. In this case, it is necessary to take into account significantly higher reliability and incomparably lower operating costs of the proposed method for generating a powerful acoustic signal, in comparison with the usual pair of compressor-siren.

В литературе автором не обнаружены описания способов и устройств, использующих встречное движение ротора сирены и потока рабочего тела для генерации мощного акустического сигнала. Это позволяет сделать заключение: заявляемое техническое решение соответствует первому условию патентоспособности изобретения - новизна.In the literature, the author did not find descriptions of methods and devices that use the oncoming movement of the siren rotor and the flow of the working fluid to generate a powerful acoustic signal. This allows us to conclude: the claimed technical solution meets the first condition for patentability of the invention - novelty.

Данное техническое решение, помимо возможности создания мощного звукового поля, одновременно характеризуется малой стоимостью, высокой надежностью, простотой и низкими эксплуатационными издержками. Если механизм достижения высокоинтенсивного звукового поля простым и экономичным способом, обеспечивающим надежность и широту применения заявляемого способа, был ранее не известен, а показатели нового способа недостижимы другими недорогими способами и устройствами генерации звука, при этом предложенные технические решения, достигающие этот результат, не вытекают явным образом из известного на сегодняшний день уровня техники, решающего аналогичную задачу как минимум эквивалентным образом, то предлагаемое техническое решение соответствует второму условию патентоспособности изобретения - изобретательскому уровню.This technical solution, in addition to the possibility of creating a powerful sound field, is simultaneously characterized by low cost, high reliability, simplicity and low operating costs. If the mechanism for achieving a high-intensity sound field in a simple and economical way, ensuring the reliability and breadth of application of the proposed method, was previously not known, and the performance of the new method is unattainable by other inexpensive methods and devices for generating sound, while the proposed technical solutions that achieve this result do not appear explicit way from the currently known level of technology that solves a similar problem in at least equivalent way, the proposed technical solution according second condition exists patentability - inventive step.

Технические элементы предложенных устройств в той или иной мере используются в турбостроении, при производстве центробежных вентиляторов и компрессоров. Привод ротора и статора может осуществляться от одного электродвигателя. Используя зубчатую передачу с соответствующим передаточным числом, можно получить необходимые скорости и направления вращения центробежного колеса и ротора сирены. В случае необходимости изменения частоты сирены, следует использовать частотное регулирование оборотов электродвигателя, для достижения большой девиации частоты используется два электродвигателя отдельно для центробежного колеса и ротора сирены, второй с частотным регулированием. Все это свидетельствует о соответствии третьему условию патентоспособности изобретения промышленной применимости.The technical elements of the proposed devices are used to one degree or another in turbine construction, in the production of centrifugal fans and compressors. The rotor and stator drive can be carried out from one electric motor. Using a gear transmission with an appropriate gear ratio, you can get the necessary speeds and directions of rotation of the centrifugal wheel and the siren rotor. If it is necessary to change the siren frequency, you should use the frequency control of the motor speed, to achieve a large deviation of the frequency, two electric motors are used separately for the centrifugal wheel and the siren rotor, the second with frequency control. All this indicates compliance with the third condition of patentability of an invention of industrial applicability.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1. Эскиз, поясняющий принцип работы радиальной динамической сирены встречного потока с внутренним центробежным колесом по предлагаемому способу. На фигуре 1: 1 - картер сирены, 2 - ротор сирены, 3 - лопатки ротора сирены, 4 - окна ротора и статора сирены, 5 - центробежное колесо, 6 - лопатки центробежного колеса. Узкими стрелками показано направление вращения центробежного колеса и ротора, широкими - направление движения потока рабочего тела. Картер сирены и рупоры на эскизе не показаны.FIG. 1. A sketch explaining the principle of operation of the radial dynamic siren of the oncoming stream with the inner centrifugal wheel according to the proposed method. In the figure 1: 1 - siren sump, 2 - siren rotor, 3 - siren rotor blades, 4 - siren rotor and stator windows, 5 - centrifugal wheel, 6 - centrifugal wheel blades. Narrow arrows show the direction of rotation of the centrifugal wheel and rotor, wide - the direction of flow of the working fluid. Carter sirens and horns are not shown in the sketch.

Фиг. 2. Эскиз, выполненный в виде цилиндрического разреза ротора и статора, поясняющий принцип работы осевой динамической сирены встречного потока. На фигуре 2: 1 - картер сирены, 2 - ротор сирены, 3 - лопатки ротора сирены, 4 - окна ротора и статора сирены, 7 - одна из цилиндрических стенок ротора, ограничивающих лопатки ротора. Узкими стрелками показано направление вращения ротора, широкими - направление движения потока рабочего тела. Картер сирены и рупор на эскизе не показаны.FIG. 2. A sketch made in the form of a cylindrical section of the rotor and stator, explaining the principle of operation of the axial dynamic siren of the oncoming stream. In the figure 2: 1 - siren sump, 2 - siren rotor, 3 - siren rotor blades, 4 - siren rotor and stator windows, 7 - one of the cylindrical rotor walls defining the rotor blades. Narrow arrows indicate the direction of rotation of the rotor, wide - the direction of flow of the working fluid. Siren sump and horn are not shown on the sketch.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Гладышев В.Н. Динамическая сирена. Теория, эксперимент, приложения. Новосибирск: Издательство СО РАН, филиал "Гео", 2000.1. Gladyshev V.N. Dynamic siren. Theory, experiment, applications. Novosibirsk: Publishing House SB RAS, branch "Geo", 2000.

2. Гершгал Д.А., Фридман В.М. Ультразвуковая технологическая аппаратура. М.: Энергия, 1976.2. Gershgal D.A., Fridman V.M. Ultrasonic technological equipment. M .: Energy, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР №111446, 1956, «Ультразвуковой генератор типа сирены».3. USSR author's certificate No. 111446, 1956, "Ultrasonic generator of the siren type."

4. Веллер В.А., Степанов Б.И. Ультразвуковые сирены с приводом от электродвигателя. - Акустический журнал., 1963, т. 9, №3, с. 291.4. Weller V. A., Stepanov B. I. Ultrasonic sirens driven by an electric motor. - Acoustic Journal., 1963, v. 9, No. 3, p. 291.

5. Авторское свидетельство СССР №1760538, G10K 7/02, 1991, «Сирена».5. USSR author's certificate No. 1760538, G10K 7/02, 1991, “Siren”.

6. Патент № US 7066106 В2, 2006, «Механическая отражательная сирена».6. Patent No. US 7066106 B2, 2006, "Mechanical reflective siren."

7. http://www.vicrorysiren.com/x/index.htm.7.http: //www.vicrorysiren.com/x/index.htm.

Claims

1. A method of increasing the power of dynamic sirens, characterized in that the siren rotor is made in the form of a hollow cylinder, between the walls of which there are blades, the front edges of which are oriented in the direction of rotation of the rotor; converging peripheral surfaces of the blades, base and walls of the rotor form the interscapular space and the windows of the rotor; the flow of the working fluid coming from an external fan (pump) or an internal centrifugal wheel is directed towards the rotation of the rotor and enters the interscapular space with the sum of the vectors of the flow velocity and the average tangent speed of rotation of the rotor windows.

2. The method according to p. 1, characterized in that the radial siren rotor is made in the form of a hollow cylinder with blades located on the inner surface of this cylinder between the two bases of this cylinder in the form of rings, which together with the converging peripheral surfaces of the blades form the rotor windows, this rotor siren, with a centrifugal wheel inside it, which rotates inside the rotor on the same axis with it in the opposite direction relative to the rotation of the rotor, fits with the smallest possible clearance in the cylinder cal stator, with the rotor having an equal number of windows, the walls of which are part of the bell crank; the centrifugal wheel rotates at a speed that provides the desired pressure of the working fluid in the area of the rotor blades; the rotor rotates at a speed that provides the desired frequency of siren generation.

3. The method according to p. 1, characterized in that the rotor of the axial siren is made in the form of a disk on one side of which blades are located adjacent to the inner sides of the cylindrical walls adjacent to the rotor and coaxial with it, which, together with the converging peripheral surfaces of the blades, form the windows of the rotor, on the opposite side the stator adjoins the rotor with the smallest possible clearance, with an equal number of windows, and a matching speaker; the input of the working fluid into the siren crankcase is carried out tangentially, at an angle to the plane of the rotor from one or more input devices, providing its direction and uniform distribution in the area in front of the rotor blades.

4. The method according to p. 1, characterized in that the rotor and stator of the radial sirens can be in the form of a truncated cone to adjust the gap between them by changing the distance between the rotor and the stator.

5. The method according to p. 1, characterized in that the siren crankcase provides space and elements to prevent leaks, uniform distribution and direction of the working fluid flow to the centrifugal impeller blades and rotor blades.

6. The method according to p. 1, characterized in that the interscapular space of the rotor, the rotor window and the stator window in the aggregate may be in the form of a Laval nozzle.