Электрогидравлический излучатель
Владельцы патента RU 2339054:
Дальнесточный государственный технический университет (RU)
Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для получения акустических сигналов, например, в водной сейсморазведке, в медицине, например, при дроблении камней в почках, в рыболовстве, например, для предотвращения выхода рыб из зоны облова, а также для отпугивания их от гидротехнических сооружений и др. Сущность: электрогидравлический излучатель содержит корпус, выполненный из немагнитного электроизоляционного материала, и электроразрядник, выполненный с возможностью подключения к источнику тока. Электроразрядник размещен в полости акустического резонатора, выполненного в виде трубчатой выемки в корпусе. Пара соосных электродов электроразрядника размещены в плоскости, перпендикулярной продольной оси выемки, и расположены на расстоянии от дна выемки, равном половине расстояния, которое проходит звук в воде за время, равное длительности первого полупериода импульса электрического разряда. Электроды размещены между разноименными полюсами постоянных электромагнитов. Магнитные силовые линии перпендикулярны вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось электродов. Технический результат: уменьшение стоимости, упрощение конструкции и простота эксплуатации. 4 ил.
Изобретение относится к области геофизических исследований и может быть использовано для получения акустических сигналов, например, в водной сейсморазведке, в медицине, например, при дроблении камней в почках, в рыболовстве, например, для предотвращения выхода рыб из зоны облова, а также для отпугивания их от гидротехнических сооружений и др.
Известны излучатели, использующие электрические разряды для мощных коротких акустических импульсов (см. патент РФ №2099831, 20.12.1997 г.). Данный излучатель представляет собой цепочку последовательно соединенных пар электродов, искровые промежутки между которыми пространственно размещаются в узлах антенной решетки заданных размеров. Эффективность излучателя достигается путем обеспечения синфазности разрядных процессов между каждой парой электродов.
Недостатком данного устройства является то, что для получения значительной мощности акустических сигналов направленного действия необходимо большое количество пар электродов, что приводит к увеличению затрат, а также соблюдение точного расположения относительно узлов антенной решетки.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электрогидравлический излучатель акустических импульсов, используемый для создания акустических колебаний в геофизических исследованиях (см. патент РФ №2054698, 20.02.1996 г.). Устройство содержит источник электрической энергии, ключ, несколько пар помещенных в электролит и соединенных параллельно между собой и источником электрической энергии электродов. Между парами электродов установлены перегородки, экранирующие акустическую и электрическую энергию электрического разряда каждой пары электродов. Перегородки выполнены из металла и соединены с корпусом.
Недостатком данного устройства является тот факт, что повышение его эффективности достигается путем увеличения числа пар электродов, что приводит к росту стоимости и неудобству в эксплуатации.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение эффективности преобразования электрической энергии в акустическую.
Технический результат, который достигается при решении поставленной задачи, выражается в уменьшении стоимости, упрощении конструкции и, как следствие, простоте в эксплуатации.
Поставленная задача решается тем, что электрогидравлический излучатель, содержащий корпус, электроразрядник, выполненный с возможностью подключения к источнику тока, отличается тем, что корпус выполнен из немагнитного электроизоляционного материала, при этом электроразрядник размещен в полости акустического резонатора, выполненного в виде трубчатой выемки в корпусе и выполненного в виде пары соосных электродов, размещенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси выемки, расположенной на расстоянии от дна выемки, равном половине расстояния, которое проходит звук в воде за время, равное длительности первого полупериода импульса электрического разряда, кроме того, электроды, обеспечивающие разряд в виде электрической дуги, размещены между разноименными полюсами постоянных электромагнитов, размещенных с возможностью обеспечения перпендикулярности магнитных силовых линий вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось электродов.
Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого решения с существенными признаками аналогов и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».
При этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.
Признак: «...корпус выполнен из немагнитного электроизоляционного материала...» - позволяет исключить пробой между электродами через корпус.
Признаки: «...электроразрядник размещен в полости акустического резонатора, выполненного в виде трубчатой выемки в корпусе и выполненного в виде пары соосных электродов, расположенных в плоскости,перпендикулярной продольной оси выемки, расположенной на расстоянии от дна выемки, равном половине расстояния, которое проходит звук в воде за время, равное длительности первого полупериода импульса электрического разряда,...» - позволяют добиться увеличения амплитуды акустической волны за счет наложения отраженной волны от дна выемки, полученной при первом полупериоде импульса электрического разряда, и волны, полученной при втором полупериоде импульса электрического разряда. Увеличение амплитуды акустической волны приведет к росту энергии, излучаемой в направлении выхода из акустического резонатора.
Признаки: «...электроды, обеспечивающие разряд в виде электрической дуги, размещены между разноименными полюсами постоянных электромагнитов, размещенных с возможностью обеспечения перпендикулярности магнитных силовых линий вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось электродов» - позволяют снизить напряжение, необходимое для образования дуги между электродами, а также добиться необходимого направления получаемой разрядной дуги и, следовательно, согласованности размера выемки акустического резонатора и длительности периода импульса электрического разряда. Ввиду того что электрический разряд происходит в магнитном поле, в результате явления электромагнитной индукции, электрическая дуга смещается вдоль оси акустического резонатора, что дополнительно повышает первоначальный заброс амплитуды гидравлического удара.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 приведен общий вид электрогидравлического излучателя, на фиг.2 - вид сверху электрогидравлического излучателя, на фиг.3 - разрез А-А электрогидравлического излучателя, на фиг.4 - форма импульса электрического тока при дуговом электрическом разряде.
Излучатель состоит из электрического разрядника 1 (фиг.1), размещенного у выходного отверстия акустического резонатора 2 (фиг.3), выполненного в виде трубы, заглушенной с противоположной стороны. Расстояние между электродами электрического разрядника 1 выбрано таким, чтобы электрический разряд происходил в виде электрической дуги, а длина трубы акустического резонатора 2 равна половине расстояния, которое проходит акустическая волна в воде за время, равное длительности (t1) первого полупериода импульса электрического разряда (фиг.4). Корпус акустического резонатора 2 выполнен из немагнитного электроизоляционного материала. Электроды электрического разрядника 1 расположены между разноименными полюсами постоянных магнитов 3 и 4, закрепленных болтами 5 и 6 так, чтобы электрический разряд был перпендикулярен направлению магнитных силовых линий. Токоведущие провода 7 подсоединены к электродам электрического разрядника 1. Устройство может содержать два или несколько излучателей.
Работает электрогидравлический излучатель следующим образом.
При подаче электрического импульса с внешнего источника тока между электродами разрядника 1 происходит электрический разряд, сопровождающийся наличием электрической дуги (газоразрядной плазмы). Электрический разряд в воде в результате разрыва сплошности среды вызывает гидравлический удар, который обусловлен сжимаемостью жидкости и упругой деформацией корпуса акустического резонатора 2, а также распределенностью массы жидкости по длине трубы акустического резонатора 2. Гидравлический удар сопровождается волновым процессом в акустическом резонаторе 2 с наложением ударных волн, при котором колебания (пульсации) давления повторяются до тех пор, пока начальная кинетическая энергия не будет поглощена трением (преобразована в теплоту). Ввиду того что электрический разряд происходит в магнитном поле, в результате явления электромагнитной индукции, электрическая дуга смещается вдоль оси акустического резонатора 2, что дополнительно повышает первоначальный заброс давления гидравлического удара. При положительном полупериоде дуга смещается вдоль оси акустического резонатора 2, в результате чего волна акустического давления перемещается вдоль трубы акустического резонатора 2. В течение времени (t1) длительности первого полупериода (фиг.4) волна акустического давления прошла вдоль трубы акустического резонатора и, отразившись от заглушенной стенки, вернулась к электродам разрядника. В этот момент направление электрического тока в дуге меняется на противоположное, что приводит к смещению ее в обратном направлении, а это, в свою очередь, вызывает дополнительное повышение давления в акустической волне на выходе из акустического резонатора 2.
Электрогидравлический излучатель, содержащий корпус, электроразрядник, выполненный с возможностью подключения к источнику тока, отличающийся тем, что корпус выполнен из немагнитного электроизоляционного материала, при этом электроразрядник размещен в полости акустического резонатора, выполненного в виде трубчатой выемки в корпусе и выполненного в виде пары соосных электродов, размещенных в плоскости, перпендикулярной продольной оси выемки, расположенной на расстоянии от дна выемки, равном половине расстояния, которое проходит звук в воде за время, равное длительности первого полупериода импульса электрического разряда, кроме того, электроды, обеспечивающие разряд в виде электрической дуги, размещены между разноименными полюсами постоянных электромагнитов, размещенных с возможностью обеспечения перпендикулярности магнитных силовых линий вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось электродов.
