超聲波清洗機(jī)已經(jīng)廣泛得到使用。超聲波清洗是一種環(huán)保的洗滌方式,超聲空化在固體和液體界面所產(chǎn)生的高速微沖流能夠除去或削弱邊界污層,增加攪拌作用,加速可溶性污物的溶解,強(qiáng)化化學(xué)清洗劑的清洗作用,這樣就能減少化學(xué)清洗劑的用量,甚至可以不用化學(xué)清洗劑。其缺點(diǎn)是噪聲很大,大約有85dB以上,身處其中的人自是非常難受的。這就帶來了一種污染:噪聲污染。
這種噪聲是超聲空化帶來的,叫做空化噪聲。只要利用空化效應(yīng)來清洗,則空化噪聲基本上是不可避免的,它一定伴隨著空化效應(yīng)的發(fā)生而產(chǎn)生。為了降低空化噪聲,就需要對(duì)空化噪聲產(chǎn)生的原理進(jìn)行研究,從而在不影響空化清洗能力的前提下,找出一些降低空化噪聲對(duì)環(huán)境影響程度的方法。
所謂超聲空化,是指液體在超聲波作用下產(chǎn)生大量的非穩(wěn)態(tài)的微小氣泡和空泡(直徑約50~500um),這些氣泡和空泡隨超聲波的振動(dòng)反復(fù)進(jìn)行生成,迅速變大、潰滅閉合的循環(huán)過程。潰滅閉合時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)高達(dá)幾百乃至幾千帕的微激波,因劇烈碰撞導(dǎo)致突然爆裂,使氣泡周圍產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓，從而對(duì)附近的固壁面發(fā)生空蝕,同時(shí)輻射出強(qiáng)烈的空化噪聲,這種現(xiàn)象叫空化現(xiàn)象。
超聲波清洗機(jī)降低噪音的一些措施
1.提高超聲頻率
超聲頻率越高,其分頻諧波就能少一些進(jìn)入人耳,噪聲也會(huì)相應(yīng)減少。但是隨著超聲頻率的增高，空化過程會(huì)變得難以發(fā)生。當(dāng)頻率增高,則聲波膨脹時(shí)間變短,空化核來不及增長(zhǎng)到可產(chǎn)生一定空化效應(yīng)的空化泡,即使空化泡形成、聲波的壓縮時(shí)間亦短,空化泡可能來不及發(fā)生崩潰。因此,頻率增高將使空化效應(yīng)變?nèi)?。為了在較高超聲頻率下產(chǎn)生空化,可以提高聲強(qiáng),即超聲空化的聲強(qiáng)閥值(使液體產(chǎn)生空化的最低聲強(qiáng)或聲壓幅值)將隨頻率的升高而升高。但是,高頻超聲在液體中的能量消耗快,這就要求我們提高功率,經(jīng)濟(jì)性因此會(huì)隨之降低。因此,為了獲得同樣的化學(xué)效應(yīng),對(duì)于高頻超聲需付出較大的能量消耗。
2.不利用空化效應(yīng)洗滌
超聲清洗工作頻率在1MHz左右甚至高達(dá)3MHz,有時(shí)被稱之為兆赫級(jí)超聲清洗。由于頻率太高,聲波在清洗液中很難發(fā)生空化,其清洗機(jī)理一般認(rèn)為主要由于聲壓梯度﹑粒子對(duì)于小間隙﹑狹縫﹑深孔的零件的清洗,而空化效應(yīng)是次要的。這種超聲清洗的特點(diǎn)是清洗方向性強(qiáng),清洗時(shí)一般將零件表面置于與聲束平行的方向。這樣噪聲的問題也就不存在了。但是沒有了空化反應(yīng),其洗滌能力怎樣,需要試驗(yàn)來證明。不過洗滌能力下降,可以用一些輔助的措施來解決:電解水洗滌、臭氧洗滌﹑物理洗滌等。這不失是一個(gè)可以深入研究的方向。
3.加裝吸聲附件、并把洗滌桶或缸密閉起來
在洗滌容器的底、端面和四周加裝吸聲附件,例如:玻璃絲綿等等。這種措施是有必要的,雖然會(huì)吸收一些超聲波,影響效率,但為了保護(hù)環(huán)境、保護(hù)人的身體健康,這點(diǎn)損失是可以接受的。
把洗滌容器密閉起來以減少噪聲的傳出。這個(gè)措施的效果是不錯(cuò)的,但有些洗滌容器不好密閉或是難以實(shí)現(xiàn),如波輪洗衣機(jī)等。若是不好密閉,可以在整個(gè)清洗機(jī)外面加上一個(gè)隔聲罩。洗滌容器的內(nèi)壁用聲音反射能力強(qiáng)的材料制成,讓聲音多次反彈后減弱,也可以減少噪聲的逸出。
4.減小聲強(qiáng)
噪聲的大小是與聲強(qiáng)成正比的,減小了聲強(qiáng),必然就達(dá)到了減噪的目的。然而聲強(qiáng)是不能無(wú)限小的,它有個(gè)閥值(即產(chǎn)生空化的最小值)。如果聲強(qiáng)小于閥值則空化效應(yīng)不能產(chǎn)生。而且聲強(qiáng)在一定范圍內(nèi)與空化作用的激烈程度也成正比。聲強(qiáng)小,空化緩和,則超聲波的洗滌效率差,洗滌用時(shí)長(zhǎng),浪費(fèi)能源。于是我們要根據(jù)洗滌的對(duì)象不同,選擇一個(gè)最優(yōu)的聲強(qiáng)值。
5.減小外壓力
減小外壓力使空化崩潰所需的聲強(qiáng)閥值降低，達(dá)到降低噪聲的目的。但是首先空化泡崩潰的劇烈程度有所降低,從而使清洗的效果和效率降低;其次是要另外加一套減壓的裝置,而且密閉性也要達(dá)到一定程度才行,這將使整個(gè)清洗系統(tǒng)變得臃腫。
如今超聲波清洗技術(shù)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。然而其帶來的空化噪聲是一個(gè)必須正視的問題(噪聲不但污染環(huán)境,對(duì)操作者的身心健康也有害),又是一個(gè)無(wú)法避免問題(常規(guī)超聲波清洗技術(shù)所利用的空化效應(yīng)帶來的)。只有解決了這個(gè)問題,超聲波清洗技術(shù)才能更加廣泛的應(yīng)用。