超聲波清洗機已經廣泛得到使用。超聲波清洗是一種環保的洗滌方式,超聲空化在固體和液體界面所產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,強化化學清洗劑的清洗作用,這樣就能減少化學清洗劑的用量,甚至可以不用化學清洗劑。其缺點是噪聲很大,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的發生而產生。為了降低空化噪聲,就需要對空化噪聲產生的原理進行研究,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環境影響程度的方法。
所謂超聲空化,是指液體在超聲波作用下產生大量的非穩態的微小氣泡和空泡(直徑約50~500um),這些氣泡和空泡隨超聲波的振動反復進行生成,迅速變大、潰滅閉合的循環過程。潰滅閉合時會產生壓強高達幾百乃至幾千帕的微激波,因劇烈碰撞導致突然爆裂,使氣泡周圍產生上千個大氣壓，從而對附近的固壁面發生空蝕,同時輻射出強烈的空化噪聲,這種現象叫空化現象。
超聲波清洗機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入人耳,噪聲也會相應減少。但是隨著超聲頻率的增高，空化過程會變得難以發生。當頻率增高,則聲波膨脹時間變短,空化核來不及增長到可產生一定空化效應的空化泡,即使空化泡形成、聲波的壓縮時間亦短,空化泡可能來不及發生崩潰。因此,頻率增高將使空化效應變弱。為了在較高超聲頻率下產生空化,可以提高聲強,即超聲空化的聲強閥值(使液體產生空化的最低聲強或聲壓幅值)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,經濟性因此會隨之降低。因此,為了獲得同樣的化學效應,對于高頻超聲需付出較大的能量消耗。
2.不利用空化效應洗滌
超聲清洗工作頻率在1MHz左右甚至高達3MHz,有時被稱之為兆赫級超聲清洗。由于頻率太高,聲波在清洗液中很難發生空化,其清洗機理一般認為主要由于聲壓梯度﹑粒子對于小間隙﹑狹縫﹑深孔的零件的清洗,而空化效應是次要的。這種超聲清洗的特點是清洗方向性強,清洗時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,其洗滌能力怎樣,需要試驗來證明。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,雖然會吸收一些超聲波,影響效率,但為了保護環境、保護人的身體健康,這點損失是可以接受的。
把洗滌容器密閉起來以減少噪聲的傳出。這個措施的效果是不錯的,但有些洗滌容器不好密閉或是難以實現,如波輪洗衣機等。若是不好密閉,可以在整個清洗機外面加上一個隔聲罩。洗滌容器的內壁用聲音反射能力強的材料制成,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
噪聲的大小是與聲強成正比的,減小了聲強,必然就達到了減噪的目的。然而聲強是不能無限小的,它有個閥值(即產生空化的最小值)。如果聲強小于閥值則空化效應不能產生。而且聲強在一定范圍內與空化作用的激烈程度也成正比。聲強小,空化緩和,則超聲波的洗滌效率差,洗滌用時長,浪費能源。于是我們要根據洗滌的對象不同,選擇一個最優的聲強值。
5.減小外壓力
減小外壓力使空化崩潰所需的聲強閥值降低，達到降低噪聲的目的。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,而且密閉性也要達到一定程度才行,這將使整個清洗系統變得臃腫。
如今超聲波清洗技術得到了快速的發展和廣泛的應用。然而其帶來的空化噪聲是一個必須正視的問題(噪聲不但污染環境,對操作者的身心健康也有害),又是一個無法避免問題(常規超聲波清洗技術所利用的空化效應帶來的)。只有解決了這個問題,超聲波清洗技術才能更加廣泛的應用。
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