超聲波清洗機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。超聲波清洗是一種環(huán)保的清洗方法。固體和液體界面產(chǎn)生的超聲空化的高速微沖流可以去除或削弱邊界污垢層,增加攪拌效果,加速可溶性污垢的溶解,加強(qiáng)化學(xué)清洗劑的清洗效果,從而減少化學(xué)清洗劑的用量,甚至不使用化學(xué)清洗劑。缺點是噪音很大,超過85db,人們很不舒服。這帶來了一種污染:噪聲污染。
這種噪聲是由超聲波空化引起的,稱為空化噪聲。只要使用空化效應(yīng)進(jìn)行清潔,空化噪聲基本上是不可避免的,它必須伴隨著空化效應(yīng)的發(fā)生。為了降低空化噪聲,有必要研究空化噪聲的原理,以便找到一些方法來減少空化噪聲對環(huán)境的影響,而不影響空化清潔能力。
所謂超聲空化,是指液體在超聲波作用下產(chǎn)生大量不穩(wěn)定的小氣泡和空氣泡(直徑約50~500um),隨著超聲波的振動反復(fù)產(chǎn)生,迅速擴(kuò)大,崩潰和關(guān)閉的循環(huán)過程。當(dāng)崩潰和關(guān)閉時,會產(chǎn)生壓力高達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千帕的微激波。由于劇烈碰撞,氣泡周圍突然爆裂,產(chǎn)生數(shù)千個大氣壓,從而對附近的固體墻體產(chǎn)生空蝕,輻射出強(qiáng)烈的空化噪聲。這種現(xiàn)象被稱為空化現(xiàn)象。
一些措施可以減少超聲波清洗機(jī)的噪音:
1.提高超聲頻率。
超聲波頻率越高,分頻諧波進(jìn)入耳朵的次數(shù)就越少,噪音也會相應(yīng)降低。但隨著超聲波頻率的增加,空化過程將變得困難。當(dāng)頻率增加時,聲波膨脹時間變短,空化核太晚,無法生長到具有一定空化效應(yīng)的空化氣泡。即使形成了空化氣泡,聲波的壓縮時間也很短,空化氣泡也可能沒有時間崩潰。因此,頻率的增加會削弱空化效應(yīng)。為了在較高的超聲波頻率下產(chǎn)生空化,可以提高聲強(qiáng),即超聲波空化的聲強(qiáng)閥值(使液體產(chǎn)生最低聲強(qiáng)或聲壓幅值)會隨著頻率的增加而增加。然而,高頻超聲波在液體中的能量消耗很快,這就要求我們提高功率,從而降低經(jīng)濟(jì)性。因此,為了獲得相同的化學(xué)效應(yīng),高頻超聲波需要大量的能量消耗。
2.不要用空化效應(yīng)清洗。
超聲波清洗的工作頻率約為1mHz,甚至高達(dá)3mHz,有時被稱為兆赫級超聲波清洗。由于頻率過高,聲波在清洗液中難以空化,其清洗機(jī)理一般認(rèn)為主要是由于小間隙、狹縫、深孔零件的清洗,空化效果是次要的。這種超聲波清洗的特點是清洗方向性強(qiáng),一般將零件表面與聲束平行。所以噪聲問題就不存在了。但沒有空化反應(yīng),需要測試來證明其清洗能力。然而,清洗能力的下降可以通過一些輔助措施來解決:電解水清洗、臭氧清洗、物理清洗等。這是一個可以深入研究的方向。
3.安裝吸聲附件,并關(guān)閉洗滌桶或氣缸。
吸聲附件安裝在洗滌容器的底部、端面和周圍,如玻璃絲棉等。這一措施是必要的。雖然它會吸收一些超聲波,影響效率,但這種損失是可以接受的,以保護(hù)環(huán)境和人們的健康。
關(guān)閉洗滌容器,以減少噪聲的傳輸。這種措施的效果很好,但有些洗滌容器不容易關(guān)閉或難以實現(xiàn),如波輪洗衣機(jī)等。如果不容易關(guān)閉,可以在整個清洗機(jī)外加一個隔音罩。洗滌容器的內(nèi)壁由聲反射能力強(qiáng)的材料制成,在多次反彈后減弱聲音,也可以減少噪音的逃逸。
4.降低聲強(qiáng)。
噪聲的大小與聲強(qiáng)成正比。如果聲強(qiáng)降低,必然達(dá)到降噪的目的。然而,聲強(qiáng)不能無限小。它有一個閥值(即產(chǎn)生空化的最小值)。如果聲強(qiáng)小于閥值,則無法產(chǎn)生空化效應(yīng)。此外,聲強(qiáng)在一定范圍內(nèi)也與空化作用的強(qiáng)度成正比。如果聲強(qiáng)小,空化緩和,超聲波的洗滌效率差,洗滌時間長,能源浪費(fèi)。因此,我們應(yīng)該根據(jù)不同的洗滌對象選擇最佳聲強(qiáng)值。
5.減少外部壓力。
減少外部壓力,降低空化崩潰所需的聲強(qiáng)閥值,達(dá)到降低噪聲的目的。但首先,降低了空化氣泡崩潰的劇烈程度,降低了清潔效果和效率;其次,增加另一套減壓裝置,并在一定程度上達(dá)到密封性,使整個清潔系統(tǒng)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。噪聲是一個必須面對的問題(噪聲不僅污染環(huán)境,而且對操作人員的身心健康有害),也是一個不可避免的問題(傳統(tǒng)超聲波清洗技術(shù)使用的空化效應(yīng))。只有解決了這個問題,超聲波清洗技術(shù)才能得到更廣泛的應(yīng)用。