超声波清洗机已经广泛得到使用。超声波清洗是一种环保的洗涤方式,超声空化在固体和液体界面所产生的高速微冲流能够除去或削弱边界污层,增加搅拌作用,加速可溶性污物的溶解,强化化学清洗剂的清洗作用,这样就能减少化学清洗剂的用量,甚至可以不用化学清洗剂。其缺点是噪声很大,大约有85dB以上,身处其中的人自是非常难受的。这就带来了一种污染:噪声污染。
这种噪声是超声空化带来的,叫做空化噪声。只要利用空化效应来清洗,则空化噪声基本上是不可避免的,它一定伴随着空化效应的发生而产生。为了降低空化噪声,就需要对空化噪声产生的原理进行研究,从而在不影响空化清洗能力的前提下,找出一些降低空化噪声对环境影响程度的方法。
所谓超声空化,是指液体在超声波作用下产生大量的非稳态的微小气泡和空泡(直径约50~500um),这些气泡和空泡随超声波的振动反复进行生成,迅速变大、溃灭闭合的循环过程。溃灭闭合时会产生压强高达几百乃至几千帕的微激波,因剧烈碰撞导致突然爆裂,使气泡周围产生上千个大气压，从而对附近的固壁面发生空蚀,同时辐射出强烈的空化噪声,这种现象叫空化现象。
超声波清洗机降低噪音的一些措施
1.提高超声频率
超声频率越高,其分频谐波就能少一些进入人耳,噪声也会相应减少。但是随着超声频率的增高，空化过程会变得难以发生。当频率增高,则声波膨胀时间变短,空化核来不及增长到可产生一定空化效应的空化泡,即使空化泡形成、声波的压缩时间亦短,空化泡可能来不及发生崩溃。因此,频率增高将使空化效应变弱。为了在较高超声频率下产生空化,可以提高声强,即超声空化的声强阀值(使液体产生空化的最低声强或声压幅值)将随频率的升高而升高。但是,高频超声在液体中的能量消耗快,这就要求我们提高功率,经济性因此会随之降低。因此,为了获得同样的化学效应,对于高频超声需付出较大的能量消耗。
2.不利用空化效应洗涤
超声清洗工作频率在1MHz左右甚至高达3MHz,有时被称之为兆赫级超声清洗。由于频率太高,声波在清洗液中很难发生空化,其清洗机理一般认为主要由于声压梯度﹑粒子对于小间隙﹑狭缝﹑深孔的零件的清洗,而空化效应是次要的。这种超声清洗的特点是清洗方向性强,清洗时一般将零件表面置于与声束平行的方向。这样噪声的问题也就不存在了。但是没有了空化反应,其洗涤能力怎样,需要试验来证明。不过洗涤能力下降,可以用一些辅助的措施来解决:电解水洗涤、臭氧洗涤﹑物理洗涤等。这不失是一个可以深入研究的方向。
3.加装吸声附件、并把洗涤桶或缸密闭起来
在洗涤容器的底、端面和四周加装吸声附件,例如:玻璃丝绵等等。这种措施是有必要的,虽然会吸收一些超声波,影响效率,但为了保护环境、保护人的身体健康,这点损失是可以接受的。
把洗涤容器密闭起来以减少噪声的传出。这个措施的效果是不错的,但有些洗涤容器不好密闭或是难以实现,如波轮洗衣机等。若是不好密闭,可以在整个清洗机外面加上一个隔声罩。洗涤容器的内壁用声音反射能力强的材料制成,让声音多次反弹后减弱,也可以减少噪声的逸出。
4.减小声强
噪声的大小是与声强成正比的,减小了声强,必然就达到了减噪的目的。然而声强是不能无限小的,它有个阀值(即产生空化的最小值)。如果声强小于阀值则空化效应不能产生。而且声强在一定范围内与空化作用的激烈程度也成正比。声强小,空化缓和,则超声波的洗涤效率差,洗涤用时长,浪费能源。于是我们要根据洗涤的对象不同,选择一个最优的声强值。
5.减小外压力
减小外压力使空化崩溃所需的声强阀值降低，达到降低噪声的目的。但是首先空化泡崩溃的剧烈程度有所降低,从而使清洗的效果和效率降低;其次是要另外加一套减压的装置,而且密闭性也要达到一定程度才行,这将使整个清洗系统变得臃肿。
如今超声波清洗技术得到了快速的发展和广泛的应用。然而其带来的空化噪声是一个必须正视的问题(噪声不但污染环境,对操作者的身心健康也有害),又是一个无法避免问题(常规超声波清洗技术所利用的空化效应带来的)。只有解决了这个问题,超声波清洗技术才能更加广泛的应用。
