RU2026759C1

RU2026759C1 - Device for ultrasonic cleaning (variants)

Info

Publication number: RU2026759C1
Authority: RU
Inventors: С.А. Гудовский; С.В. Петухова; И.В. Петушко
Original assignee: Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.В.И.Ульянова (Ленина)
Priority date: 1992-07-21
Filing date: 1992-07-21
Publication date: 1995-01-20

Abstract

FIELD: ultrasonic cleaning. SUBSTANCE: according to the first variant, the system has technological chamber, ultrasonic converter which is built in the chamber, case made in form of noise-reducing housing, and cap provided with flange and handle. Cap has additional cavities made in form of noise-absorbing Helmholtz resonator which has resonance frequency being equal to frequency of total noise of the device; the resonators are turned with their open ends inside the chamber. Cavities may be formed among internal surface of the cap, surface of the case and additional partition made of acoustically hard material (the partition is disposed between the cap and the case) or they may be made inside handle of the cap. According to the other variant the cap has additionally cavities made in form of narrow acoustic channels which absorb noise and have open ends being turned into internal space of the chamber. Length of one-open-end channels differs from length of both-open-ends channels. In this case the cavities may be made either among internal surface of the cap, surface of the case and additional partition made of acoustically hard material and mounted between the cap and the case or they may be made in handle of the cap. EFFECT: improved noise absorption inside internal space of technological chamber. 6 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к шумоглушению источников, расположенных в замкнутых объемах, и может быть использовано преимущественно в установках, имеющих периодически открываемые технологические камеры, являющиеся одновременно одним из основных источников тонального шума, например в установках для ультразвуковой очистки материалов и изделий в жидких средах. The invention relates to noise attenuation of sources located in confined spaces, and can be used mainly in installations with periodically opening process chambers, which are simultaneously one of the main sources of tonal noise, for example, in installations for ultrasonic cleaning of materials and products in liquid media.

Установки для ультразвуковой (жидкостной) очистки материалов и изделий излучают наиболее интенсивный шум на частотах, равных рабочей частоте f_раб, и на частоте субгармоники f_c = 1/2 f_раб. На этих частотах шум является тональным, так как измеренный в 1/3 октавных полосах частот он превышает по уровню шум в соседних полосах не менее чем на 10 дБ (ГОСТ 12.1.003-83). В промышленности и быту, как правило, используются установки с f_раб ≈22 кГц, поэтому излучение на частоте субгармоники f_c = 11 кГц имеет тот звуковой диапазон частот, в котором установлены самые жесткие нормы. Поэтому основной проблемой снижения шума указанных установок является снижение тонального шума с частотой субгармоники fс.Installations for ultrasonic (liquid) cleaning of materials and products emit the most intense noise at frequencies equal to the operating frequency f _slave , and at a subharmonic frequency f _c = 1/2 f _slave . At these frequencies, the noise is tonal, as measured in 1/3 octave frequency bands it exceeds the noise level in adjacent bands by at least 10 dB (GOST 12.1.003-83). In industry and everyday life, as a rule, installations with f _slave ≈ 22 kHz are used, therefore, radiation at a subharmonic frequency f _c = 11 kHz has the same sound frequency range in which the most stringent standards are established. Therefore, the main problem of reducing the noise of these installations is to reduce tonal noise with a subharmonic frequency fc.

Основными источниками шума в указанных установках являются внешняя поверхность стенок технологической камеры и преобразователь ультразвуковых колебаний, а также внутренняя поверхность стенок камеры и поверхность рабочей жидкости, т.е. внутренний объем камеры. Шум, излучаемый внешней поверхностью камеры и преобразователем, снижается преимущественно посредством шумоснижающего кожуха, а шум, излучаемый внутренним объемом камеры, - посредством крышки. The main sources of noise in these installations are the outer surface of the walls of the process chamber and the transducer of ultrasonic vibrations, as well as the inner surface of the walls of the chamber and the surface of the working fluid, i.e. internal volume of the camera. The noise emitted by the outer surface of the chamber and the converter is reduced mainly by means of a noise-reducing casing, and the noise emitted by the inner volume of the chamber is reduced by a cover.

Технологический процесс требует периодической загрузки и разгрузки очищаемых изделий и наблюдения за ним. Поэтому наряду с низким уровнем шума важнейшей особенностью являются небольшие массогабаритные параметры установки, особенно ее крышки, и возможность наблюдения за очисткой без открывания крышки, например, в случае ее прозрачности. The technological process requires periodic loading and unloading of cleaned products and monitoring. Therefore, along with a low noise level, the most important feature is the small weight and size parameters of the installation, especially its cover, and the ability to monitor cleaning without opening the cover, for example, in the case of its transparency.

Известна установка для ультразвуковой очистки (авт.св. СССР N 745562), содержащая технологическую камеру, встроенный в нее преобразователь, шумозаглушающий элемент, являющийся продолжением технологической камеры и выполненный из звукоизолирующего (акустически жесткого) материала, в котором со стороны камеры выполнены глухие отверстия глубиной, равной четверти длины волны снижаемого шума, и звукопоглощающее покрытие со стороны открытых концов отверстий. A known installation for ultrasonic cleaning (ed. St. USSR N 745562), containing a process chamber, a built-in transducer, a sound attenuating element, which is a continuation of the process chamber and made of soundproofing (acoustically hard) material, in which blind holes are made with a depth of depth equal to a quarter of the wavelength of the reduced noise, and a sound-absorbing coating from the open ends of the holes.

Недостатком этой установки являются большие массогабаритные параметры, неудобство эксплуатации при ручном открывании крышки или необходимости наблюдения за процессом очистки в камере. The disadvantage of this installation is the large weight and size parameters, the inconvenience of operation when manually opening the lid or the need to monitor the cleaning process in the chamber.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой является установка для ультразвуковой очистки, содержащая технологическую камеру с встроенным в нее преобразователем, корпус в виде защитного кожуха и шумоснижающую (звукоизолирующую) крышку с фланцем и ручкой. Крышка имеет относительно небольшие массогабаритные параметры за счет отсутствия звукопоглощающего покрытия, обеспечивает снижение шума, излучаемого внутренним объемом за счет звукоизолирующего эффекта материала крышки и наличия уплотнительной прокладки между фланцем крышки и корпусом. Указанная установка выбрана за прототип. The closest in technical essence to the proposed is an installation for ultrasonic cleaning, containing a process chamber with a transducer integrated in it, a housing in the form of a protective casing and a noise-attenuating (soundproofing) cover with a flange and a handle. The cover has relatively small weight and size parameters due to the absence of a sound-absorbing coating, provides a reduction in the noise emitted by the internal volume due to the soundproofing effect of the cover material and the presence of a gasket between the cover flange and the body. The specified installation is selected for the prototype.

Недостатком прототипа является недостаточное снижение шума. The disadvantage of the prototype is the lack of noise reduction.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания удобной в эксплуатации установки для ультразвуковой очистки в жидких средах с небольшими массогабаритными параметрами и невысоким уровнем излучаемого шума. The present invention solves the problem of creating an easy-to-use installation for ultrasonic cleaning in liquid media with small weight and size parameters and a low level of radiated noise.

Сущность изобретения заключается в увеличении звукопоглощения во внутреннем объеме технологической камеры установки посредством создания специальных звукопоглощающих полостей в ее крышке. The essence of the invention is to increase sound absorption in the internal volume of the technological chamber of the installation by creating special sound-absorbing cavities in its cover.

Техническим результатом является снижение излучаемого установкой шума при сохранении массогабаритных параметров установки и удобства ее в эксплуатации. В первом варианте в установке для ультразвуковой очистки, содержащей технологическую камеру с встроенным в нее ультразвуковым преобразователем, корпус и крышку с фланцем и ручкой, крышка дополнительно содержит полости, выполненные в виде звукопоглощающих резонаторов Гельмгольца с резонансной частотой, равной частоте тонального шума установки, и обращенные открытыми концами во внутренний объем камеры. При этом полости могут быть образованы между внутренней поверхностью крышки, поверхностью корпуса и дополнительной перегородкой из акустически жесткого материала, установленной между крышкой и корпусом, или выполнены в ручке крышки. The technical result is to reduce the noise emitted by the installation while maintaining the overall dimensions of the installation and its ease of use. In the first embodiment, in an installation for ultrasonic cleaning, comprising a process chamber with an ultrasonic transducer integrated in it, a housing and a cover with a flange and a handle, the cover additionally contains cavities made in the form of Helmholtz sound-absorbing resonators with a resonant frequency equal to the frequency of the unit's tonal noise and facing open ends into the interior of the chamber. In this case, the cavities can be formed between the inner surface of the lid, the surface of the casing and an additional partition wall of acoustically rigid material installed between the lid and the casing, or they can be made in the handle of the lid.

Во втором варианте в указанной установке крышка дополнительно содержит полости, выполненные в виде узких акустических звукопоглощающих каналов, открытые концы которых обращены во внутренний объем камеры, длиной l₁ = (2n-1) λ_c/4 для каналов с одним открытым концом или длиной l₂ = b˙ λ_c /2 для каналов с обоими открытыми концами, где λ_c - длина волны тонального шума установки; n = 1,2,3... . При этом полости могут быть образованы между внутренней поверхностью крышки, поверхностью корпуса и дополнительной перегородкой из акустически жесткого материала, установленной между крышкой и корпусом, или выполнены в ручке крышки. Кроме того, в поперечных сечениях каналов на расстоянии l₃ = (2n-1) λ_c/4, где n = 1,2,3..., от закрытого конца каналов длиной l₁ или открытого конца каналов длиной l₂ может быть закреплен пористый материал.In the second embodiment, in the specified installation, the lid additionally contains cavities made in the form of narrow acoustic sound-absorbing channels, the open ends of which are facing the internal volume of the chamber, length l ₁ = (2n-1) λ _c / 4 for channels with one open end or length l ₂ = b˙ λ _c / 2 for channels with both open ends, where λ _c is the tonal noise wavelength of the installation; n = 1,2,3 .... In this case, the cavities can be formed between the inner surface of the lid, the surface of the housing and an additional partition wall of acoustically rigid material installed between the lid and the housing, or they can be made in the handle of the cover. In addition, in the cross sections of the channels at a distance l ₃ = (2n-1) λ _c / 4, where n = 1,2,3 ..., from the closed end of channels of length l ₁ or the open end of channels of length l ₂ can be fixed porous material.

Оба варианта позволяют решить одну и ту же задачу, получить один и тот же технический результат одним и тем же путем - снижением шума внутреннего объема камеры установки за счет образования в крышке звукопоглощающих полостей определенной конструкции и параметров. Both options allow us to solve the same problem, to get the same technical result in the same way - by reducing the noise of the internal volume of the installation chamber due to the formation of sound-absorbing cavities of a certain design and parameters in the lid.

На фиг. 1 показан общий вид установки для ультразвуковой очистки с полостями в виде резонаторов Гельмгольца; на фиг.2 - вариант выполнения резонаторов посредством перфорированной перегородки; на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - вариант выполнения резонаторов посредством перегородки и наполнителя (пенопласта); на фиг.5 - вариант выполнения резонаторов в ручке крышки; на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг.7 - установка для ультразвуковой очистки с полостями в виде узких акустических каналов; на фиг. 8 - сечение В-В на фиг.7; на фиг.9 - каналы прямоугольного поперечного сечения с одним открытым концом посредством перегородки; на фиг.10 - сечение Г-Г на фиг.9; на фиг.11 - канал с одним и двумя открытыми концами посредством перегородки; на фиг.12 - сечение Д-Д на фиг.11; на фиг.13 - общий вид перегородки; на фиг.14 - изогнутые каналы с обоими открытыми концами в ручке крышки; на фиг.15 - сечение Е-Е на фиг.14. In FIG. 1 shows a General view of the installation for ultrasonic cleaning with cavities in the form of Helmholtz resonators; figure 2 is an embodiment of resonators by means of a perforated partition; figure 3 is a section aa in figure 2; figure 4 is an embodiment of the resonators by means of a partition and a filler (foam); figure 5 is an embodiment of the resonators in the handle of the cover; in FIG. 6 - section bB in figure 5; figure 7 - installation for ultrasonic cleaning with cavities in the form of narrow acoustic channels; in FIG. 8 is a cross-section BB in FIG. 7; figure 9 - channels of rectangular cross-section with one open end by means of a partition; figure 10 is a cross section GG in figure 9; figure 11 - channel with one and two open ends by means of a partition; in Fig.12 is a section DD in Fig.11; Fig.13 is a General view of the partition; on Fig - curved channels with both open ends in the handle of the cover; on Fig - section EE on Fig.

Рассмотрим пример конкретной реализации установки длдя ультразвуковой очистки по первому варианту технического решения, в котором полости в виде резонаторов Гельмгольца выполнены одновременно в ручке крышки и посредством дополнительной перегородки. Установка (фиг.1) содержит технологическую камеру 1 с встроенным в нее ультразвуковым преобразователем 2, корпус, выполненный в виде шумоснижающего кожуха 3, и шумоснижающую крышку 4 из органического стекла с фланцем 5 и ручкой 6. На внутренней поверхности крышки на некотором расстоянии от фланца закреплена перегородка 7 из акустически жесткого материала, например из органического стекла толщиной 2 мм, перекрывающая пространство между крышкой и поверхностью корпуса 3 установки 1. В ручке 6 выполнены одна или более полостей 8, обращенных открытыми концами (отверстиями) 9 во внутренней объем камеры . В перегородке 7 также выполнены отверстия 9, поэтому между внутренней поверхностью крышки, поверхностью корпуса и перегородкой образуется одна или более полостей 8, сообщенных отверстиями 9 с внутренним объемом камеры 1. Вследствие определенной конструкции и размеров полости с отверстием их совокупность представляет собой резонатор Гельмгольца, при этом отверстие является горлом резонатора. Расстояния между фланцем и перегородкой, крышкой и корпусом устанавливаются такими, чтобы обеспечить требуемый объем резонатора. В отверстиях 9 установлен пористый материал 10 (ткань, пенопласт со сквозными порами и пр. ), увеличивающий до значимых величин потери при прохождении через него звуковой энергии, а следовательно, звукопоглощение в камере 1. Кромка перегородки 7 в месте ее примыкания к поверхности установки снабжена уплотнительной прокладкой 11, например, из губчатой резины, обеспечивающей формирование полости резонаторов. Корпус установки в месте примыкания к нему фланца крышки снабжен уплотнительной прокладкой 12, которая виброизолирует камеру 1 и кожух 3, звукоизолирует зазор между ними и обеспечивает формирование полости резонаторов. Параметры резонаторов и эффективность их звукопоглощения могут быть рассчитаны по известным формулам. Consider an example of a specific installation for ultrasonic cleaning according to the first embodiment of the technical solution, in which the cavities in the form of Helmholtz resonators are made simultaneously in the handle of the lid and by means of an additional partition. The installation (Fig. 1) contains a process chamber 1 with an ultrasonic transducer 2 integrated in it, a housing made in the form of a noise-reducing casing 3, and a noise-reducing cover 4 made of organic glass with a flange 5 and a handle 6. On the inner surface of the cover at a certain distance from the flange a partition 7 of acoustically rigid material is fixed, for example, of organic glass 2 mm thick, overlapping the space between the cover and the surface of the housing 3 of unit 1. One or more cavities 8 are made in handle 6, facing open my ends (holes) 9 in the internal volume of the chamber. Holes 9 are also made in the partition 7, therefore, one or more cavities 8 are formed between the inner surface of the lid, the surface of the housing, and the partition, connected by the holes 9 with the internal volume of the chamber 1. Owing to a certain design and size of the cavity with the hole, their combination is a Helmholtz resonator, with this hole is the throat of the resonator. The distances between the flange and the partition, the cover and the housing are set so as to provide the required volume of the resonator. In the openings 9, a porous material 10 (fabric, foam with through pores, etc.) is installed, which increases to a significant value the loss when sound energy passes through it, and therefore, sound absorption in the chamber 1. The edge of the partition 7 at the point where it adjoins the installation surface is provided the sealing gasket 11, for example, of spongy rubber, which ensures the formation of the cavity of the resonators. The installation casing at the junction of the flange of the lid is equipped with a sealing gasket 12, which vibroinsulates the chamber 1 and the casing 3, soundproof the gap between them and ensures the formation of the cavity of the resonators. The parameters of the resonators and the effectiveness of their sound absorption can be calculated by known formulas.

На фиг. 4 показан резонатор, образованный в пенопласте 13, помещенном между поверхностью крышки, поверхностью корпуса установки и перегородкой. При этом стенки полостей выполнены акустически жесткими, например, посредством их оплавления. При частоте тонального шума установки f_c = 1/2f_раб = 11 кГц, где f_раб - рабочая частота установки, резонатор (фиг.4) может представлять собой полости цилиндрической формы диаметром d_р = 7 мм, глубиной l_p = 4 мм, обращенные открытым концом (горлом) во внутренний объем камеры, при этом диаметр горла d_г = 6 мм, а его глубина равна толщине перегородки l_г = 2 мм. При указанных размерах резонатора его эффективность выражается в виде площади звукопоглощения А_о = 1,56 см² (коэффициент звукопоглощения α≈ 0,97), а отношение А_о/S_г≈6. Площадь звукопогло- щения такого резонатора в 6 раз превышает площадь условного отверстия, равного площади поперечного сечения горла S_г, в котором бы звук поглощался полностью, т.е. с коэффициентом звукопоглощения α= 1. При наличии множества резонаторов площадь звукопоглощения соответственно увеличивается. При этом фактическая звукоизоляция крышки увеличивается на 10-20 дБ и становится практически равной собственной звукоизоляции материала крышки, т.е. R ≈34 дБ.In FIG. 4 shows a resonator formed in a foam 13 placed between the surface of the lid, the surface of the installation housing and the partition. The walls of the cavities are made acoustically rigid, for example, by melting them. When the frequency of the tonal noise of the installation f _c = 1 / 2f _slave = 11 kHz, where f _slave is the operating frequency of the installation, the resonator (figure 4) can be a cavity of a cylindrical shape with a diameter d _p = 7 mm, a depth l _p = 4 mm, facing the open end (throat) into the inner volume of the chamber, while the diameter of the throat is d _g = 6 mm, and its depth is equal to the thickness of the partition l _g = 2 mm. With the indicated dimensions of the resonator, its effectiveness is expressed as the sound absorption area A _o = 1.56 cm ² (sound absorption coefficient α≈ 0.97), and the ratio A _o / S _g ≈6. The sound absorption area of such a resonator is 6 times larger than the area of the conditional hole equal to the throat cross-sectional area S _g , in which the sound would be completely absorbed, i.e. with the sound absorption coefficient α = 1. In the presence of many resonators, the sound absorption area increases accordingly. In this case, the actual sound insulation of the cover increases by 10-20 dB and becomes almost equal to the intrinsic sound insulation of the cover material, i.e. R ≈34 dB.

На фиг. 2 показано образование резонаторов посредством перфорированной перегородки. При этом перфорация выполнена с шагом C =

= 12 мм, где ε = S_г/S_р = =0,2 - коэффициент перфорации; S_г и S_р - площади поперечного сечения горла и полости резонатора соответственно.In FIG. 2 shows the formation of resonators by means of a perforated septum. In this case, perforation is performed with a step C =

= 12 mm, where ε = S _g / S _p = = 0.2 - perforation coefficient; S _g and S _p - the cross-sectional area of the throat and cavity of the resonator, respectively.

На фиг. 5 и 6 показаны резонаторы, выполненные в ручке с шагом С = 12 мм. In FIG. 5 and 6 show resonators made in the handle with a pitch of C = 12 mm.

Рассмотрим пример конкретной реализации установки для ультразвуковой очистки по второму варианту технического решения, в котором полости в виде узких акустических каналов выполнены одновременно в ручке крышки и посредством дополнительной перегородки. Установка (фиг.7 и 8) содержит технологическую камеру 1 с встроенным в нее ультразвуковым преобразователем 2, корпус, выполненный в виде шумоснижающего кожуха 3, и шумоснижающую крышку 4 из органического стекла с фланцем 5 и ручкой 6. На внутренней поверхности крышки на некотором расстоянии от фланца закреплена перегородка 7 из акустически жесткого материала, например из органического стекла толщиной 2 мм, перекрывающая пространство между крышкой и поверхностью корпуса установки. В ручке 6 выполнены одна или более полостей 14, обращенных открытыми концами (отверстиями) 15 во внутренний объем камеры 1. В перегородке 7 также выполнены отверстия 15, поэтому между внутренней поверхностью крышки, поверхностью корпуса установки и перегородкой образуется одна или более полостей 14, сообщенных отверстиями 15 с внутренним объемом камеры 1. Consider an example of a specific installation for ultrasonic cleaning according to the second embodiment of the technical solution, in which cavities in the form of narrow acoustic channels are made simultaneously in the handle of the lid and by means of an additional partition. The installation (Figs. 7 and 8) contains a process chamber 1 with an ultrasonic transducer 2 built into it, a housing made in the form of a noise-reducing casing 3, and a noise-reducing organic glass cover 4 with a flange 5 and a handle 6. On the inner surface of the cover at a certain distance a partition 7 of acoustically rigid material is fixed from the flange, for example, of organic glass, 2 mm thick, overlapping the space between the lid and the surface of the installation case. One or more cavities 14 are made in the handle 6, facing the open ends (openings) 15 to the inner volume of the chamber 1. In the partition 7, holes 15 are also made, therefore, one or more cavities 14 formed between the inner surface of the lid, the surface of the installation case and the partition holes 15 with the internal volume of the chamber 1.

Полости (каналы) могут иметь либо один (фиг.7-10), либо оба открытых во внутренний объем камеры конца (фиг.11-15). На фиг.11-13 показан пример выполнения каналов с одним или обоими открытыми концами с помощью одной перегородки, при этом каналы с одним открытым концом выполнены прямыми, каналы с обоими открытыми концами - изогнутыми. На фиг.14 и 15 показан пример выполнения изогнутых каналов с обоими открытыми концами в ручке крышки. Такие каналы можно изготовить, например, штамповкой элементов ручки, в которых плоскости, предназначенные для соединения при изготовлении ручки, проходили бы вдоль продольных осей отверстий. Вследствие определенных конструкций и размеров полостей с отверстиями они представляют собой узкие акустические каналы. В плоскостях поперечного сечения открытых отверстий 15 каналов закреплен пористый материал 10 (ткань, пенопласт с открытыми порами и пр.), увеличивающий до значимых величин потери при прохождении через него звуковой энергии, а следовательно, звукопоглощение в камере 1, т.е. узкие каналы в этом случае являются звукопоглощающими. Кромка перегородки 7 в месте ее примыкания к поверхности корпуса установки может быть снабжена уплотнительной прокладкой 11, например, из губчатой резины, обеспечивающей формирование каналов (фиг. 7 и 8). Корпус установки в месте примыкания к нему фланца крышки может быть снабжен уплотнительной прокладкой 12, которая виброизолирует камеру 1 и кожух 3, звукоизолирует зазор между ними и обеспечивает формирование полостей каналов (фиг.7 и 8). Кроме того, в плоскостях поперечного сечения каналов, в которых имеют место максимальные колебательные скорости частиц воздуха при прохождении звуковой энергии, также может быть закреплен пористый материал 10 (фиг.9, 10, 14 и 15). Эти плоскости расположены на расстоянии l₃ = (2n-1) λ_c /4, где n = 1,2,3,..., от закрытого конца каналов с одним открытым концом или открытого конца каналов с обоими открытыми концами. При частоте тонального шума установки f_c = 1/2f_раб = 11 кГц, где f_раб - рабочая частота установки, длина волны в воздухе λ_c≈31,2 мм. Размер одной из сторон канала прямоугольного поперечного сечения а ≅0,5 λ_c ≅ 15,6 мм (фиг.9-13), диаметр канала круглого поперечного сечения D≅1,2 λ_c ≅37,4 мм (фиг.9 и 10), поэтому такие каналы являются узкими. Размер b второй стороны канала прямоугольного поперечного сечения не ограничен, но при определенном размере и условиях может обусловливать существенное увеличение звукопоглощения узким каналом, при этом указанный размер не является критерием понятия узкого канала. Длина канала с одним открытым концом l₁ = (2n-1) λ_c/4, длина канала с обоими открытыми концами l₂= n ˙λ_c/2, где n = 1,2,3,... . При частоте шума f_c = 11 кГц l₁ = 23,4 мм (n = 2), l₂ = 46,8 мм (n = 3). Очень узкие каналы, которые характеризуются размерами а ≅ 0,06λ_c ≅ 2 мм или D≅ 0,15λ_c≅ 4,7 мм, могут быть выполнены изогнутыми по длине, что дает возможность использования длинных каналов с повышенным звукопоглощением за счет дополнительных перемычек из пористого материала при сохранении массогабаритных параметров крышки установки (фиг.11-15). Для узких каналов поперечные размеры отверстий 15 могут отличаться от соответствующих поперечных размеров полости 14 каналов (фиг.9 и 10). Места расположений перемычек из пористого материала в поперечных сечениях каналов длиной l₁ = 3 λ_c/4 = 23,4 мм определены расстоянием l₃ = λ_c/4 = 7,8 мм от закрытого конца канала (фиг. 9 и 10), а в поперечных сечениях каналов длиной l₂ = 3 λ_c/2 = 46,8 мм - l₃ = λ_c/₄ = 7,8 мм, l₃ = 3 λ_c/4 = 23,4 мм и l₃ = 5λ_c/4 = 39 мм от любого из открытых концов (фиг.14 и 15).Cavity (channels) can have either one (Fig.7-10), or both open in the inner volume of the chamber end (Fig.11-15). 11-13 show an example of the execution of channels with one or both open ends using one partition, while the channels with one open end are made straight, the channels with both open ends are curved. On Fig and 15 shows an example of the implementation of curved channels with both open ends in the handle of the cover. Such channels can be made, for example, by stamping the elements of the handle, in which the planes intended for connection in the manufacture of the handle would extend along the longitudinal axes of the holes. Due to certain designs and sizes of cavities with holes, they are narrow acoustic channels. In the planes of the cross-section of the open holes of the 15 channels, a porous material 10 is fixed (fabric, open-cell foam, etc.), which increases to a significant magnitude the loss when sound energy passes through it, and therefore, sound absorption in chamber 1, i.e. narrow channels in this case are sound absorbing. The edge of the partition 7 at its junction with the surface of the installation housing may be provided with a sealing gasket 11, for example, of spongy rubber, which provides the formation of channels (Fig. 7 and 8). The housing of the installation at the junction of the flange of the lid can be equipped with a sealing gasket 12, which vibroinsulates the chamber 1 and the casing 3, soundproof the gap between them and ensures the formation of cavity cavities (Fig.7 and 8). In addition, in the planes of the cross section of the channels in which the maximum vibrational velocities of the air particles occur during the passage of sound energy, porous material 10 can also be fixed (Figs. 9, 10, 14 and 15). These planes are located at a distance l ₃ = (2n-1) λ _c / 4, where n = 1,2,3, ..., from the closed end of the channels with one open end or the open end of the channels with both open ends. At the frequency of tonal noise of the installation f _c = 1 / 2f _slave = 11 kHz, where f _slave is the operating frequency of the installation, the wavelength in the air is λ _c ≈31.2 mm. The size of one of the sides of the channel of rectangular cross-section a ≅ 0.5 λ _c ≅ 15.6 mm (Figs. 9-13), the diameter of the channel of circular cross-section D ≅ 1.2 λ _{c ,} 4 37.4 mm (Fig. 9 and 10), therefore, such channels are narrow. The size b of the second side of the channel of rectangular cross-section is not limited, but under a certain size and conditions it can cause a significant increase in sound absorption by a narrow channel, while this size is not a criterion for the concept of a narrow channel. The length of the channel with one open end l ₁ = (2n-1) λ _c / 4, the length of the channel with both open ends l ₂ = n ˙λ _c / 2, where n = 1,2,3, .... When the noise frequency f _c = 11 kHz l ₁ = 23.4 mm (n = 2), l ₂ = 46.8 mm (n = 3). Very narrow channels, characterized by dimensions a а 0.06λ _{c c} 2 mm or D≅ 0.15λ _{c c} 4.7 mm, can be made curved in length, which makes it possible to use long channels with increased sound absorption due to additional jumpers from porous material while maintaining the weight and size parameters of the installation cover (11-15). For narrow channels, the transverse dimensions of the holes 15 may differ from the corresponding transverse dimensions of the cavity 14 of the channels (Fig.9 and 10). The location of the bridges of the porous material in the cross sections of the channels of length l ₁ = 3 λ _c / 4 = 23.4 mm is determined by the distance l ₃ = λ _c / 4 = 7.8 mm from the closed end of the channel (Fig. 9 and 10), and in the cross-sections of the channels of length l ₂ = 3 λ _c / 2 = 46.8 mm - l ₃ = λ _c / ₄ = 7.8 mm, l ₃ = 3 λ _c / 4 = 23.4 mm and l ₃ = 5λ _c / 4 = 39 mm from any of the open ends (FIGS. 14 and 15).

Установка по первому варианту технического решения работает следующим образом (фиг.1-6). Installation according to the first embodiment of the technical solution works as follows (Fig.1-6).

Преобразователь 2 возбуждает в рабочей жидкости 16 ультразвуковые колебания с рабочей частотой f_раб = 22 кГц (фиг.1). При этом возбуждаются колебания и с другими частотами, наиболее интенсивные среди которых возбуждаются на частоте f_c = 1/2f_раб = 11 кГц. Частота этих колебаний расположена в той части нормируемого звукового диапазона, для которой установлена наиболее жесткая норма (в октавной полосе со среднегеометрической частотой 8000 Гц), при этом излучаемый на частоте f_c = 11 кГц шум является тональным, как правило, значительно превышает допустимый уровень и поэтому требует снижения.The Converter 2 excites in the working fluid 16 ultrasonic vibrations with a working frequency f _slave = 22 kHz (figure 1). In this case, oscillations are also excited with other frequencies, the most intense of which are excited at a frequency f _c = 1 / 2f _slave = 11 kHz. The frequency of these oscillations is located in that part of the normalized sound range for which the most stringent norm is established (in the octave band with a geometric mean frequency of 8000 Hz), while the noise emitted at a frequency of f _c = 11 kHz is tonal, as a rule, significantly exceeds the permissible level and therefore requires a reduction.

Основными источниками излучения указанного шума являются преобразователь 2, поверхность рабочей жидкости 16, внешняя и внутренняя поверхность технологической камеры 1. Шум, излучаемый внешней поверхностью камеры 1 и преобразователем 2, локализуется и поглощается в пространстве между камерой и шумоснижающим кожухом 3. Шум, излучаемый внутренней поверхностью камеры 1 и поверхностью рабочей жидкости 16, локализуется и поглощается в пространстве между указанными поверхностями и шумоснижающей крышкой 4. Крышка, как и в прототипе, выполнена с низкими массогабаритными показателями, обеспечивает удобство эксплуатации, но в отличие от него содержит элементы, наиболее эффективно поглощающие тональный шум установки частотой f_с. Наличие эффективного звукопоглощения во внутреннем объеме технологической камеры обусловливает увеличение фактической звукоизоляции крышки на 10-20 дБ и полную реализацию собственной звукоизоляции материала крышки R ≈34 дБ.The main sources of radiation of this noise are the transducer 2, the surface of the working fluid 16, the outer and inner surfaces of the process chamber 1. The noise emitted by the outer surface of the chamber 1 and the transducer 2 is localized and absorbed in the space between the chamber and the noise-reducing casing 3. The noise emitted by the inner surface chamber 1 and the surface of the working fluid 16, is localized and absorbed in the space between these surfaces and the noise-reducing cover 4. The cover, as in the prototype, is made with neither kimi weight and size, provides ease of use, but in contrast it contains elements that most effectively absorbing tonal noise setting frequency f _s. The presence of effective sound absorption in the internal volume of the process chamber leads to an increase in the actual sound insulation of the cover by 10-20 dB and the full implementation of its own sound insulation of the cover material R ≈34 dB.

Поглощение шума осуществляется следующим образом. Звуковая энергия, излучаемая во внутренний объем камеры, непосредственно и после отражений от поверхностей камеры, жидкости и крышки попадает в отверстия 9, выполненные в перегородке 7 и ручке 6 (фиг.1). Отверстия 9 образуют вход в полости 8. Вследствие определенной конструкции и размеров полостей с отверстиями они могут выполнять функцию резонаторов Гельмгольца с собственной частотой колебаний, равной частоте снижаемого шума. Расчет размеров, резонансной частоты, эффективности звукопоглощения отдельных резонаторов и их совокупности может быть произведен по известным формулам. При этом воздух в полостях выполняет функцию упругости (пружины), а воздух в отверстиях - сосредоточенной массы. Под действием энергии звуковых колебаний, падающей на отверстия 9, частицы воздуха в них начинают колебаться как сосредоточенные массы, связанные с упругими элементами, расположенными в полостях 8. Эти колебания происходят с резонансной частотой, равной частоте тонального шума установки f_c. При резонансных колебаниях колебательная скорость частиц воздуха в горле (отверстии 9) резонатора существенно возрастает и в несколько раз превышает колебательную скорость во внутреннем объеме камеры. При увеличении колебательной скорости возрастают и потери колебательной энергии, для обеспечения значимых потерь в отверстиях 9 закреплен пористый материал. Рассчитанные значения площади звукопоглощения и коэффициента звукопоглощения для одного pезонатора указанной конструкции и размеров составляют А_о = 1,56 см² и α≈0,97 соответственно, площадь поперечного сечения горла резонатора равна S_г = 0,28 см². Так как площадь звукопоглощения резонатора выше поглощающей площади поперечного сечения горла, что эквивалентно увеличению звукопоглощения одним резонатором, то увеличение звукопоглощения может быть оценено ориентировочно по формуле ΔL_p1=10lg(A_o/S_г) ≈10lg6 =7,5 дБ. Увеличение звукопоглощения от нескольких резонаторов можно определить по формуле
L_Σ= 10 lg

10

где n - общее число независимых слагаемых уровней L_i, в которой L_Σ= ΔL_pn , L_i= ΔL_pi. Так, увеличение звукопоглощения от десяти резонаторов равно
ΔL

= 10lg

10

≈ 17 дБ
В случае, если крышка имеет со стороны внутреннего объема камеры сплошное звукопоглощающее покрытие с реальным коэффициентом звукопоглощения α≈0,5 и закрывает камеру с внутренним диаметром 200 мм и высотой 150 мм (от поверхности жидкости), то вклад звукопоглощения, который можно оценить по формуле Δ L_покр. = 10lg(A_вн/S_вн), где А_вн - площадь звукопоглощения во внутреннем объеме камер; S_вн - площадь поверхности внутреннего объема камеры, составляет ΔL_покр ≈10 дБ. Таким образом наличие даже 3-5 резонаторов заменяет по эффективности сплошное звукопоглощающее покрытие, а наличие большого количества резонаторов обеспечивает превышение эффективности такого покрытия при одновременном сохранении низких массогабаритных параметров крышки и удобства эксплуатации установки.The absorption of noise is as follows. Sound energy radiated into the internal volume of the chamber immediately and after reflections from the surfaces of the chamber, liquid, and cover enters the openings 9 made in the partition 7 and handle 6 (Fig. 1). Holes 9 form the entrance to the cavity 8. Due to the specific design and size of the cavities with holes, they can perform the function of Helmholtz resonators with a natural frequency of oscillation equal to the frequency of the reduced noise. The calculation of sizes, resonant frequency, sound absorption efficiency of individual resonators and their combination can be made according to well-known formulas. In this case, the air in the cavities performs the function of elasticity (spring), and the air in the holes - the concentrated mass. Under the action of the energy of sound vibrations incident on the holes 9, the air particles in them begin to oscillate as concentrated masses associated with elastic elements located in the cavities 8. These vibrations occur with a resonant frequency equal to the frequency of the tonal noise of the installation f _c . With resonant vibrations, the vibrational velocity of air particles in the throat (hole 9) of the resonator increases significantly and several times exceeds the vibrational velocity in the internal volume of the chamber. With an increase in the vibrational velocity, the losses of vibrational energy also increase, to ensure significant losses in the holes 9, a porous material is fixed. The calculated values of the sound absorption area and sound absorption coefficient for one resonator of the indicated design and size are A _o = 1.56 cm ² and α≈0.97, respectively, the cross-sectional area of the neck of the resonator is S _g = 0.28 cm ² . Since the sound absorption area of the resonator is higher than the absorption area of the throat cross section, which is equivalent to an increase in sound absorption by one resonator, the increase in sound absorption can be estimated approximately by the formula ΔL _p1 = 10lg (A _o / S _g ) ≈10lg6 = 7.5 dB. The increase in sound absorption from several resonators can be determined by the formula
L _Σ = 10 lg

10

where n is the total number of independent terms of the levels L _i , in which L _Σ = ΔL _pn , L _i = ΔL _pi . So, the increase in sound absorption from ten resonators is
ΔL

= 10lg

10

≈ 17 dB
If the lid has a continuous sound-absorbing coating on the inside of the chamber with a real sound absorption coefficient α≈0.5 and closes a chamber with an inner diameter of 200 mm and a height of 150 mm (from the surface of the liquid), then the contribution of sound absorption, which can be estimated by the formula Δ L _cover = 10 log (A _vn / S _vn ), where A _vn is the sound absorption area in the internal volume of the chambers; S _VN is the surface area of the internal volume of the chamber, is ΔL _{coating ≈10} dB. Thus, the presence of even 3-5 resonators replaces the effectiveness of a continuous sound-absorbing coating, and the presence of a large number of resonators provides an excess of the effectiveness of such a coating while maintaining low weight and size parameters of the lid and ease of operation of the installation.

Установка по второму варианту технического решения работает следующим образом (фиг.7-15). Installation according to the second embodiment of the technical solution works as follows (Fig.7-15).

Преобразователь 2 возбуждает в рабочей жидкости 16 ультразвуковые колебания с рабочей частотой f_раб = 22 кГц (фиг.7 и 8). При этом возбуждаются колебания и с другими частотами, наиболее интенсивные среди которых имеют частоту f_c = 1/2f_раб = 11 кГц. Излучаемый на этой частоте шум является тональным, как правило, значительно превышает допустимый уровень и поэтому требует снижения. Основными источниками излучения указанного шума являются преобразователь 2, поверхность рабочей жидкости 16, внешняя и внутренняя поверхность технологической камеры 1. Шум, излучаемый внешней поверхностью камеры 1 и преобразователем 2, локализуется и поглощается в пространстве между камерой и шумоснижающим кожухом 3. Шум, излучаемый внутренней поверхностью камеры 1 и поверхностью рабочей жидкости 16, локализуется и поглощается в пространстве между указанными поверхностями и шумоснижающей крышкой 4. Крышка, как и в прототипе, выполнена удобной в эксплуатации и с низкими массогабаритными параметрами, но в отличие от него содержит элементы, эффективно поглощающие тональный шум установки во внутреннем объеме камеры 1. Эффективное звукопоглощение обуславливает увеличение фактической звукоизоляции крышки на 10-20 дБ и практически полной реализации собственной звукоизоляции материала крышки R ≈34 дБ.The Converter 2 excites in the working fluid 16 ultrasonic vibrations with a working frequency f _slave = 22 kHz (Fig.7 and 8). In this case, oscillations are also excited with other frequencies, the most intense of which have a frequency f _c = 1 / 2f _slave = 11 kHz. The noise emitted at this frequency is tonal, as a rule, significantly exceeds the permissible level and therefore requires reduction. The main sources of radiation of this noise are the transducer 2, the surface of the working fluid 16, the outer and inner surfaces of the process chamber 1. The noise emitted by the outer surface of the chamber 1 and the transducer 2 is localized and absorbed in the space between the chamber and the noise-reducing casing 3. The noise emitted by the inner surface chamber 1 and the surface of the working fluid 16, is localized and absorbed in the space between these surfaces and a noise-reducing cover 4. The cover, as in the prototype, is made convenient in operation and with low weight and size parameters, but in contrast to it contains elements that effectively absorb the tonal noise of the installation in the internal volume of chamber 1. Effective sound absorption leads to an increase in the actual sound insulation of the cover by 10-20 dB and almost complete realization of its own sound insulation of the cover material R ≈ 34 dB

Поглощение шума осуществляется следующим образом. Звуковая энергия, излучаемая во внутренний объем камеры, непосредственно и после отражений от поверхностей камеры, жидкости и крышки попадает в отверстия 15, выполненные в перегородке 7 и ручке 6 (фиг.7 и 8). Отверстия 15 образуют вход в полости 14. Вследствие определенной конструкции и размеров полостей с отверстиями они могут выполнять функцию узких звуковых каналов с собственной частотой колебаний стоячих волн, возникающих в этих каналах, равной частоте снижаемого шума. Расчет размеров, резонансной частоты и эффективности звукопоглощения узких каналов может быть произведен по известным формулам. По эффективности вблизи первой резонансной частоты (основного тона) узкие каналы близки резонаторам Гельмгольца с объемами V_экв ≈0,8 S_к ˙l, где S_к - площадь канала; l - его длина. Звуковая энергия, попадая в узкий канал, отражается от противоположного его конца, в результате чего в канале устанавливается система стоячих волн с максимумами и минимумами амплитуд колебательных скоростей и давлений частиц воздуха, распределенных определенным образом в поперечных сечениях канала вдоль его длины. В каналах с одним открытым концом максимумы колебательной скорости имеют место в поперечном сечении открытого конца, а также в поперечных сечениях, расположенных на расстоянии l₃ = = (2n-1) λ_c /4 = (2n-1)C_o/4f_c, где λ_c - длина волны шума частотой f_c; С_р- скорость звука в воздухе, от закрытого конца канала. В каналах с обоими открытыми концами максимумы колебательной скорости имеют место в плоскостях поперечных сечений открытых концов, а также в поперечных сечениях, расположенных на расстоянии l₃ от любого из открытых концов. В сечениях с повышенной колебательной скоростью возрастают и потери колебательной (звуковой) энергии. Для обеспечения значимых потерь в открытых концах каналов и в их поперечных сечениях, расположенных на расстоянии l₃ от соответствующего конца, закреплен пористый материал.The absorption of noise is as follows. Sound energy radiated into the internal volume of the chamber immediately and after reflections from the surfaces of the chamber, liquid, and cover enters the openings 15 made in the partition 7 and handle 6 (Figs. 7 and 8). The holes 15 form the entrance to the cavity 14. Due to the specific design and size of the cavities with holes, they can perform the function of narrow sound channels with a natural frequency of oscillations of standing waves arising in these channels, equal to the frequency of the reduced noise. The calculation of the size, resonance frequency and sound absorption efficiency of narrow channels can be made according to well-known formulas. In terms of efficiency near the first resonant frequency (fundamental tone), narrow channels are close to Helmholtz resonators with volumes of V _equiv ≈0.8 S _to ˙l, where S _to is the channel area; l is its length. Sound energy falling into a narrow channel is reflected from its opposite end, as a result of which a system of standing waves is established in the channel with maxima and minima of the amplitudes of vibrational velocities and pressures of air particles distributed in a certain way in the channel’s cross sections along its length. In channels with one open end, the maximums of vibrational velocity occur in the cross section of the open end, as well as in cross sections located at a distance l ₃ = (2n-1) λ _c / 4 = (2n-1) C _o / 4f _c where λ _c is the noise wavelength of frequency f _c ; C _p is the speed of sound in air from the closed end of the channel. In the channels with both open ends, the maximums of the vibrational velocity occur in the planes of the cross sections of the open ends, as well as in cross sections located at a distance of l ₃ from any of the open ends. In sections with increased vibrational velocity, the losses of vibrational (sound) energy also increase. To ensure significant losses in the open ends of the channels and in their cross sections located at a distance l ₃ from the corresponding end, a porous material is fixed.

Таким образом, узкие каналы могут иметь по сравнению с резонаторами Гельмгольца дополнительные плоскости поперечного сечения, в которых имеют место дополнительные потери звуковой энергии, т.е. дополнительное звукопоглощение. Как указано выше, эффективность звукопоглощения узких каналов близка эффективности резонаторов Гельмгольца, т.е. при наличии десяти каналов ΔL_к10≈ 17 дБ. Наличие в крышке пяти и более звукопоглощающих узких каналов обеспечивает не только превышение эффективности сплошного звукопоглощающего покрытия внутренней поверхности крышки, но и сохранение низких массогабаритных параметров крышки, обеспечение удобства эксплуатации установки.Thus, narrow channels can have, in comparison with Helmholtz resonators, additional cross-section planes in which additional losses of sound energy occur, i.e. additional sound absorption. As indicated above, the sound absorption efficiency of narrow channels is close to the efficiency of Helmholtz resonators, i.e. in the presence of ten channels ΔL _k10 ≈ 17 dB. The presence in the lid of five or more sound-absorbing narrow channels provides not only an excess of the efficiency of a continuous sound-absorbing coating of the inner surface of the lid, but also the preservation of low weight and size parameters of the lid, ensuring the ease of operation of the installation.

Claims

INSTALLATION FOR ULTRASONIC CLEANING (OPTIONS).

1. Installation for ultrasonic cleaning, comprising a technological chamber with an integrated ultrasonic transducer, a housing and a cover with a flange and a handle, characterized in that the cover additionally contains cavities made in the form of sound-absorbing Helmholtz resonators with a resonant frequency equal to the frequency of the tonal noise of the installation, and facing open ends into the interior of the chamber.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the cavity is formed between the inner surface of the lid, the surface of the casing and an additional partition of acoustically rigid material installed between the lid and the casing.

3. Installation according to p. 1, characterized in that the cavity is made in the handle of the cover.

4. Installation for ultrasonic cleaning, comprising a process chamber with an ultrasonic transducer integrated in it, a housing and a cover with a flange and a handle, characterized in that the cover further comprises cavities made in the form of narrow acoustic sound-absorbing channels, the open ends of which are facing the inner volume of the chamber , length l ₁ = (2n-1) λ _c / 4 for channels with one open end or length l ₂ = nλ _c / 2 for channels with both open ends, where λ _c is the tonal noise wavelength of the installation, n = 1, 2, 3, ....

5. Installation according to claim 4, characterized in that the cavity is formed between the inner surface of the lid, the surface of the casing and an additional partition of acoustically rigid material installed between the lid and the casing.

6. Installation according to p. 4, characterized in that the cavity is made in the handle of the cover.

7. Installation according to PP.4,5 and 6, characterized in that in the cross-sections of the channels at a distance l ₃ = (2n-1) λ _c / 4 (n = 1,2,3 ...) from the closed end of the channels a length of l ₁ or the open end of the channels of length l ₂ fixed porous material.