專利名稱：閥門調(diào)制氣流聲波發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬低聲波、次聲波應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
調(diào)制氣流產(chǎn)生聲波的原理，我國聲學(xué)界早有研究。1974年馬大猷發(fā)表論文闡述了調(diào)制氣流產(chǎn)源的原理(見物理學(xué)報(bào)VOL23)。其實(shí)這種原理的實(shí)際應(yīng)用，則早就見于世，通常的風(fēng)琴、哨子、氣笛、口琴等等都是例子。1978年瑞典人M·OLsson及R·Sandstrom提出專利申請(qǐng)(瑞典號(hào)7807473、美國申請(qǐng)?zhí)?98,244)，他們?cè)O(shè)計(jì)了大功率聲波發(fā)生器。1986年，他們發(fā)表論文將其發(fā)明應(yīng)用于鍋爐除灰渣(見Journal of Low Freqnency Noise and Vibration vol 5.No.1，1986)。1989年，北京鄭平提出專利申請(qǐng)(申請(qǐng)?zhí)?9200617X)題為次聲波和低頻聲波發(fā)生器。由于次聲波及低頻聲波在工業(yè)上的應(yīng)用日益開展，因此研制大功率高效率的聲波發(fā)生器就顯得日益重要。
目前大功率聲波發(fā)生器多是調(diào)制氣流型的。以上所述兩個(gè)專利，都是這種類型。它們不同之處在于如何控制閥門的開閉。由于他們的設(shè)計(jì)設(shè)有充分考慮到通氣孔的形狀，會(huì)影響所產(chǎn)生聲波的頻譜，因而他們的聲波發(fā)生器除基頻聲波外，尚產(chǎn)生大量的高倍頻諧波，耗散大量能量，降低了聲波發(fā)生器的效率。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)新的閥門及通氣孔，使大功率聲波發(fā)生器中高倍頻諧波的產(chǎn)生受到抑制，提高基頻波的成份，從而提高發(fā)生器的效率。
用相互轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)門與靜門組成一個(gè)閥門，動(dòng)門與靜門上各開有通氣孔。當(dāng)動(dòng)門轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)門的通氣孔與靜門的通氣孔重合時(shí)，氣流通過，否則氣流中斷。氣流周期地通或斷，就產(chǎn)生聲波。聲波的基本頻率決定于動(dòng)門的旋轉(zhuǎn)速度。這是調(diào)制氣流產(chǎn)生聲波的基本原理?；谶@個(gè)原理考慮到，氣門上通氣孔的形狀直接影響了發(fā)生器的效率，本中請(qǐng)人設(shè)計(jì)了三種聲波發(fā)生器，如

圖1、2、3，均大大提高了發(fā)生器的效率。
這三種聲波發(fā)生器，結(jié)構(gòu)共同點(diǎn)是(1)有氣室與喉管；(2)氣室與喉管之間有閥門，氣流只能通過閥門才能由氣室進(jìn)入喉管；(3)閥門由靜門與緊貼的動(dòng)門組成，動(dòng)門與靜門用軸承聯(lián)結(jié)，使閥門組成一個(gè)整體；(4)靜門及動(dòng)門上開有特定形狀的通氣孔；(5)動(dòng)門由某個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)器驅(qū)動(dòng)，這旋轉(zhuǎn)機(jī)器可以是轉(zhuǎn)速可調(diào)保持不變的電動(dòng)機(jī)或其它原動(dòng)機(jī)。
這三種聲波發(fā)生器的不同之處，在于采用了不同的閥門。一個(gè)是平面閥門，第二個(gè)是筒面閥門，第三個(gè)是錐面閥門。
閥門上通氣孔的形狀，影響聲波的頻譜。通氣孔的形狀不同，產(chǎn)生的聲波頻率成份中，基頻波與高倍頻諧波的比例不同。為了最大限度地增加基頻波的成份，本申請(qǐng)人為以上三種閥門設(shè)計(jì)了三種不同的通氣孔形狀。這些形狀的通氣孔，能保證通氣面積隨動(dòng)門旋轉(zhuǎn)角的變化是依照標(biāo)準(zhǔn)波形起伏的，從而使基頻在所產(chǎn)生的聲波中占主要成份。
平面閥情形動(dòng)門(或靜門)通氣孔采用半園扇形，另一個(gè)則用唇形(見附圖6)唇邊的線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)至通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
筒面閥情形，筒面閥動(dòng)、靜門孔的外觀如附圖4。在筒的滾展平面上看，動(dòng)門(或靜門)孔的形狀一個(gè)是長方形，另一個(gè)則是唇形(見附圖7)，唇邊曲線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)至通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
錐面閥情形動(dòng)、靜門外觀如附圖5。在滾展平面上看，動(dòng)門(或靜門)通氣孔，一個(gè)是園扇形，另一個(gè)是唇形(見附圖8)。唇邊曲線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)致通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
本實(shí)用新型是大功率低頻聲波發(fā)生器。與瑞典M·OLsson及R·Sandstrom的發(fā)明相比，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，瑞典產(chǎn)品有一個(gè)長達(dá)幾米的共振管，十分笨重。本設(shè)計(jì)產(chǎn)品總長不超過50公分。與現(xiàn)有技術(shù)(中國專利申請(qǐng)?zhí)?9200617X)相比，二者結(jié)構(gòu)不同。89200617X號(hào)專利權(quán)利要求上寫明“一，旋轉(zhuǎn)門上有一偏心孔，孔切于門5的旋轉(zhuǎn)中心。二，沿軸向緊靠著門5有一噴咀4，噴咀4的入口孔與門5上的偏心孔大小相等，同時(shí)4的入口孔也切于門5的旋轉(zhuǎn)中心?！蔽以O(shè)計(jì)的孔與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)的不同之處在于，我設(shè)計(jì)的(1)氣孔并不要求切于動(dòng)門的旋轉(zhuǎn)中心；(2)靜門與動(dòng)門上氣孔完全不同，一個(gè)是圓扇形，另一個(gè)是唇形；(3)動(dòng)門與靜門二者直接以軸承緊密聯(lián)結(jié)成一整體。正因?yàn)橥饪椎脑O(shè)計(jì)完全不同，所以通氣面積隨動(dòng)門轉(zhuǎn)角變化的規(guī)律就完全不同。根據(jù)計(jì)算89200617X號(hào)專利設(shè)計(jì)的孔，通氣面積A(Q)隨轉(zhuǎn)角Q變化的規(guī)律是A(Q)＝R2(П-Q-SinQ)0≤Q≤П展成傅利葉級(jí)數(shù)A(Q)＝R2(0.934+1.273cosQ+0.424cos2Q+0.1415cos3Q+……)其中高倍頻2Q，3Q，4Q……成份非常之大。這樣就導(dǎo)至聲波中高頻成份。
我所設(shè)計(jì)的通氣孔，通氣面積隨轉(zhuǎn)角Q變化的規(guī)律是
A(Q)＝A(1+cosQ)這里不含有任何高頻成分。因而聲波中高頻成份也比較小。
圖面說明圖1是用平面閥門組裝的聲波發(fā)生器。
圖2是用筒面閥門組裝的聲波發(fā)生器。
圖3是用錐面閥門組裝的聲波發(fā)生器。
圖4是筒面閥門中動(dòng)、靜門的外觀。
圖5是錐面閥門的外觀。
圖6是平面閥門通氣孔的形狀，一個(gè)是動(dòng)門上的，另一個(gè)是靜門上的。
圖7是筒面閥門滾展在平面上通氣孔的形狀。
圖8是錐面閥門滾展在平面上通氣孔的形狀。
為更清楚地說明本實(shí)用新型的特點(diǎn)，下面參照附圖結(jié)合實(shí)例進(jìn)行說明。
先看圖1，這是平面閥門組裝的聲波發(fā)生器，圖中標(biāo)記意義如下1、旋轉(zhuǎn)動(dòng)門，2、靜門，3、壓縮空氣入口，4、喉管5、驅(qū)動(dòng)電機(jī)，6、氣室。
使用時(shí)，先將壓縮空氣接在入口3上。壓縮空氣進(jìn)入氣室6，電機(jī)帶動(dòng)動(dòng)門1旋轉(zhuǎn)。當(dāng)動(dòng)門上的通氣孔與靜門2上的通氣孔重合時(shí)，壓縮空氣由通氣孔噴入喉管1。由于動(dòng)門旋轉(zhuǎn)，動(dòng)門的通氣孔與靜門的通氣孔二者通通斷斷，以致空氣流時(shí)大時(shí)小，氣壓亦急劇變化，這就產(chǎn)生了聲波，其基本頻率由電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。
圖2是筒面閥門組裝的聲波發(fā)生器。標(biāo)記的意義與圖1中的完全一樣。氣流由入口3進(jìn)入氣室6，通過動(dòng)門1上的通氣孔及靜門2上的通氣孔進(jìn)入喉管4。由于電機(jī)5帶動(dòng)動(dòng)門1旋轉(zhuǎn)，動(dòng)門1與靜門2上的通氣孔，有時(shí)重合有時(shí)互相斷開，因而氣流有時(shí)通暢有時(shí)受阻。候管4處的氣壓時(shí)大時(shí)小，這樣就產(chǎn)生了聲波，隨氣流帶出喉管外。
圖3是錐面閥門組裝的聲波發(fā)生器，其中標(biāo)記的意義與圖1中的完全一樣。壓縮空氣由入口3進(jìn)入氣室6。當(dāng)電機(jī)5帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)的動(dòng)門1轉(zhuǎn)至適當(dāng)位置時(shí)動(dòng)門1上的通氣孔與靜門2上的通氣孔重合，氣流即可進(jìn)入喉管4。當(dāng)動(dòng)門1再轉(zhuǎn)180°后，動(dòng)門1的通氣孔與靜門2上的通氣孔完全斷開，氣流受阻。候管4處的氣壓忽大忽小，因而產(chǎn)生聲波，隨氣流帶出喉管外。
圖4是筒面閥門的動(dòng)門與靜門的外觀，它們二者的形狀是不一樣的。組裝在一起，可以使通氣面積隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)起伏，從而改善聲波的頻率成份，及增長基頻波的輸出。
圖5是錐面閥門的動(dòng)門與靜門的外觀，它們二者的形狀是不一樣的。組裝在一起，可以使通氣面積隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)起伏，從而改善聲波的頻率成份，及增大基頻波的輸出。
圖6是平面閥門的動(dòng)門與靜門的孔口形狀。這明顯的看出它們之中的一個(gè)是圓扇形，另一個(gè)是唇形。它們二者是不一樣的，一般說孔口也不切于旋轉(zhuǎn)中心。這樣孔口的優(yōu)點(diǎn)是通氣面積與旋轉(zhuǎn)角成余弦函數(shù)波動(dòng)，導(dǎo)致高倍頻率聲波成份小。
附表
圖7是筒面閥門的動(dòng)門與靜門在滾展平面上顯示的孔口形狀。其中一個(gè)是長方形，另一個(gè)是唇形，它們二者不一樣。這種孔口也能促成通氣面積與轉(zhuǎn)角成余弦函數(shù)起伏，導(dǎo)致高倍頻聲波成份小。
圖8是錐面閥門的動(dòng)門與靜門在滾展平面上顯示的孔口形狀。其中一個(gè)是扇形，另一個(gè)是唇形，它們二者不一樣。這種孔口能促使通氣面積與轉(zhuǎn)角成余弦函數(shù)起伏，導(dǎo)致高倍頻聲波成份小。
附表是現(xiàn)有技術(shù)與本實(shí)用新型二者性能對(duì)比。其中X項(xiàng)為現(xiàn)有技術(shù)，S為本實(shí)用新型。
表中文字標(biāo)示意義如下A/S是孔的最大通氣面積/喉管截面積。
P是氣室靜氣壓表值。
Amp是喉管聲波氣壓波幅，分三種頻率即基頻(a1)、二倍頻(a2)、三倍頻(a3)列出。
Str是喉管聲強(qiáng)也分三種頻率列出。即f1、f2、f3，各為基頻、二倍頻、三倍頻。
從表上看出A/S＝0.6，P＝1情形，基頻氣壓波幅a1，現(xiàn)有技術(shù)X項(xiàng)是0.312，而本實(shí)用新型為0.350。聲強(qiáng)，前者為1.25×106，后者為1.57×106，后者提高約25.6％。至于高頻波成份，如二倍頻項(xiàng)，前者是后者的5.73倍，三倍頻則是9.8倍。因此本實(shí)用新型，有效的抑制了高倍頻聲波的產(chǎn)生而增加了基本頻率聲波的輸出。
根據(jù)瑞典M·OLsso吸R·Sandstrom的文章介紹，次聲波用于鍋爐除灰渣十分有效。截止86年已在四百個(gè)鍋爐上安裝了他們的專利產(chǎn)品。本實(shí)用新型也是大功率聲波發(fā)生器，功率達(dá)1000瓦以上，因此也能用于鍋爐除灰渣。在鍋爐預(yù)熱器的地方，裝上一個(gè)聲波發(fā)生器。將壓縮空氣送入聲波發(fā)生器入口(3)，開動(dòng)電動(dòng)機(jī)(5)，動(dòng)門旋轉(zhuǎn)，通氣孔的面積周期地變化，因此喉管中的氣壓也周期變化，這樣就在喉管中產(chǎn)生了聲波。將喉管對(duì)準(zhǔn)鍋爐的預(yù)熱器，聲波振動(dòng)預(yù)熱器上的灰渣使其脫剝，隨之飛出煙囪。由于積灰被清除，改善了導(dǎo)熱條件，預(yù)熱器中水溫上升，煙道溫度下降，因而余熱更得以充分利用，節(jié)約了能源。此外，將聲波送入燃燒室則可以有效的清除由于燃燒產(chǎn)生的灰渣，通常這種清掃工作是很繁重的，必要時(shí)還必須?；?，采用聲波除灰渣，則可以免除停火。這樣就延長了鍋爐運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，增加了出力，還可以節(jié)省通常為清除灰渣而需安裝的大馬力吹風(fēng)設(shè)備?？傊暡ǔ仩t灰渣是省力、經(jīng)濟(jì)的方法，達(dá)到增產(chǎn)、節(jié)約的效果。
權(quán)利要求1.閥門調(diào)制氣流聲波發(fā)生器，由氣室(6)、進(jìn)氣管(3)、喉管(4)與閥門(1，2)四者組成，其特征是閥門由旋轉(zhuǎn)動(dòng)門(1)與靜門(2)組合，動(dòng)門與靜門間用軸承連結(jié)，二者緊貼成一整體，動(dòng)門用任何原動(dòng)機(jī)(5)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，控制閥門通斷產(chǎn)生聲波。
2.按照權(quán)利要求1所述聲波發(fā)生器，其特征是其中所述閥門，依其所在曲面劃分，有三種一是平面閥門，二是筒面閥門，三是錐面閥門。
3.按照權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征是其中所述的平面閥門的動(dòng)門與靜門的通氣孔均位于平面上，一個(gè)是圓扇形，另一個(gè)是唇形，唇邊曲線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)至通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
4.按照權(quán)利要求2所述的聲波發(fā)生器，其特征是其中所述的筒面閥門的動(dòng)門與靜門的通氣孔均位于筒面上，在筒面滾展平面上，一個(gè)是長方形，另一個(gè)是唇形，唇邊曲線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)至通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
5.按照權(quán)利要求2中所述的聲波發(fā)生器，其特征是其中所述的的錐面閥門動(dòng)門與靜門的通氣孔均位于錐面上，在錐面的滾展平面上，一個(gè)是圓扇形，另一個(gè)是唇形，唇邊曲線隨轉(zhuǎn)角的正弦作函數(shù)起伏，導(dǎo)至通氣面積隨轉(zhuǎn)角作余弦函數(shù)波動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型是閥門調(diào)制氣流聲波發(fā)生器，屬次聲、低頻聲波應(yīng)用領(lǐng)域。為制作大功率低頻聲波發(fā)生器，改進(jìn)頻率分布，突出基頻波，特提出本實(shí)用新型，本實(shí)用新型主要技術(shù)特征是(1)用旋轉(zhuǎn)閥門調(diào)制氣流產(chǎn)生聲波；(2)閥門由動(dòng)門、靜門組成；(3)動(dòng)、靜門采用三種不同的曲面平面、筒面與錐面；(4)為每一種閥門設(shè)計(jì)了適當(dāng)通氣孔，以突出基頻波。本實(shí)用新型可用在大型鍋爐除灰渣作業(yè)上。
文檔編號(hào)B06B1/18GK2108593SQ9120886
公開日1992年7月1日 申請(qǐng)日期1991年5月29日 優(yōu)先權(quán)日1991年5月29日
發(fā)明者譚家岱 申請(qǐng)人:譚家岱