CN103936099A - 水力复频超声发声器 - Google Patents

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本发明涉及一种水力复频超声发声器，其在入口盘与底盘之间设置至少2根连杆，入口盘的中心加工有向内延伸的收敛形喷嘴，喷嘴的外侧设置有至少2个入口簧片，底盘的中心设置障体，障体的长度不等于喷嘴的长度，在障体的外侧设置底部簧片，其利用由喷嘴出来的射流与一定几何形状的障碍物的相互作用，使液体介质发生扰动，对喷嘴附近的射流产生反作用，在喷嘴以障体之间产生交变的压力场和速度场，产生振动而产生声波，达到提高和强化超声波废水处理效果的目的，而且由于喷嘴与障体的长度不同，对应入口簧片与底部簧片的长度也不同，产生复频超声波，还可通过改变喷嘴、障体以及入口簧片与底部簧片的长度来改变其超声频率，实现频率可调的目的。

Description

水力复频超声发声器
技术领域
本发明涉及一种在有机污染物废水处理系统中的利用流体超声波降解有机污染物的流体发声器装置，尤其涉及一种水力复频超声发声器。
背景技术
近二十几年来，我国的水体污染十分严重，造成水污染的主要污染源为工业污染废水、农业污染废水和城市生活污水。尤其是难降解的“三致”(致癌、致畸、致基因突变)有机污染物，它们不仅大量消耗水体中的溶解氧，使水体失去自我净化的能力，而且能长期在环境中的存在，并通过食物链侵入到人体中并逐步积累，对人体健康已构成了严重威胁。同时，由于水体的污染，造成许多水资源无法再利用，从而加重了水资源的匮乏程度,影响了环境的可持续利用和经济的可持续发展。因此，寻求新的方法和技术对流量大、污染物多且又成分复杂的工业、农业污染废水进行有效地、深度处理，将为水资源的再利用创造条件。
物理方法进行水处理，由于不产生二次污染，被称为“绿色水处理”，受到了广泛的关注。其中的超声空化法，因可以廉价简易地集高温、高压、机械剪切和破碎为一体，为物理方法进行有机污染物降解和水体净化处理创造了特殊的形式。但是，很多实验室的研究难于应用在大流量、大规模的水体处理中。原因是常规的电动式超声（如压电式和磁致式换能器所产生的超声）若要实现将声空化处理水体的应用从实验室规模“放大”到生产规模。遇到的瓶颈是：（1）需要大功率的超声换能器和大功率超声信号发生器；（2）大功率的换能器和发生器耗能大，能量利用率低(只有5%～10%)，装置复杂、制造和维修困难；（3）由于换能器安装及其辐射形式，决定了声空化区域停留在换能器附近，难以分散到大的流体空间，从而导致处理效果无法达到实验室小型试验的效果；因此，国内外声空化研究者把探讨和研究声波处理大流量液体的方法聚焦在流体动力发声器上。
早期的簧片哨就是水力声空化流体动力发声器的重要代表之一，它的出现为声学应用中的声波产生带来了新的方法。尤其是簧片哨在应用于解堵、防垢、增注、除蜡、降粘、均化乳化、粉碎、促进化学反应以及对水体消毒和氯酚系列的降解等方面显示出独特的效果，曾受到应用的关注。但是，发明人在进一步研究过程中发现：传统的簧片哨在污水处理方面还存在有频率单一，声压振幅难以大幅度提高而导致难以进一步提高空化强度，为簧片哨的广泛工程应用带来了困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声频率可调，能够提高和强化超声波废水处理效果，而且结构简单、操作方便、易于管理、成本较低的水力复频超声发声器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：在入口盘与底盘之间设置至少2根连杆，入口盘的中心加工有向内延伸的收敛形喷嘴，喷嘴的入口直径d与出口直径d0之比为1：0.4～0.7，喷嘴的外侧设置有至少2个入口簧片，底盘的中心设置有与喷嘴相对应的障体，障体距离喷嘴的喉部为2.0～4.0mm，且障体的长度不等于喷嘴的长度，障体的直径与喷嘴的外径相同且与喷嘴在同一中心线上，在障体的外侧设置有与入口簧片相对应的底部簧片，入口簧片与底部簧片的端部是大小为10°～15°的尖角状结构。
上述入口簧片与底部簧片正对或错位排列。
上述入口簧片与底部簧片均是在同一圆周上关于中心线对称分布。
本发明提供了一种水力复频超声发声器，由入口盘、底盘以及设置在入口盘与底盘之间的喷嘴、连杆、入口簧片、底部簧片、障体组成一个振动系统，障体与喷嘴在同一中心线上，利用由喷嘴出来的射流与一定几何形状的障碍物的相互作用，使液体介质发生扰动，而扰动对喷嘴附近的射流产生反作用，从而在喷嘴以障体之间产生交变的压力场和速度场，而交变的流场形成自激激励入口簧片和底部簧片，产生振动而产生声波，从而达到提高和强化超声波废水处理效果的目的，而且由于喷嘴与障体的长度不同，对应入口簧片与底部簧片的长度也不同，产生复频超声波，还可通过改变喷嘴的长度、障体长度以及入口簧片与底部簧片的长度来改变其超声频率，实现频率可调的目的，此外本发明的结构简单，操作方便，易于管理，设备成本低，处理规模大大提高，可进行工业化处理使用。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图。
具体实施方式
现结合附图对本发明的技术方案进行进一步说明，但是本发明不仅限于下述实施的情形。
实施例1
由图1可知，本实施例的水力复频超声发声器是由入口盘1、喷嘴2、入口簧片3、连杆4、障体5、底部簧片6以及底盘7连接构成。
本实施例的入口盘1与底盘7均是用不锈钢材料制成的圆板，入口盘1与底盘7之间通过4根平均分布在同一个圆周上的连杆4连接起来，在入口盘1的中心加工有流体入口，在流体入口上安装有向内部延伸的收敛形的喷嘴2，喷嘴2的入口直径d为8mm，出口直径d0为4mm，长度h1为30mm，即入口直径d与出口直径d0之比为1：0.5，在喷嘴2的外侧距离喷嘴2外壁2mm的位置安装有6个入口簧片3，6个入口簧片3是在同一圆周上关于喷嘴2的中心线对称分布，每个入口簧片3的长度为31mm，厚度为2mm，其端部为尖角状，其尖角大小为12°，所产生的超生频率约为1.703kHz。在与喷嘴2的出口端正对的位置安装有障体5，障体5的长度h2为20mm，其一端固定在底盘7上，与底盘7连接为一体结构，另一端面距离喷嘴2的喉部为3mm，使流体的脉动压力能够形成垂直冲击力，障体5直径与喷嘴2的长度不同，外径相同，与喷嘴2在同一中心线上，在障体5的外侧与障体5距离2mm的位置安装有6个底部簧片6，6个底部簧片6在同一圆周上关于障体5中心线对称分布，每个底部簧片6的长度为21mm，厚度为2mm，其一端焊接在底盘7上，超出障体5的另一端呈尖角状，尖角大小为12°，每个底部簧片6与相邻一个入口簧片3错位排列，产生3.71kHz频率的超声波。
使用时，喷嘴2的进水压力满足4～10个大气压，进水射流进入喷嘴2内，遇到障体5后发生扰动，对喷嘴2附近的射流产生反作用，在喷嘴2与障体5之间产生交变的压力场和速度场，而交变的流场形成自激激励两侧簧片的固有振动而发射声波从而产生声波。
实施例2
本实施例的入口盘1与底盘7之间通过2根平均分布在同一个圆周上的连杆4连接起来，在入口盘1的中心加工有流体入口，在流体入口上安装有向内部延伸的收敛形的喷嘴2，喷嘴2的入口直径d为8mm，出口直径d0为3.2mm，长度h1为30mm，即入口直径d与出口直径d0之比为1：0.4，在喷嘴2的外侧距离喷嘴2外壁3mm的位置安装有8个入口簧片3，8个入口簧片3是在同一圆周上关于喷嘴2的中心线对称分布，每个入口簧片3的长度为31mm，厚度为3mm，其端部为尖角状，其尖角大小为10°，所产生的超生频率为2.554kHz。在与喷嘴2的出口端正对的位置安装有障体5，障体5的长度h2为20mm，其一端固定在底盘7上，与底盘7连接为一体结构，另一端面距离喷嘴2的喉部为2.0mm，障体5直径与喷嘴2的长度不同，外径相同，且与喷嘴2在同一中心线上，在障体5的外侧与障体5距离3mm的位置安装有8个底部簧片6，8个底部簧片6在同一圆周上关于障体5中心线对称分布，每个底部簧片6的长度为21mm，厚度为3mm，其一端焊接在底盘7上，超出障体5的另一端呈尖角状，尖角大小为10°，形成5.565kHz频率的超声波。
其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
实施例3
本实施例的入口盘1与底盘7之间通过8根平均分布在同一个圆周上的连杆4连接起来，在入口盘1的中心加工有流体入口，在流体入口上安装有向内部延伸的收敛形的喷嘴2，喷嘴2的入口直径d为8mm，出口直径d0为5.6mm，长度h1为10mm，即入口直径d与出口直径d0之比为1：0.7，在喷嘴2的外侧距离喷嘴2外壁2mm的位置安装有2个入口簧片3，2个入口簧片3是在同一圆周上关于喷嘴2的中心线对称分布，每个入口簧片3的长度为11mm，厚度为2mm，其端部为尖角状，其尖角大小为15°，所产生的超生频率为13.522kHz。在与喷嘴2的出口端正对的位置安装有障体5，障体5的长度h2为15mm，其一端固定在底盘7上，与底盘7连接为一体结构，另一端面距离喷嘴2的喉部为4.0mm，障体5直径与喷嘴2的长度不同，外径相同，且与喷嘴2在同一中心线上，在障体5的外侧与障体5距离2mm的位置安装有2个底部簧片6，2个底部簧片6在同一圆周上关于障体5中心线对称分布，每个底部簧片6的长度为16mm，厚度为2mm，其一端焊接在底盘7上，超出障体5的另一端呈尖角状，尖角大小为15°，形成6.39kHz频率的超声波。
其他的部件及其连接关系与实施例1相同。
实施例4
上述实施例1～3中，底部簧片6与入口簧片3正对，即在与喷嘴2中心线平行的同一条直线上分布。
实施例5
上述实施例1～4中，喷嘴2长度h1为12mm，障体5的长度h2为10mm，其他的部件及对应的参数、连接关系均与相应实施例相同，形成频率为9.68kHz与13.52kHz的超声波。
实施例6
上述实施例1～4中，喷嘴2长度h1为15mm，障体5的长度h2为25mm，其他的部件及对应的参数、连接关系均与相应实施例相同，形成频率为6.39kHz与2.42kHz的超声波。
本发明的喷嘴2与入口簧片3长度以及障体5与底部簧片6的长度均可以改变，从而改变其超声频率，具体可根据实际使用情况进行调整。

Claims (3)

1.一种水力复频超声发声器，其特征在于：在入口盘（1）与底盘（7）之间设置至少2根连杆（4），入口盘（1）的中心加工有向内延伸的收敛形喷嘴（2），喷嘴（2）的入口直径d与出口直径d0之比为1：0.4～0.7，喷嘴（2）的外侧设置有至少2个入口簧片（3），底盘（7）的中心设置有与喷嘴（2）相对应的障体（5），障体（5）距离喷嘴（2）的喉部为2.0～4.0mm，且障体（5）的长度不等于喷嘴（2）的长度，障体（5）的直径与喷嘴（2）的外径相同且与喷嘴（2）在同一中心线上，在障体（5）的外侧设置有与入口簧片（3）相对应的底部簧片（6），所述入口簧片（3）与底部簧片（6）的端部是大小为10°～15°的尖角状结构。
2.根据权利要求1所述的水力复频超声发声器，其特征在于：所述入口簧片（3）与底部簧片（6）正对或错位排列。
3.根据权利要求1或2所述的水力复频超声发声器，其特征在于：所述入口簧片（3）与底部簧片（6）均是在同一圆周上关于中心线对称分布。
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