專利名稱：用于聲學(xué)清潔的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域通常涉及聲學(xué)發(fā)生器，以及更具體地說，涉及用于生成在可聞頻率范圍內(nèi)的高強(qiáng)度窄頻帶的音調(diào)噪聲的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在運(yùn)行期間，工業(yè)過程的至少一些已知組件經(jīng)歷在該組件內(nèi)的表面上形成的沉積物。在例如公用事業(yè)鍋爐或其他工業(yè)過程組件中形成的這種沉積物往往不利地影響了組件的運(yùn)行。在這些組件的表面上的累積可以導(dǎo)致熱傳導(dǎo)效率低下、壓力下降、過多的破壞性清潔以及過多的停機(jī)時間。在過程保持在線的時候移除這些沉積物利于過程的效率和利用率。在線沉積物清除的至少一些已知的方法包括震動清潔系統(tǒng)、蒸汽/空氣吹灰以及射聲器(acoustic horn)。然而,震動清潔系統(tǒng)創(chuàng)造了穿過燃料和氧化劑的燃燒的強(qiáng)烈聲波，其具有與它們相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行成本。蒸汽粉塵吹風(fēng)(soot blow)是易膨脹的并且對將要清潔的表面具有腐蝕性。射聲器需要壓縮空氣的供給來致動振動的隔膜板并且已知其具有壓力強(qiáng)度限制和包括對清潔沒有幫助的頻率的寬頻率譜帶。上述技術(shù)使用了運(yùn)動部件，所述運(yùn)動部件隨著時間磨損并且必須被更換以便維持有效性。這種維護(hù)是耗費(fèi)時間的并且對過程的正常運(yùn)行來說是破壞性的。
發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，一種音調(diào)發(fā)生器組裝件，包括共振箱，所述共振箱包括具有共振箱開口以及與共振箱開口流體連通的共振箱空腔的機(jī)身。音調(diào)發(fā)生器組裝件還包括噴嘴，所述噴嘴具有進(jìn)口，所述進(jìn)口配 置為接收相對高壓流體的流；以及出口，所述出口以流體連通的方式耦合到進(jìn)口。出口的朝向與共振箱開口大致軸向?qū)?zhǔn)并且以間隙將其與共振箱開口分隔開。選擇共振箱和噴嘴的尺寸以便利于發(fā)射音調(diào)，所述音調(diào)具有低于兩千赫茲的頻率并且被調(diào)諧到確定用來提供清潔振動能量的頻率。在另一個實施例中，一種生成音調(diào)的方法，包括生成流體的射流，引導(dǎo)該流體的射流進(jìn)入封閉端部空腔，使用流體的射流以低于兩千赫茲的速率在空腔中交替地形成壓縮波和膨脹波，使用該壓縮波和膨脹波生成音調(diào)，以及朝向?qū)⒁鍧嵉谋砻姘l(fā)射該音調(diào)。在又一個實施例中，一種聲學(xué)清潔系統(tǒng)，包括配置為生成流體的不完全膨脹的射流的噴嘴和配置為接收流體的射流的至少一部分的共振箱，其中，共振箱包括在流體的射流的流方向的可選地可變的長度。聲學(xué)清潔系統(tǒng)還包括包圍噴嘴和共振箱的外殼，其中，該外殼包括大小被調(diào)整以便發(fā)射具有低于一千赫茲的頻率的音調(diào)的開口。
圖1-3示出本文描述的方法和系統(tǒng)的示范實施例。當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，參考本發(fā)明的某些示范實施例的下面描述將最好地理解本發(fā)明的上述的和其他的特征和方面，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范實施例的聲學(xué)清潔音調(diào)發(fā)生器組裝件的示意 圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的在圖1中示出的音調(diào)發(fā)生器組裝件的示意圖；以
及
圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范實施例生成音調(diào)的方法的流程圖。
具體實施例方式下面詳細(xì)的描述以舉例的方式而不是限制的方式示出了本發(fā)明的實施例。可以領(lǐng)會，本發(fā)明具有一般應(yīng)用來生成聲學(xué)音調(diào)，以用于清潔在工業(yè)應(yīng)用、商業(yè)應(yīng)用和住宅應(yīng)用中的組件。本發(fā)明的實施例描述了特別設(shè)計的設(shè)備，所述特別設(shè)計的設(shè)備配置為利用空氣的高壓射流和形成空腔的封閉端的管子的相互作用，來創(chuàng)造高強(qiáng)度、窄頻帶音調(diào)噪聲。該設(shè)備被設(shè)計為將音調(diào)作為在可聞的頻率范圍內(nèi)的聲波發(fā)射。這些聲波接著被用于在過程中清潔表面，其中碎片/粉塵/污垢累積導(dǎo)致該過程中的效率低下。聲波使沉積物或累積振動并且沉積物從表面落下。這是一種非破壞性的廉價的清潔技術(shù)。本發(fā)明的實施例更類似于汽笛(ShiStle)地運(yùn)行，而不是使隔膜板振動來生成噪聲。通過引導(dǎo)空氣的射流進(jìn)入封閉端的管子，創(chuàng)造壓縮波，所述壓縮波從封閉端向封閉端的管子的開口反射回來。該管子通過排出流體為它自己減輕高壓。因而生成的膨脹波移動回到封閉端，所述封閉端將其反射為膨脹波回到開口，從而允許流體進(jìn)入管子。流體的運(yùn)動導(dǎo)致高強(qiáng)度的調(diào)諧的音調(diào)，其作為用于清潔目的的音速驅(qū)動器(sonic driver)被利用。如本文所使用的，除非明確地陳述了這樣的排除，否則應(yīng)當(dāng)將以單數(shù)形式陳述的并且跟隨不定冠詞“一”的元件或步驟理解為沒有排除復(fù)數(shù)的元件或步驟。另外，對本發(fā)明的“一個實施例”的引用無意于解釋為排除也結(jié)合了所陳述的特征的附加實施例的存在。圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范實施例的聲學(xué)清潔音調(diào)發(fā)生器組裝件100的示意圖。在示范實施例中，音調(diào)發(fā)生器組裝件100包括共振箱102、噴嘴104以及外殼106，外殼106包圍共振箱102和噴嘴104。共振箱102包括具有共振箱進(jìn)口 110的機(jī)身108。共振箱空腔112與共振箱開口 110流體連通。噴嘴104包括進(jìn)口 114，所述進(jìn)口 114配置為接收相對高壓(大約50ps1-300psi，并且更優(yōu)選地為大約IOOpsi)流體116(例如，壓縮空氣)的流。出口 118通過穿過其中的孔119以流體連通的方式耦合到進(jìn)口 114，孔119在從進(jìn)口 114到出口 118的流體流的方向上逐漸變小。出口 118的朝向與共振箱開口 110大致軸向?qū)?zhǔn)，并且以間隙120與共振箱開口 110分隔開。通過調(diào)節(jié)噴嘴104和/或機(jī)身108的軸向位置，間隙120在軸向方向上是可調(diào)節(jié)的。外殼106包括環(huán)形的機(jī)身122，環(huán)形的機(jī)身122包括包圍共振箱102和噴嘴104的空腔124。外殼106包括第一開口 126，第一開口 126配置為接收相對高壓流體116的流；以及第二開口 128，其具有直徑130，直徑130大小被調(diào)整以便利于從音調(diào)發(fā)生器組裝件100發(fā)射具有低于兩千赫茲的頻率的音調(diào)。相對較低頻率音調(diào)利于當(dāng)過程在線時清潔工業(yè)過程組件的，并且提供可調(diào)的、更高的dB輸出。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與具有低于兩千赫茲(例如，低于400赫茲)的頻率的音調(diào)相比較，具有高于兩千赫茲的頻率的音調(diào)只具有有限的清潔能力。
在另一個實施例中，孔119具有逐漸減小/逐漸放大的截面并且可以包括中心體來使通過孔119的流成流線形或利于匹配通過孔119的速度到特定應(yīng)用的要求。共振箱開口 110包括直徑132，直徑132大小被調(diào)整以便利于生成具有低于兩千赫茲的頻率的音調(diào)。在多種實施例中，調(diào)整直徑132的大小以便接收來自從噴嘴104發(fā)射的射流142的整個流。在一個實施例中，空腔112為具有平滑壁表面的封閉端部空腔。在另一個實施例中，共振箱102包括穿過其中的孔133而不是平滑壁的空腔112?？?33包括配合地嚙合塞子136上的螺紋的帶螺紋的表面134。塞子136的軸向位置是可調(diào)節(jié)的以便改變空腔112的長度138。通過調(diào)節(jié)在孔133中塞子136的軸向位置來改變長度138，允許調(diào)節(jié)共振箱102的音高和/或效率。直徑132的改變也將在共振箱102的音高和/或效率上具有類似的效果。出口 118包括大小被調(diào)整以便利于生成流體的不完全膨脹的射流142的直徑140。如本文所使用的，不完全膨脹的射流指代通過逐漸變小的噴嘴的流，其中在噴嘴出口平面的流速幾乎是音速的并且在它的下游是超音速的。不完全膨脹的射流142沿軸向的方向被引導(dǎo)到共振箱開口 110。音調(diào)發(fā)生器組裝件100的一些尺寸影響音調(diào)發(fā)生器組裝件100的音高/效率。這些尺寸包括但不限于振動空腔長度138、振動空腔直徑132、間隙120、直徑140以及空腔124的體積。另外相對高壓流體116的流的壓力也可以具有對音調(diào)發(fā)生器組裝件100的音高/效率的影響。在一個實施例中，振動空腔長度138大約兩倍于振動空腔直徑132。上述尺寸和參數(shù)的調(diào)節(jié)允許使用者來調(diào)節(jié)音調(diào)發(fā)生器組裝件100的音高或音調(diào)并調(diào)節(jié)該音調(diào)的強(qiáng)度以及音調(diào)發(fā)生器組裝件100的效率。例如，增加相對高壓流體116的流的壓力允許音調(diào)的更大的強(qiáng)度，然而要維持用于應(yīng)用的預(yù)定音高也可以需要調(diào)節(jié)其他的可調(diào)節(jié)尺寸。例如，可以增加直徑140來適應(yīng)接收更強(qiáng)大的射流142。也可以調(diào)節(jié)共振箱102的軸向位置，以便維持在生成音調(diào)時音調(diào)發(fā)生器組裝件100的效率?？梢孕枰{(diào)節(jié)在影響音調(diào)發(fā)生器組裝件100的所生成的音調(diào)和/或效率的其他尺寸中的變化，以便補(bǔ)償在音調(diào)和/或效率上尺寸的相互依賴。除了發(fā)射具有低于兩千赫茲的頻率的音調(diào)之外，可以調(diào)節(jié)音調(diào)發(fā)生器組裝件100的尺寸以便發(fā)射具有十赫茲到一千赫茲之間的頻率的音調(diào)，甚至發(fā)射具有五十赫茲到四百赫茲之間的頻率的音調(diào)用于特定的應(yīng)用，例如，但不限于，清潔在裝載微粒的氣流中的組件。圖2是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的音調(diào)發(fā)生器組裝件100(在圖1中示出)的示意圖。在備選實施例中，音調(diào)發(fā)生器組裝件100包括與音調(diào)發(fā)生器組裝件100以聲學(xué)連通方式耦合的鐘形部(bell) 200。鐘形部200包括耦合到外殼106的喉部202、噴口 204和具有延伸其間的預(yù)定形狀的射聲器206。在多種實施例中，預(yù)定形狀可以是但不限于錐形、指數(shù)曲線或等切面曲線。鐘形部200用于增加音調(diào)發(fā)生器組裝件100的整體效率。喇叭(horn) 206是無源組件并且因而不放大來自音調(diào)發(fā)生器組裝件100的聲音，但是大大改善了音調(diào)發(fā)生器組裝件100和包圍喇叭206的自由空氣之間的耦合效率。喇叭206提供在音調(diào)發(fā)生器組裝件100和噴口 204外面周圍的低密度空氣之間的聲阻抗匹配。結(jié)果是來自給定音調(diào)發(fā)生器組裝件100的更大的聲學(xué)輸出。射聲器206使用喇叭206的截面面積的逐步增加來將在喉部202中具有小排量的高壓變量轉(zhuǎn)化為在噴口 204中具有大排量的低壓變量并且反之亦然。喉部202的小截面面積限制空氣的通過，因此呈現(xiàn)出對音調(diào)發(fā)生器組裝件100的高阻抗。這允許音調(diào)發(fā)生器100發(fā)展出用于給定排量的高壓。因此在喉部202中的聲波是高壓和低排量的。喇叭206的錐形形狀允許聲波逐漸地減壓并且在排量上增加直到它們到達(dá)噴口 204，其中它們是低壓但大排量的。 圖3是根據(jù)本發(fā)明的示范實施例生成音調(diào)的方法300的流程圖。在示范實施例中，方法300包括生成302流體的射流，引導(dǎo)304該流體的射流進(jìn)入封閉端部空腔，使用該流體的射流以低于兩千赫茲的速率在空腔中交替地形成306壓縮波和膨脹波，使用壓縮波和膨脹波生成308音調(diào)，以及朝向?qū)⒁鍧嵉谋砻姘l(fā)射310音調(diào)。用于生成音調(diào)的設(shè)備包括被引導(dǎo)進(jìn)入具有大約相等直徑的封閉端的圓柱形管或共振箱中的不完全膨脹的射流。當(dāng)共振箱的圓柱形管被放置在不完全膨脹的射流的壓縮區(qū)域內(nèi)時，管子開始吸引流體進(jìn)入并且在管子入口創(chuàng)造向管子的封閉端移動的壓縮波(壓縮階段和整體循環(huán)的開始)。通過管子入口相對的端壁將該壓縮波反射為向管子的入口后移的壓縮波。當(dāng)這些波到達(dá)開放端時，將它們作為膨脹波反射回來進(jìn)入管子(壓縮階段的結(jié)束和膨脹階段的開始)。這時，在管子內(nèi)的壓力已經(jīng)上升到局部射流壓力之上。因此，管子開始通過噴射一些在管子內(nèi)積累的流體為它自己減輕高壓。穿過管子移動的膨脹波在后壁上被反射為膨脹波。一旦這些波到達(dá)管子的開放端，它們被反射為壓縮波(膨脹階段和循環(huán)的結(jié)束)。再一次，在管子中的壓力為足夠的低以便允許流體的流進(jìn)入管子。因此，膨脹階段和整體循環(huán)是完整的并且循環(huán)的壓縮階段再次開始。這導(dǎo)致正被用于清潔目的的純凈的音調(diào)和高分貝的輸出。因為在本發(fā)明的多種實施例中描述的音調(diào)發(fā)生器組裝件100只使用壓縮空氣作為運(yùn)行媒介，所以可以使用音調(diào)發(fā)生器組裝件100來升級任何現(xiàn)有的聲學(xué)清潔系統(tǒng)，而不需要基礎(chǔ)設(shè)施或管道系統(tǒng)的重大的增加。另外，音調(diào)發(fā)生器組裝件100允許在過程在線時清潔工業(yè)過程組件，并且提供比已知聲學(xué)清潔器更純凈的音調(diào)以及可調(diào)諧的、更高dB的輸出。用于生成能夠進(jìn)行有效聲學(xué)清潔的聲學(xué)音調(diào)的射流-圓柱體相互作用的方法和系統(tǒng)的上述實施例提供了節(jié)約成本并且可靠的裝置用于提供更積極的清潔動作和較好的清潔系統(tǒng)。具體來說，本文描述的方法和系統(tǒng)利于音調(diào)發(fā)生器組裝件的運(yùn)行，所述音調(diào)發(fā)生器組裝件能夠在用于清潔的大約低于400赫茲的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行。另外，因為清潔器沒有運(yùn)動部件，所以上述方法和系統(tǒng)利于更長的清潔器壽命、更高dB輸出和更純凈音調(diào)。因此，本文描述的方法和系統(tǒng)利于以節(jié)約成本并且可靠的方式生成用于在生產(chǎn)過程中清潔組件的音調(diào)。本書面描述使用了包括最佳實施方式的示例來公開本發(fā)明，并且還使本領(lǐng)域內(nèi)任何技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制造和使用任何設(shè)備或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何合并的方法。本發(fā)明的可取得專利權(quán)的范圍通過權(quán)利要求書來限定，并且可以包括本領(lǐng)域內(nèi)那些技術(shù)人員想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有與權(quán)利要求書的字面語言并無不同的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求書的字面語言并無實質(zhì)差異的等同的結(jié)構(gòu)要素，則這樣的其他示例被確定為在權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。部件列表
100音調(diào)發(fā)生器組裝件102共振箱104噴嘴106外殼108機(jī)身110共振箱開口112空腔114 進(jìn)口116高壓流體118 出口119孔120間隙122環(huán)形的機(jī)身124空腔126第一開口128第二開口130直徑
132共振空腔直徑133孔
134帶螺紋的表面136塞子
138共振空腔長度140直徑
142不完全膨脹的射流
200鐘形部
202喉部
204 噴口
206射聲器
300方法
302生成流體的射流
304引導(dǎo)該流體的射流進(jìn)入封閉端部空腔
306使用該流體的射流以低于兩千赫茲的速率在空腔中交替地形成壓縮波和膨脹波308使用壓縮波和膨脹波生成音調(diào)310朝向?qū)⒁鍧嵉谋砻姘l(fā)射該音調(diào)。
權(quán)利要求
1.一種音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，包括: 共振箱(102)，其包括第一端和第二端以及在它們之間延伸的機(jī)身(122)，所述機(jī)身在其中包圍空腔(124)，所述第一端包括與所述空腔流體連通的共振箱開口 ；以及 噴嘴(104)，所述噴嘴包括穿過其中的孔(119)，所述孔包括配置為接收相對高壓流體(116)的流的進(jìn)口(114)以及與所述進(jìn)口以流體連通的方式耦合的出口(118)，所述出口配置為當(dāng)在所述進(jìn)口接收相對高壓流體的所述流時，釋放流體的不完全膨脹的射流(142)， 其中，將所述共振箱(102)和所述噴嘴相對地放置并且調(diào)整其大小，以便利于從所述音調(diào)發(fā)生器組裝件中發(fā)射音調(diào)，所述音調(diào)具有低于兩千赫茲的頻率并且被調(diào)諧到確定用來提供清潔振動能量的頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述噴嘴出口(118)的朝向與所述共振箱開口(110)大致軸向?qū)?zhǔn)，并且以預(yù)定的間隙(120)將所述噴嘴出口(118)與所述共振箱(102)開口分隔開。
3.如權(quán)利要求2所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述間隙(120)在軸向方向上是選擇性可調(diào)節(jié)的。
4.如權(quán)利要求1所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述空腔(124)包括至少包括長度(138)和直徑(130)的尺寸，所述共振箱(102)開口包括至少包括直徑的尺寸，以及所述噴嘴出口(118)包括至少包括直徑的尺寸，其中，選擇所述尺寸以便利于生成具有低于一千赫茲的頻率的音調(diào)。
5.如權(quán)利要求1所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，還包括包圍所述共振箱(102)和所述噴嘴(104)的外殼，所述外殼包括配置為接收相對高壓流體(116)的所述流的第一開口(126)，所述外殼包括第二開口(128)，所述第二開口包括大小被調(diào)整以便利于發(fā)射所述音調(diào)的直徑。
6.如權(quán)利要求1所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述共振箱空腔(124)包括穿過所述共振箱機(jī)身(122)的孔(119)，所述孔配置為接收塞子(136)。
7.如權(quán)利要求6所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述孔(119)沿所述孔的軸向長度至少部分地是帶螺紋的，以便配合地接收帶螺紋的塞子(136)。
8.如權(quán)利要求7所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述帶螺紋的塞子(136)沿所述孔(119)的軸向長度是選擇性可調(diào)節(jié)的，以便改變所述空腔(124)的長度。
9.如權(quán)利要求7所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述噴嘴(104)包括穿過其中的孔(119)，所述孔在從所述進(jìn)口(114)到所述出口(118)的流體流(116)的方向上逐漸減小。
10.如權(quán)利要求1所述的音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)，其中，所述第二開口(128)包括直徑(130)，所述直徑大小被調(diào)整，以便利于發(fā)射具有在五十赫茲到四百赫茲之間的頻率的音調(diào)。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“用于聲學(xué)清潔的方法和系統(tǒng)”。音調(diào)發(fā)生器組裝件(100)包括共振箱(102)，共振箱包括第一端和第二端以及在它們之間延伸的機(jī)身(122)，機(jī)身在其中包圍空腔(124)，第一端包括與該空腔流體連通的共振箱開口；以及噴嘴(104)，噴嘴包括穿過其中的孔(119)，孔包括配置為接收相對高壓流體(116)的流的進(jìn)口(114)以及與進(jìn)口以流體連通的方式耦合的出口(118)，出口配置為當(dāng)在進(jìn)口接收相對高壓流體的流時釋放流體的不完全膨脹的射流(142)，其中將共振箱(102)和噴嘴相對地放置并且調(diào)整其大小，以便利于從音調(diào)發(fā)生器組裝件中發(fā)射音調(diào)，該音調(diào)具有低于兩千赫茲的頻率并且被調(diào)諧到確定用來提供清潔振動能量的頻率。
文檔編號G10K9/04GK103187047SQ20121036299
公開日2013年7月3日 申請日期2012年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月4日
發(fā)明者E.古特馬克, J.卡斯特納, D.M.查平, T.L.法默, J.K.謝爾頓 申請人:通用電氣公司