专利名称：阀门调制气流声波发生器的制作方法
技术领域：
本实用新型属低声波、次声波应用技术领域。
调制气流产生声波的原理，我国声学界早有研究。1974年马大猷发表论文阐述了调制气流产源的原理(见物理学报VOL23)。其实这种原理的实际应用，则早就见于世，通常的风琴、哨子、气笛、口琴等等都是例子。1978年瑞典人M·OLsson及R·Sandstrom提出专利申请(瑞典号7807473、美国申请号298,244)，他们设计了大功率声波发生器。1986年，他们发表论文将其发明应用于锅炉除灰渣(见Journal of Low Freqnency Noise and Vibration vol 5.No.1，1986)。1989年，北京郑平提出专利申请(申请号89200617X)题为次声波和低频声波发生器。由于次声波及低频声波在工业上的应用日益开展，因此研制大功率高效率的声波发生器就显得日益重要。
目前大功率声波发生器多是调制气流型的。以上所述两个专利，都是这种类型。它们不同之处在于如何控制阀门的开闭。由于他们的设计设有充分考虑到通气孔的形状，会影响所产生声波的频谱，因而他们的声波发生器除基频声波外，尚产生大量的高倍频谐波，耗散大量能量，降低了声波发生器的效率。
本实用新型的目的是设计新的阀门及通气孔，使大功率声波发生器中高倍频谐波的产生受到抑制，提高基频波的成份，从而提高发生器的效率。
用相互转动的动门与静门组成一个阀门，动门与静门上各开有通气孔。当动门转动，动门的通气孔与静门的通气孔重合时，气流通过，否则气流中断。气流周期地通或断，就产生声波。声波的基本频率决定于动门的旋转速度。这是调制气流产生声波的基本原理。基于这个原理考虑到，气门上通气孔的形状直接影响了发生器的效率，本中请人设计了三种声波发生器，如
图1、2、3，均大大提高了发生器的效率。
这三种声波发生器，结构共同点是(1)有气室与喉管；(2)气室与喉管之间有阀门，气流只能通过阀门才能由气室进入喉管；(3)阀门由静门与紧贴的动门组成，动门与静门用轴承联结，使阀门组成一个整体；(4)静门及动门上开有特定形状的通气孔；(5)动门由某个旋转机器驱动，这旋转机器可以是转速可调保持不变的电动机或其它原动机。
这三种声波发生器的不同之处，在于采用了不同的阀门。一个是平面阀门，第二个是筒面阀门，第三个是锥面阀门。
阀门上通气孔的形状，影响声波的频谱。通气孔的形状不同，产生的声波频率成份中，基频波与高倍频谐波的比例不同。为了最大限度地增加基频波的成份，本申请人为以上三种阀门设计了三种不同的通气孔形状。这些形状的通气孔，能保证通气面积随动门旋转角的变化是依照标准波形起伏的，从而使基频在所产生的声波中占主要成份。
平面阀情形动门(或静门)通气孔采用半园扇形，另一个则用唇形(见附图6)唇边的线随转角的正弦作函数起伏，导至通气面积随转角作余弦函数波动。
筒面阀情形，筒面阀动、静门孔的外观如附图4。在筒的滚展平面上看，动门(或静门)孔的形状一个是长方形，另一个则是唇形(见附图7)，唇边曲线随转角的正弦作函数起伏，导至通气面积随转角作余弦函数波动。
锥面阀情形动、静门外观如附图5。在滚展平面上看，动门(或静门)通气孔，一个是园扇形，另一个是唇形(见附图8)。唇边曲线随转角的正弦作函数起伏，导致通气面积随转角作余弦函数波动。
本实用新型是大功率低频声波发生器。与瑞典M·OLsson及R·Sandstrom的发明相比，本实用新型结构简单得多，瑞典产品有一个长达几米的共振管，十分笨重。本设计产品总长不超过50公分。与现有技术(中国专利申请号89200617X)相比，二者结构不同。89200617X号专利权利要求上写明“一，旋转门上有一偏心孔，孔切于门5的旋转中心。二，沿轴向紧靠着门5有一喷咀4，喷咀4的入口孔与门5上的偏心孔大小相等，同时4的入口孔也切于门5的旋转中心。”我设计的孔与现有技术设计的不同之处在于，我设计的(1)气孔并不要求切于动门的旋转中心；(2)静门与动门上气孔完全不同，一个是圆扇形，另一个是唇形；(3)动门与静门二者直接以轴承紧密联结成一整体。正因为通气孔的设计完全不同，所以通气面积随动门转角变化的规律就完全不同。根据计算89200617X号专利设计的孔，通气面积A(Q)随转角Q变化的规律是A(Q)＝R2(П-Q-SinQ)0≤Q≤П展成傅利叶级数A(Q)＝R2(0.934+1.273cosQ+0.424cos2Q+0.1415cos3Q+……)其中高倍频2Q，3Q，4Q……成份非常之大。这样就导至声波中高频成份。
我所设计的通气孔，通气面积随转角Q变化的规律是
A(Q)＝A(1+cosQ)这里不含有任何高频成分。因而声波中高频成份也比较小。
图面说明图1是用平面阀门组装的声波发生器。
图2是用筒面阀门组装的声波发生器。
图3是用锥面阀门组装的声波发生器。
图4是筒面阀门中动、静门的外观。
图5是锥面阀门的外观。
图6是平面阀门通气孔的形状，一个是动门上的，另一个是静门上的。
图7是筒面阀门滚展在平面上通气孔的形状。
图8是锥面阀门滚展在平面上通气孔的形状。
为更清楚地说明本实用新型的特点，下面参照附图结合实例进行说明。
先看图1，这是平面阀门组装的声波发生器，图中标记意义如下1、旋转动门，2、静门，3、压缩空气入口，4、喉管5、驱动电机，6、气室。
使用时，先将压缩空气接在入口3上。压缩空气进入气室6，电机带动动门1旋转。当动门上的通气孔与静门2上的通气孔重合时，压缩空气由通气孔喷入喉管1。由于动门旋转，动门的通气孔与静门的通气孔二者通通断断，以致空气流时大时小，气压亦急剧变化，这就产生了声波，其基本频率由电机的转速决定。
图2是筒面阀门组装的声波发生器。标记的意义与图1中的完全一样。气流由入口3进入气室6，通过动门1上的通气孔及静门2上的通气孔进入喉管4。由于电机5带动动门1旋转，动门1与静门2上的通气孔，有时重合有时互相断开，因而气流有时通畅有时受阻。候管4处的气压时大时小，这样就产生了声波，随气流带出喉管外。
图3是锥面阀门组装的声波发生器，其中标记的意义与图1中的完全一样。压缩空气由入口3进入气室6。当电机5带动旋转的动门1转至适当位置时动门1上的通气孔与静门2上的通气孔重合，气流即可进入喉管4。当动门1再转180°后，动门1的通气孔与静门2上的通气孔完全断开，气流受阻。候管4处的气压忽大忽小，因而产生声波，随气流带出喉管外。
图4是筒面阀门的动门与静门的外观，它们二者的形状是不一样的。组装在一起，可以使通气面积随电动机转角作余弦函数起伏，从而改善声波的频率成份，及增长基频波的输出。
图5是锥面阀门的动门与静门的外观，它们二者的形状是不一样的。组装在一起，可以使通气面积随电动机转角作余弦函数起伏，从而改善声波的频率成份，及增大基频波的输出。
图6是平面阀门的动门与静门的孔口形状。这明显的看出它们之中的一个是圆扇形，另一个是唇形。它们二者是不一样的，一般说孔口也不切于旋转中心。这样孔口的优点是通气面积与旋转角成余弦函数波动，导致高倍频率声波成份小。
附表
图7是筒面阀门的动门与静门在滚展平面上显示的孔口形状。其中一个是长方形，另一个是唇形，它们二者不一样。这种孔口也能促成通气面积与转角成余弦函数起伏，导致高倍频声波成份小。
图8是锥面阀门的动门与静门在滚展平面上显示的孔口形状。其中一个是扇形，另一个是唇形，它们二者不一样。这种孔口能促使通气面积与转角成余弦函数起伏，导致高倍频声波成份小。
附表是现有技术与本实用新型二者性能对比。其中X项为现有技术，S为本实用新型。
表中文字标示意义如下A/S是孔的最大通气面积/喉管截面积。
P是气室静气压表值。
Amp是喉管声波气压波幅，分三种频率即基频(a1)、二倍频(a2)、三倍频(a3)列出。
Str是喉管声强也分三种频率列出。即f1、f2、f3，各为基频、二倍频、三倍频。
从表上看出A/S＝0.6，P＝1情形，基频气压波幅a1，现有技术X项是0.312，而本实用新型为0.350。声强，前者为1.25×106，后者为1.57×106，后者提高约25.6％。至于高频波成份，如二倍频项，前者是后者的5.73倍，三倍频则是9.8倍。因此本实用新型，有效的抑制了高倍频声波的产生而增加了基本频率声波的输出。
根据瑞典M·OLsso吸R·Sandstrom的文章介绍，次声波用于锅炉除灰渣十分有效。截止86年已在四百个锅炉上安装了他们的专利产品。本实用新型也是大功率声波发生器，功率达1000瓦以上，因此也能用于锅炉除灰渣。在锅炉预热器的地方，装上一个声波发生器。将压缩空气送入声波发生器入口(3)，开动电动机(5)，动门旋转，通气孔的面积周期地变化，因此喉管中的气压也周期变化，这样就在喉管中产生了声波。将喉管对准锅炉的预热器，声波振动预热器上的灰渣使其脱剥，随之飞出烟囱。由于积灰被清除，改善了导热条件，预热器中水温上升，烟道温度下降，因而余热更得以充分利用，节约了能源。此外，将声波送入燃烧室则可以有效的清除由于燃烧产生的灰渣，通常这种清扫工作是很繁重的，必要时还必须停火，采用声波除灰渣，则可以免除停火。这样就延长了锅炉运转时间，增加了出力，还可以节省通常为清除灰渣而需安装的大马力吹风设备。总之声波除锅炉灰渣是省力、经济的方法，达到增产、节约的效果。
权利要求1.阀门调制气流声波发生器，由气室(6)、进气管(3)、喉管(4)与阀门(1，2)四者组成，其特征是阀门由旋转动门(1)与静门(2)组合，动门与静门间用轴承连结，二者紧贴成一整体，动门用任何原动机(5)驱动旋转，控制阀门通断产生声波。
2.按照权利要求1所述声波发生器，其特征是其中所述阀门，依其所在曲面划分，有三种一是平面阀门，二是筒面阀门，三是锥面阀门。
3.按照权利要求2所述的声波发生器，其特征是其中所述的平面阀门的动门与静门的通气孔均位于平面上，一个是圆扇形，另一个是唇形，唇边曲线随转角的正弦作函数起伏，导至通气面积随转角作余弦函数波动。
4.按照权利要求2所述的声波发生器，其特征是其中所述的筒面阀门的动门与静门的通气孔均位于筒面上，在筒面滚展平面上，一个是长方形，另一个是唇形，唇边曲线随转角的正弦作函数起伏，导至通气面积随转角作余弦函数波动。
5.按照权利要求2中所述的声波发生器，其特征是其中所述的的锥面阀门动门与静门的通气孔均位于锥面上，在锥面的滚展平面上，一个是圆扇形，另一个是唇形，唇边曲线随转角的正弦作函数起伏，导至通气面积随转角作余弦函数波动。
专利摘要本实用新型是阀门调制气流声波发生器，属次声、低频声波应用领域。为制作大功率低频声波发生器，改进频率分布，突出基频波，特提出本实用新型，本实用新型主要技术特征是(1)用旋转阀门调制气流产生声波；(2)阀门由动门、静门组成；(3)动、静门采用三种不同的曲面平面、筒面与锥面；(4)为每一种阀门设计了适当通气孔，以突出基频波。本实用新型可用在大型锅炉除灰渣作业上。
文档编号B06B1/18GK2108593SQ9120886
公开日1992年7月1日 申请日期1991年5月29日 优先权日1991年5月29日
发明者谭家岱 申请人:谭家岱