СПОСОБ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ТЕПЛОАГРЕГАТОВ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2006 года по МПК B08B3/12 F28G7/00 

Изобретение относится к области ультразвукового приборостроения и предназначено для предупреждения отложений на внутренних и наружных поверхностях теплообменных агрегатов в теплоэнергетике и других отраслях, а также для интенсификации технологических процессов.

Известен способ ультразвуковой очистки, реализованный в устройстве ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений, и принятым за аналог является импульсный ультразвуковой генератор (RU №2196646). Недостатком является ограниченная эффективность очистки теплоагрегатов от отложений.

Наиболее близким (прототипом) является способ ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений пачками ультразвуковых импульсов, поступающих от магнитострикционного преобразователя, реализованный в устройстве (RU №2141877, кл. С1 13.07.1997), в котором в обмотках двух или более групп магнитострикционных преобразователей формируются пачки силовых токовых импульсов с помощью пар силовых коммутирующих элементов (тиристоров).

Недостатками данного устройства и способа являются большая амплитуда импульсов однополярного тока возбуждения, для получения максимально возможной амплитуды колебаний магнитострикционных преобразователей, что видно на графике зависимости амплитуды колебаний (λ) от напряженности поля (Н), создаваемого импульсами тока возбуждения (фиг.1); невозможность одновременно оптимизировать постоянную составляющую тока подмагничивания и амплитуду переменной составляющей; низкая точность согласования частоты возбуждаемых колебаний с частотой механического резонанса магнитостриктора, установленного на объекте (теплоагрегате).

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности использования магнитострикционного преобразователя, уменьшение энергопотребления, увеличение интенсивности ультразвуковых колебаний на объекте (теплоагрегате), которая приводит к увеличению эффективности очистки теплоагрегатов от отложений.

Для достижения технического результата в предлагаемом способе ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений, заключающемся в применении n-магнитострикционных преобразователей, в обмотках возбуждения которых формируют пачки силовых токовых импульсов с помощью пар коммутирующих элементов, выявлении аварийного режима, формировании сигнала запрета на поступление сигнала управления на управляющие входы коммутирующих элементов, в обмотках возбуждения n-магнитострикционных преобразователей формируют пачки силовых токовых импульсов при помощи коммутирующих элементов, перед формированием и по окончании пачки силовых токовых импульсов на обмотку возбуждения от источника постоянного тока подмагничивания подается ток подмагничивания. Ультразвуковое устройство для очистки от отложений, содержащее n-магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, коммутирующий конденсатор, блок управления, выполненный в виде задающего генератора, дополнительно содержит сетевой фильтр, двухполупериодный выпрямитель, подключенный к выходным выводам сетевого фильтра, накопительный конденсатор, подключенный положительным выводом к плюсовому выводу выпрямителя, а минусовым выводом к минусовому выводу выпрямителя, датчик тока короткого замыкания, состоящий из не насыщающегося дросселя с параллельно включенным резистором, включенный одним концом к минусовому выводу накопительного конденсатора, а другим к датчику тока силовых токовых импульсов, силовые коммутирующие транзисторы, причем каждый из n-магнитострикционных преобразователей содержит одну обмотку возбуждения, каждая из которых включена между парами силовых коммутирующих транзисторов через разделительные конденсаторы соответственно, датчик тока силовых токовых импульсов, состоящий из постоянного и переменного резисторов, подключенный одним концом к общей шине, а другим концом к общим истокам силовых коммутирующих элементов, средний вывод переменного резистора датчика тока силовых токовых импульсов, к входу блока управления, содержащего устройство управления, элементы контроля и устройство формирования выходных импульсов, источник постоянного тока подмагничивания, выходы которого через дроссели подключены к обмоткам возбуждения n-магнитострикционных преобразователей, а входы - к выводам накопительного конденсатора.

Сущность заключается в том, что в обмотке возбуждения n-магнитострикционных преобразователей формируют пачки силовых токовых импульсов при помощи четырех коммутирующих элементов, включенных по мостовой схеме, перед формированием и по окончании пачки силовых токовых импульсов на обмотку возбуждения от источника постоянного тока подается ток подмагничивания, форма тока силовых токовых импульсов близка к трапецеидальной, частота, ток силовых токовых импульсов и ток подмагничивания устанавливаются в зависимости от применяемого типа магнитострикционного преобразователя, что позволяет максимально оптимизировать режим работы магнитострикционного преобразователя и в несколько раз уменьшить количество энергии, затрачиваемой на возбуждение магнитострикционного преобразователя.

Для достижения названного технического результата в устройство для очистки от отложений, реализованное n-магнитострикционными преобразователями, каждый из которых содержит одну обмотку возбуждения, накопительный конденсатор, блок управления, выполненный в виде задающего генератора, дополнительно введены сетевой фильтр, двухполупериодный выпрямитель, подключенный к выходным выводам сетевого фильтра, датчик тока короткого замыкания, состоящий из не насыщающегося дросселя с параллельно включенным резистором и включен одним концом к минусовому выводу накопительного конденсатора, а другим к датчику тока силовых токовых импульсов, силовые коммутирующие транзисторы, включенные по мостовой схеме, преобразователи, содержащие одну обмотку возбуждения, обмотки возбуждения которых включены между парами силовых коммутирующих транзисторов через разделительный конденсатор, датчик тока силовых токовых импульсов, состоящий из постоянного и переменного резистора, подключенный одним концом к общей шине, а другим концом к общим истокам силовых коммутирующих элементов, средний вывод переменного резистора к входу блока управления, при помощи которого осуществляется регулировка тока силовых токовых импульсов, блок управления, содержащий устройство управления, элементы контроля и устройство формирования выходных импульсов, источник постоянного тока подмагничивания, выходы которого через дроссели подключены к обмоткам возбуждения преобразователей, а входы - к выводам накопительного конденсатора.

На графике зависимости амплитуды колебаний (λ) от напряженности поля (Н), создаваемого импульсами тока возбуждения (фиг.2) и на чертеже (Фиг.3) представлена функциональная схема заявляемого ультразвукового устройства, реализующего способ ультразвуковой очистки и защиты теплоагрегатов от отложений.

Устройство содержит источник питания, состоящий из сетевого фильтра 1, двухполупериодного выпрямителя 2 и накопительного конденсатора 5, коммутирующие элементы (транзисторы) 8, 9, 16, 17, 19, 20, по крайней мере, два магнитострикционных преобразователя, каждый с одной обмоткой возбуждения 11, 12, коммутирующие конденсаторы 15, 18, датчик тока короткого замыкания 6 (фиг.4), состоящий из не насыщающегося дросселя 21 с параллельно включенным резистором 22, датчик тока силовых токовых импульсов, состоящий из постоянного 7 и переменного 10 резисторов, блок управления 3 (Фиг.5), состоящий из устройства управления 23, элементов контроля 24 и устройства формирования выходных импульсов 25, источник постоянного тока подмагничивания 4, дроссели 13, 14.

Устройство работает следующим образом.

Сетевой источник запасает энергию в накопительном конденсаторе 5 через сетевой фильтр 1 и двухполупериодный выпрямитель 2, при этом сетевой фильтр 1 ограничивает выбросы тока заряда накопительной емкости и предотвращает проникновение высокочастотных импульсов в сеть.

Блок управления 3 (Фиг.5) позволяет формировать управляющие импульсы в соответствии с выбранным алгоритмом и условиями работы устройства, осуществлять контроль и регулировку величины тока силовых токовых импульсов, производить отключение силовых коммутирующих транзисторов при наличии сигнала с датчика тока короткого замыкания, осуществлять управление силовыми коммутирующими транзисторами, режимом работы источника тока, подает управляющие импульсы на источник питания, выходной ток заданной величины (задается регулятором, входящим в состав источника постоянного тока подмагничивания) сначала подается на обмотку возбуждения магнитострикционного преобразователя 11 через дроссель 13, чем задается начальное смещение напряженности поля. Через 10...20 мс блок управления включает коммутирующие элементы 8 и 17. По достижении силового токового импульса, проходящего через обмотку возбуждения и коммутирующий конденсатор 15 большой емкости, заданной датчиком тока величины, коммутирующий элемент 17 отключается. Так как направление силового тока в обмотке возбуждения остается неизменным, то он замыкается через диод выключенного коммутирующего элемента 17 и включенный элемент 8, что поддерживает напряженность магнитного поля, созданного импульсом силового тока на неизменном уровне (практически ток и напряженность поля продолжают увеличиваться ввиду возврата части накопленной энергии в дросселе). По прохождении времени, равного по длительности полупериоду резонансной частоты колебаний магнитострикционного преобразователя (частота задается генератором частоты блока управления и настраивается на резонансную частоту магнитострикционного преобразователя), выключается коммутирующий элемент 8, а коммутирующие элементы 9 и 16 включаются, а силовой токовый импульс, проходящий через обмотку возбуждения магнитострикционного преобразователя, меняет направление движения. По достижении силового токового импульса, проходящего через обмотку возбуждения и коммутирующий конденсатор, заданной датчиком тока 7, 10 величины, коммутирующий элемент 16 отключается. По прохождении времени, равного по длительности второму полупериоду резонансной частоты колебаний магнитострикционного преобразователя, отключается коммутирующий элемент 9 и цикл формирования силовых токовых импульсов повторяется. Силовые токовые импульсы имеют форму, близкую к трапецеидальной форме (на практике форма тока ближе к синусоидальной форме). Длительность посылки силовых токовых импульсов определяется блоком управления, по окончании которых отключается источник постоянного тока подмагничивания. По истечении времени примерно 150 мс (время, необходимое для накопления частично затраченной энергии в накопительном конденсаторе) блок управления 3 подает управляющие импульсы на источник питания, выходной ток заданной величины подается на обмотку возбуждения магнитострикционного преобразователя 12 через дроссель 14. Через 10...20 мс блок управления включает коммутирующие элементы 8 и 20. По достижении силового токового импульса, проходящего через обмотку возбуждения и коммутирующий конденсатор 18 большой емкости, заданной датчиком тока 7, 10 величины коммутирующий элемент 20 отключается. По прохождении времени, равного по длительности полупериоду резонансной частоты колебаний магнитострикционного преобразователя, выключается коммутирующий элемент 8, а коммутирующий элементы 9 и 19 включаются, а силовой токовый импульс, проходящий через обмотку возбуждения, меняет направление движения. По достижении силового токового импульса, проходящего через обмотку возбуждения и коммутирующий конденсатор заданной датчиком тока 7, 10 величины, коммутирующий элемент 19 отключается. По прохождении времени, равного по длительности второму полупериоду резонансной частоты колебаний магнитострикционного преобразователя, отключается коммутирующий элемент 9 и цикл формирования силовых токовых импульсов повторяется. Через равные промежутки времени поочередно на обмотки преобразователей подаются силовые токовые импульсы и ток подмагничивания.

Ток подмагничивания устанавливается на середину линейной части петли гистерезиса магнитостриктора, а ток силовых токовых импульсов не должен доходить до нижнего и верхнего изгибов петли гистерезиса магнитостриктора.

Реализация в предлагаемом устройстве способа возбуждения магнитострикционного преобразователя, который заключается в том, что ток подмагничивания в обмотку возбуждения магнитостриктора подается на время прохождения знакопеременных силовых токовых импульсов, позволяет уменьшить амплитуду силовых токовых импульсов при той же амплитуде колебаний магнитостриктора как минимум в три раза (график зависимости амплитуды колебаний (λ) от напряженности поля (Н), создаваемого импульсами тока возбуждения при наличии тока подмагничивания, что видно при сравнении двух графиков (Фиг.1 и Фиг.2) и как следствие повысить эффективность использования магнитострикционного преобразователя, уменьшить энергопотребление, увеличить интенсивность ультразвуковых колебаний на объекте (теплоагрегате), которая приводит к увеличению эффективности очистки теплоагрегатов от отложений.

Источники информации

1. RU №2196646, опубл. 20.01.2003, №2.

2. RU №2141877, опубл. 27.11.1999, №33.

Группа изобретений относится к области ультразвукового приборостроения и предназначена для предупреждения отложений на внутренних и наружных поверхностях теплообменных агрегатов в теплоэнергетике и других отраслях, а также для интенсификации технологических процессов. Группа изобретений обеспечивает повышение эффективности использования магнитострикционного преобразователя, уменьшение энергопотребления, увеличение интенсивности ультразвуковых колебаний на объекте (теплоагрегате), которая приводит к увеличению эффективности очистки теплоагрегатов от отложений. Способ состоит в применении n магнитострикционных преобразователей, в обмотках возбуждения которых формируют пачки силовых токовых импульсов с помощью пар коммутирующих элементов, выявлении аварийного режима, формировании сигнала запрета на поступление сигнала управления на управляющие входы коммутирующих элементов. При этом перед формированием и по окончании пачки силовых токовых импульсов на обмотку возбуждения от источника постоянного тока подмагничивания подают ток подмагничивания. Устройство для осуществления способа содержит n магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, коммутирующий конденсатор, блок управления, выполненный в виде задающего генератора, а также содержит сетевой фильтр, двухполупериодный выпрямитель, подключенный к выходным выводам сетевого фильтра, накопительный конденсатор, подключенный положительным выводом к плюсовому выводу выпрямителя, а минусовым выводом к минусовому выводу выпрямителя, датчик тока короткого замыкания, включенный одним концом к минусовому выводу накопительного конденсатора, а другим к датчику тока силовых токовых импульсов, силовые коммутирующие транзисторы, причем каждый из n магнитострикционных преобразователей содержит одну обмотку возбуждения, каждая из которых включена между парами силовых коммутирующих транзисторов через разделительные конденсаторы соответственно, датчик тока силовых токовых импульсов, состоящий из постоянного и переменного резисторов, подключенный одним концом к общей шине, а другим концом к общим истокам силовых коммутирующих элементов, средний вывод переменного резистора датчика тока силовых токовых импульсов, подключенный к входу блока управления, источник постоянного тока подмагничивания, выходы которого через дроссели подключены к обмоткам возбуждения n магнитострикционных преобразователей, а входы - к выводам накопительного конденсатора. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений, заключающийся в применении n магнитострикционных преобразователей, в обмотках возбуждения которых формируют пачки силовых токовых импульсов с помощью пар коммутирующих элементов, выявлении аварийного режима, формировании сигнала запрета на поступление сигнала управления на управляющие входы коммутирующих элементов, отличающийся тем, что перед формированием и по окончании пачки силовых токовых импульсов на обмотку возбуждения от источника постоянного тока подмагничивания подается ток подмагничивания.2. Ультразвуковое устройство для очистки от отложений, содержащее n магнитострикционных преобразователей, каждый из которых имеет обмотку возбуждения, коммутирующий конденсатор, блок управления, выполненный в виде задающего генератора, отличающееся тем, что содержит сетевой фильтр, двухполупериодный выпрямитель, подключенный к выходным выводам сетевого фильтра, накопительный конденсатор, подключенный положительным выводом к плюсовому выводу выпрямителя, а минусовым выводом к минусовому выводу выпрямителя, датчик тока короткого замыкания, включенный одним концом к минусовому выводу накопительного конденсатора, а другим к датчику тока силовых токовых импульсов, силовые коммутирующие транзисторы, причем каждый из n магнитострикционных преобразователей содержит одну обмотку возбуждения, каждая из которых включена между парами силовых коммутирующих транзисторов через разделительные конденсаторы соответственно, датчик тока силовых токовых импульсов, состоящий из постоянного и переменного резисторов, подключенный одним концом к общей шине, а другим концом к общим истокам силовых коммутирующих элементов, средний вывод переменного резистора датчика тока силовых токовых импульсов - к входу блока управления, источник постоянного тока подмагничивания, выходы которого через дроссели подключены к обмоткам возбуждения n магнитострикционных преобразователей, а входы к выводам накопительного конденсатора.3. Ультразвуковое устройство для очистки от отложений по п.2, отличающееся тем, что блок управления содержит устройство управления, элементы контроля и устройство формирования выходных импульсов.4. Ультразвуковое устройство для очистки от отложений по п.2, отличающееся тем, что датчик тока короткого замыкания состоит из ненасыщающегося дросселя с параллельно включенным резистором.