УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ И ЗАЩИТЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2025 года по МПК B08B9/27 

Изобретение относится к области эксплуатации трубопроводов и сосудов и предназначена для разрушения образовавшихся в процессе эксплуатации трубопроводов твердых механических отложений химических соединений, а также для предотвращения их образования в дальнейшем, препятствия химической коррозии самих трубопроводов и сосудов.

Известно устройство для очистки внутренней поверхности трубопроводов в котором используется высокочастотный источник напряжения, индуцируемого в воде, которое создается посредством трансформатора с ферритовым сердечником. При этом в первичной обмотке трансформатора генерируются высокочастотные импульсы напряжения, которые во вторичной обмотке, составляемой гидравлическим контуром, индуцируют напряжение, расходящееся по всему трубопроводу и даже на смежные системы. При этом указанное устройство содержит корпус, внутри которого расположен ферритовый сердечник, при этом устройство работает снаружи трубопровода. (статья опубликована в журнале «Сантехник» 2002, фрагмент приведен в патенте РФ на полезную модель №154004, публ. 10.08.2015).

В патенте №154004 написано:

«Недостатком указанного известного устройства является, что генерируемые и распространяемые им электромагнитные последовательные резонансные частоты не совпадают с собственными внутренними частотами молекул химических веществ и их соединений, которые образуются в результате эксплуатации трубопровода. В результате не совпадения собственной внутренней частоты колебаний молекул с частотой внешнего электромагнитного поля, молекула не входит в 100% резонансный колебательный процесс. Происходит не достаточное «отталкивание» от соседних молекул вещества или соединения. В результате не все твердые механические соединения, отложившиеся на стенках трубопроводов распадаются на отдельные молекулы. Таким образом, не обеспечивается тотальная очистка трубопровода». Этот недостаток сформулирован ведущим автором, указанным в патенте №154004, а ныне - участником разработки устройства, являющегося предметом настоящего изобретения.

Известно ферромагнитное высокочастотное устройство для очистки и защиты внутренней поверхности трубопроводов, содержащее корпус с расположенным в нем кольцевым ферритовым сердечником, подключенный к корпусу блок питания и блок высокочастотного генератора, характеризующееся тем, что ферритовый сердечник выполнен класса MnZn с частотным диапазоном до 500 КГц (патент на полезную модель №154004, приор. 29.09.2014, публ. 10.08.2015, МПК B08B 9/027 (2006.01).

Устройство использует микропроцессор.

Устройство устанавливают в системах водообеспечения, теплообмена, отопления, водоподготовки коттеджей, предприятий торговли, офисах и т.д. Описанное техническое решение по патенту на полезную модель №154004 по совокупности существенных признаков принимается за прототип.

Исходя из важности решаемой технической задачи прототипом, ниже приводится достаточно подробное его описание. Как описано в патенте на полезную модель №154004, «задачей и техническим результатом, на решение которых направлена полезная модель, является тотальная очистка трубопровода от твердых механических соединений, за счет создания устройством электромагнитного поля. Реализация технического результата осуществляется за счет принципа действия устройства, который основан на генерировании и распространении в жидкости электромагнитных последовательностей резонансных частот, совпадающих с собственными внутренними частотами молекул химических веществ и их соединений, которые образуются в результате эксплуатации трубопровода. В результате совпадения собственной внутренней частоты колебаний молекул с частотой внешнего электромагнитного поля, молекула входит в резонансный колебательный процесс. При этом она стремиться как можно дальше «оттолкнуться» от соседних молекул вещества или соединения. В результате все твердые механические соединения, отложившиеся на стенках трубопроводов распадаются на отдельные молекулы, насыщая жидкость. В дальнейшем они могут быть удалены из рабочей системы с помощью фильтров. Таким образом, обеспечивается тотальная очистка трубопровода».

Устройство по патенту №154004 состоит:

- из блока высокочастотного генератора, выполненного в виде печатной стеклотекстолитовой электронной платы со смонтированными на ней электронными элементами двухстороннего монтажа и выходной обмоткой в виде кабельного шлейфа, разъемом электропитания, а также разъемами для подключения питания;

- ферритового кольцевого сердечника;

- корпуса устройства (для размещения электронной платы высокочастотного генератора, ферритового кольцевого сердечника, разъема электропитания и индикаторов);

- блока питания.

При этом блок высокочастотного генератора представляет собой схему каскадного генератора, формирующего электрические импульсы заданной амплитуды, длительности, мощности и частоты. При этом управление генератором осуществляется программируемым микропроцессором. Программа разработана таким образом, чтобы создать последовательность резонансных частот, совпадающих с собственными частотами молекул химических элементов и их соединений (в основном солей), присутствующих в водных растворах, а также на внутренних стенках устройств в виде твердых отложений (осаждений).

Внутренний электрод входного разъема электропитания должен иметь плюсовую полярность «+» 12 вольт.

При этом рабочий диапазон частот, устанавливаемых программно в зависимости от конкретного химического анализа состава рабочей жидкости и колеблется в пределах от 0,5 до 20 кГц.

Таким образом, устройство по патенту №154004 позволяет сгенерировать и распространить в жидкости электромагнитные последовательности резонансных частот, совпадающих с собственными внутренними частотами молекул химических веществ и их соединений, которые образуются в результате эксплуатации трубопровода».

Работа с устройством по патенту №154004 выявила следующие недостатки:

- микропроцессор не распознает совпадение резонансных частот из-за отсутствия обратной связи и не увеличивает время воздействия при их совпадении;

- увеличивается время на растворение и предотвращение отложений;

- для генерирования и распространения в жидкости электромагнитных последовательностей, совпадающих с собственными внутренними частотами молекул химических веществ и их соединений необходимо было заранее знать их химический и количественный состав, т.е. проводить соответствующий предварительный лабораторный анализ отложений внутри трубы (труб). Эта проблема является существенной;

- время воздействия частот, а также время «холостых» периодов, когда частоты не совпадают, одинаково для всех химических соединений, что увеличивает общее время воздействия устройства.

Кроме того, в варианте исполнения устройства, в котором ферритовый сердечник является цельным, при монтаже требует отсоединения трубопровода, что увеличивает трудоемкость работы по очистке трубопровода.

Эти недостатки прототипа устраняются заявляемым изобретением.

Технический результат заключается в разработке устройства для внутренней очистки труб от отложений с достижением 100% резонанса генерируемых устройством частот с частотами молекул химических веществ и соединений без извлечения и лабораторного анализа этих веществ и соединений, что существенно повышает эффективность очистки, а также снижает время, трудоемкость и стоимость выполнения работ по очистке.

Технический результат достигается созданием устройства для очистки и защиты внутренней поверхности трубопровода, с помощью воздействия электромагнитного поля, содержащего корпус с расположенным в нем кольцевым ферритовым сердечником, подключенный к корпусу блок питания и блок высокочастотного генератора, характеризующегося тем, что:

- воздействие осуществляется путем адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, совпадающих с внутренними частотами собственных колебаний химических элементов и их соединений, присутствующих в токопроводящей среде на основе водных растворов, при этом адаптивная самонастраивающаяся генерация осуществляется с использованием микропроцессора и программного обеспечения;

- устройство включает дополнительную обмотку, выполняющую функции датчика измерения напряженности электромагнитного поля;

- устройство включает микропроцессор и программное обеспечение, необходимые для адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, при этом электронная схема, смонтированная на плате, генерирует электромагнитное поле переменной частоты в диапазоне от 5 до 20 кГц на излучателе, величина частоты излучения и длительность генерации конкретной частоты управляются специальной программой микропроцессора.

Кроме того, устройство характеризуется тем, что микропроцессор задает генератору частоту в диапазоне от 5 до 20 кГц с шагом 0,5 кГц в цикле, т.е. начальная 5.0, затем 5.5, далее 6.0, 6.5, 7.0, 7.5 кГц и т.д; достигнув величины 20 кГц, программа снова возвращается на генерацию начальной частоты 5.0 кГц; затем цикл повторяется; длительность (время) генерации конкретной фиксированной частоты также определяется программой, заложенной в микропроцессор.

Кроме того, устройство характеризуется тем, что оно содержит разъемный ферритовый кольцевой сердечник с конфигурацией мест разъема типа «шип-паз» для обеспечения минимального искажения создаваемого электромагнитного поля.

Кроме того, устройство характеризуется тем, что оно содержит наборный многослойный сердечник для обеспечения минимального искажения создаваемого электромагнитного поля.

Кроме того, устройство характеризуется тем, что для удаленного использования устройства, где нет электропитания 220 В, электронная плата имеет возможность подключения аккумулятора постоянного тока с выходным напряжением +12 В через стандартный разъем.

В заявляемом изобретении воздействие электромагнитного поля осуществляется путем адаптивной (самонастраивающейся) системы.

Адаптивная система (самоприспосабливающаяся система) - система, автоматически изменяющая данные алгоритма своего функционирования и (иногда) свою структуру с целью сохранения или достижения оптимального состояния при изменении внешних условий (Википедия).

В обобщенном виде устройство согласно заявляемому изобретению представляет собой адаптивное (самонастраивающееся) электронное устройство для циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, совпадающих с внутренними частотами собственных колебаний химических элементов и их соединений, присутствующих в токопроводящей среде на основе водных растворов, предотвращающее образование отложений на внутренних поверхностях трубопроводов и емкостей, а также растворения уже образованных отложений, не требующее проведения предварительного анализа содержания химических веществ и их соединений в растворе.

Устройство представлено на фигурах:

Фиг. 1 - блок-схема устройства;

Фиг. 2 - устройство с неразъемным сердечником;

Фиг. 3 - разъемный сердечник.

Состав электронного устройства:

- блок электропитания 1 с входным напряжением 220 В, током 1÷2 А, частотой 50 Гц, выходным напряжением постоянного тока 12 В (или аккумулятор 2) подключается к электронной плате 3 через любой стандартный разьем:

- электронная плата 3 со смонтированным генератором частот 4, управляемым микропроцессором 5 по специальной программе;

- выходной кольцевой излучатель 6 электромагнитного поля с ферритовым кольцевым сердечником 7 цельного или составного типа, первичной обмоткой, связанной с выходным каскадом генератора, выходной обмоткой 8, служащей датчиком контроля изменения напряженности электромагнитного поля;

- датчик напряженности 8 (обмотка) - в корпусе 9 из композитного полимерного материала для размещения электронной платы, кольцевого излучателя, светодиодных индикаторов в корпусе 9 разных цветов для контроля подачи электропитания 12в и наличия электромагнитного поля;

- крышка 10 корпуса из композитного полимерного материала.

Принцип работы устройства

В токопроводящих жидкостях на основе воды, используемых в трубопроводах и сосудах различного назначения, присутствуют растворенные соли щелочноземельных химических элементов и их соединений, в основном кальция, магния, железа и т.д. Во время эксплуатации трубопроводов и сосудов эти соли откладываются в виде твердых субстанций на внутренних поверхностях этих устройств, уменьшая проходные сечения трубопроводов и снижая теплообмен между элементами внутренних устройств (например, ТЭНов), затрудняют действия механических элементов запорной и регулирующей арматуры (например, шаровых кранов, задвижек).

Каждый химический элемент и их соединения (соли), находящиеся в растворенном виде в токопроводящей среде, имеют внутреннюю частоту собственных колебаний, называемую резонансной частотой.

Каждая молекула солей состоит из ядер атомов, вокруг которых вращаются по орбитам внутренние электроны и внешние валентные электроны. Частота вращения электронов в равновесном состоянии есть внутренняя собственная частота колебаний (у каждого соединения своя), в состоянии покоя электрический заряд молекул равен нулю. При помещении молекулы во внешнее переменное электромагнитное поле, в случае, если частота поля будет совпадать с внутренней собственной частотой вращения электронов, последние переходят на более высокие орбиты с увеличением энергетического потенциала. За счет этого сама молекула приобретает электрический заряд, отличный от нуля. Передача импульсов электромагнитного поля электронам осуществляется через токопроводящую среду, в которой растворены соли.

Все молекулы конкретного соединения приобретают одноименный электрический заряд. Одноименно заряженные молекулы отталкиваются друг от друга. Таким образом, происходит послойное «растворение» отложившихся солей на молекулярном уровне. а также приобретенный электрический заряд не позволяет молекулам сблизится друг с другом (как бы «слипнуться»), превратившись в твердую субстанцию с дальнейшим оседанием (отложением) на внутренних стенках трубопроводов и сосудов.

Электронная схема, смонтированная на плате, генерирует электромагнитное поле переменной частоты в диапазоне от 5 до 20 кГц на излучателе. Величина частоты излучения и длительность генерации конкретной частоты управляются специальной программой микропроцессора. Микропроцессор задает генератору частоту в диапазоне от 5 до 20 кГц с шагом 0,5 кГц в цикле, т.е. начальная 5.0, затем 5.5, далее 6.0, 6.5, 7.0, 7.5 кГц и т.д. Достигнув величины 20 кГц, программа снова возвращается на генерацию начальной частоты 5.0 кГц. Затем цикл повторяется. Длительность (время) генерации конкретной фиксированной частоты также определяется программой, заложенной в микропроцессор.

На излучателе смонтирована дополнительная обмотка, выполняющая функции датчика измерения напряженности электромагнитного поля. При совпадении частоты внешнего электромагнитного поля с собственной внутренней (резонансной) частотой какого-либо химического соединения, присутствующего в токопроводящем растворе, напряженность внешнего электромагнитного поля уменьшается, т.к. часть энергии уходит на образование заряда молекул соединения. Управляющий процессор при каждом шаге изменения частоты генератора сравнивает напряженность внешнего электромагнитного поля с напряженностью холостого (базового) поля (т.е. когда частота внешнего поля не входит в резонанс с внутренней собственной частотой какого-либо химического соединения). При падении напряженности, процессор программно увеличивает время (длительность) воздействия на конкретной резонансной частоте в несколько раз (от 3 до 8).

Таким образом, отпадает необходимость в предварительном химическом анализе состава соединений в токопроводящем растворе. Электронное устройство само «находит» резонансные частоты, адаптируясь к химическому составу соединений в растворе.

Таким образом, охватывается весь диапазон частот, совпадающих с внутренними собственными частотами солей в водных растворах. Возникает эффект частотного резонанса, что и приводит к появлению одноименных электрических зарядов молекул. С каждым циклом величина зарядов растет. Молекулы солей стремятся занять равновесное (устойчивое) энергетическое положение в водном растворе. Происходит распад твердых отложений солей на отдельные молекулы, концентрация которых в водных растворах повышается. В проточных водных системах молекулы растворенных отложений уносятся вместе с потоком, в замкнутых системах токопроводящая жидкость с повышенной объемной концентрацией солей заменяется на свежую.

Срок службы устройства составляет не менее 10 лет, не нуждается в регулировках, настройках и техническом обслуживании.

Заявляемое изобретение представляет собой устройство для реализации способа по очистки труб и сосудов путем адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, совпадающих с внутренними частотами собственных колебаний химических элементов и их соединений, присутствующих в токопроводящей среде на основе водных растворов.

Способ и устройства являются продвинутой комплексной современной разработкой, востребованной в различных областях науки, техники, промышленности, в быту и при проведении соответствующих экспериментов - в медицине.

Способ и устройства разрабатывались с непосредственным участием автора устройства по патенту РФ №154004.

Изобретение относится к области эксплуатации трубопроводов. Устройство для очистки и защиты внутренних поверхностей трубопроводов от твердых отложений солей щелочноземельных химических элементов и их соединений с помощью воздействия электромагнитного поля, содержащее корпус с расположенным в нем кольцевым ферритовым сердечником, подключенный к корпусу блок питания и блок высокочастотного генератора, при этом воздействие осуществляется путем адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, совпадающих с внутренними частотами собственных колебаний химических элементов и их соединений, имеющих физическую способность концентрироваться в твердые образования и отлагаться на внутренних стенках трубопроводов и сосудов, присутствующих в токопроводящей среде на основе водных растворов, при этом адаптивная самонастраивающаяся генерация осуществляется с использованием микропроцессора и программного обеспечения; устройство включает дополнительную обмотку, выполняющую функции датчика измерения напряженности электромагнитного поля; устройство включает микропроцессор и программное обеспечение, необходимые для адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, при этом электронная схема, смонтированная на плате, генерирует электромагнитное поле переменной частоты в диапазоне от 5 до 20 кГц на излучателе, величина частоты излучения и длительность генерации конкретной частоты управляются программой микропроцессора. Технический результат – повышение эффективности очистки. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для очистки и защиты внутренних поверхностей трубопроводов от твердых отложений солей щелочноземельных химических элементов и их соединений с помощью воздействия электромагнитного поля, содержащее корпус с расположенным в нем кольцевым ферритовым сердечником, подключенный к корпусу блок питания и блок высокочастотного генератора, отличающееся тем, что:

- воздействие осуществляется путем адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, совпадающих с внутренними частотами собственных колебаний химических элементов и их соединений, имеющих физическую способность концентрироваться в твердые образования и отлагаться на внутренних стенках трубопроводов и сосудов, присутствующих в токопроводящей среде на основе водных растворов, при этом адаптивная самонастраивающаяся генерация осуществляется с использованием микропроцессора и программного обеспечения;

- устройство включает дополнительную обмотку, выполняющую функции датчика измерения напряженности электромагнитного поля;

- устройство включает микропроцессор и программное обеспечение, необходимые для адаптивной циклической генерации последовательностей резонансных электромагнитных высокочастотных полей, при этом электронная схема, смонтированная на плате, генерирует электромагнитное поле переменной частоты в диапазоне от 5 до 20 кГц на излучателе, величина частоты излучения и длительность генерации конкретной частоты управляются программой, микропроцессора.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что микропроцессор задает генератору частоту в диапазоне от 5 до 20 кГц с шагом 0,5 кГц в цикле, т.е. начальная 5.0, затем 5.5, далее 6.0, 6.5, 7.0, 7.5 кГц и т.д; достигнув величины 20 кГц, программа снова возвращается на генерацию начальной частоты 5.0 кГц; затем цикл повторяется; длительность (время) генерации конкретной фиксированной частоты также определяется программой, заложенной в микропроцессор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит разъемный ферритовый кольцевой сердечник с конфигурацией мест разъема типа «шип-паз» для обеспечения минимального искажения создаваемого электромагнитного поля.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно содержит наборный многослойный сердечник для обеспечения минимального искажения создаваемого электромагнитного поля.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что для удаленного использования устройства, где нет электропитания 220 В, электронная плата имеет возможность подключения аккумулятора постоянного тока с выходным напряжением + 12 В через стандартный разъем.