Способ контроля эффективности магнитной обработки водного потока Советский патент 1992 года по МПК C02F1/48 B01D35/06 

Изобретение относится к области контроля качества магнитной обработки водного потока теплообменных аппаратов энергоустановок, в частности теплоносителя оросителя градирен ядерных реакторов.

Цель изобретения - повышение оперативности и эффективности контроля магнитной обработки водного потока.

На фиг. 1 представлена структурная схема установки, реализующей способ контроля эффективности магнитной обработки водного потока; на фиг. 2 - зависимость влияния напряженности магнитного поля Н на относительное изменение добротности контура д Q; на фиг. 3 - зависимость изменения давления Д Р на выходе канала - нагревателя от изменения температуры на входе At(°C) при закипании теплоносителя (при нормальных условиях).

В состав установки входят: 1 - рабочий канал установки, 2 и 3 - патрубки для отвода соответственно легководной и тяжеловодной составляющих водного потока, 4 и 5 - плоские измерительные конденсаторы, 6 - образцовая индуктивность -U, 7 и 8 - вентили Вт и 62, 9 - сбросная полость рабочего канала, 10- измеритель добротности контуров, 11 - П-образные пары магнитов, расположенные по длине рабочего канала, 12 и 13 - соединительные клеммы.

Способ осуществляют следующим образом.

При подключении устройства омагничи- вания водного потока к водораспределительным коммуникациям водный поток поступает в корпус 1, омагничивается и в зоне расположения первого плоского конденсатора 4, (Ci) с напряженностью Э регистрируется первое резонансное взаимодействие магнитного поля с водным потоком. По движения водного потока от входа в корпус установки до патрубка отвода легководной составляющей водного по- .тока 2 омагниченность водного потока

/

VJ VJ

GO 00

а

нарястярт ii с псмо пьи1 нтиля 7 (R i) часть легководной гпг.ырпякшг из центра корпуса может быть ОТРСДОМ,

При достижении РПДПЫМ потоком напряженности маг ни т ног о поля в зоне рас по- ложения второго конденсатора --5 (С2) Э решстрируется второе резонансное взаимодействие магнитного поля с водным потоком и чагть гчжеловодной составляющей водного потока из периферий- ной части корпуса через патрубок 3 с помощью вентиля 8 (В) может быть выведена из полости 9 рабочего канала

Для достижения необходимой чувствительности конденсаторы 4 (Ci) и 5 (С2) поо- чередно подключается к измерителю добротности Е-9-4 и измеряется значение добротности контура образованного Li и Ci или LJ и С2 в области резонансного взаимодействия магнитного поля с водным пото- ком.

Возможно использование двух измерителей добротности Е-9-4 для одновременного измерения резонансных взаимодействий водного потока с магнитным полем.

Изменение напряженности магнитного поля подлине рабочего канала достигается с помощью необходимого количества пар П-образных магнитов 11, расположенных на поверхности рабочего канала (60 Э на каждую пару магнитов)

Измеренные значения добротностей Qi и Q2 являются мерой омагниченности составляющих водного потока, а их отношение Qi/Q2 - мерой эффективности магнитной обработки водного потока,

Повышение оперативности контроля магнитной обработки водного потока достигают за счет проведения измерений характеристического параметра непосред- ствеино в водном потоке, исключая при этом непроизводительную затрату времени на отбор проб и обработку результатов измерений.

Повышение эффективности контроля магнитной обработки водного потока достигают за счет использования двух резонансных взаимодействий магнитного поля с легководной и тяжеловоднок составляющими водного потока, возникающих в водном потоке при нарастании напряженности магнитного поля в направлении движения водного потока.

В момент достижения напряженностью магнитного поля значения Hi 315 Э возни- кает первое максимальное резонансное взаимодействие магнитного поля с легководной составляющей водного потока, а при достижении напряженностью магнитного поля значения Н2- 1200 Э второе максимальное резонансное взаимодействие магнитного поля с тяжеловодной составля ющей водного потока

В качестве средства регистрации резонансных эффектов взаимодействия магнитного поля с водным потоком используют, например, резонансные контуры, образованные пластинами конденсаторов,охватывающих рабочий канал с протекающей в нем жидкостью, размещенных в местах возникновения резонансов с катушками индук- тивности Контуры настраивают на максимальную чувствительность в области частот резонансных взаимодействий, например МГц.

В качестве доказательства возникновения первого резонансного взаимодействия магнитного поля с легководной составляющей водного потока был проведен модельный эксперимент, исходя из нижеследующего.

Известно, что легководная составляющая Н20 кипит при температуре tHzo К 100 °С при давлении Р 1 атм, а тяжеловодная составляющая - D20, при температуре

tD2Q (,43°СприР 1 атм, следовательно, характер развития процессов начала закипания воды (Н20) должен соответствовать процессам возбуждения (Н20) при обработке воды поперечным магнитным полем.

Для модельного эксперимента был использован канал-нагреватель из кварцевого стекла, который нагревался электрическим током с помощью обмоток, размещенных по длине канала, и записывалось модулирован- АР ,о-2

ное значение

10 , где АР- измене- At°

ние давления воды на входе канала-нагревателя, a A t° - изменение температуры воды на входе канала-нагревателя при закипании теплоносителя (фиг. 2).

Сравнительный анализ относител1 ной скорости нарастания процессов при закипании теплоносителя в канале-нагревателе

Vi/-r- 0,08, а относительной скорости нарастания процесса омагничивания теплоносителя в рабочем канале при напряженности магнитного поля, изменяющегося

от нуля до 315 Э V2/-FTj 0,06 показывает, О п

что разные физические воздействия на водную среду дают приблизительно одинаковый результат. При этом характеры изменения зависимостей после точки, соответствующей первому резонансному переходу теплоносителя в возбужденное состояние, адекватны,

Лавинообразное нарастание процессов определяет время сепарации молекул воды по составляющим.

Сравнительный анализ интегральных характеристик эффективности сепарации молекул воды по составляющим можно оценить по коэффициентам усреднения rfc° - для процесса кипения и г)н - для процесса омагничивания водной среды.

Под коэффициентом усреднения /t° и /н будем понимать отношение интегральДР

ного значения площади под кривой

At0

f(W) от 1,45 до 3,0 кВт и под кривой

л (H)от 300 до 625 Э к значению площа- д м

ди прямоугольника, построенного по макси- мальной ординате процесса в тех ж е координатах для W и Н, при этом коэффициент усреднения определяется по кривым на уровне 0,707 f(W) и 0,707 f(H).

Теоретически для оценки мощности процесса значение ординаты для соответствующих кривых на уровне 0,707 от максимального значения равно 1,764

ДР At0

10

г2

и 38,5Ю, в соответствии с которыми ,8, а цн 0,75, т.е. интенсивности процессов сепарации молекул водной среды в рассмотренных процессах также адекватны.

Приведенное экспериментальное доказательство указывает на то, что первое резонансное взаимодействие магнитного поля с водным потоком обусловлено возбуждением молекул легководной составляющей.

Достижение указанной цели предложенным техническим решением обусловлено тем, что молекулы воды, попадая в поперечное магнитное поле за счет наличия электрического диполя у молекул ориентируются по полю, при этом электрический диполь молекул воды Н20 + (DaO + HDO) равен 6,2 (Кул.м), т.е. для поляризации молекул требуется создать относительно слабое поперечное магнитное поле с напряженностью Н 315 Э (Hi 25,1 103 А/м).

Электрический диполь тяжеловодной молекулы равен 6,28 (Кул.м), т.е. для поляризации молекул в поперечном магнитном поле требуется создать большую напряженность магнитного поля Н2 S 1200 Э (,4 103 А/м), что подтверждается вторым экспериментально зарегистрированным резонансом.

Положение любой из поляризованных молекул между полюсами магнита неустой

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

чиво и степень омагниченности водного потока будет определяться сепарацией молекул в водном потоке на составляющие, поэтому контроль эффективности магнитной обработки водного потока ведут по характеристическому параметру. отражающему интегральное отношение резонансных взаимодействий магнитного поля с водным потоком.

Сущность регистрации изменений добротности колебательного контура основа- на на изменении резонансных свойств колебательного контура с емкостью, образованной измерительным конденсатором.

В зависимости от степени поляризации водного потока в нарастающем поперечном магнитном поле фиксируют изменение диэлектрической постоянной измерительного конденсатора, включенного в цепь контура.

Таким образом, способ контроля эффективности магнитной обработки водного потока реализуют на основе следующих операций,

1.Устанавливают пластины из немагнитного материала, которые образуют емкость контура Ci 16 пФ на рабочий канал в точку, соответствующую первому резонансному значению взаимодействия поперечного магнитного поля напряженностью Hi 315 Э с водным потоком.

2.Устанавливают аналогичные пластины, которые образуют емкость контура С2 S 16 пФ на рабочий канал в точку, соответствующую второму резонансному значе- нию взаимодействия поперечного магнитного поля напряженностью Э с водным потоком.

3.Измеряют соответственно QI и Q2 добротности первого и второго резонансного контуров, образованных конденсаторами Ci и С2 с протекающим в рабочем канале водным потоком.

4.Определяют отношение добротно- стей Q1 и Q2 первого и второго резонансных контуров т/ Qi/Qz, которое является мерой омагниченности протекающего в рабочем канале водного потока.

5.Регулируют отношение добротностей 77 Q1/Q2 путем сброса из водного потока, либо легководной составляющей (Qi - изменяется) либо тяжеловодной составляющей (Q2 - изменяется) в зависимости от поставленной задачи контроля эффективности магнитной обработки водного потока.

В качестве резонансной частоты контуров была выбрана частота fo 3 МГц, удовлетворяющая требованиям высокой чувствительности резонансных контуров

Определение отношения добротностей позволяет исключить влияние дестабилизирующих факторов, обусловленных изменением расхода и скорости водного потока, изменением его температуры и давления, девиацией резонансной частоты контуров и величины напряженности магнитного поля, в случае использования электромагнитного индуктора, изменением исходного состава воды и вариациями исходного состава примесей на результаты измерений.

Пример реализации способа для оценки эффективности магнитной обработки водного потока для противонакипных магнитных устройств. Устанавливают на рабочий канал пластины из немагнитного материала, изогнутые по форме, которые образуют емкость контура пФ на частоте 3 МГц в область, соответствующую напряженности поля Hi 315 Э.

Устанавливают на рабочий канал аналогичные пластины из немагнитного материала в область, соответствующую напряженности поля Э.

Устанавливают внутрь рабочего канала за пластинами первого конденсатора Ci по направлению движения потока патрубок для регулируемого отвода легководной компоненты из центральной области рабочего канала с помощью регулирующего вентиля BL

Устанавливают на периферию рабочего канала за пластинами второго конденсатора С2 по направлению движения потока патрубок для регулируемого отвода тяжеловодной компоненты из периферийной области рабочего канала с помощью такого же регулирующего вентиля Ва.

Пропускают через рабочий канал обследуемый водный поток с заданными технологическими характеристиками, а именно - определенной скоростью, расходом, давлением и температурой. Подключают конденсатор Ci и образцовую индуктивность Li, образующие контур к измерителю добротности типа Е9-4 (ИДВ-1), и измеряют добротность контура Qi при закрытом регулирующем вентиле В1. Затем подключают конденсатор С2 и образцовую индуктивность Li, образующую контур к тому же измерителю добротности и измеряют добротность контура Q2 при закрытом регулирующем вентиле Ва. Определяют отношение добротности Qi и QZ. которое является мерой исходной омагниченности протекающего в рабочем канале водного потока.

Изменяют с помощью вентиля Bi регулируемую величину легководной составляющей водного потока из центральной части

рабочего канала от нуля до максимального значения и измеряют дискретные значения добротности контура Qi во всем диапазоне изменения расходов и закрывают вентиль

Bi.

Изменяют с помощью вентиля В2 регулируемую величину отвода тяжеловодной составляющей водного потока из периферийной части рабочего канала от нуля до

0 максимального значения и измеряют добротность контура Q2 во всем диапазоне изменения расхода и закрывают вентиль В2. Вычисляют отношения добротностей СИ и Q2 для рабочего диапазона изменений регу5 лируемых расходов жидкости и определяют максимальную чувствительность способа при увеличении сброса легководной или тяжеловодной составляющих водного потока из рабочего канала.

0 Эффективность магнитной обработки водного потока на примере противонакипных магнитных устройств считается максимальной при максимальном увеличении отношения добротностей Qi/Q2 при регули5 руемом сбросе тяжеловодной компоненты из рабочего канала.

Технико-экономические преимущества предложенного технического решения характеризуется нижеследующим.

0 1. Повышением оперативности контроля магнитной обработки одного потока вследствие измерения характеристического параметра непосредственно в водном потоке без отбора проб омагниченной воды.

5 2. Повышением эффективности контроля магнитной обработки водного потока за счет измерения резонансного значения характеристического параметра с возможностью его оптимизации в зависимости от

0 поставленных граничных условий по увеличению или уменьшению степени омагниченности водного потока.

Формула изобретения Способ контроля эффективности маг5 нитной обработки водного потока, включающий измерение добротностей электрических контуров, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности и эффективности контроля магнитной обработки

0 водного потока, увеличивают напряженность магнитного поля в направлении движения водного потока и одновременно измеряют максимальные значения напря- женностей резонансных взаимодействий

5 магнитного поля с легководной и тяжеловодной составляющими водного потока, опреде- .-ляют отношение добротностей изме- ренных резонансных взаимодействий при регулировании его величины путем сброса одной из составляющих водного потока.

IT,

cc

rrv;

о

о

OJ

i о . тп-2

Использование: контроль качества магнитной обработки водного потока теплообменных аппаратов энергоустановок. Сущность изобретения: способ включает измерение добротностей электрических контуров. При этом увеличивают напряженность магнитного поля в направлении движения водного потока и одновременно измеряют максимальные значения напря- женностей резонансных взаимодействий магнитного поля с легководной и тяжеловодной составляющими водного потока, оп- ределяют отношение добротностей измеренных резонансных взаимодействий при регулировании его величины путем сброса одной из составляющих водного потока. 3 ил.

-1234

,- .З

56 Ч кВт