УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ
ELECTROMAGNETIC WATER TREATMENT DEVICE

Изобретение относится к технике обработки воды и предназначено для очистки и предотвращения образования твердых отложений на рабочих поверхностях элементов систем водоподготовки и водоснабжения.
Носителем в системах водоснабжения и водоподготовки выступает вода с минеральными солями (магния, кальция и др.), которые делают ее «жесткой» и способствуют к образованию на рабочих поверхностях элементов систем твердых отложений в виде накипи. Особенно интенсивно этот процесс происходит в системах водоподготовки на этапе нагрева носителя. Известно, что нарост накипи на стенках тепловых агрегатов помимо сужения внутреннего диаметра змеевиков ухудшает теплообмен за счет снижения теплопроводности и ведет к энергетическим потерям.
Сегодня известны химические и физические методы по предотвращению и разрушению образовавшейся накипи. Особого внимания заслуживает электромагнитный метод обработки воды, который в последнее время все шире применяется в системах водоподготовки и водоснабжения благодаря положительным результатам и простой технической реализации такого устройства. Так, из источников научно-технической и патентной информации известны следующие технические решения по электромагнитной обработке воды, актуальность которых очевидна на данный момент времени.
Известно устройство для электромагнитной обработки воды по Патенту GB №2312635, C02F 1/48, приоритет 29.04.1996, опубл. 05.11.1997. Устройство содержит последовательно включенные источник питающего напряжения, генераторный блок и антенну, выполненную в виде соленоида со свободным концом, закрепленного на трубе с водой. Генераторный блок содержит двухфазный генератор электрических колебаний. Его сигналы сложной формы проходят в антенну-соленоид и воздействуют на воду, протекающую через трубу.
Известно устройство для электромагнитной обработки жидкости по А.с. SU №865832, C02F 1/48, опубл. 23.09.1981, которое содержит последовательно включенные схему управления, трехфазный тиристорный преобразователь и трехфазные электромагнитные обмотки, закрепленные на диамагнитном объекте воздействия. Тиристорный преобразователь подключен к питающей трехфазной сети.
В качестве прототипа выбрано устройство для омагничивания лекарственных и пищевых жидкостей по Патенту RU №2089513, C02F 1/48, опубл. 10.09.1997. Оно содержит устройство управления, управляющее работой источника переменного тока через токовый ключ, и соленоид, закрепленный на кювете с жидкостью. В соленоид проходят электрические сигналы от источника переменного тока по закону работы устройства управления.
Рассмотренные аналоги и выбранный прототип [1-3] имеют общие недостатки, которые заключаются в неэффективной обработке воды по изменению ее физического состояния. Так, в известных устройствах электромагнитное воздействие на технологический объект - преимущественно воду, осуществляется по сигналам источника переменного сетевого напряжения (тока), модуляцию которых осуществляет электронный ключ (например, тиристор) по закону электрического генератора (устройства управления). Интенсивность этих колебаний, как правило, не регулируется. Как показывает практика, для эффективного изменения физических свойств воды требуется формирование широкополосных сигналов воздействия заданной мощности по закону случайной функции.
Поэтому достичь желаемого результата при обработке носителя (воды) за короткий промежуток времени в этом случае не представляется возможным, что дает основание говорить о неэффективности известных устройств электромагнитной обработки воды, ведущей к ограничению области технического использования на объектах водоподготовки и водоснабжения.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении области технического использования за счет более эффективной обработки воды и предотвращения отложений в системах водоподготовки и водоснабжения.
Достижение технического результата в предлагаемом устройстве для электромагнитной обработки воды, содержащем последовательно включенные блок управления, блок генерации сигналов и источник вторичного электропитания, выводы блока генерации сигналов подключены к выводам индуктивного элемента, а вход блока управления подключен к шине управления, обеспечивается введением блока индикации и трансформатора тока, состоящим из индуктивного элемента с эластичным магнитопроводом, радиально закрепленным на элементе технологического объекта, при этом блок генерации сигналов выполнен в виде последовательно включенных микроконтроллера и усилителя мощности, подключенного к выводам индуктивного элемента трансформатора тока, его управляющий вывод подключен к второму выходу блока управления, первый и второй выходы блока управления подключены к управляющим входам микроконтроллера и блока индикации соответственно, силовые выводы блока индикации, микроконтроллера и усилителя мощности подсоединены к одноименным выходам блока вторичного электропитания, второй информационный выход микроконтроллера подключен к второму входу блока индикации.
Устройство для электромагнитной обработки воды поясняется чертежами. На фиг.1 приведена блок-схема устройства, на фиг.2 и фиг.3 показаны возможные варианты размещения трансформатора тока устройства на поверхности технологического объекта.
Устройство для электромагнитной обработки воды (фиг.1) содержит блок 1 генерации сигналов (БГС), состоящий из последовательно включенных микроконтроллера 2 и усилителя 3 мощности, блок 4 управления, блок 5 индикации, источник 6 питания, трансформатор 7 тока в виде индуктивного элемента 8 и эластичного магнитопровода 9, технологический объект 10 с магнитопроводящей поверхностью 11 и шину 12 управления.
Первый, второй и третий выводы блока 4 управления подключены к выводам микроконтроллера 2, усилителя 3 мощности и блока 5 индикации, а управляющий вход подключен к шине 12 управления. Микроконтроллер 2 через усилитель 3 мощности подключен к выводам индуктивного элемента 8 трансформатора 7 тока, радиально закрепленного на магнитопроводящей поверхности 11 технологического объекта 10 посредством эластичного магнитопровода 9. Второй информационный вывод микроконтроллера 2 подключен к другому входу блока 5 индикации. При этом его силовые выводы, силовые выводы микроконтроллера 2 и усилителя 3 БГС 1 подсоединены к соответствующим выходам источника 6 питания.
Устройство работает следующим образом.
Первоначально устройство (фиг.1) находится в исходном состоянии. Его перевод в рабочее состояние осуществляется подачей сигнала «Управление» по шине 12 управления, который проходит на блок 4 управления. Блок 4 управления в следующий момент вырабатывает управляющие сигналы, задающие режим работы микроконтроллера 2 и значение токового сигнала усилителя 3 мощности блока 1 генерации сигналов БГС. Режим работы БГС 1 отображается на индикаторах блока 5 индикации устройства. При этом на микроконтроллер 2 и усилитель 3 мощности БГС 1, блок 5 индикации с выводов источника 6 питания подаются соответствующие рабочие напряжения, необходимые для их функционирования.
На первом сигнальном выходе микроконтроллера 2 БГС 1 формируется цифровая последовательность сигналов по заданному случайному закону, которая, проходя через усилитель 3 мощности, преобразуется в токовые импульсы заданной длительности, поступает на индуктивный элемент 8 трансформатора 7 тока. В результате индуктивный элемент 8 возбуждает в эластичном магнитопроводе 9 импульсный магнитный поток случайной последовательности, который замыкается через корпус технологического объекта 10 (трубопровод системы водоснабжения или водоподготовки из ферромагнитного материала).
В свою очередь, наведенный импульсный магнитный поток случайной последовательности через магнитопроводящую поверхность 11 технологического объекта 10 воздействует на носитель (воду) и изменяет ее физические свойства в течение определенного периода времени через процессы коагуляции. С целью повышения эффективности этого воздействия в трансформаторе 7 тока магнитопровод 9 выполнен эластичным в виде ленты определенного типоразмера, позволяя более плотно облегать корпус (трубопровод) технологического объекта 10 при поперечном (фиг.2) или поперечно-продольном (фиг.3) расположении, снижая магнитные потери за счет уменьшения магнитного сопротивления.
пл
Поперечно-продольная компановка трансформатора 7 тока на корпусе технологического объекта 10 (фиг.3) позволяет увеличить протяженность зоны контактного электромагнитного воздействия на носитель на величину длины площади намотки L эластичного магнитопровода 9:
пл
L=πD·tgα·n,
пл
окр
окр
2
2
где D - диаметр намотки, tgα - угол подъема витка намотки, n - число витков намотки. При этом площадь S=L·l=nD·tgα·n, здесь l - длина окружности винтовой намотки, контактного взаимодействия возрастает в n раз относительно поперечной компановки (фиг.2) трансформатора 7 тока на технологическом объекте 10, способствуя повышению эффективности устройства при электромагнитной обработке воды.
Для технологического объекта 10 с магнитонепроводящей поверхностью (диамагнитный трубопровод пластик-алюминий-пластик) трансформатор 7 тока устанавливается на его поверхности (фиг.2, фиг.3) описанными способами через подстилающую магнитопроводящую поверхность 11, например в виде пленки зоны воздействия.
Формирование импульсного магнитного потока случайной последовательности ведет к снижению электромагнитного шума, способствуя, тем самым, повышению электромагнитной совместимости электронных устройств в соответствии с действующими стандартами.
Таким образом, повышение эффективности обработки воды в предлагаемом устройстве достигается за счет применения трансформатора 7 тока с малыми магнитными потерями при использовании эластичного магнитопровода 9, увеличения площади S контактного воздействия на носитель, формирования электрических импульсов возбуждения по заданному случайному закону с последующей регулировкой их мощности. Это позволяет за более короткий временной интервал при минимальных энергетических затратах направленно изменять физическое состояние носителя (воды) за счет процессов коагуляции минеральных солей, расширяя область технического использования устройства, что отличает его от аналогов [1, 2] и выбранного прототипа [3], обеспечивая достижение положительного эффекта.
Практическая реализация устройства (только для пояснения): в блоке генерации сигналов 1 применен микроконтроллер 2 серии MSP-430; усилитель мощности 3 выполнен регулируемым по известной схеме на ОУ К140УД7, транзисторах КТ814, КТ815 с RC-элементами; блок управления 4 представляет собой многоконтактный механический переключатель; блок 5 индикации выполнен по типовой схеме с использованием светодиодов АЛС324, К176ИД2; источник питания 6 собран по известной схеме стабилизированного выпрямителя с двухполупериодным выпрямителем и стабилизатором на ИМС серии К142ЕН; трансформатор тока 7 - реализован в виде многослойной катушки индуктивности (индуктивный элемент 8), размещенной на эластичном магнитопроводе 9 из физически мягкой ферроленты F96 фирмы Keratherm-Ferrite (Германия); технологический объект 10 - это металлическая труба с носителем системы водоподготовки. Других особенностей предлагаемое устройство не имеет и может быть промышленно реализовано.
Источники информации
1. Патент GB №2312635, C02F 1/48. Опубл. 05.11.1997.
2. Авторское свидетельство SU №865832, C02F 1/48. Опубл. 23.09.1981.
3. Патент RU №2089513, C02F 1/48. Опубл. 10.09.1997, прототип.