УСТРОЙСТВО УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ ТЕПЛОАГРЕГАТОВ ОТ ОТЛОЖЕНИЙ

Техническое решение относится к области ультразвукового приборостроения и предназначено для предупреждения отложений на внутренних и наружных поверхностях теплообменных агрегатов в теплоэнергетике и других отраслях, а так же для интенсификации технологических процессов.
Известно устройство ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений и принятое за аналог - импульсный ультразвуковой генератор (RU №2196646). Недостатком является ограниченная эффективность очистки теплоагрегатов от отложений.
Наиболее близким (прототипом) является устройство ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений пачками ультразвуковых импульсов, поступающих от магнитострикционного преобразователя (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 устройств 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 решения 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 предлагаемое устройство ультразвуковой 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.
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 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 равному 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 коммутирующий 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 равному 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 трапециидальной 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, примерно150 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 равному 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 равному 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.
Предлагаемое устройство 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