УЛЬТРАЗВУКОВОЕ ИМПУЛЬСНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТЛОЖЕНИЙ В ТЕПЛОАГРЕГАТАХ

Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для предупреждения и очистки отложений в теплообменном оборудовании.
Известно ультразвуковое устройство для очистки теплоагрегатов от отложений по авт. свид. SU 1022750 А, 3 В06 В 1/08, F28G 7/00, приор. 1978.10. 16, опубл. 1983.06.15, которое содержит источник питания, блок частоты следования импульсов, блок управления коммутационными элементами, два тиристорных элемента, накопительную емкость и двухтактный магнитостриктор.
Известно также устройство по патенту RU 2141877 С1, 6 В06В 1/08, приор. 1997.03.13, опубл. 1999.11.27 «Способ ультразвуковой очистки теплоагрегатов от отложений и устройство для его осуществления». Устройство содержит силовой трансформатор, два канала коммутации, состоящие из блока управления тиристорами, блока частоты следования импульсов, двух трансформаторов и трех источников акустических колебаний в виде магнитострикторов.
В качестве прототипа выбрано устройство для возбуждения механических колебаний по патенту RU 2005562 С1, 5 В06В 1/04, приор. 1991.06.14, опубл. 1994.01.15. Известное устройство содержит источник опорных электрических колебаний, фильтр низких частот, выпрямитель, два канала формирования ультразвуковых колебаний, состоящих из блока возбуждения механических колебаний и блока формирования управляющих импульсов, объект (теплоагрегат), источник опорного напряжения, блок автоматического регулирования мощности механических колебаний и приемник акустических колебаний.
Известные устройства [1-3] имеют общие недостатки. Так, устройство [1] при своем относительно простом исполнении выполнено одноканальным и не обеспечивает необходимую интенсивность очистки от отложений теплоагрегатов сложной конструкции. Повышение его производительности путем изготовления по многоканальной схеме приводит к снижению надежности и срока регламентной эксплуатации, увеличению себестоимости изготовления.
Другие известные устройства [2, 3] выполнены двухканальными с использованием элементов аналоговой и цифровой техники по относительно сложным схемам. Это обеспечивает им требуемую эффективность очистки от отложений водоподготовительного оборудования, но одновременно снижает их надежность, отрицательно сказывается на себестоимости изготовления и стоимости подготавливаемого для потребителя носителя.
Перечисленные недостатки известных устройств [1-3] в какой-то мере ограничивают область их использования в технических системах водоподготовки носителя.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является повышение надежности за счет его упрощения с сохранением эффективности очистки от твердых отложений водоподготовительного технологического оборудования и расширение области использования.
Для достижения технического результата в ультразвуковое импульсное устройство для очистки отложений в теплоагрегатах, содержащее два канала формирования ультразвуковых колебаний, состоящих из последовательно включенных формирователя управляющих импульсов и источника ультразвуковых колебаний, который в свою очередь подключен к технологическому объекту управления, а формирователь управляющих импульсов соединен с силовыми выводами источника вторичного электропитания, введены блок управления ультразвуковыми колебаниями, подключенный своими выводами к информационным входам формирователя управляющих импульсов первого и второго каналов формирования ультразвуковых колебаний, сигнальные входы которых соединены с одноименными выходами источников ультразвуковых
колебаний соответственно, и блок индикации режимов, подсоединенный к информационным выходам формирователей управляющих импульсов и источнику вторичного электропитания, третий силовой выход которого подключен к одноименному входу блока управления ультразвуковыми колебаниями.
Новыми отличительными функциональными узлами заявляемого ультразвукового импульсного устройства для очистки отложений в теплоагрегатах являются блок управления ультразвуковыми колебаниями и блок индикации режимов, которые соединены соответствующими входами и выходами с другими функциональными узлами, образуя новые отличительные связи, позволяющие повысить надежность с сохранением эффективности очистки водоподготовительного оборудования, снизить себестоимость изготовления и увеличить срок регламентной эксплуатации относительно выбранного прототипа.
c
c
Блок управления ультразвуковыми колебаниями определяет периодичность выработки управляющих импульсов формирователями каналов ультразвуковых колебаний, синхронизируя их с частотой f=1/Т сигналов сетевого питающего напряжения, а также задает требуемую мощность акустических импульсов источников ультразвуковых колебаний (магнитострикторов), отдаваемую в среду технологического объекта управления (теплоагрегата), путем дискретной перестройки их энергетических характеристик (например, изменением номиналов емкостей накопительных конденсаторов при фиксированных значениях индуктивностей обмоток магнитострикторов и длительности электрических возбуждающих импульсов).
Два идентичных канала, выполненные на основе последовательно включенных формирователя управляющих импульсов и источника ультразвуковых колебаний в виде двухтактного магнитостриктора с перезаряжаемыми и коммутируемыми емкостями, предназначены для возбуждения ультразвукового поля высокой эффективности в заданных точках рабочих поверхностей технологического объекта управления (теплоагрегата).
c
Так, формирователи управляющих импульсов синфазно и поочередно с интервалами полупериодов Т/2 сигналов сетевого питающего напряжения
вырабатывают возбуждающие электрические импульсы заданной формы и длительности, которыми управляются источники ультразвуковых колебаний. Их механические выводы жестко закреплены на внешних рабочих поверхностях технологического объекта управления для получения наибольшего эффекта очистки от твердых отложений.
Источник вторичного электропитания обеспечивает питающими напряжениями функциональные узлы заявляемого ультразвукового импульсного устройства для очистки теплоагрегатов.
Блок индикации режимов отображает на светодиодных индикаторах выбранные режимы работы заявляемого устройства.
Заявляемое ультразвуковое импульсное устройство для очистки отложений в теплоагрегатах поясняется описанием и чертежами, где на фиг.1 и фиг.2 показаны его структурная схема и форма выходных электрических сигналов акустических колебаний, на фиг.3 приведен его внешний вид. Структурная схема устройства имеет следующие функциональные элементы:
1 - блок управления ультразвуковыми колебаниями,
2, 3 - формирователи управляющих сигналов,
4, 5 - источники ультразвуковых колебаний (магнитострикторы),
6 - технологический объект управления (ТОУ),
7 - источник вторичного электропитания (ИВЭП),
8 - блок индикации режимов.
Блок 1 управления ультразвуковыми колебаниями первым и вторым информационными выходами подключен к одноименным входам формирователей 2, 3 каналов формирования ультразвуковых колебаний. Они, в свою очередь, двунаправленно подключены к соответствующим источникам 4, 5 ультразвуковых колебаний, выполненные в виде двухтактных магнитострикторов с перезаряжаемыми емкостями и кинематически подключенные к ТОУ 6. Силовые входы формирователей 2, 3 и блока 1 управления ультразвуковыми колебаниями подключены к соответствующим выходам ИВЭП 7. Его информационный выход подсоединен к одному одноименному входу блока 8
индикации режимов. Два других его аналогичных входа подсоединены соответственно к одноименным выходам формирователей 2, 3 каналов формирования ультразвуковых колебаний.
Ультразвуковое импульсное устройство для очистки отложений в теплоагрегатах работает следующим образом.
x
В исходном состоянии устройство (фиг.1) обесточено. Его перевод в рабочее состояние осуществляется подключением ИВЭП 7 к питающей сети. Блок 1 управления ультразвуковыми колебаниями при этом переводится в один из режимов работы устройства, при котором каналами формирования ультразвуковых колебаний вырабатываются акустические сигналы требуемой мощности (уровня U) - см. фиг.2. Эти режимы задаются изменением энергетических характеристик источников 4, 5 ультразвуковых колебаний, выполненных по схеме двухтактных магнитострикторов, путем коммутации их перезаряжающихся емкостей соответствующих номиналов.
с
c
с
Сигналы напряжения питающей сети тактовой частоты f=1/Т через ИВЭП 7 поступают на силовые входы формирователей 2, 3 управляющих импульсов и вход блока 1 управления ультразвуковыми колебаниями, и управляют ими. Так, блок 1 управления ультразвуковыми колебаниями посредством вентильных элементов вырабатывает сигналы, разрешающие работать формирователям 2, 3 управляющих импульсов поочередно в полупериодах Т/2 сетевого питающего напряжения, позволяя упростить их схемную реализацию и уменьшить составляющую систематической погрешности.
с
1
2
Формирователи 2, 3 управляющих импульсов в результате полупериодной перезарядки емкостей источников 4, 5 ультразвуковых колебаний вырабатывают токовые сигналы заданной формы и частоты f, которые поступают на их обмотки и возбуждают. В результате на их механических выходах (волноводах) формируются ультразвуковые колебания сложной формы заданной мощности (уровни U,U - см. фиг. 2). Они проходят в среду рабочей нагревающей волнопроводящей поверхности теплоагрегата, предупреждают
и очищают его поверхность от твердых отложений с заданной эффективностью (производительностью).
На индикаторах блока 8 индикации режимов отображаются состояния работы формирователей 2, 3 управляющих импульсов и ИВЭП 7, по которым пользователь визуально может контролировать работу устройства. По звуковым параметрам источников 4, 5 ультразвуковых колебаний пользователь имеет возможность контролировать эффективность (интенсивность и мощность акустических колебаний сложной формы) работы устройства.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом выполнено по более простой схеме с использованием элементов аналоговой техники, позволяет устанавливать требуемый режим мощности генерируемых акустических колебаний для обеспечения заданной эффективности (производительности) очистки рабочих поверхностей от твердых отложений теплоагрегатов, в том числе, со сложной формой. Это отличает данное устройство от известных аналогов и прототипа [1-3] и позволяет снизить себестоимость его изготовления, увеличить регламентный срок эксплуатации и расширить область использования в составе технических систем подготовки теплоносителя.
Испытания опытного образца ультразвукового импульсного устройства для очистки теплоагрегатов подтвердили ожидаемый положительный результат. В настоящее время заявляемое устройство выпускается серийно для технических систем предупреждения и очистки отложений в теплообменном оборудовании (фиг.3).
Заявляемое устройство выполнено на известной элементной базе (блок 1 управления - диоднорезисторная схема с элементами механической коммутации режимов, формирователи 2, 3 - реализованы на диодах, тиристорах с RC-элементами, источники 4, 5 колебаний - двухобмоточные магнитострикторы с перезаряжаемыми емкостями (режим 1, режим 2), ИВЭП 7 - дроссель питания с защитой от токовых перегрузок, блок 8 индикации - светодиодные элементы) и предназначен для непрерывной автоматической работы в технических системах подготовки теплоносителя.
Источники информации
1. Авт. свид. SU №1022750 А, В06В 1/08, F28G 7/00. Приор. 1978.10.16. Опубл. 1983.06.15.
2. Патент RU №2141877 С1, В06В 1/08. Приор. 1997.03.13. Опубл. 1999.11.27.
3. Патент RU №2005562 C1, B06B 1/04. Приор. 1991.06.14. Опубл. 1994.01.15. Прототип.