УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ОТ НАКИПЕОБРАЗОВАНИЯ ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРУБ

Полезная модель относится к защите от накипеобразования внутренних поверхностей металлических и неметаллических труб, теплообменников и емкостей, контактирующих с водами и водными средами.
Известно устройство для предотвращения накипеобразования внутренних поверхностей металлических и неметаллических труб (RU №2010010, кл. С02F 1/48, 1992 г.), включающее трубчатый корпус с резьбовыми патрубками на торцах и магнитной системой на постоянных прямоугольных магнитах, закрепленных в стенках полого цилиндра, установленного в корпусе устройства коаксиально между торцами патрубков.
Недостатком устройства является низкая эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки, т.к. обработка жидкости ведется без учета свойств внутренней поверхности трубопровода.
Известно магнитное устройство для омагничивания воды, содержащее корпус из диамагнитного материала, постоянные магниты прямоугольной формы, закрепленные в стенках полого цилиндра корпуса магнитной системы параллельно оси центрального гидравлического канала (SU, №1068395, кл. С02F 1/48, 1984 г.).
Недостатком этого устройства также является низкая эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки, т.к. жидкость обрабатывается без учета свойств внутренней поверхности трубопровода.
Известен также электрокоагулятор, служащий для обработки сточных вод и содержащий цилиндрические коаксиальные электроды, разделенные изолирующими втулками, источник постоянного тока, соединенный с цилиндрическими электродами, и дополнительные электроды, расположенные между цилиндрическими электродами. Причем дополнительные электроды выполнены в виде пластин, установленных
перпендикулярно поверхности цилиндрических электродов и подключенных к источнику переменного тока (SU, №827406 кл. С02F 1/46, 1981 г.).
Недостатком данного устройства также является малая эффективность процесса коагуляции и значительный расход электроэнергии.
Все указанные устройства имеют недостаточную эффективность защиты от накипеобразования внутренних поверхностей труб, обусловленную тем, что в настоящее время не существует устройств, осуществляющих обработку жидкости с учетом свойств внутренней поверхности трубопровода.
Задачей полезной модели является создание устройства, позволяющего снизить процесс накипеобразования на внутренних поверхностях труб.
Техническим результатом является разработка эффективной защиты от накипеобразования внутренних поверхностей труб, за счет обеспечения процесса коагуляции в водных средах и создания спинового поля электронов воды и коагулирующих в ней примесей по знаку, противоположному знаку спинового поля электронов атомов внутренней поверхности трубы.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в устройстве защиты от накипеобразования внутренних поверхностей труб согласно полезной модели оно выполнено в виде набора не менее двух колец, установленных на трубе, создающих спиновое поле электронов, ориентированных противоположно спиновому полю электронов атомов внутренней поверхности трубы. При этом кольца выполнены и в виде металлических хомутов, обработанных методом закаливания в водном растворе оксидов, с внутренним диаметром d и шириной h, связанные соотношением d>h/2. Целесообразно кольца набора устанавливать друг от друга на расстоянии, превышающем внутренний диаметр колец
На эффективность обработки воды влияют количество колец в наборе, и расстояние между кольцами. Если расстояние между кольцами будет меньше внутреннего диаметра, то эффект обработки будет невысоким, т.к. кольца начнут работать как одно кольцо, и при больших скоростях
протекания жидкости эффекты коагуляции и противонакипной обработки будут снижены. Если внутренний диаметр хомута будет меньше или равен h/2, то эффективность обработки воды и примесей в ней будет недостаточным. Закаливание металла водным раствором оксидов создает ориентацию спинов электронов атомов металла противоположную спиновой ориентации электронов атомов внутренней поверхности трубы.
Устройство поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена его принципиальная схема - расположение колец на трубе; на фиг.2 - хомут, вид сбоку.
Устройство выполнено следующим образом.
1
На трубе 1, по которой протекает вода 2, надет набор колец 3, количество которых должно быть не менее двух. Кольца 3 выполнены в виде металлических хомутов, обработанных методом закаливания в водном растворе оксидов, (например, оксида кальция). Расстояние между кольцами 3 превышает его внутренний диаметр d.
Устройство работает следующим образом.
Первоначально определяют знак спинового поля электронов трубы 1 с помощью жидко-кристаллического емкостного датчика. После чего закаливают металл металлических хомутов водным раствором оксидов. создавая ориентацию спинов электронов атомов металла противоположную спиновой ориентации электронов атомов внутренней поверхности трубы. Закрепляют кольца 3 на расстоянии друг от друга превышающем внутренний диаметр кольца 3. Протекающая по трубе 1 вода 2 и находящиеся в ней примесные атомы подвергаются обработке спиновым полем электронов, создаваемым набором колец 3. При этом спины электронов воды 2 и находящиеся в ней примеси, имеющие хаотическую спиновую направленность до обработки, образуют систему одинаково ориентированных спинов. Однонаправленные спины электронов примесных атомов взаимно притягиваются, в результате чего происходит коагуляция водных примесей, имеющих противоположный знак спиновому заряду
внутренней поверхности трубы 1. Так как знак спинового поля этих образований противоположен знаку спинового поля электронов атомов внутренней поверхности трубы 1, то за счет отталкивающего эффекта не будет происходить налипание сформировавшихся в воде 2 образований на внутреннюю поверхность стенки трубы 1. За счет этих процессов повышается эффективность коагуляции и степень противонакипной обработки воды.
Использование двух и более колец 3, в виде металлических хомутов, расположенных на трубе 1 на расстоянии, превышающем внутренний диаметр кольца 3, повышает результирующее спиновое поле электронов, величина которого определяется суммой спиновых полей электронов каждого из колец 3. Это в свою очередь повышает эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки, особенно при больших скоростях протекания воды 2 в трубе 1. В случае расположения колец 3 рядом, они будут работать как одно кольцо, что снизит эффект обработки воды 2, особенно при больших скоростях протекания воды.
о
2
1/2
1/2
Приготовление водного раствора для закаливания металлических хомутов осуществляют добавлением в воду оксида, например, оксида кальция. Полученный водный раствор исследуют методом спектроскопии ЯМР (Н=67,6 МГц). При этом измеряют время спиновой релаксации Т, выраженное шириной линии на полувысоте сигнала (Δν ) при комнатной температуре. Введение СаО в воду проводят до достижения значения Δν  величин в пределе 48-30.
Лучший пример реализации устройства.
На трубу 1 диаметром 25 мм закрепляли кольца 3 в виде металлических хомутов с внутренним диаметром равным 30 мм и шириной 10 мм на расстоянии 35 мм друг от друга.
Для оценки работы устройства были проведены анализы вод, взятых одновременно из трубы 1, с установленными на нее 2-х колец 3 и без них. Результаты анализов приведены в таблице.
Показатели воды
Обработанная вода
Необработанная вода
Металлические хомуты
Без хомутов
1. Цветность, градус шкалы:
- не кипяченая вода
16
16
- после кипячения
145
123
2. Общая жесткость после кипячения, мг-экв/л
6,30
5,66
3. Оптическая плотность после кипячения:
- светофильтр №9
0,040
0,048
- светофильтр №6
0,113
0,078
- светофильтр №4
0,220
0,180
Из таблицы видно, что, жесткость обработанной воды стала больше, чем жесткость необработанной воды за счет отложения солей на внутренние стенки трубы. Отличной стала и цветность вод после кипячения. Оптические плотности, замеренные через светофильтры №9, №6 и №4 фотоэлектроколлориметра ФЭК-56М после кипячения обработанной и необработанной воды, отличаются из-за коагуляции в обработанной воде атомов железа, кальция и других примесных включений. Это подтверждает эффективность процесса коагуляции и степени противонакипной обработки.
Устройство отличается эффективностью, экологической чистотой - безвредно для человека и окружающей среды, а также дешевизной, т.к. для работы не требуется источник электрического тока. Отсутствует необходимость дозирования в водные среды противонакипных реагентов, что часто невозможно из-за санитарных требований и технологических условий. В настоящее время устройство в течение года проходит промышленные испытания на водопроводах Тверской области.