УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ

Полезная модель относится к области технологического использования ультразвука, а именно к оборудованию для ультразвуковой очистки внутренних поверхностей полых изделий и может быть применена при очистке емкостей и технологического оборудования, используемого при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов. Полезная модель может найти применение при очистке теплотехнического оборудования.
Предпосылки для создания полезной модели.
Анализ существующего уровня техники в данной области показал следующее.
При определенных термодинамических условиях транспортировки потока нефти могут образовываться и выпадать кристаллы парафина и солей, в результате чего возникают отложения, создающие твердый осадок, как правило, трудно поддающийся разрушению, что способствует интенсивной коррозии и закупорке технологического оборудования и трубопроводов, а оседающие и уменьшающие живое сечение трубопроводов отложения приводят к уменьшению их пропускной способности.
В процессе работы технологического оборудования при использовании жесткой воды на поверхностях нагрева также образуются твердые отложения, которые принято называть накипью. Накипь обладает высокими механическими свойствами и низкой теплопередающей способностью и поэтому является причиной ряда технических сложностей и дополнительных затрат при эксплуатации теплотехнического оборудования.
Наличие отложений приводит к значительному перерасходу топлива и, соответственно, к снижению коэффициента полезного действия оборудования.
Так, при наличии накипи толщиной всего 1 мм котел перерасходует в среднем 2-3% топлива, 4-5 мм приводят к потерям топлива до 8-10% и т.д.
С ростом потребления топлива увеличивается количество вредных выбросов в атмосферу, а оборудование и теплообменная аппаратура требует выполнения трудоемкой и дорогостоящей очистки от наслоившихся отложений.
Низкая теплопередача отложений приводит к сильному перегреву металла поверхностей нагрева, из-за чего на трубах появляются трещины, вздутия и деформации. Это нередко является причиной аварийных ситуаций, сокращения межремонтных сроков и увеличения затрат на ремонт и обслуживание.
Отложения уменьшают сечение трубопроводов, увеличивая их гидросопротивление, что влечет за собой дополнительные потери электроэнергии в насосном оборудовании.
Перегрев металла, несвоевременная и некачественная очистка неизбежно приводят к сокращению срока службы оборудования, неоправданным затратам на приобретение и монтаж нового оборудования взамен вышедшего из строя.
Наиболее распространен кислотный метод очистки, при котором происходит растворение отложений кислотой. После очистки отработанный раствор, содержащий кислоту, сливается из оборудования, нанося вред окружающей среде.
Также применяется механический метод очистки, при котором полностью очистить оборудование не удается, а сам способ механического удаления отложений представляет собой нетехнологичный процесс.
Известна установка ультразвуковой очистки, содержащая технологическую ванну, ультразвуковые пьезоэлектрические преобразователи и демпфер паразитных изгибных колебаний, установленные на наружной поверхности дна ванны, причем плоскости излучателей преобразователей и демпфера жестко
соединены с плоскостью наружной поверхности для ванны. (Патент РФ №2188085, класс МПК В 08 В 3/12, «Установка ультразвуковой очистки»)
Недостатком аналога является некачественная очистка трудноудаляемых загрязнений и невозможность обработки емкостей, технологического и теплотехнического оборудования, используемого при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов.
Существует установка для ультразвуковой очистки изделий типа лент оснащенная ультразвуковыми преобразователями закрепленными на опорной раме. Опорная рама оснащена механизмами перемещения, выполненная в виде подпружиненного корпуса в направляющих. (Патент РФ №2191641, Класс МПК В 08 В 3/12, «Установка для ультразвуковой очистки изделий типа лент»).
Недостатком известной установки является то, что устройство размещают и, следовательно, способ очистки осуществляют в стационарном помещении, а также невозможность обработки емкостей, технологического и теплотехнического оборудования.
Известно ультразвуковое устройство с ультразвуковым преобразователем и, находящуюся с ним в контакте, волноизлучающую систему, в состав которой входит излучатель с волноводами изгибных колебаний, разделенные участками волновода продольных колебаний, а волноводы изгибных колебаний расположены в плоскостях перпендикулярно оси волноводов продольных колебаний, а акустический контакт ультразвукового преобразователя с волновада излучающей системой реализован посредством согласующего звена и трансформатора преобразователя (Патент РФ №2248850, класс МПК В Об В 1/06, «Ультразвуковое устройство»).
Недостатками ультразвукового устройства являются сложность конструкции, некачественная очистка трудноудаляемых загрязнений и невозможность обработки емкостей, технологического и теплотехнического оборудования, используемого при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов.
Таким образом, аналоги и прототип предлагаемого ультразвукового устройства для очистки, выявленные в результате патентного поиска, при осуществлении не позволяют достичь технического результата, заключающегося в улучшении очистки внутренних поверхностей полых изделий, емкостей и технологического оборудования путем равномерности распределения ультразвукового поля внутри технологического оборудования за счет повышения эффективности приема отраженной частоты и передачи сигнала и в упрощении конструкции устройства.
Предлагаемая полезная модель решает задачу создания ультразвукового устройства для очистки, осуществление которого позволяет достичь технического результата.
Суть полезной модели заключается в том, что ультразвуковое устройство для очистки состоит из генератора ультразвуковых частот, блока управления, блока сканирования частот, датчика сканирования и излучателя ультразвуковых частот, персонального компьютера, связанных посредством электрических проводов. Генератор ультразвуковых частот содержит автономный источник питания.
Новым является то, что в ультразвуковом устройстве для очистки блок управления и блок сканирования частот связаны обратной связью с возможностью сравнения и автоматической корректировки отраженного сигнала и задаваемой частоты для их согласованной работы.
Ультразвуковое устройство для очистки удобно в эксплуатации в связи с небольшими массогабаритными параметрами устройства и портативностью.
Сущность полезной модели поясняется чертежом на фиг1, на котором представлено ультразвуковое устройства для очистки.
Ультразвуковое устройство для очистки содержит генератор ультразвуковых частот 1, блок управления 2, блок сканирования частот 3, датчик сканирования 4 и излучатель ультразвуковых частот 5 и персональный компьютер 6.
Работа ультразвукового устройства для очистки происходит следующим образом:
Ультразвуковое устройство для очистки закрепляется на внешней стороне очищаемого технологического оборудования. Блок сканирования частот 3, через датчик сканирования 4 производит сканирование отложений очищаемой поверхности и, в зависимости от плотности отложений, формирует сигнал через блок управления 2 на блок генератора ультразвуковых частот 1, который формирует частоту и коэффициент усиления волны. Сформированная частота подается на излучатель ультразвуковых частот 5.
Датчик сканирования 4 принимает отраженную частоту и передает сигнал на блок сканирования частот 3. Блок сканирования частот 3 в зависимости от отраженного сигнала сканирует более плотные слои (плотность материала очищаемой поверхности задается на блок управления 2) и передает сигнал для корректировки величины частоты и коэффициента усиления излучаемой частоты.
Ультразвуковое устройство для очистки, установленное на очищаемой поверхности оборудования и соединенное с ним, из-за его прямого контакта с оборудованием, передает излучение через стенки оборудования на отложения.
Из теории известно, что причиной отражения ультразвуковых волн от любой пространственной границы двух сред является неравенство (несогласованность) их волновых сопротивлений.
Отражающая способность среды тем больше, чем больше отличается его волновое сопротивление от волнового сопротивления первой среды. (М.А.Сапожников, Электроакустика, М., Связь, 1978 г., стр.181-182.)
Под воздействием ультразвукового поля в очищающей среде контактирующей с очищаемой поверхностью возникает кавитация, в результате чего формируется микроударное воздействие на загрязненную поверхность, что приводит к разрушению и удалению загрязнений, прочно связанных с очищаемой поверхностью.
Блок управления 2 и блок сканировании частот 3 связаны обратной связью и сравнения отраженного сигнала и задаваемой частоты происходит до тех пор, пока отраженная и задаваемая частоты не уравняются.
В том случае, если отраженный сигнал принимает меньшую величину, т.е. скорость отраженного сигнала увеличится (в случае отражения от менее плотного слоя) происходит автоматическая корректировка выходного сигнала частоты с генератора ультразвуковых частот 1.
Персональный компьютер 6 служит для визуального контроля очищаемой поверхности и в случае необходимости ручной корректировки ультразвукового устройства для очистки.
После проведения работ ультразвуковое устройство для очистки демонтируется.
Результат применения ультразвукового устройства для очистки заключается в том, что процесс очистки является экологически чистым, т.к. после проведения работ легко утилизируются отходы очистки.
При применении данного технического решения достигается улучшение качества очистки, что позволяет повысить эффективность и надежность использования емкостей и технологического оборудования, эксплуатируемого при хранении и транспортировке нефти и нефтепродуктов.
Предлагаемая полезная модель может быть использована для емкостей любых размеров, удобна в эксплуатации, в связи с небольшими массогабаритными параметрами и мобильностью, не требует производства какой-либо предварительной подготовки очищаемой поверхности.
Использование ультразвукового устройства для очистки позволяет снизить уровень коррозии внутренних поверхностей очищаемого оборудования, повысить срок их эксплуатации, уменьшить трудозатраты на очистку, экономить топливно-энергетические ресурсы.