МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ

Полезная модель относится к излучателям магнитострикционных устройств, которые используются в комплексе для очистки от накипи теплообменных аппаратов, водогрейных и паровых котлов, водонагревателей и т.п.
Одной из важнейших проблем теплоэнергетики является образование солевых отложений или накипи на поверхностях нагрева теплообменных аппаратов, в частности в паровых и водяных котлах, водоподогревателях, батареях отопления и т.п. Поскольку слой накипи обладает малой теплопроводностью, то с увеличением массы накипи ухудшается теплопроводность всего теплообменного устройства, вызывая при этом увеличение расхода топлива. Один из способов удаления накипи в упомянутых теплообменных устройствах заключается в воздействии на отложения переменным магнитным полем, которое формируется при помощи специальных магнитострикционных устройств. Магнитострикционные устройства, как правило, имеют в своем составе несколько излучателей, которые устанавливаются на внешней поверхности трубопроводов теплообменных аппаратов на некотором расстоянии друг от друга. Во время работы такого устройства, в трубопроводе в результате формирования переменного магнитного поля происходят механические продольные микроколебания (магнитострикционный эффект), и вследствие разности значений модулей упругости слоя накипи и металла - материала трубопровода, накипь подвергается деформации сдвига, что приводит к ее микрорастрескиванию и полному разрушению. Рыхлые остатки накипи легко смываются проточной водой. Такой способ очистки труб является высокоэффективным, например, при сравнении с химическим способом очистки.
Различные магнитострикционные устройства и их излучатели широко известны, в частности известно устройство для предотвращения образования накипи [Патент РФ №2151355, опубл. 20.06.2000 г.]. Устройство содержит генератор импульсов и излучатель механических колебаний. Излучатель выполнен в виде цилиндрического трубопровода, имеющего вставку из диамагнитного материала и соединенного с теплообменным аппаратом. С внешней стороны трубопровода размещена обмотка, подключенная к источнику импульсного тока. Трубопровод, вставка и обмотка являются источником механических колебаний, передаваемых на рабочие поверхности нагрева теплообменной аппаратуры. В процессе работы устройства вода по трубопроводу поступает в теплообменный аппарат и одновременно импульсный генератор тока подает импульсы тока на обмотку, равномерно размещенную на участке трубопровода. Импульсное
электромагнитное поле, создаваемое в обмотке, позволяет на трубопроводе формировать механические колебания, которые передаются на теплообменный аппарат и далее на рабочие поверхности нагрева. Одновременно с этим происходит воздействие и на воду переменным магнитным полем. В результате этих колебаний соли, растворенные в воде, начинают кристаллизоваться непосредственно в толще воды, образуя микродисперсионный шлам, который легко удаляется из теплообменного аппарата. Описанное устройство позволяет эффективно бороться с солевыми отложениями на внутренней поверхности трубопроводов различного рода теплообменных аппаратов. Однако, излучатель описанного устройства сложен в установке на трубопроводе, поскольку он требует намотки катушки индуктивности на внешней поверхности трубопровода с заранее заданными характеристиками. К недостаткам такого устройства также следует отнести малый срок службы устройства, связанный с постоянным нагревом элементов излучателя от теплообменного аппарата. Вследствие нагрева также может происходить изменение параметров работы устройства, что нежелательно.
Известен магнитострикционный излучатель и приемник ультразвуковых колебаний [Авторское Свидетельство СССР 164167, опубл. 30.12.1964 г.], который выбран за прототип. Устройство содержит корпус, внутри которого расположена магнитострикционная система, выполненная в виде никелевой трубки и концентрично расположенной ей катушки индуктивности. Трубка закреплена на стальном основании при помощи винта и латунной бобышки, входящий в торец трубки. К другому концу никелевой трубки припаяна плоская круглая мембрана, выполненная из листовой латуни. Трубка и катушка со стальным основанием представляют собой единую конструкцию и могут свободно перемещаться в корпусе устройства по продольной оси. Корпус закрыт сферической мембраной, края которой плотно прижимаются к нему посредством кольцевого рефлектора болтами. Акустический контакт между сферической и плоской мембранами осуществляется пружиной, установленной между дном корпуса и основанием никелевой трубки.
Такое выполнение излучателя (приемника) повышает пыле- и влагозащищенность, механическую прочность и обеспечивает надежную работу устройства. Однако, следует выделить несколько недостатков описанного излучателя. Как и в описанном ранее техническом решении, вследствие нагрева трубопроводов теплообменного аппарата, а, следовательно, и элементов излучателя, во-первых, снижается срок службы таких магнитострикционных излучателей (как правило, он не превышает одного месяца), и, во-вторых, возможно отклонение параметров работы устройства (например, возможно изменение частоты и мощности импульсных электромагнитных колебаний). Эти
обстоятельства не позволяют использовать такой тип излучателя на работающих теплообменных аппаратах, что значительно усложняет процесс очистки от накипи.
В основу полезной модели поставлена задача теплоотвода и повышения срока службы магнитострикционного излучателя при его использовании на работающих теплообменных аппаратах.
Поставленная задача решается тем, что магнитострикционный излучатель имеет в своем составе корпус, внутри которого концентрично друг к другу расположены металлический стержень и катушка индуктивности. От прототипа устройство отличается тем, что излучатель дополнительно содержит металлическую теплоотводящую пластину, один конец которой закреплен на торце стержня, а второй на устройстве, подвергающийся очистке (теплообменном аппарате). Стержень магнитострикционного излучателя и/или теплоотводящая пластина могут иметь металлическое покрытие хрома, никеля, цинка и т.п. для защиты от коррозии и для более лучшего электрического контакта. Теплоотводящая пластина упомянутого излучателя может быть закреплена на стержне при помощи крепежной планки, закрепленной на корпусе при помощи болтового или винтового соединения. Теплоотводящая пластина также может дополнительно содержать ребра охлаждения.
Более подробно сущность полезной модели раскрывается в приведенном ниже примере реализации и иллюстрируется Фигурой, на которой представлено поперечное сечение заявляемого магнитострикционного излучателя и трубопровода теплообменного аппарата.
Магнитострикционный излучатель содержит корпус 1, внутри которого расположены металлический стержень 2 и концентрично расположенная к нему катушка индуктивности 3. При помощи крепежной планки 4, которая закреплена к корпусу 1 посредством винтов 5, один конец металлической теплоотводящей пластины 6 закреплен на торце стержня 2 с обеспечением плотного контакта. Второй конец пластины 6 закреплен на трубопроводе 7 теплообменного аппарата (на фигуре не показан) при помощи сварки. Предпочтительные размеры пластины 6 составляют:
- толщина не менее 3 мм;
- ширина не менее 80 мм;
- длина не менее 600 мм.
Стержень 2 и пластина 6 имеют покрытие хрома, которое позволяет защитить излучатель от коррозии и, во вторых, обеспечить более надежный контакт между элементами для передачи магнитных импульсов.
Устройство работает следующим образом. На катушку индуктивности 3 от внешнего источника тока подается импульсный ток. В результате формируется импульсное магнитное поле, которое передается через теплоотводящую металлическую пластину 6 на трубопровод 7 теплообменного аппарата. Следствием появления импульсного магнитного поля происходит колебание намагниченности материала трубопровода 7 от индукции насыщения до остаточной индукции. За счет разницы величин индукции насыщения и остаточной индукции возникает, так называемый магнитострикционный эффект, т.е. происходит периодическое расширение и сжатие поверхности трубопровода 7 на уровне кристаллической решетки. Поскольку солевые отложения на внутренней поверхности трубопровода 7 в своей основе не обладают магнитными свойствами, то на очищаемой поверхности между материалом трубопровода 7 и солевыми отложениями внутри самой накипи возникает деформация сдвига, которая вызывает периодические осевые микроколебания относительно немагнитной основы накипи.
Магнитострикционные колебания создают знакопеременные механические усилия в металлических стенках в пределах упругой деформации, под влиянием которых прочность внутри накипи, а также между накипью и металлом нарушается. В результате образуются трещины. Вода под действием капиллярных сил быстро проникает через трещины к внутренней поверхности нагреваемого трубопровода, где она мгновенно испаряясь, вызывает дополнительное разрушение и окончательное накипи. Рыхлые остатки накипи легко смываются проточной водой.
Одновременно с этим происходит воздействие на воду в трубопроводе. В результате появления в толще воды импульсного магнитного поля происходят колебания соли, растворенной в воде, которая начинает кристаллизоваться, образуя микродисперсионный шлам, который легко удаляется из теплообменного аппарата.
Использование металлической теплоотводящей пластины 6 в целом не меняет частоты и мощности передаваемого импульсного магнитного поля, одновременно с этим происходит теплоотвод от магнитострикционного излучателя и защита его от перегрева. При этом в процессе работы заявляемого устройства его характеристики сохраняются, а срок службы возрастает и составляет не менее 10 лет.