Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений

 

Устройство относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для очистки и защиты поверхностей теплообменных агрегатов различного назначения от отложений. Устройство имеет сетевой источник питания, конденсатор, магнитострикционные преобразователи, блок частоты следования импульсов, блок привязки к фазе питающего переменного напряжения, источник опорного напряжения, блок сравнения напряжений и блок синхронизации. Блок частоты следования импульсов генерирует пачку импульсов с частотой следования импульсов равной или кратной резонансной частоте магнитострикционных преобразователей. Импульсы вырабатываются при изменении знака питающего переменного напряжения с положительного на отрицательный и достижении заданного соотношения между опорным напряжением и напряжением на выходе блока питания. Эффективность очистки агрегатов и надежность устройства повышена за счет исключения момента одновременного протекания через конденсатор заряжающего тока и импульсного тока магнитострикционных преобразователей. 1 ил.

Устройство относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для очистки от отложений теплообменных поверхностей теплоагрегатов различного назначения. Устройство также может применяться для предотвращения появления отложений в теплообменниках.

Известно ультразвуковое устройство, включающее источник питания, коммутирующий элемент, блок частоты следования импульсов, накопительный конденсатор и магнитострикционный преобразователь с обмоткой возбуждения, подключенный к обмоткам накопительного конденсатора через силовую цепь коммутирующего элемента [Авторское свидетельство СССР 575144, кл. В 06 В 1/08, 1977 г.].

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для очистки теплоагрегатов от отложений, содержащее источник питания, блок частоты следования импульсов, накопительный конденсатор, к обкладкам которого последовательно через силовые сети коммутирующих элементов подключены две согласно включенные обмотки возбуждения магнитострикционного преобразователя, и блок управления коммутирующими элементами. Выход блока частоты следования импульсов подключен к входу блока управления коммутирующими элементами, выходы которого подключены к управляющим цепям коммутирующих элементов [Авторское свидетельство СССР 1022750, кл. В 06 В 1/08; F 28 G 7/00, 1983 г.].

Недостатком данных устройств является невысокая эффективность и надежность работы электрического тракта. Это связано с тем, что, при работе закрепленного на теплоагрегате магнитострикционного преобразователя в импульсном режиме, энергия, запасенная в источнике питания, расходуется преобразователями значительно быстрее, чем происходит ее накопление. В случае, когда процесс накопления энергии в источнике питания еще не закончился, а на управляющие электроды коммутирующих элементов от блока управления уже поданы открывающие импульсы, через элементы источника питания, помимо заряжающего тока, начинает протекать импульсный ток колебательного контура, связывающего обмотку магнитострикционного преобразователя, конденсатор и источник питания. Этот ток может во много раз превышать величину заряжающего тока источника питания, что приводит либо к выходу из строя элементов источника питания, либо к уменьшению величины запасаемой в источнике питания энергии. В обоих случаях эффективность очистки теплоагрегатов от отложений уменьшается. Прохождение вышеупомянутого тока через элементы источника питания ведет также к появлению существенных помех в сети, что мешает работе других электронных приборов.

Целью изобретения является повышение надежности ультразвукового устройства и эффективности очистки теплоагрегатов от отложений.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковое устройство, в состав которого входят закрепляемый на теплоагрегате магнитострикционный преобразователь с двумя обмотками возбуждения, сетевой источник питания, конденсатор, коммутирующие элементы, блок частоты следования импульсов и блок управления коммутирующими элементами, снабжено блоком привязки к фазе питающего переменного напряжения, источником опорного напряжения, блоком сравнения напряжений и блоком синхронизации. Входы блока привязки к фазе и сетевого источника питания подключены к сети переменного тока параллельно, выход блока привязки к фазе соединен с первым входом блока синхронизации, выход которого подключен к входу блока частоты следования импульсов. Выход источника опорного напряжения подключен к первому входу блока сравнения напряжений, второй вход которого соединен с выходом сетевого источника питания, а выход - со вторым входом блока синхронизации.

На чертеже представлена функциональная схема ультразвукового устройства для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений. Устройство содержит сетевой источник питания 1, коммутирующие элементы 2, 3, магнитострикционный преобразователь с обмотками возбуждения 4, 5, конденсатор 6. Силовые цепи коммутирующих элементов 2, 3 соединены соответственно с обмотками возбуждения 4, 5 с возможностью заряда конденсатора 6 от сетевого источника питания 1 через обмотку возбуждения 4 магнитострикционного преобразователя и его разряда через обмотку возбуждения 5. Выход блока частоты следования импульсов 7 соединен с входом блока управления коммутирующими элементами 8. К входу блока частоты следования импульсов 7 подключен выход блока синхронизации 9, первый вход которого соединен с выходом блока привязки к фазе питающего переменного напряжения 10. Входы блока привязки к фазе 10 и источника питания 1 подключены к сети переменного тока параллельно. Выход источника опорного напряжения 11 подключен к первому входу блока сравнения напряжений 12. Второй вход блока сравнения напряжений 12 соединен с выходом источника питания 1. Выход блока сравнения напряжений 12 подключен ко второму входу блока синхронизации 9.

Устройство работает следующим образом.

Сетевой источник питания 1 запасает энергию в положительные полупериоды переменного тока сети. При изменении знака питающего переменного тока, на первый вход блока синхронизации 9 поступает соответствующий импульс с выхода блока привязки к фазе питающего переменного напряжения 10. Выходное напряжение сетевого источника питания 1 сравнивается в блоке сравнения напряжений 12 с напряжением на выходе источника опорного напряжения 11. При достижении между указанными напряжениями заданного соотношения, блок сравнения напряжений 12 вырабатывает импульс, поступающий на второй вход блока синхронизации 9.

При поступлении на первый вход блока синхронизации 9 сигнала с блока привязки к фазе 10 об изменении знака питающего тока сети с положительного на отрицательный и присутствии на его втором входе сигнала с блока сравнения напряжений 12 блок 9 вырабатывает импульс, поступающий на вход блока частоты следования импульсов 7. После прихода этого импульса, блок частоты следования импульсов 7 генерирует пачку импульсов с частотой импульсов в пачке равной или кратной резонансной частоте нагруженного магнитострикционного преобразователя. Длительность пачки импульсов позволяет регулировать среднюю мощность ультразвукового сигнала, при этом длительность пачки не превышает четверть периода напряжения сети.

Эти импульсы поступают на вход блока управления коммутирующими элементами 8, который распределяет их на две последовательности, открывающие и закрывающие по очереди коммутирующие элементы 2, 3. При открывании коммутирующий элемент 2 подсоединяет конденсатор 6 через обмотку 4 магнитострикционного преобразователя к выходу сетевого источника питания 1. Через обмотку 4 начинает протекать импульсный зарядный ток конденсатора 6. В процессе протекания тока через обмотку 4 в ней возникает обратная ЭДС. При изменении полярности напряжения на катоде коммутирующего элемента он автоматически закрывается. Длительность заряда определяется величиной индуктивности обмотки 4 преобразователя и величиной емкости конденсатора 6. После окончания заряжающего импульса тока конденсатор 6 становится заряженным до напряжения, равного значению напряжения на выходе сетевого источника питания.

Следующий импульс, поступающий из блока управления коммутирующими элементами 8, открывает коммутирующий элемент 3, и конденсатор 6 разряжается через обмотку 5 магнитострикционного преобразователя. В процессе протекания тока через обмотку 5 в ней возникает обратная ЭДС. При изменении полярности напряжения на катоде коммутирующего элемента 3 он автоматически закрывается. Следующий импульс, поступающий из блока управления 8, открывает коммутирующий элемент 2, и процесс повторяется. При последующих открываниях и закрываниях коммутирующих элементов 2, 3 накопленная в сетевом источнике питания 1 энергия расходуется на поддержание механических колебаний, возникающих в преобразователе под действием изменяющегося магнитного потока.

Частота этих колебаний равна частоте следования импульсов, открывающих коммутирующие элементы 2, 3. Согласование частот импульсов, генерируемых блоком частоты следования импульсов 7, собственной резонансной частоты магнитострикционного преобразователя и резонансной частоты колебательных контуров, включающих конденсатор 6 и обмотки преобразователей 4, 5, позволяет максимально увеличить амплитуду акустических колебаний, генерируемых ультразвуковым устройством при тех же затратах энергии. После окончания пачки импульсов, генерируемой блоком 7, колебания магнитострикционного преобразователя постепенно затухают. С приходом на вход сетевого источника питания 1 положительной полуволны напряжения он начинает вновь накапливать энергию.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность и надежность ультразвукового устройства для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений за счет согласования динамики работы его сетевого источника питания с временными параметрами формируемого электрического сигнала и возбуждаемых механических колебаний магнитострикционного преобразователя.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений, включающее сетевой источник питания, конденсатор, магнитострикционный преобразователь с обмотками возбуждения, коммутирующие элементы, силовые цепи которых выполнены с возможностью заряда конденсатора от сетевого источника питания через одну из обмоток возбуждения магнитострикционного преобразователя и его разряда через другую обмотку возбуждения магнитострикционного преобразователя, блок управления коммутирующими элементами, вход которого соединен с выходом блока частоты следования импульсов, а выходы подключены к управляющим входам коммутирующих элементов, отличающееся тем, что оно снабжено блоком привязки к фазе питающего переменного напряжения, источником опорного напряжения, блоком сравнения напряжений и блоком синхронизации, при этом вход блока привязки к фазе и вход сетевого источника питания подключены к сети переменного тока параллельно, выход блока привязки к фазе соединен с первым входом блока синхронизации, выход которого подключен ко входу блока частоты следования импульсов, выход источника опорного напряжения подключен к первому входу блока сравнения напряжений, второй вход которого соединен с выходом источника питания, а выход - со вторым входом блока синхронизации.

РИСУНКИ

Рисунок 1