CN102225390B

CN102225390B - 全自动超大功率超声波防垢、除垢装置

Info

Publication number: CN102225390B
Application number: CN 201110077881
Authority: CN
Inventors: 褚兴全
Original assignee: SHANGHAI XINGQUAN POWER CO Ltd
Current assignee: Shanghai Langmai Intelligent Control Technology Co ltd; Shanghai Macroprocess Lustration Technology Co ltd
Priority date: 2011-03-29
Filing date: 2011-03-29
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2031-03-29
Also published as: CN102225390A

Abstract

本发明涉及一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置。它包括一个主机、多个超磁致伸缩换能器、外部震动传感器和传感信号处理电路；主机内装设有超声波信号源振荡器、功率输出级、整机电源电路、智能控制电路、直流励磁电路，数据接收电路；功率输出级的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接，同时提供励磁电源；震动传感器输出端与传感信号处理电路输入端连接；传感信号处理电路输出端与主机智能控制电路连接；超声波信号源振荡器能产生11-75kHz频率可调的超声波信号，并通过震荡电路与超声波信号源振荡器以调整振荡源的振荡频率。它解决现有装置超声波的频率范围仅为15kHz-25kHz，且间断脉冲的间断时间不可调，不能适应不同设备，不同垢物的防垢、防垢需要的问题。

Description

全自动超大功率超声波防垢、除垢装置

技术领域

本发明涉及一种除垢装置，特别是一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置。

背景技术

超声在气体、液体、固体、固熔体等物质中，均能有效的传播。不同频率、功率强度的超声波在不同物质中都有独特的传播性及效应，因而有其相应的研究内容及广泛的应用。脉冲超声波具有更大的功率范围和更强的强度，因而超声波脉冲在防垢、除垢方面有更宽的应用领域。

垢的形成有两大类，一是水垢，另一类是工艺流程中化学物料形成的垢或结晶。根据大量的分析鉴定结果，锅炉及各种以水为介质的换热器等水垢的成份十分复杂，几乎没有完全相同的定量分析结果的报道。但可大致分为碳酸盐、硫酸盐、硅酸盐及混合水垢等四类，化工厂、化肥厂等化学成份的物料形成的垢或结晶更错综复杂。有结垢问题的管道和设备多种多样，其内部结构更是五花八门，可以肯定的说，不同的设备，不同的结垢成份，想要得到理想的防垢、防垢效果，对脉冲超声的频率及脉冲群的间隙，即占空比会不同。可见选择适当频率或占空比的超声脉冲对有效除去某种设备、某种成份的垢非常重要。中国专利CN2585165公开了一种“超声波脉冲防垢、除垢装置”，该装置超声波的频率范围仅为15KHz-25KHz，且间断脉冲的间断时间不可调，不能适应不同设备，不同垢物的防垢、防垢需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，它主要解决上述现有装置超声波的频率范围仅为15KHz-25KHz，且间断脉冲的间断时间不可调，不能适应不同设备，不同垢物的防垢、防垢需要的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是。

一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，其特征在于：它包括一个主机、多个超磁致伸缩换能器、外部震动传感器和传感信号处理电路；主机内装设有超声波信号源振荡器、功率输出级、整机电源电路、智能控制电路、直流励磁电路，数据接收电路；功率输出级的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接，同时提供励磁电源；震动传感器输出端与传感信号处理电路输入端连接；传感信号处理电路输出端与主机智能控制电路连接；所述的超声波信号源振荡器能产生11KHz-75KHz频率可调的超声波信号，并通过震荡电路与超声波信号源振荡器以调整振荡源的振荡频率。

所述的全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，其特征在于：所述的主机内装设有音频信号源和功率放大器，功率放大器的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接；所述的音频信号源由六路超声波专用集成电路U601极其外围元件组成，产生11KHz-75KHz频率可调的超声波信号，此超声波信号有四路输出，分别为PA、PB、PC、PD，这四路输出，接到IGBT驱动电路中U601第16脚与电阻R607连接，R607再与多圈电位器R608连接，R607与R608串联后，与电容器C612并联，形成RC震荡电路，与U601内部电路结合，产生超声波，调节R608就可以调整振荡源的振荡频率。

所述的全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，其特征在于：所述的超声波专用集成电路U601第8、9、13、14脚输出的超声波脉冲信号，输入IGBT驱动电路中；该驱动电路由4路组成，每部分都是由核心光耦U51-U54极其外部元件构成，其中由U601产生的超声波脉冲，分别经J515、J525、J535和J545输入到U51-U54的光耦中；另一路控制信号，经J101分别输入到开关三极管Q511、Q521、Q531、Q541的基极限流电阻R514-R544另一端；IGBT驱动电路输出端J512、J513-J542、J543用双绞线连接到IGBT1-IGBT4的功率输出端G1、E1-G4、E4端，IGBT1-IGBT4组成H型桥路输出，超声波能量由输出电容为C8-C11并联输出，同时，直流24V也经过电子开关经过电感L1也加到输出端。

所述的全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，其特征在于：所述的由IGBT1-IGBT4组成H型桥路中，IGBT1和IGBT2串联后和IGBT3和IGBT4串联后并联；在U601产生的超声波脉冲和U101产生的控制脉冲的作用下，分别控制IGBT1和IGBT4导通，或IGBT3和IGBT2导通，同时控制电子开关同步动作，这样在输出端就可以得到需要的可以调节的脉冲频率和脉冲束频率，以及同步的直流励磁信号。

本发明超声波脉冲防垢、除垢装置的优点是。

1、使用的水不需进行化学软化处理，节省了基本建设、购买化学药剂及运行维护等巨额费用。

2、防垢和除垢效果明显，使锅炉及热交换器始终保持在最佳的状态下运行，减少了企业的能源损失，提高了设备运行的经济性和安全性。

3、实现了设备在线防垢和除垢，不再需要停产进行化学清洗，减少大量资金及环境污染。避免了设备腐蚀及停产造成的损失。

4、减少了由于结垢而附带造成的锈垢和气体引起的腐蚀，提高了设备的使用寿命。

5、该防垢、除垢装置体积小、重量轻、免维护程度高、安装简便、不需要改变和破坏锅炉及热交换器的结构。

6、本装置间断脉冲的间断时间可连续可调，间隔可以从40ms至420ms连续可调的脉冲群，从而可满足不同垢物的防垢除垢需要。使超声波脉冲、防垢、除垢装置具有最佳的防垢、除垢能力。

附图说明

图1是本发明装置的组成结构示意图。

图2是本发明中超声波振荡源原理图。

图3是本发明中IGBT驱动电路原理图。

图4是本发明中功率输出及励磁部分原理图。

图5是本发明中的中控及频率显示部分原理图。

具体实施方式

本发明公开了一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置。如图1所示；该装置包括一个主机1、多个超磁致伸缩换能器2、外部震动传感器3和传感信号处理电路4。主机内装设有超声波信号源振荡器、功率输出级、整机电源电路、智能控制电路、直流励磁电路，数据接收电路等。功率输出级的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器2的信号输入接线端子连接，同时提供励磁电源；震动传感器3输出端与传感信号处理电路4输入端连接；传感信号处理电路4输出端与主机1智能控制电路连接，实现闭环全自动频率跟踪系统，使得超磁致伸缩换能器2，始终工作在最佳状态，提高防垢和除垢效果。

以下进一步介绍本发明装置的结构特点。

如图1，本发明的超声波脉冲防垢、除垢装置包括主机1和多个超磁致伸缩换能器2，主机内装设有超声波信号源振荡器(音频信号源)和功率输出级(功率放大器)，功率放大器的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接，其技术特点在于所述的超声波信号源由六路超声波专用集成电路U601(如：型号MAX262)极其外围元件组成，产生11KHz-75KHz频率可调的超声波信号(图2)，此超声波信号有四路输出，分别为PA、PB、PC、PD，这四路输出，接到IGBT驱动电路中。U601第16脚与电阻R607连接，R607再与多圈电位器R608连接，R607与R608串联后，与电容器C612并联，形成RC震荡电路，与U601内部电路结合，产生超声波，调节R608就可以调整振荡源的振荡频率。U601第8、9、13、14脚输出的超声波脉冲信号，输入到图3所示的IGBT驱动电路中。此驱动电路由4路组成，每部分都是由核心光耦U51-U54极其外部元件构成，其中由U601产生的超声波脉冲，分别经J515、J525、J535和J545输入到U51-U54(如：型号TLP250)的光耦中。另一路控制信号，经J101分别输入到开关三极管Q511、Q521、Q531、Q541的基极限流电阻R514-R544另一端，此脉冲由CPU(如：型号是ISP1362USBOTG，图5中U101的25脚)产生，脉冲宽度为10ms。IGBT驱动电路输出端J512、J513-J542、J543用双绞线连接到图4所示的功率输出端G1、E1-G4、E4端，图4中的IGBT1-IGBT4组成H型桥路输出，超声波能量由输出电容为C8-C11并联输出，同时，直流24V也经过电子开关经过电感L1也加到输出端，这样，在换能器上就同时存在两种信号，一是超声波交流信号；二是直流励磁信号。

使用时，图4中的IGBT1-IGBT4组成H型桥路，IGBT1和IGBT2串联后和IGBT3和IGBT4串联后并联。在U601产生的超声波脉冲和U101产生的控制脉冲的作用下，分别控制IGBT1和IGBT4导通，或IGBT3和IGBT2导通，同时控制电子开关同步动作，这样在输出端就可以得到需要的可以调节的脉冲频率和脉冲束频率，以及同步的直流励磁信号。

本发明装置的工作原理是。

1、该装置产生的超声波通过换能器转变为超声波振动作用到锅炉及热交换器的管束及管道内的水中，使水产生超声波凝聚现象，即悬浮在水中的微粒杂质凝集成较大颗粒的凝团而沉淀，由于金属管壁和水对超声波振动的频率响应不同，因此，金属和水之间产生高速的相对运动，使得较大颗粒的凝团根本无法静止的粘固在管壁的表面，而是呈现为悬浮性絮状物，这些絮状物通过排污即可轻易排除，以此达到了防垢的目的。

2、超声波振动作用于结垢的金属管道及受热面上，使得金属管壁、水垢、水同时随之振动，但由于金属、水垢和水的惯性和弹性不同，频率响应不同，使之三者间产生不同步振动，长时间的不同步振动，逐渐使水垢产生微小裂缝，裂缝形成后，随之产生毛细现象，使水急速的沿裂缝进入水垢的里层，这极微小的水进入水垢和管壁的夹缝后，直接受高温管壁加热，体积急剧膨胀，产生气泡后爆破，推动水垢脱离管壁而脱落。与此同时，微小的水流还将储藏在管子表面的氧气带走，减少了金属表面的氧化腐蚀，这就会大大提高锅炉及换热器的使用寿命。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围，即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应为本发明的技术范畴。

Claims

1.一种全自动超大功率超声波防垢、除垢装置，其特征在于：它包括一个主机、多个超磁致伸缩换能器、外部震动传感器和传感信号处理电路；主机内装设有超声波信号源振荡器、功率输出级、整机电源电路、智能控制电路、直流励磁电路，数据接收电路；功率输出级的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接，同时由直流励磁电路提供励磁电源；震动传感器输出端与传感信号处理电路输入端连接；传感信号处理电路输出端与主机智能控制电路连接；所述的超声波信号源振荡器能产生11KHz-75KHz频率可调的超声波信号，并通过震荡电路与超声波信号源振荡器以调整振荡源的振荡频率；所述的主机内装设有音频信号源和功率放大器，功率放大器的信号输出端通过电缆与超磁致伸缩换能器的信号输入接线端子连接；所述的音频信号源由六路超声波专用集成电路U601及其外围元件组成，产生11KHz-75KHz频率可调的超声波信号，此超声波信号有四路输出，分别为PA、PB、PC、PD，这四路输出，接到IGBT驱动电路中；U601第16脚与电阻R607连接，R607再与多圈电位器R608连接，R607与R608串联后，与电容器C612并联，形成RC震荡电路，与U601内部电路结合，产生超声波，调节R608就可以调整振荡源的振荡频率。