CN104001698A - 磁超在线防除垢一体机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁超在线防除垢一体机，包括高强换能器、高强换能器屏蔽保护罩、强磁体、强磁体保护装置和超声波发生器，所述高强换能器安装在高强换能器屏蔽保护罩内且与超声波发生器通过电缆连接，其底端伸出高强换能器屏蔽保护罩接触在金属管路的表面，所述强磁体安装在高强换能器屏蔽保护罩的底部并位于高强换能器的底部的两侧，所述强磁体保护装置安装在强磁体的表面。本发明将高强换能器与强磁体结合，由高强换能器产生的超声波脉冲谐振波与强磁体产生的磁场作用在金属管路上，形成协同效应，产生如波浪般的冲击波，对金属管路的管壁的垢层不断进行冲击、捶打，使垢层分子间产生应力而发生垢层龟裂、松散、脱落并随水流深沉至蓄水池。

Description

磁超在线防除垢一体机

技术领域

本发明涉及一种磁超在线防除垢一体机，属于磁超防除垢技术领域，为目前比较理想的纯物理法防除垢方式。

背景技术

随着世界经济工业化的空前发展，能源和水资源等不可再生资源将变得越来越重要了，这些资源被利用的同时，又产生的废物和污染，造成环境污染，严重影响人类的生产环境和影响人们的身体健康，为此，各国都制定了节能减排目标，中国作为负责任的大国，也制定很多节能减排的政策，本专利产品的研发就是在这一背景下进行的，通过调研发现，各类工矿企业，是煤炭等能源消耗的大户，也是水资源的最大消耗者，各种工业锅炉，冷热交换器的效率提高将会节约大量的能源，设备管路上的水垢是直接造成效率低下的最直接原因，为此，如何防止并及时清除水垢，成为此类企业节能减排的重要课题，传统的工艺方法是：首先，在循环水系统前端设置一个加药装置，在水中加入阻垢剂，絮凝剂，缓蚀剂的化学药剂，阻止设备管壁的水垢的生成，此方法会受到多种人为因素的影响，效果往往不理想，水垢照样产生；其次，只能定期停机，采用人工清理得办法，这种办法虽然能清理干净，但会有停机损失，工人劳动强度大，对设备损害大，清洗药液造成水污染等问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术存在的不足，提供一种磁超在线防除垢一体机。

本发明可以通过采取以下技术方案予以实现：

一种磁超在线防除垢一体机，包括高强换能器、高强换能器屏蔽保护罩、强磁体、强磁体保护装置和超声波发生器，所述高强换能器安装在高强换能器屏蔽保护罩内且与超声波发生器连接，其底端伸出高强换能器屏蔽保护罩接触在金属管路的表面，所述强磁体安装在高强换能器屏蔽保护罩的底部并位于高强换能器的底部的两侧，所述强磁体保护装置安装在强磁体的表面。

在上述基础上，本发明所述高强换能器包括磁性变换器组和伸缩传导杆组，所述磁性变换器安装在高强换能器屏蔽保护罩内且与超声波发生器连接，所述伸缩传导杆安装在高强换能器屏蔽保护罩内，其顶端与磁性变换器连接，其底端接触在金属管路的表面，所述强磁体安装在高强换能器屏蔽保护罩的底部并位于伸缩传导杆的底端的两侧。

本发明所述高强换能器与超声波发生器之间通过屏蔽传导电缆连接。

本发明所述超声波发生器包括发生器主控模块、开关、变压器、控制板和显示器，所述开关、变压器、控制板和显示器均与发生器主控模块连接；其中，所述发生器主控模块包括单片机、整型放大电路、带通滤波电路、高频开关电路和反馈电路，所述高频开关电路依次通过带通滤波电路和整型放大电路与单片机连接，所述磁性变换器与高频开关电路连接，所述反馈电路连接在单片机与高频开关电路之间，所述开关、变压器、控制板和显示器均与单片机连接；所述发生器主控模块还包括谐波抑制电路和保护电路，所述谐波抑制电路的输入端与主电源连接，其输出端通过保护电路与高频开关电路连接。

本发明所述超生波发生器采用先进的频率跟踪自动调节和自动恒功率控制技术。其中频率跟踪自动调节技术基于单片机作为核心控制系统。系统内写入了独立开发编写的频率自动控制程序。包括数据采集、数据存储、数字滤波、PID控制等函数，对频率的控制主要是通过检测电流和电压的相位角，将其与给定值相比较来判断频率是否满足要求。本机是通过鉴相电路将相位角转化为电压来进行比较，然后通过D/A转换器实现的，经转换后的电压得到精确的数据，经过数字滤波、PID运算，得到一个反馈值，这个反馈值使单片机重新写控制字，最终改变频率模块的输出频率，这样周而复始，直到频率满足要求为止。而恒功率控制技术基于单片机为核心控制系统，不仅完成对频率的自动控制，还具有恒功率控制系统。由精密检波、有源滤波、放大电路等构成采样电路，检测到的输出信号电压和输出信号电流，通过A/D转换器送入单片机分析，计算出实际的功率，并与设定的功率相比较，计算出偏差和控制指令，控制指令通过D/A转换器输出控制电压，此电压控制压控放大器电压增益，使输出功率始终稳定的保持在给定功率。

以此技术完善了超声波因工作范围的波动而导致设备常常不能按给定值工作的缺陷，从而使设备始终工作在更加良好的状态。

超声波高强换能器采用进口先进的磁致伸缩型功率高强换能器，多种特种金属元素构成。伸缩部分采用棒型结构，更加充分的利用了高强换能器纵向使能的效果，从而增大高强换能器的脉冲束和机械能量，降低磁致伸缩使能损耗。

本发明所述高强磁性变换器是由高饱和磁感应强度软磁合金材料经特殊工艺制作而成，在现有软磁材料中该合金的饱和磁感应强度最高(2.4T)，居里点很高(980℃)，饱和磁致伸缩系数最大(60～100×10-6)。

本发明所述的高强磁性变换器是由高饱和磁感应强度软磁合金材料经特殊工艺制作而成，其特征在于。所述由于居里点高，可使该合金能在其他软磁材料已经完全退磁的较高温度下工作，并保持良好的磁稳定性。由于有大的磁致伸缩系数，极适于作高强磁致伸缩高强换能器，输出能量高，工作效率也高。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：本发明将高强换能器与强磁体结合，由高强换能器产生的超声波脉冲谐振波与强磁体产生的磁场作用在金属管路上，形成协同效应，产生如波浪般的冲击波，对金属管路的管壁的垢层不断进行冲击、捶打，使垢层分子间产生应力而发生垢层龟裂、松散，随着介质水流冲刷，垢层逐渐脱落并随水流深沉至蓄水池；同时，由高强换能器产生的超声波脉冲谐振波与强磁体产生的磁场首先作用在金属管路的管壁上，再由管壁传给垢层和介质水而产生不同程序的振动，由于管壁、垢层和介质水的物理性质不同使三者之间产生剪切力，削弱了垢层与管壁之间的附着力，使成垢物质无法附着在管壁上，垢层因附着力减弱而胶鞋浇，起到防止新垢生成和原有垢层清除的作用；另外，高强换能器产生超声波脉冲谐振波的同时也会产生交变磁场，与强磁体产生的磁场进行重叠，有利于增强协同效应，增强除垢、防垢效果的同时，也使水中微生物失去生存条件，确保软垢无法生成，实现彻底除防垢的目的。本发明的磁超在线防除垢一体机的防除垢效果良好，无污染，且简单方便，节省劳动力。

附图说明

图1是本发明的磁超在线防除垢一体机的结构示意图；

图2是本发明的超声波发生器的结构示意图；

图3是图2中的发生器主控模块的电路结构框图；

图4是本发明的单片机的电路结构图；

图5是本发明的整型放大电路的电路图；

图6是本发明的带通滤波电路的电路图；

图7是本发明的高频开关电路的电路图；

图8是本发明的反馈电路的电路图；

图9是本发明的采样电路的电路图；

图10是本发明的谐波抑制电路的电路图；

图11是本发明的保护电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的最佳实施方式作详细描述。

如图1所示，本发明的磁超在线防除垢一体机包括高强换能器、高强换能器屏蔽保护罩4、强磁体8、强磁体保护装置9和超声波发生器1，所述高强换能器安装在高强换能器屏蔽保护罩4内且通过屏蔽传导电缆3与超声波发生器1连接，其底端伸出高强换能器屏蔽保护罩4接触在金属管路2的表面，所述强磁体6安装在高强换能器屏蔽保护罩4的底部并位于高强换能器的底部的两侧，所述强磁体保护装置9安装在强磁体8的表面，所述高强换能器屏蔽保护罩4与强磁体保护装置9之间设有连接防护罩7；其中，所述高强换能器包括磁性变换器5和伸缩传导杆6，所述磁性变换器5安装在高强换能器屏蔽保护罩4内且与超声波发生器1连接，所述伸缩传导杆6安装在高强换能器屏蔽保护罩4内，其顶端与磁性变换器5连接，其底端接触在金属管路2的表面，所述强磁体8安装在高强换能器屏蔽保护罩4的底部并位于伸缩传导杆6的底端的两侧。超声波发生器1产生超声波至磁性变换器5后转化成脉冲谐振波，再由伸缩传导杆传递到金属管路2的表面，同时，强磁体8会产生稳定的磁场，利用“协同效应”的原理，将超声波脉冲谐振波与强磁永磁体的磁场效应协同作用在金属管路上，使金属管路的管壁和水介质产生类似大海中波浪似的，一浪高过一浪的持续变化的冲击波，对管壁上的垢层不断冲击、捶打，垢层分子间产生应力，垢层产生龟裂而松散，随着介质水流冲刷，垢层逐渐脱落，跟随水流流至蓄水池沉淀下来；由于超声波脉冲谐振波与强磁永磁体的磁场效应是首先作用在金属管壁上，再由管壁传给垢层及介质水，管壁和垢层及介质水都会产生不同程度的振动，金属管壁、垢层和介质的物理性质不同，上述振动就有超前和滞后，这种差异叫剪切效应或剪切力，这个剪切力削弱了垢层与管壁之间的附着力，即成垢物质无法附着在管壁上，同时既有垢层也会因附着力减弱而脱落，起到防止新垢生成和原有垢层的清除；另外，超声波脉冲谐振波与强磁永磁体的磁场效应是作用在金属管壁上，磁场力透过管壁作用于垢层和介质上，强磁永磁体本身磁场力是不变的，但是超声波脉冲是高频谐振波，磁性伸缩变换器的瞬时变换方向，其磁场方向也发生变化，与强磁永磁体的磁场方向相同时会相互叠加，如a所示，磁场强度增大，方向相反时，如b所示，会相互抵消，磁场强度减弱，这种磁场变化不仅使成硬垢物质失去了生成条件，就连水中的微生物也失去了生存条件，这样管路中的软垢也无法形成，达到了彻底防除垢的目的。

如图2所示，本发明所述超声波发生器包括发生器主控模块11、开关13、变压器14、控制板15和显示器12，所述开关13、变压器14、控制板15和显示器12均与发生器主控模块11连接；其中，开关13用以控制整个超声波发生器的开通或断开，发生器主控模块11作为控制部件，对其他部件进行控制，变压器14则进行变压处理，控制板15连接发生器主控模块11方便用户对整个发生器进行控制，显示器12用以显示各种数据，上述部件均可采用通用部件。

如图3所示，本发明所述发生器主控模块包括单片机111、整型放大电路112、带通滤波电路113、高频开关电路114、反馈电路115和采样电路116，所述高频开关电路114依次通过带通滤波电路113和整型放大电路112与单片机111连接，所述反馈电路115连接在单片机111与高频开关114电路之间，所述采样电路116连接在单片机111与高频开关电路114之间，所述磁性变换器5与高频开关电路114连接，所述开关13、变压器14、控制板15和显示器12均与单片机111连接；单片机111产生的脉冲经整型放大电路112进行整型放大后再经滤波电路113滤波经高频开关电路送到磁性变换器里产生脉冲谐振波，反馈电路115将高频开关电路114的频率信息反馈到单片机111，由单片机111进行频率调整，采样电路116将高频开关电路114的电压和电流信息传送到单片机111进行调整来维护整个发生器的恒功率运行；所述发生器主控模块11还包括谐波抑制电路117和保护电路118，所述谐波抑制电路117的输入端与主电源连接，其输出端通过保护电路118与高频开关电路114连接，通过谐波抑制电路117和保护电路118对整个发生器主控制模块进行保护，上述电路均可采用通用电路，也可采用自行研发电路。其中，单片机111采用AVR系列芯片，单片机内部写入了频率自动控制程序，包括数据采集、数据存储、数字滤波、PID控制等函数，对频率的控制主要是通过检测电流和电压的相位角，将其与给定值相比较来判断频率是否满足要求。本机是通过鉴相电路将相位角转化为电压来进行比较，然后通过D/A转换器实现的，经转换后的电压得到精确的数据，经过数字滤波、PID运算，得到一个反馈值，这个反馈值使单片机重新写控制字，最终改变频率模块的输出频率，这样周而复始，直到频率满足要求为止。另外，由精密检波、有源滤波、放大电路等构成采样电路，检测到的输出信号电压和输出信号电流，通过A/D转换器送入单片机分析，计算出实际的功率，并与设定的功率相比较，计算出偏差和控制指令，控制指令通过D/A数模转换器输出控制电压，此电压控制压控放大器电压增益，使输出功率始终稳定的保持在给定功率。

如图4所示，本发明的单片机111采用AVR系列芯片，由晶振BQ2和电容C1、C2构成单片机最小控制单元，晶振BQ1为单片机提供时钟脉冲，4个AD转换接口连接按键，用于调节信号的频率和幅度。

如图5所示，本发明的整型放大电路112将来自单片机接口的信号送至芯片U2整型。从单片机输出的波形为两组相似波形，其中两组为频率相同，相位相反的方波，两组为频率相同，相位相同的方波，当波形经整型后变成有规率的高频方波，再送至芯片U3放大。

如图6所示，本发明的带通滤波电路113主要采用小型脉冲变压器滤波，将整型放大电路放大信号时产生的杂波、纹波滤除以防止杂波信号对开关网络的干扰，从而错误计算开关时间。此电路为独立的四组输入，输出则为复合型串并两结合控制开关网络。

如图7所示，本发明的高频开关电路114主要由4个优质可控硅构成。工业用220V至变压器输入，次级输出，经V8大功率整流管整流，电容滤波并一个电阻作泄放。电流经4可控硅和超声波高强换能器构成循环回路。来自单片机的控制信号分别控制4组可控硅的开关频率。

如图8所示，本发明的反馈电路115设主要监测开关网络电流情况，将监测的电流值稳压，然后经光耦耦合至单片机，分析与给定值做比较，PID运算此反馈值，反馈值使单片机重新写控制字，微调改变输出频率，使频率满足要求，达到频率跟踪的目的。

如图9所示，本发明的采样电路116是采集输往整流桥堆的电压经整流，限流，检波送至单片机接口。同时，比较电压由电阻R13调节，电容C4滤波送至单片机。单片机将这两组电压信号进行比较，然后做正确而稳定的工作。

如图10所示，为本发明的谐波抑制电路117。由于高强换能器为电感式带中心抽头，两端除需加上开关网络上输入的电流外，中心抽头上还需要加上一个恒定电流。电流分别经电容C21、C22、C23、C24、C25、C26送往换器中心抽头，持续高电平，使高强换能器工作。此电容可以吸收掉尖峰电压，消除一些杂散电感引起的尖峰电压，也起到保护开关网络的作用；LED频闪是由于开关网络的开关动作，使电容另一端的工作也处在“1，0”状态，用磁环电感感应流经吸收电容的电流，而使LED根据高强换能器的工作状态而发光或不发光。从而监测高强换能器的工作状态。每一个LED对应一个超声波高强换能器。

如图11所示，为本发明的供电与保护电路118。工业用220V供电接通瞬间，经保险管、滤波网络，过热敏电阻后，一组经小变压器送往整流桥，供单片机；另一组送开关网络的大变压器。在送往两变压器的同时，经桥式整流电路整流的直流电压加至继电器，继电器吸合导通，从而使热敏电阻短路，无电流经过，所有的导通桥都由继电器完成。如果送往继电器的电压异常，导致继电器不工作，那么所有电流都只能流经热敏电阻，当热敏电阻温度升高，功耗增大，导致保险或热敏电阻烧掉(一般是烧掉保险)，整机停止工作，达到对整机的保护作用。

惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当然不能以此限定本发明实施之范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明书所记载的内容所作出简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明权利要求所涵盖范围之内。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻之用，并非用来限制本发明之权利范围。

Claims (7)

1.一种磁超在线防除垢一体机，其特征在于，包括高强换能器、高强换能器屏蔽保护罩、强磁体、强磁体保护装置和超声波发生器，所述高强换能器安装在高强换能器屏蔽保护罩内且与超声波发生器通过电缆连接，其底端伸出高强换能器屏蔽保护罩接触在金属管路的表面，所述强磁体安装在高强换能器屏蔽保护罩的底部并位于高强换能器的底部的两侧，所述强磁体保护装置安装在强磁体的表面。

2.根据权利要求1所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述高强换能器包括磁性变换器组和伸缩传导杆组，所述磁性变换器安装在高强换能器屏蔽保护罩内且与超声波发生器通过电缆连接，所述伸缩传导杆安装在高强换能器屏蔽保护罩内，其顶端与磁性变换器连接，其底端接触在金属管路的表面，所述强磁体安装在高强换能器屏蔽保护罩的底部并位于伸缩传导杆的底端的两侧。

3.根据权利要求1或2所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述高强换能器与超声波发生器之间通过屏蔽传导电缆连接。

4.根据权利要求1所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述超声波发生器包括发生器主控模块、开关、变压器、控制板和显示器，所述开关、变压器、控制板和显示器均与发生器主控模块连接。

5.根据权利要求4所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述发生器主控模块包括单片机、整型放大电路、带通滤波电路、高频开关电路和反馈电路，所述高频开关电路依次通过带通滤波电路和整型放大电路与单片机连接，所述磁性变换器与高频开关电路连接，所述反馈电路连接在单片机与高频开关电路之间，所述开关、变压器、控制板和显示器均与单片机连接。

6.根据权利要求5所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述发生器主控模块还包括谐波抑制电路和保护电路，所述谐波抑制电路的输入端与主电源连接，其输出端通过保护电路与高频开关网络连接。

7.根据权利要求5或6所述的磁超在线防除垢一体机，其特征在于，所述发生器主控模块还包括采样电路，所述采样电路连接在单片机与高频开关网络之间。