CN214990420U - 一种高频相控超声阻垢设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种高频相控超声阻垢设备，包括：高频超声换能器、超声控制器及相控阵电缆线，高频超声换能器由多个换能器基元组成，用于将电能转换成超声波，超声控制器用于控制高频超声换能器所产生的超声波的工作，包括256个换能器基元的先后工作顺序，使超声波的焦点产生在我们需要的位置上；以及控制焦点在换热器内均匀移动和扫描，将换热器各处的垢质去除。超声控制器包括微控制器、256路信号发生器、256路功率放大器及反馈电路。在较小超声波长情况下达到平衡的阻垢效果，设备的拐角处或结构不规则处也可阻垢，不存在阻垢死角，对不同换热设备适应性强，能够对细小夹缝形成垢质进行处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及换热设备结垢处理技术领域，特别涉及一种高频相控超声阻垢设备。
背景技术
目前，国内外众多企业中，锅炉、换热器设备壁面及监护管道的结垢问题，是长期困扰的一个难题。结垢既降低了壁面的传热效率，又增大了流体的流动阻力，严重影响了企业的生产效率。超声波阻垢，是一种操作简单、效率又高的方法。引起具有连续在线工作、自动化程度高、工作性能可靠、电声转换频率较高，而且还不需要化学试剂，无环境污染的特点，已经广泛用于众多行业的换热设备以及管道的处防垢。
超声波即频率大于20KHz的声波，是一种具有很多功能的机械波，其具有频率高、波长短，遵循光的几何定律，具有“束射特性”、“能量吸附特性”和“能量传递特性”。在功率超声技术方面，超声除垢防垢用途广泛，利用强声场，低频超声波处理流体，破坏成垢条件，并且能使流体中成垢物质在超声场的作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁、器壁形成积垢。
超声阻垢的作用原理：一是具有超声空化的阻垢作用。超声空化可产生一定范围的强大的压力峰，这一强压力峰形成的冲击能使成垢物质粉碎悬浮于液体介质中，并使已生成的垢层破碎使其容易脱落。超声波能提高流动液体和成垢物质的活性，增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放，破坏垢类生成和在管壁沉积的条件，使成垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢。另外超声波的作用，改变了液体的物理化学形质，缩短成垢物质的成核诱导期，刺激微小晶核的生成。生成的这些微小晶核，由于体积小、质量轻、比表面积大，悬浮于液体中，有很强的争夺水中离子的能力，能抑制离子在壁面处的成核和长大，让既定结构的晶粒长大，因此减少了黏附于换热面上成垢粒子的数量，从而减小了积垢的沉积速率。二是具有超声机械搅拌的阻垢作用。超声的高频振动及辐射压力可在其、液体中形成有效的搅动与流动。空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流，均能显著减弱液体的表面张力及摩擦力，并破坏固体-液界面的附面层，因而达到普通低频机械搅动达不到的效果。利用超声振动及空化的压力、高温效应，促使两种液体，两种固体，或液-固、液-气界面之间，发生分子相互渗透，从而不易聚集，沉淀。另外空化气泡闭合后产生的局部冲击波，可粉碎液体中的颗粒，使其细化；使结晶均匀；将较大、不均匀颗粒分散为微小均匀颗粒。三是具有超声形成剪切力的阻垢作用。因超声波府设在垢层和管壁上，传播速度不同，产生速度差，形成垢层与管壁界面上的相对剪切力，导致垢物与界面的结合力降低，从而导致垢层产生疲劳而松脱。此外，超声波辐射压力、声学毛细管现象、克努瓦诺夫效应和声流对积垢生成也有直接的防除作用。
然而，现有超声阻垢设备为低频非相控设备。低频存在的问题是：超声波长大，阻垢效果不平衡，设备的拐角处或结构不规则处无法阻垢，存在阻垢死角。非相控阵引起的问题是：对不同换热设备的适应性差，无法对细小夹缝形成的垢质进行处理。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种高频相控超声阻垢设备，包括：
高频超声换能器以及超声控制器，所述高频超声换能器由多个换能器基元组成，用于将电能转换成超声波，所述超声控制器用于控制所述高频超声换能器所产生的超声波的工作，一方面控制256个换能器基元的先后工作顺序，使超声波的焦点产生在我们需要的位置上；另一方面控制焦点在换热器内均匀移动和扫描，将换热器各处的垢质去除。
优选的，换能器基元的数量为256路。
优选的，所述高频超声换能器使用频率超过2MHz。
优选的，还包括相控阵电缆线，所述相控阵电缆线一端与所述高频超声换能器连接，另一端连接待阻垢的设备。
优选的，所述超声控制器包括微控制器、256路信号发生器、256路功率放大器以及反馈电路，其中微控制器的输出端与256路信号发生器的输入端连接，256路信号发生器的输出端与256路功率放大器的输入端连接，256路功率放大器的输出端与高频超声换能器的输入端连接，高频超声换能器的输出端与反馈电路的输入端连接，反馈电路的输出端与微控制器的输入端连接，从而形成闭环反馈。
优选的，所述高频超声换能器为磁致伸缩式。
优选的，所述高频超声换能器为压电陶瓷式。
本实用新型的有益效果：
在较小超声波长情况下达到平衡的阻垢效果，设备的拐角处或结构不规则处也可以阻垢，不存在阻垢死角，对不同换热设备的适应性强，并且能够对细小夹缝形成的垢质进行处理。
附图说明
附图1为根据本实用新型实施例的高频相控超声阻垢设备结构原理图。
附图2为根据本实用新型实施例的高频超声换能器结构原理图。
附图3为根据本实用新型实施例的超声控制器结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明，但并不用来限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实施例的高频相控超声阻垢设备，包括：
高频超声换能器1以及超声控制器2，高频超声换能器由多个换能器基元组成，用于将电能转换成超声波，超声控制器用于控制高频超声换能器所产生的超声波的工作。所形成的信息流为超声控制器发送信号给高频超声换能器，高频超声换能器将声波传递给待阻垢的换热器。
如图2所示，换能器基元的数量为256路。具体的，超声控制器有两个作用，第一个：通过波束形成算法，控制256个换能器基元的先后工作顺序，使超声波的焦点产生在我们需要的位置上。第二个：控制焦点在换热器内均匀移动和扫描，将换热器各处的垢质去除。
高频超声换能器使用频率超过2MHz。高频相控超声换能器可以形成焦点可控的聚焦声场，聚焦声场焦点处的能量非常大，可以有效清理水垢。
如图2所示，还包括相控阵电缆线3，相控阵电缆线3一端与高频超声换能器1连接，另一端连接待阻垢的设备。
参见图3，超声控制器2包括微控制器21、256路信号发生器22、256路功率放大器23以及反馈电路24，其中微控制器21的输出端与256路信号发生器22的输入端连接，256路信号发生器22的输出端与256路功率放大器23的输入端连接，256路功率放大器23的输出端与高频超声换能器1的输入端连接，高频超声换能器1的输出端与反馈电路24的输入端连接，反馈电路24的输出端与微控制器21的输入端连接，从而形成闭环反馈。
高频超声换能器1为磁致伸缩式或者压电陶瓷式。压电陶瓷式超声换能器即是谐振于超声频率的压电陶瓷，由材料的压电效应将电信号转换为机械振动，超声波换能器是一种能量转换器件，它的功能是将输入的电功率转换成机械功率即超声波在传递储区，它自身消耗很少的一部分功率。
工作原理：
1、将高频相控换能器黏贴在需要阻垢的换热器的外壁或者管道外壁上，将相控阵电缆线与超声控制器相连接。
2、打开超声控制器的开关，超声控制器将控制相控制换能器扫描换能器的内部结构。
3、等待扫描结束之后，超声的聚焦焦点会在换能器内部移动除垢。
本实施例在较小超声波长情况下达到平衡的阻垢效果，设备的拐角处或结构不规则处也可以阻垢，不存在阻垢死角，对不同换热设备的适应性强，并且能够对细小夹缝形成的垢质进行处理。
以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时本领域的一般技术人员，根据本实用新型的实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
Claims (7)
1.一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于包括：
高频超声换能器(1)以及超声控制器(2)，所述高频超声换能器由多个换能器基元组成，用于将电能转换成超声波，所述超声控制器用于控制所述高频超声换能器所产生的超声波的工作，一方面控制256个换能器基元的先后工作顺序，使超声波的焦点产生在需要的位置上；另一方面控制焦点在换热器内均匀移动和扫描，将换热器各处的垢质去除。
2.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：换能器基元的数量为256路。
3.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：所述高频超声换能器使用频率超过2MHz。
4.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：还包括相控阵电缆线(3)，所述相控阵电缆线(3)一端与所述高频超声换能器(1)连接，另一端连接待阻垢的设备。
5.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：所述超声控制器(2)包括微控制器(21)、256路信号发生器(22)、256路功率放大器(23)以及反馈电路(24)，其中微控制器(21)的输出端与256路信号发生器(22)的输入端连接，256路信号发生器(22)的输出端与256路功率放大器(23)的输入端连接，256路功率放大器(23)的输出端与高频超声换能器(1)的输入端连接，高频超声换能器(1)的输出端与反馈电路(24)的输入端连接，反馈电路(24)的输出端与微控制器(21)的输入端连接，从而形成闭环反馈。
6.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：所述高频超声换能器(1)为磁致伸缩式。
7.根据权利要求1所述的一种高频相控超声阻垢设备，其特征在于：所述高频超声换能器(1)为压电陶瓷式。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202022761275.0U CN214990420U (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种高频相控超声阻垢设备 |
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| CN202022761275.0U CN214990420U (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种高频相控超声阻垢设备 |
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| CN202022761275.0U Active CN214990420U (zh) | 2020-11-25 | 2020-11-25 | 一种高频相控超声阻垢设备 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN214990420U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115821000A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-21 | 西北工业大学 | 一种基于相控阵的聚焦超声空化喷丸装置及方法 |
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2020
- 2020-11-25 CN CN202022761275.0U patent/CN214990420U/zh active Active
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| CN115821000A (zh) * | 2022-11-21 | 2023-03-21 | 西北工业大学 | 一种基于相控阵的聚焦超声空化喷丸装置及方法 |
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