EA025031B1 - Способ и устройство для обработки жидкости в трубопроводе высокочастотными сигналами - Google Patents

Abstract

Устройство для обработки жидкости в трубопроводе посредством приложения к ней высокочастотных электромагнитных сигналов, содержащее сердечник из магнитопроницаемого материала, размещающийся вокруг трубопровода, а также одну или несколько первичных обмоток, через которые проходит сердечник, активируемые высокочастотными электрическими сигналами по меньшей мере одним генератором сигналов; в котором по меньшей мере одна из первичных обмоток проходит и/или располагается по окружности сердечника и трубопровода для создания эффективного магнитного поля по всему сердечнику.

Description

Изобретение относится к способу и устройству для обработки жидкости, содержащейся в трубопроводе, посредством воздействия на неё высокочастотных электромагнитных сигналов.

Один из способов такого приложения электромагнитных сигналов к жидкости в трубопроводе раскрывается в патенте ЕР 0720588 В. В данном патенте раскрывается конструкция, в которой элемент, называемый сердечником, аналогичный сердечнику трансформатора, изготавливаемый из магнитопроницаемого материала, например подходящего феррита, устанавливается на внешней поверхности трубопровода, например трубы, размещаясь по ее окружности. В одном месте на сердечнике, размещаемом по окружности, устанавливается первичная обмотка или обмотка кабеля с сердечником, проходящим через первичную обмотку. Первичная обмотка электрически активируется посредством высокочастотных электромагнитных сигналов. Трубопровод с содержащейся в нем жидкостью выполняет функцию вторичной обмотки трансформатора, а в жидкости создается электромагнитное поле практически с круговыми линиями магнитной индукции в коаксиальном направлении относительно оси трубопровода. Электромагнитное поле распространяется в направлении оси для обработки жидкости вверх и вниз по течению от первичной обмотки и сердечника.

Как раскрыто в патенте ЕР 0720588 В, сердечник может состоять из нескольких отдельных компонентов из ферритового материала или содержащих ферритовый материал, соединенных вместе с целью создания магнитопроводящего узла, который полностью охватывает трубопровод и проходит через первичную обмотку.

Одна проблема, которая может возникнуть при применении вышеописанного устройства для трубопровода, например для трубы с большим диаметром и, соответственно, с большой окружностью, заключается в том, что магнитное поле внутри ферритового сердечника ослабевает при увеличении расстояния вокруг трубопровода от первичной обмотки и не создается надлежащий уровень магнитного поля по всей окружности трубы.

Ослабление магнитного поля при удалении от первичной обмотки в основном носит экспоненциальных характер, поэтому при увеличении размера трубы поле ослабевает настолько быстро, что его недостаточно для создания надлежащего электрического поля для обработки трубы и содержащейся в ней жидкости.

Проблема встает еще более остро, когда сердечник состоит из нескольких физически отделенных компонентов, состоящих из магнитопроницаемого материала, соединенных друг с другом для охвата трубы. Даже в том случае, если устанавливается хороший контакт между элементами, например посредством соединения их друг с другом таким образом, чтобы лицевые стороны отдельных элементов скреплялись без видимого уменьшения площади поперечного сечения сердечника в целом, по-прежнему существует локальное уменьшение проницаемости сердечника, поэтому в сердечнике с несколькими отдельными компонентами магнитный поток может быть существенно снижен в области сердечника, удаленной от положения первичной обмотки сердечника.

Данную проблему можно частично решить посредством увеличения площади поперечного сечения магнитного сердечника с целью увеличения эффективной магнитной проницаемости и создания пути с малым сопротивлением для магнитного поля. Однако увеличение площади поперечного сечения сердечника может оказывать влияние на быстроту ослабления поля, но оно всегда будет ослабевать экспоненциально при удалении от первичной обмотки - экспоненциальное ослабление быстро подавит (неэкспоненциальное) преимущество увеличенной площади. Это означает, что данный подход имеет две основные проблемы: во-первых, трубы, превышающие указанный размер, в основном, невозможно обработать; во-вторых, даже для труб, которые можно обработать объем или масса феррита, необходимые для обеспечения достаточного потока вокруг большой трубы, быстро становятся настолько большими, что становятся полностью непригодными к использованию (необходимый вес может исчисляться в тоннах для трубы с диаметром, составляющим два метра).

С целью решения проблемы больших труб и для обеспечения достаточного уровня магнитного поля по всему сердечнику в настоящем изобретении предлагается не простая подача электрического поля на одно место или на маленькую область по окружности сердечника, которое в последствии ослабевает при удалении от первичной обмотки, а подача электрического поля на расширенную область, например на несколько мест вокруг сердечника.

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается по меньшей мере одна первичная обмотка, которая проходит по окружности сердечника вокруг трубопровода и/или соответственно располагается относительно сердечника для создания эффективного магнитного поля по всему сердечнику.

Могут существовать две или более первичных обмоток, через которые проходит сердечник; первичные обмотки располагаются по окружности трубопровода и активируется при помощи высокочастотных электрических сигналов, которые синхронизированы друг с другом.

Таким образом, для создания достаточного уровня магнитного поля по всему сердечнику, а не простого приложения электрического поля в одном месте по окружности сердечника, которое в последствие ослабевает при удалении от первичной обмотки, электрическое поле прикладывается в нескольких местах вокруг сердечника.

В качестве альтернативного или дополнительного варианта первичная обмотка или по меньшей ме- 1 025031 ре одна первичная обмотка может проходить вокруг большей части сердечника по окружности трубопровода, так чтобы часть сердечника при удалении от первичной обмотки или каждой первичной обмотки соответственно относительно уменьшалась. Таким образом, несколько первичных обмоток большей протяженности могут поддерживать магнитное поле в сердечнике также эффективно, как несколько первичных обмоток меньшей протяженности. Возможно даже, чтобы одна первичная обмотка проходила по всей или практически по всей длине сердечника по окружности трубопровода.

Количество первичных обмоток, предлагаемых по изобретению, можно выбрать в соответствии с длиной всего сердечника по окружности трубопровода. Предпочтительно, первичные обмотки размещаются практически на одинаковом расстоянии друг от друга по длине окружности сердечника.

Предусматривается, что устройство по настоящему изобретению при использовании с трубопроводом в виде трубы диаметром (1-2) м может оснащаться тремя, четырьмя или, возможно, большим количеством первичных обмоток, расположенных по окружности сердечника. Для более маленькой трубы могут потребоваться только две первичные обмотки, расположенные, например, прямо противоположно друг другу относительно трубы. Две обмотки большей протяженности можно использовать вместо трех обмоток меньшей протяженности.

Высокочастотные электромагнитные сигналы, активирующие первичные обмотки, могут иметь частоту в диапазоне, например, от 50 до 500 кГц с состояниями ожидания (отсутствием сигнала) произвольной длины между последовательными высокочастотными электромагнитными сигналами. Каждый высокочастотный электромагнитный сигнал может быть сигналом вызова синусоидальной или, возможно, другой формы волны и переменной амплитудой, уменьшающейся от максимального значения до нуля до получения другого сигнала после периода ожидания.

Необходимую синхронизацию высокочастотных электромагнитных сигналов в соответствующих первичных обмотках можно получить посредством их активирования генератором электромагнитных сигналов общим для первичных обмоток. В качестве альтернативного варианта первичные обмотки могут быть активированы соответствующими генераторами электромагнитных сигналов, каждый из которых активирует одну или несколько первичных обмоток; генераторы электромагнитных сигналов устанавливаются с целью генерирования одинаковых электромагнитных сигналов, инициируемые пусковым устройством общим для генераторов электромагнитных сигналов. В этом случае случайные интервалы между электромагнитными сигналами могут обеспечиваться пусковым устройством.

В изобретении также предлагается способ обработки жидкости в трубопроводе посредством использования вышеописанного устройства.

Ниже приведено описание изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 представляет вид в перспективе устройства по настоящему изобретению, применимого к трубопроводу в виде трубы;

фиг. 2 - вид на фиг. 1 с компонентами, невидимыми на фиг. 1, показанными пунктирными линиями;

фиг. 3-6 - дополнительные виды в перспективе устройства под разными углами;

фиг. 7а и 7Ь - схемы для синхронизации сигналов электромагнитного излучения, прикладываемого к первичным обмоткам.

Как показано на чертежах, трубопровод в виде трубы в целом обозначен поз. 10. Трубопровод охватывается сердечником из магнитопроницаемого материала 4, изготовленного из нескольких отдельных компонентов из такого же материала, соединенных друг с другом, как описано ниже.

Как показано, сердечник, обозначаемый в целом поз. 12, содержит несколько компонентов 14, скрепленных друг с другом. В изображенном варианте осуществления каждый компонент 14 представлен в виде короткой пластины, которая имеет отверстия на концах. Компоненты 14 соединяются друг с другом в цепеобразную конструкцию, при этом каждые три компонента, которые располагаются рядом друг с другом, соединяются на своих соответствующих первых концах с последующими тремя вставленными такими же компонентами посредством крепежного болта (обозначенного поз. 16), проходящего через отверстия на концах первых трех упомянутых компонентов и вторых трех упомянутых компонентов. Первые упомянутые компоненты соединяются с еще тремя компонентами со вторых противоположных концов посредством дополнительного болта и так далее по всей внешней окружности трубы 10. Таким образом магнитопроницаемый узел охватывает трубу 10.

На фиг. 2-6 сердечник 12 оснащен четырьмя первичными обмотками, обознеченными поз. 18, расположенными по окружности трубы практически на одинаковых расстояниях друг от друга. Каждая первичная обмотка выходит из корпуса 20, а примыкающий сердечник проходит через первичную обмотку. Поэтому электрический сигнал в каждой обмотке 18 создает в сердечнике магнитный поток. Электрическими сигналами, которые активируют первичные обмотки 18, предпочтительно, являются высокочастотными электромагнитными сигналами, форма волны вызова, как описывалось выше, с периодами ожидания произвольной длины с отсутствием сигнала между ними. Корпус 20 каждой первичной обмотки может содержать необходимые электронные компоненты, образующие генератор электромагнитных сигналов с целью генерирования таких сигналов. Поскольку создание таких сигналов широко известно специалистам в области электрических и электронных устройств, в данном документе оно не будет описываться подробно.

- 2 025031

Количество первичных обмоток, устанавливаемых на на сердечнике, можно определить следующим образом. Для того чтобы приложить требуемое электрическое поле к трубе, магнитное поле через сердечник должно быть достаточного уровня по всей его окружности. Магнитное поле начинается с максимума рядом с первой первичной обмоткой и ослабевает экспоненциально в зависимости от расстояния от первичной обмотки. Строго говоря, поле в указанной точке равняется сумме двух экспонент, каждая из которых ослабевает при увеличении расстояния от первичной обмотки в любом направлении вокруг сердечника и, следовательно, функциональная форма поля более похожа на гиперболический косинус, что приближается к экспоненциальному ослаблению. Вторая первичная обмотка располагается на соответствующем расстоянии для создания соответствующего магнитного поля в сердечнике во всех точках между двумя первичными обмотками. Это действие в последующем повторяется для дополнительных первичных обмоток и требует расположения, которое определяет правильное количество первичных обмоток для определенного сердечника. С практической точки зрения наиболее эффективным расположением является размещение нескольких первичных обмоток на одинаковом расстоянии по окружности сердечника.

Необходимо, чтобы электромагнитные сигналы, воздействующие на первичные обмотки 18, синхронизировались друг с другом. Как упоминалось выше, высокочастотные электромагнитные сигналы, действующие на первичные обмотки, могут иметь частоту в диапазоне от 50 до 500 кГц, и иметь синусоидальную или, возможно, другую форму волны и переменную амплитуду. Сигналами могут быть сигналы вызова, амплитуда которых изменяется в пределах огибающей сигнала, которая уменьшается от максимального значения до нуля до воздействия следующего электромагнитного сигнала после периода ожидания. Такие сигналы, подаваемые на первичные обмотки, необходимо синхронизировать относительно их огибающей и лежащей в основе форме радиочастотной волны. Если огибающие функции сигнала не синхронизированы, сердечник не будет полностью активированы, а труба не будет получать соответствующее подаваемое электрическое поле. Однако более важно удостовериться, что лежащие в основе формы высокочастотных волн синхронизированы, т.е. находятся в фазе. Если они не находятся в фазе, то одна первичная обмотка может подавать положительное электрическое поле в то время, как другая первичная обмотка подавать отрицательное электрическое поле. В таком случае два поля подавляются, а общее поле, создаваемое двумя первичными обмотками фактически будет ниже, чем поле, подаваемое одной первичной обмоткой. В действительности при полном выходе из фазы два поля могут полностью погашаться.

Для этого генератор сигналов, общий для всех первичных обмоток, может подавать выходной сигнал на все первичные обмотки. В качестве альтернативного варианта компоненты, генерирующие сигналы, могут связываться с каждой первичной обмоткой, но их можно синхронизировать друг с другом при помощи пускового устройства, которое инициирует генераторы сигналов к одновременному генерированию одинакового сигнала по фазе.

Следует отметить, что одного однократного пускового импульса не достаточно. Несмотря на то что все первичные обмотки могут быть номинально идентичными, будут существовать незначительные различия в компонентах вследствие естественных изменений. Данное изменение означает, что первичные элементы всегда будут несколько отличаться по частоте и, следовательно, будут иметь склонность к выходу из фазы с течением времени. Пусковой импульс необходимо повторять через определенные промежутки времени для того, чтобы элементы существенно не смещались по фазе.

Вышеизложенные требования подразумевают два основных критерия касающихся синхронизирующего импульса. Первый заключается в том, что импульс повторяется на короткой временной шкале по сравнению со временем смещения по фазе первичных обмоток. Второй заключается в том, что точность, с которой синхронизация по времени задается каждой первичной обмотке, имеет маленькое отклонение во времени по сравнению с периодом, лежащего в основе высокочастотного электромагнитного сигнала. Таким образом, необходимая точность синхронизации определяется высокочастотным электроманитным сигналом, а не функцией огибающей.

Пусковой механизм можно установить любым удобным способом. Одним из примеров является схема главный-подчиненный, показанная на фигуре 7а, в которой один элемент 22 генерирует сигнал, подаваемый на первичную обмотку, и пусковой сигнал или тактовый импульс, который затем переходит ко второму элементу 24. Тактовый импульс используется вторым элементом для того, чтобы сигналы, которые он генерирует, синхронизировались с первым элементом. Как отмечалось, данный импульс должен быть более точным, чем период колебания радиоволны (высокочастотной волны) и должен повторяться до смещения высокочастотных электромагнитных сигналов по фазе. Затем второй элемент 24 может передать импульс третьему элементу 26 и так далее. Альтернативный способ заключается в наличии отдельного устройства 30, которое генерирует сам тактовый импульс, передаваемый затем генераторам сигналов в пределах нескольких элементов 32, связанных с соответствующими первичными обмотками. Вышеупомянутые критерии, касающиеся импульса, по-прежнему должны применяться.

Использованные в данном описании и формуле изобретения термины содержит и содержащий, а также их производные означают, что конкретные признаки, шаги или числа включены в термины. Термины не следует толковать для исключения наличия других признаков, шагов или компонентов.

- 3 025031

Признаки, раскрытые в вышеприведенном описании, в нижеприведенной формуле изобретения или на прилагаемых чертежах, выраженные в особых формах или средствах для выполнения раскрытой функции, способа или процесса для получения раскрытого результата, при необходимости могут отдельно или в любом сочетании таких признаков использоваться для воплощения изобретения в его разных формах.

Claims (6)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Устройство для обработки жидкости, содержащейся в трубопроводе, посредством приложения к ней высокочастотных электромагнитных сигналов, содержащее сердечник из магнитопроницаемого материала, размещающийся вокруг трубопровода; по меньшей мере две первичные обмотки, через которые проходит сердечник; первичные обмотки разнесены друг от друга по окружности трубопровода, и по меньшей мере один генератор сигналов, генерирующий сигналы для активирования первичных обмоток при помощи высокочастотных электрических сигналов, электрические сигналы синхронизируются друг с другом.
2. 2. Устройство по п.1, в котором первичные обмотки располагаются на практически одинаковом расстоянии друг от друга по длине окружности сердечника.
3. 3. Устройство по п.1 или 2, содержащее три, четыре или более первичных обмоток.
4. 4. Устройство по одному из предыдущих пунктов, в котором высокочастотные сигналы имеют частоту в диапазоне от 50 до 500 кГц.
5. 5. Устройство по одному из предыдущих пунктов, в котором каждый высокочастотный сигнал имеет переменную амплитуду, уменьшающуюся от максимального значения до нуля до подачи другого сигнала после произвольного периода ожидания.
6. 6. Устройство по одному из предыдущих пунктов, в котором по меньшей мере две первичные обмотки активируются соответствующими генераторами сигналов, каждый из которых активирует одну или несколько первичных обмоток; генераторы сигналов синхронизируются в работе при помощи общего им пускового устройства.