RU2005562C1

RU2005562C1 - Device for exciting mechanical oscillations

Info

Publication number: RU2005562C1
Authority: RU
Inventors: А.Н. Митюряев; В.Г. Манторов; В.С. Кузнецов; В.Д. Табелев; М.Л. Михельсон
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Агроприбор"
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1991-06-14
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: ultrasound engineering. SUBSTANCE: device has source of reference electric oscillations 1, low-pass filter 2, rectifier 3, two blocks for exciting mechanical oscillations 5,5', two blocks for shaping control pulses 4,4', object 6, receiver of acoustical oscillations 7 which is secured to the object, block of automatic controlling of power of mechanical oscillations 8 and source of reference voltage 9. The blocks for exciting mechanical oscillations have thyristor, diode and magnetostriction converter. The first leads of the converter is connected to cathode of the diode. A storing tank is coupled to the first leads of the winding of the converter. Light indicator and separating capacitor is connected parallel to the winding of the converter whose second leads is coupled with anode of the thyristor. The receiver of acoustical oscillations is placed in the middle part of the object case between the blocks for exciting mechanical oscillations. EFFECT: enhanced efficiency. 6 dwg

Description

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение при разработке технологических устройств по очистке теплопередающих поверхностей от накипи и предупреждения ее образования в теплообменных аппаратах. The invention relates to ultrasonic technology and can find application in the development of technological devices for cleaning heat transfer surfaces from scale and preventing its formation in heat exchangers.

Известно устройство для возбуждения механических колебаний, содержащее ультразвуковой генератор, П-управляемых переключателей переменного тока и магнитострикционные преобразователи, синхронизатор, распределитель импульсов управления, П-боков управления и переключателей постоянного тока подмагничивания. A device for exciting mechanical vibrations is known, comprising an ultrasonic generator, P-controlled alternating current switches and magnetostrictive transducers, a synchronizer, a control pulse distributor, P-side control and magnetization direct current switches.

Известно устройство для возбуждения механических колебаний, выбранное в качестве прототипа, содержащее источник опорных электрических колебаний, фильтр низких частот и выпрямитель, соединенные с объектом первый и второй блоки возбуждения механических колебаний, каждый из которых включает тиристор, диод и преобразователь. A device for exciting mechanical vibrations is known, selected as a prototype, containing a source of reference electrical vibrations, a low-pass filter and a rectifier connected to the object of the first and second blocks of excitation of mechanical vibrations, each of which includes a thyristor, diode and converter.

Общими и основными недостатками рассмотренных известных устройств являются низкая эффективность и повышенная затрата потребляемой мощности из-за отсутствия текущей связи состояния теплоносителя. General and main disadvantages of the considered known devices are low efficiency and increased consumption of power consumption due to the lack of current communication of the state of the coolant.

Цель изобретения - повышение эффективности и снижение потребляемой мощности. The purpose of the invention is to increase efficiency and reduce power consumption.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для возбуждения механических колебаний; на фиг. 2-5 - варианты выполнения основных блоков; на фиг. 6 - основные временные диаграммы, поясняющие работу устройства. In FIG. 1 shows a functional diagram of a device for exciting mechanical vibrations; in FIG. 2-5 - embodiments of the main blocks; in FIG. 6 - basic timing diagrams explaining the operation of the device.

Устройство для возбуждения механических колебаний (фиг. 1) содержит источник 1 опорных электрических колебаний, фильтр 2 низких частот, выпрямитель 3, первый и второй блоки 4 и 4¹ формирования управляющих импульсов, первый и второй блоки 5 и 5¹ возбуждения механических колебаний, объект 6, приемник 7 акустических колебаний, блок 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний и источник 9 порогового напряжения.A device for exciting mechanical vibrations (Fig. 1) contains a source 1 of reference electrical vibrations, a low-pass filter 2, a rectifier 3, the first and second blocks 4 and 4 ^{1 for} generating control pulses, the first and second blocks 5 and 5 ^{1 for} exciting mechanical vibrations, an object 6, a receiver 7 of acoustic vibrations, a unit 8 for automatically controlling the power of mechanical vibrations and a threshold voltage source 9.

Выход источника 1 опорных электрических колебаний соединен с фильтром 2 низких частот. Фильтр 2 низких частот и выпрямитель 3 подключены последовательно. Выходы выпрямителя 3 связаны соответственно с сигнальными входами первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и первыми входами первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний.The output of the source 1 of the reference electrical oscillations is connected to the filter 2 low frequencies. The low-pass filter 2 and the rectifier 3 are connected in series. The outputs of the rectifier 3 are connected respectively to the signal inputs of the first and second blocks 4, 4 ^{1 of the} formation of control pulses and the first inputs of the first and second blocks 5, 5 ^{1 of} excitation of mechanical vibrations.

Первый выход первого блока 4 формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом второго блока 5¹ возбуждения механических колебаний, а первый выход второго блока 4¹ формирования управляющих импульсов соединен с управляющим входом первого блока 5 возбуждения механических колебаний, выходы первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний и вторые выходы блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов соединены с третьим входом выпрямителя 3.The first output of the first control pulse generating unit 4 is connected to the control input of the second mechanical vibration excitation unit 5 ¹ , and the first output of the second control pulse generating unit 4 ^{1 is} connected to the control input of the first mechanical vibration driving unit 5, the outputs of the first and second blocks 5, 5 ¹ excitation of mechanical vibrations and the second outputs of the blocks 4, 4 ^{1 of the} formation of control pulses are connected to the third input of the rectifier 3.

Блоки 5, 5¹ возбуждения механических колебаний кинематически связаны с объектом 6. Приемник 7 акустических колебаний расположен в средней части корпуса объекта 6 между первым и вторым блоками 5, 5¹ возбуждения механических колебаний. Управляющий вход блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний подключен к выходу управления источника 9 порового напряжения, сигнальный вход - к выходу приемника 7 акустических колебаний, выходы - к управляющим входам первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов.Blocks 5, 5 ^{1 of} excitation of mechanical vibrations are kinematically connected with the object 6. The receiver 7 of acoustic vibrations is located in the middle part of the body of the object 6 between the first and second blocks 5, 5 ^{1 of} excitation of mechanical vibrations. The control input of the unit 8 for automatically controlling the power of mechanical vibrations is connected to the control output of the source 9 of the pore voltage, the signal input to the output of the receiver 7 of acoustic vibrations, the outputs to the control inputs of the first and second blocks 4, 4 ^{1 of the} formation of control pulses.

Каждый из блоков 5 и 5¹ возбуждения механических колебаний содержит накопительную емкость 20, диод 21, магнитострикционный преобразователь 22, тиристор 23, а также световой индикатор 24 и разделительный конденсатор 25, подключенные параллельно обмотке преобразователя 22, первые выводы которой соединены с катодом диода 21 и накопительной емкостью 20, а вторые выводы обмотки преобразователя 22 соединены с анодом тиристора 23.Each of the mechanical vibration excitation blocks 5 and 5 ¹ contains a storage capacitance 20, a diode 21, a magnetostrictive converter 22, a thyristor 23, as well as a light indicator 24 and a separation capacitor 25 connected in parallel to the winding of the converter 22, the first terminals of which are connected to the cathode of the diode 21 and storage capacity 20, and the second terminals of the winding of the Converter 22 are connected to the anode of the thyristor 23.

Устройство работает следующим образом. При включении устройства (фиг. 1) источник 1 опорных электрических колебаний вырабатывает сетевое переменное напряжение с частотой следования f = 1/T = 50 Гц, которое отфильтровывается от помех фильтром 2 низких частот (фиг. 6а). Это сетевое напряжение поступает на выпрямитель 3, где производится его однополупериодное выпрямление. Эти напряжения (фиг. 6б) поступают на первые и вторые блоки 5, 5¹ возбуждения механических колебаний и заряжают накопительные емкости 20, и на первые и вторые блоки 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и заряжают емкости 18.The device operates as follows. When you turn on the device (Fig. 1), the source 1 of the reference electrical oscillations produces a network alternating voltage with a repetition rate f = 1 / T = 50 Hz, which is filtered out from interference by the low-pass filter 2 (Fig. 6a). This mains voltage is supplied to the rectifier 3, where it performs half-wave rectification. These voltages (Fig. 6b) are supplied to the first and second blocks 5, 5 ^{1 of} excitation of mechanical vibrations and charge the storage tanks 20, and to the first and second blocks 4, 4 ^{1 of the} formation of control pulses and charge the tanks 18.

В соответствующих полупериодах сетевого напряжения источника 1 опорных электрических колебаний продолжает нарастать напряжение, которым в следующий момент будут открыты динисторы 17, задаваемое резисторными делителями на проходных резисторах 16 и цифроуправляющих сопротивлениях 19. Конденсаторы 18 блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов осуществляют временной сдвиг (задержку) фазы управляющего импульса.In the corresponding half-periods of the mains voltage of the source 1 of the reference electrical oscillations, the voltage continues to increase, which will then open the dinistors 17, set by resistor dividers on the passage resistors 16 and digital control resistances 19. The capacitors 18 of the control pulse generation blocks 4, 4 ¹ carry out a time shift (delay ) phase of the control pulse.

На выходах первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов вырабатываются импульсы, амплитуда которых задается величинами цифроуправляемых сопротивлений 19, устанавливаемых блоком 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний. По их сигналам запускаются в противофазе ( <N>phi = 180^о) второй и первый блоки 5¹ и 5 возбуждения механических колебаний. Открываются тиристоры 23 и через диодные вентили 21, магнитострикционные преобразователи 22, тиристоры 23 проходят модулированные высокой частотой (f_о = = 20-25 кгц) импульсы тока, заставляющие противофазно формировать ударные импульсы механической частоты f_о (фиг. 6 г), которыми возбуждается объект 6. Частота механического резонанса магнитострикционных преобразователей 22 первого и второго блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний задается накопительными емкостями 20, которые разряжаются на обмотку магнитострикционных преобразователей 22, когда открываются тиристоры 23. Время разряда накопительной емкости 20 подбирается меньше четверти периода собственных механических колебаний магнитострикционных преобразователей 22.At the outputs of the first and second blocks 4, 4 ^{1 of the} formation of control pulses, pulses are generated, the amplitude of which is set by the values of digital-controlled resistances 19, set by the unit 8 for automatically controlling the power of mechanical vibrations. According to their signals, the second and first blocks 5 ¹ and 5 of excitation of mechanical vibrations are triggered in antiphase (<N> phi = 180 ^о ). Thyristors 23 open and through diode valves 21, magnetostrictive converters 22, thyristors 23 pass current pulses modulated by a high frequency (f _о = 20-25 kHz), causing the shock pulses of mechanical frequency f _{о to be} formed out of phase (Fig. 6 g), which are excited object 6. The frequency of the mechanical resonance of the magnetostrictive converters 22 of the first and second blocks 5, 5 ^{1 of} excitation of mechanical vibrations is set by storage capacities 20, which are discharged to the winding of the magnetostrictive converters 22, when the thyristors open 23. The discharge time of the storage capacitance 20 is selected less than a quarter of the period of intrinsic mechanical vibrations of the magnetostrictive converters 22.

В результате, в среде объекта 6, представляющего собой резервуар с нагретой до кипения жидкостью, возбуждаются неперекрывающиеся акустические волны σ_х (на фиг. 6г показана работа одного магнитострикционного преобразователя 22), которые препятствуют отложению на теплопередающих поверхностях объекта 6 накипей и солеобразующих осадков.As a result, in the environment of object 6, which is a tank with a liquid heated to a boil, non-overlapping acoustic waves σ _{x are} excited (Fig. 6d shows the operation of one magnetostrictive transducer 22), which prevent the accumulation of scale and salt-forming sediments on the heat-transmitting surfaces of object 6.

Возбужденные в среде объекта 6 механические колебания регистрируются акустическим датчиком 27, усиливаются избирательным усилителем 28 до величины V_х ¹, настроенного на частоту механического резонанса f_о магнитострикционных преобразователей 22, выпрямляются (фиг. 6д) диодным вентилем 29, RC-фильтром на элементах 30, 33 и смещаются по уровню V_х, отстраиваясь от помех с помощью резистивных элементов 31, 32 (фиг. 2).The mechanical vibrations excited in the medium of object 6 are recorded by an acoustic sensor 27, amplified by a selective amplifier 28 to a value of V _x ¹ tuned to the frequency of mechanical resonance f _about magnetostrictive transducers 22, and rectified (Fig. 6e) by a diode valve 29, an RC filter on elements 30, 33 and are shifted along the level of V _x , detaching from interference with the help of resistive elements 31, 32 (Fig. 2).

Выпрямительный сигнал V_х приемника 7 акустических колебаний проходит на один вход аналогового компаратора 34 (фиг. 3) блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний. На другой его вход подается пороговое напряжение V_пор, задаваемое резисторным делителем на элементах 40, 41 через управляющий вход блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний, который соединен с источником 9 порогового напряжения. Пороговое напряжение создает требуемый уровень мощности механических колебаний, развиваемый двухтактными магнитострикционными преобразователями (фиг. 6б, г. д). На выходе компаратора 34 вырабатываются соответствующие цифровые сигналы (фиг. 6е, ж), сходные с частотой источника 1 опорных электрических колебаний (фиг. 6 - не показано), которые проходят на один вход второго элемента 37 И-НЕ, и через инвертор 35 - на вход первого элемента 36 И-НЕ. На их другие входы поступают цифровые импульсные сигналы, вырабатываемые формирователем 38 импульсов. Его работа синхронизирована с частотой возбуждения f блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний, что позволяет с этой же частотой (фиг. 6з, и) управлять работой реверсивного двоичного счетчика 39, на выходах которого формируется n-разрядный код N_у управления. Этот код поступает на входы цифроуправляемых сопротивлений 19 резистивных делителей блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов и определяет их омическое сопротивление, регулируя уровень мощности механических колебаний.The rectifying signal V _{x of the} receiver 7 of acoustic vibrations passes to one input of the analog comparator 34 (Fig. 3) of unit 8 for automatically controlling the power of mechanical vibrations. At its other input, a threshold voltage V _pores is supplied _, which is set by the resistor divider on the elements 40, 41 through the control input of the automatic oscillation power control unit 8, which is connected to the threshold voltage source 9. The threshold voltage creates the required power level of mechanical vibrations developed by push-pull magnetostrictive converters (Fig. 6b, d). The output of the comparator 34 produces the corresponding digital signals (Fig. 6e, g), similar to the frequency of the source 1 of the reference electrical oscillations (Fig. 6 - not shown), which pass to one input of the second element 37 AND-NOT, and through the inverter 35 - the input of the first element 36 AND NOT. Their other inputs receive digital pulse signals generated by the shaper 38 pulses. Its operation is synchronized with the driving frequency f blocks 5, ^{1 May} excitation of mechanical vibrations, which allows for the same frequency (Fig. 6h, i) control the operation of a reversible binary counter 39, which is formed at the outputs of n-bit code _{at the} N control. This code arrives at the inputs of the digitally controlled resistances 19 of the resistive dividers of the control pulse generation blocks 4, 4 ¹ and determines their ohmic resistance by adjusting the power level of mechanical vibrations.

Формирователь 38 импульсов (фиг. 4) содержит диодный вентиль 42 с конденсатором 43, резистивный делитель на элементах 44, 45, транзисторный ключ 47, резистор 46 смещения, пороговый элемент 48 (триггер Шмитта) с резистором 49 обратной связи, что позволяет формировать прямоугольные видеоимпульсы требуемый длительности (фиг. 6в). The pulse generator 38 (Fig. 4) contains a diode gate 42 with a capacitor 43, a resistive divider on the elements 44, 45, a transistor switch 47, a bias resistor 46, a threshold element 48 (Schmitt trigger) with a feedback resistor 49, which allows the formation of rectangular video pulses required duration (Fig. 6c).

Цифроуправляемые сопротивления 19 (ЦУС) первого и второго блоков 4, 4¹ формирования управляющих импульсов (фиг. 5) выполнены из n-инверторов 50, подключенных к матрице взвешенных резисторов 51 в порядке уменьшения их двоичного веса, и двух проходных резисторов 52, 53.The digitally controlled resistances 19 (CSC) of the first and second control pulse generation blocks 4, 4 ¹ (Fig. 5) are made of n-inverters 50 connected to the matrix of weighted resistors 51 in decreasing order of their binary weight, and two pass-through resistors 52, 53.

Изменение входного управляющего кода N_у вызывает дискретное изменение омического сопротивления ЦУС. Так, например, при условии V_x ≥ V_пор счетный импульс формирователя 38 импульсов проходит через открытый логический элемент 36 И-НЕ на прямой счетный вход реверсивного счетчика 39, изменяя его состояние (N_у). Это приводит к изменению (уменьшению) омических сопротивлений ЦУС 19. Изменяется соотношение V_х < V_пор, что приводит к обратному регулированию ЦУС.Changing the input control code N _y causes a discrete change in the ohmic resistance of the DCC. So, for example, under the condition V _x ≥ V _{then, the} counting pulse of the pulse shaper 38 passes through the open AND-NOT logic element 36 to the direct counting input of the reverse counter 39, changing its state (N _у ). This leads to a change (decrease) in the ohmic resistances of the DCC 19. The ratio of V _x <V _pores changes, which leads to the reverse regulation of the DCC.

При правильной работе блока 8 автоматического регулирования мощности механических колебаний в процессе работы устройства выполняется потактное регулирование амплитуды σ_х механических колебаний относительно установленного уровня (V_пор) в диапазоне разрядности счетчика 39 ЦУС (фиг. 6г), чем достигается оптимизация режима возбуждения колебаний, обеспечивая повышение эффективности и снижение потребляемой мощности устройства относительно прототипа.With the correct operation of block 8 of automatic control of the power of mechanical vibrations during operation of the device, a push-pull control of the amplitude σ _{x of} mechanical vibrations relative to the set level (V _pore ) in the bit range of the counter 39 of the central control center (Fig. 6d) is achieved, thereby optimizing the mode of excitation of vibrations, providing efficiency and reduced power consumption of the device relative to the prototype.

Визуальный контроль работы устройства осуществляется по световым индикаторам 24 блоков 5, 5¹ возбуждения механических колебаний, включенных через разделительные конденсаторы 25 в цепь питания магнитострикционных преобразователей 22. Это повышает надежность устройства.Visual control of the operation of the device is carried out by the light indicators 24 of the blocks 5, 5 ^{1 of the} excitation of mechanical vibrations, connected through isolation capacitors 25 in the power circuit of the magnetostrictive converters 22. This increases the reliability of the device.

Кроме того, выполнение его силовой части на развязывающих диодных вентилях 12, 13, 15, 21, резисторной нагрузке 14 снижает массо-габаритные показатели и также способствует повышению надежности. In addition, the implementation of its power part on decoupling diode valves 12, 13, 15, 21, resistor load 14 reduces the overall dimensions and also improves reliability.

Это позволяет устанавливать устройство непосредственно на агрегат (объект 6) и отказаться от дорогостоящего кабельного силового оборудования, что также отличает его от прототипа. This allows you to install the device directly on the unit (object 6) and abandon the expensive cable power equipment, which also distinguishes it from the prototype.

Предлагаемое устройство может быть использовано на различных теплообменных агрегатах малого и среднего объема и не нуждается в настройке. (56) Авторское свидетельство СССР N 591234, кл. B 06 B 1/02, 1976. The proposed device can be used on various heat exchangers of small and medium volume and does not need to be configured. (56) Copyright certificate of the USSR N 591234, cl. B 06 B 1/02, 1976.

Авторское свидетельство СССР N 1097381, кл. B 06 B 1/04, 1982. USSR author's certificate N 1097381, cl. B 06 B 1/04, 1982.

Claims

DEVICE FOR EXCITING MECHANICAL OSCILLATIONS, containing a source of reference electrical oscillations, a series-connected low-pass filter and a rectifier connected to the object of the first and second blocks of excitation of mechanical vibrations, each of which includes a thyristor, a diode and a converter, the first winding of which is connected to the cathode of the diode, characterized in that, in order to increase efficiency and reduce power consumption, the first and second blocks for the formation of control pulses are introduced into it, An acoustic oscillation receiver, an automatic power control unit for mechanical vibrations and a threshold voltage source, and the transducers are made in the form of magnetostrictive transducers, the output of the source of reference electrical vibrations being connected to a low-pass filter, the outputs of the rectifier are connected respectively to the first inputs of the first and second excitation blocks mechanical vibrations and signal inputs of the first and second blocks of the formation of control pulses, control input d of the automatic control unit for the power of mechanical vibrations is connected to the control output of the threshold voltage source, the signal input to the output of the acoustic vibration receiver, the outputs to the control inputs of the first and second control pulse generating units, the first output of the first control pulse generating unit is connected to the control input of the second unit excitation of mechanical vibrations, and the first output of the second control pulse generation block is connected to the control input of the first block excitation of mechanical vibrations, the outputs of the first and second blocks of excitation of mechanical vibrations and the second outputs of the blocks for generating control pulses are connected to the third input of the rectifier, while the receiver of acoustic vibrations is located in the middle part of the body of the object between the first and second blocks of excitation of mechanical vibrations, in each of the excitation blocks mechanical vibrations introduced the storage capacitance associated with the first conclusions of the transformer winding, a light indicator and a separation capacitor an ator connected in parallel with the transformer winding, and the second terminals of the transformer winding are connected to the thyristor anode.