Патент РФ № 2196646
«Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений»
Приоритет 05.04.2001 г.
Формула изобретения:
Ультразвуковое устройство для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений, включающее сетевой источник питания, накопительный конденсатор, к обкладкам которого через силовые цепи коммутирующих элементов подключены обмотки возбуждения магнитострикционного преобразователя, блок управления коммутирующими элементами, вход которого соединен с выходом блока частоты следования импульсов, а выходы подключены к управляющим входам коммутирующих элементов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства и эффективности очистки, оно снабжено блоком привязки к фазе питающего переменного напряжения, источником опорного напряжения, блоком сравнения напряжений и блоком синхронизации, при этом вход блока привязки к фазе и вход источника питания подключены к сети переменного тока параллельно, выход блока привязки к фазе соединен с первым входом блока синхронизации, выход которого подключен ко входу блока частоты следования импульсов, выход источника опорного напряжения подключен к первому входу блока сравнения напряжений, второй вход которого соединен с выходом источника питания, а выход - со вторым входом блока синхронизации.
Описание
Устройство относится к ультразвуковой технике и может быть использовано для очистки от отложений теплообменных поверхностей теплоагрегатов различного назначения. Устройство также может применяться для предотвращения появления отложений в теплообменниках.
Известно ультразвуковое устройство, включающее источник питания, коммутирующий элемент, блок частоты следования импульсов, накопительный конденсатор и магнитострикционный преобразователь с обмоткой возбуждения, подключенный к обмоткам накопительного конденсатора через силовую цепь коммутирующего элемента [1].
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для очистки теплоагрегатов от отложений, содержащее источник питания, блок частоты следования импульсов, накопительный конденсатор, к обкладкам которого последовательно через силовые сети коммутирующих элементов подключены две согласно включенные обмотки возбуждения магнитострикционного преобразователя, и блок управления коммутирующими элементами. Выход блока частоты следования импульсов подключен к входу блока управления коммутирующими элементами, выходы которого подключены к управляющим цепям коммутирующих элементов [2].
Недостатком данных устройств является невысокая эффективность и надежность работы электрического тракта. Это связано с тем, что, при работе закрепленного на теплоагрегате магнитострикционного преобразователя в импульсном режиме, энергия, запасенная в источнике питания, расходуется преобразователями значительно быстрее, чем происходит ее накопление. В случае, когда процесс накопления энергии в накопительном конденсаторе источника питания еще не закончился, а на управляющие электроды коммутирующих элементов от блока управления уже поданы открывающие импульсы, через элементы источника питания помимо заряжающего тока начинает протекать импульсный ток колебательного контура, связывающего обмотку магнитострикционного преобразователя, накопительный конденсатор и источник питания. Этот ток может во много раз превышать величину заряжающего тока источника питания, что приводит либо к выходу из строя элементов источника питания, либо к уменьшению величины, запасаемой в источнике питания энергии. В обоих случаях эффективность очистки теплоагрегатов от отложений уменьшается.
Целью изобретения является повышения надежности ультразвукового устройства и эффективности очистки теплоагрегатов от отложений.
Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковое устройство, в состав которого входят закрепляемый на теплоагрегате магнитострикционный преобразователь с двумя обмотками возбуждения, сетевой источник питания, накопительный конденсатор, коммутирующие элементы, блок частоты следования импульсов и блок управления коммутирующими элементами, снабжено блоком привязки к фазе питающего переменного напряжения, источником опорного напряжения, блоком сравнения напряжений и блоком синхронизации. Входы блока привязки к фазе и источника питания подключены к сети переменного тока параллельно, выход блока привязки к фазе соединен с первым входом блока синхронизации, выход которого подключен ко входу блока частоты следования импульсов. Выход источника опорного напряжения подключен к первому входу блока сравнения напряжений, второй вход которого соединен с выходом источника питания, а выход - со вторым входом блока синхронизации.
На чертеже представлена функциональная схема устройства. Устройство содержит сетевой источник питания 1, выход которого через коммутирующие элементы 2, 3 обмоток возбуждения 4, 5 магнитострикционного преобразователя подключен к обкладкам накопительного конденсатора 6. Выход блока частоты следования импульсов 7 соединен с входом блока управления коммутирующими элементами 8. К входу блока частоты следования импульсов 7 подключен выход блока синхронизации 9, первый вход которого соединен с выходом блока привязки к фазе питающего переменного напряжения 10. Входы блока привязки к фазе 10 и источника питания 1 подключены к сети переменного тока параллельно. Выход источника опорного напряжения 11 подключен к первому входу блока сравнения напряжений 12, второй вход которого соединен с выходом источника питания 1, а выход – со вторым входом блока синхронизации 9.
Устройство работает следующим образом.
Блок питания 1 формирует положительное выходное напряжение в положительные полупериоды переменного тока сети. При изменении знака питающего переменного тока, на первый вход блока синхронизации 9 поступает соответствующий импульс с выхода блока привязки к фазе питающего переменного напряжения 10. Выходное напряжение блока питания 1 сравнивается в блоке сравнения напряжений 12 с напряжением на выходе источника опорного напряжения 11. При достижении между указанными напряжениями заданного соотношения, блок сравнения напряжений 12 вырабатывает импульс, поступающий на второй вход блока синхронизации 9. При поступлении на первый вход блока синхронизации 9 сигнала с блока привязки к фазе 10 об изменении знака питающего тока сети с положительного на отрицательный и присутствии на его втором входе сигнала с блока сравнения напряжений 12, блок 9 вырабатывает импульс, поступающий на вход блока частоты следования импульсов 7. После прихода этого импульса, блок частоты следования импульсов 7 генерирует последовательность импульсов с частотой равной или кратной резонансной частоте нагруженного магнитострикционного преобразователя. Эти импульсы поступают на вход блока управления коммутирующими элементами 8, который распределяет эти импульсы на две последовательности, открывающие и закрывающие по очереди коммутирующие элементы 2, 3. При открывании коммутирующий элемент 2 подсоединяет накопительный конденсатор 6 через обмотку 4 магнитострикционного преобразователя к выходу блока питания 1. Через обмотку 4 начинает протекать импульсный зарядный ток конденсатора 6. Длительность заряда определяется величиной индуктивности обмотки 4 преобразователя и величиной емкости конденсатора 6. После окончания заряжающего импульса тока конденсатор 6 заряжается до напряжения, равного значению напряжения на выходе источника. В процессе протекания тока через обмотку 4 в ней возникает обратная ЭДС. При изменении полярности напряжения на катоде коммутирующего элемента он автоматически закрывается. Следующий импульс, поступающий из блока управления коммутирующими элементами 8, открывает коммутирующий элемент 3, и накопительный конденсатор 6 перезаряжается через обмотку 5 магнитострикционного преобразователя. Знак напряжения на обкладках конденсатора 6 меняется на противоположный. После этого коммутирующий элемент 3 закрывается. Следующий импульс, поступающий из блока управления 8, открывает коммутирующий элемент 2 и процесс повторяется. При последующих открываниях и закрываниях коммутирующих элементов 2, 3 накопленная в конденсаторе 6 энергия расходуется на поддержание механических колебаний, возникающих в преобразователе под действием изменяющегося магнитного потока. Частота этих колебаний равна частоте следования импульсов, открывающих коммутирующие элементы 2, 3. Согласование частоты следования импульсов, генерируемых блоком частоты следования импульсов 7, собственной резонансной частоты магнитострикционного преобразователя и резонансной частоты колебательных контуров, включающих накопительный конденсатор 6 и обмотки преобразователей 4, 5 позволяют максимально увеличить амплитуду акустических колебаний генерируемых ультразвуковым устройством и тех же затратах энергии. По мере увеличения номера импульса в пачке энергия, запасенная в конденсаторе 6, уменьшается. Время расходования запасенной в конденсаторе 6 энергии во много раз меньше полупериода колебаний в сети переменного тока, поэтому после прихода на вход блока синхронизации 9 сигнала с выхода блока привязки к фазе 10 о следующем изменении знака полупериода переменного тока в сети, блок синхронизации вырабатывает импульс, по которому блок частоты следования импульсов 7 прекращает генерацию последовательности импульсов, поступающих на вход блока управления коммутирующими элементами. Сетевой источника питания 1 начинает вновь накапливать энергию.
Предлагаемое изобретение позволяет повысить эффективность и надежность ультразвукового устройства для очистки и защиты теплоагрегатов от отложений за счет согласования работы его электрического тракта и механических колебаний магнитострикционного преобразователя.
Литература:
Авторское свидетельство СССР № 575144, кл. В 06 В 1/08, 1977 г.
Авторское свидетельство СССР № 1022750, кл. В 06 В 1/08; F 28 G 7/00, 1983 г.
|
(495)228 1907
