Устройство для электромагнитной магнитоакустической обработки водных систем

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для безреагентной обработки водных систем с целью разрушения и удаления накипи в паровых и водогрейных котлоагрегатах, а также исключения накипеобразования паровых и водогрейных котлах, теплообменной аппаратуре. Сущность полезной модели состоит в том, что она содержит магнитодинамический (магнитоакустический) излучатель с системой управления, образованный магнитопроводом и установленными на расстоянии друг от друга основной намагничивающей катушкой, компенсирующей катушкой с соосно расположенными сердечниками, а также горообразной катушкой сдвига (вращения) магнитного поля намотанной на кольцевой сердечник, расположенный вокруг основной части магнитопровода между основной намагничивающей и компенсирующей катушками. При этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей (регулирующей) катушек выполнены с возможностью контакта с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой питательной водой. Магнитопровод магнитодинамического (магнитоакустического) излучателя образован основной частью магнитопровода и сердечниками основной намагничивающей и компенсирующей (регулирующей) катушек, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой водной системы. Техническим результатом от использования полезной модели является повышение эффективности очищения стенок емкостей и трубопроводов от накипи, уменьшение энергоемкости процесса, создание условий для предотвращения ее образования, упрощение устройства, снижение его габаритов, обеспечение возможности его использования на уже действующих водогрейных, паровых и теплообменных системах. Заявленное устройство позволяет производить обработку питательной воды и разрушение накипи в водных системах при повышении КПД использования энергоносителей, в первую очередь, в котлоагрегатах и теплообменниках, изготовленных как из магнитных, так и немагнитных металлов и сплавов.

Полезная модель относится к области теплоэнергетики и предназначена для безреагентной обработки водных систем с целью разрушения и удаления накипи в паровых и водогрейных котлоагрегатах, а также исключения накипеобразования паровых и водогрейных котлах, теплообменной аппаратуре. Полезная модель может использоваться также для улучшения флотационного обогащения полезных ископаемых, в процессах сгущения и фильтрования.

Известен аппарат для магнитной обработки жидкости, включающий диамагнитную трубу с расположенным в ней ферромагнитным сердечником и электромагнитную систему, расположенную снаружи трубы и выполненную в виде одной или более катушек, снабженных двумя разъемными магнитопроводами, охватывающими их снаружи и установленными с возможностью перемещения относительно друг друга (авторское свидетельство СССР №1041522, C 02 F 1/48, 1983). Известный аппарат позволяет достаточно просто регулировать напряженность электромагнитного поля, что требуется обычно при обработке жидкостей различного состава.

Вместе с тем конструкцию известного аппарата невозможно использовать на действующих водонагревательных устройствах без их существенной конструктивной доработки. Регулировка напряженности электромагнитного поля за счет перемещения разъемных магнитопроводов относительно друг друга достаточно сложна и неэффективна (сложнее, чем электрические регулировки потенциометром), кроме этого весьма сложно подобрать оптимальный режим обработки жидкости.

Известно устройство для предотвращения образования и удаления уже образовавшейся накипи, а также очистки воды от примесей в трубопроводах и емкостях, заполненных водой (патент США №5326446 C 02 F 1/46, 1994). В работе устройства используется несколько взаимодействующих друг с другом магнитных полей, одно из которых является статическим электромагнитным полем, второе - переменным радиочастотным электромагнитным полем и третье - низкочастотным переменным магнитным полем с высокой амплитудой и короткой длительностью импульса.

Известно устройство для удаления накипи с внутренней стенки трубопровода, использующее воздействие электромагнитного поля на воду. Устройство содержит генератор импульсов переменной частоты и компьютер, посредством которого осуществляется управление. Импульсы от генератора поступают к катушке, намотанной вокруг внешней стенки подающего трубопровода, причем труба связана с электродами блока питания (заявка Японии №2002355677, C 02 F 1/48, 2002).

Недостатком указанных выше аналогов является то, что устройства достаточно дороги вследствие того, что они требуют больших подготовительных работ по установке устройств и намотке катушек. Вместе с тем, быстрого эффекта по очистке от накипи данные устройства получить не позволяют. Кроме того, весьма велики трудозатраты по установке устройств на трубопроводы и емкости, а также в процессе эксплуатации устройств.

Известно устройство для обработки воды магнитным полем (патент Российской Федерации №2191162, C 02 F 1/48, 2002), которое состоит из входного патрубка, корпуса устройства, внутреннего магнитопровода и намагничивающих катушек, к которым подводится постоянный ток. На внешней части корпуса установлены наружные магнитопроводы с броневым исполнением сердечников, которые экранируют потоки

рассеяния своими внешними полюсами, а шунтирующие потоки в зоне полюсных наконечников гасятся вкладышами. Центральный сердечник с намагничивающей катушкой создает магнитный поток, пересекающий рабочую (активную) зону устройства и замыкающийся на внутреннем магнитопроводе, полюсных наконечниках и внешних полюсах наружных магнитопроводах. Таким образом, каждая намагничивающаяся катушка создает три магнитных потока с векторами взаимно противоположного направления, участки соприкосновения которых лежат в зонах бокового распора магнитных силовых линий, образуя непрерывное магнитное поле вдоль рабочей зоны устройства.

К недостаткам описанного устройства относится сложность, значительные габариты устройства и дополнительные затраты на монтаж установки «вставки» перед пуском котлоагрегата в работу и после. Кроме того, существенным недостатком является вероятность накапливания магнитных примесей на полюсах внутреннего магнитопровода.

Ближайшим аналогом полезной модели является устройство, реализующее способ защиты и очистки поверхности ферромагнитных материалов от отложений (патент Российской Федерации №2167728, В 08 В 7/02, 2001 г.), заключающийся в воздействии на ферромагнитную поверхность парового, теплового или водогрейного оборудования импульсным электромагнитным полем для создания эффекта магнитострикции. Причем одновременно с эффектом магнитострикции осуществляют магнитную обработку воды на питающем трубопроводе оборудования импульсным электромагнитным полем. При этом импульсное электромагнитное поле для эффекта магнитострикции и магнитной обработки воды создают за счет воздействия пачек электромагнитных импульсов с частотой 0,1-10 Гц. Импульсное электромагнитное поле можно создавать разнополярными пачками импульсов. При работе устройства в оборудование поступает вода,

предварительно обрабатываемая на питающем трубопроводе. Эта вода усиливает воздействие на внутреннюю поверхность оборудования, которое одновременно подвергается воздействию магнитострикции.

Недостатком ближайшего аналога является отсутствие алгоритма обработки котловой воды в связи с ее жесткостью, отсутствие обратной связи, а также достаточно большая энергоемкость и малая эффективность. Данное устройство не позволяет очищать от накипи поверхность конструкций из диамагнитных и парамагнитных металлов и сплавов.

Задачей, решаемой полезной моделью является создание эффективного устройства для магнитоакустической обработки водной среды, позволяющего реализовать различные режимы снятия накипи, образующейся на стенках оборудования, путем воздействия акустических волн инфразвуковой и звуковой частот.

Кроме того, задачей полезной модели является получение компактной конструкции, обладающей малой энергоемкостью, простотой обслуживания и возможностью установки на действующих агрегатах при их минимальной доработке, что обусловит экономические преимущества устройства. Известные специальные акустические излучатели, интенсивностью от 120 до 180 дБ весьма громоздки.

Поставленная задача для устройства решается за счет того, что оно содержит магнитодинамический излучатель с системой управления, образованный магнитопроводом и установленными на расстоянии друг от друга основной намагничивающей катушкой, компенсирующей катушкой с соосно расположенными сердечниками, а также торообразной катушкой сдвига (вращения) магнитного поля намотанной на кольцевой сердечник, расположенный вокруг основной части магнитопровода между основной намагничивающей и компенсирующей катушками. При этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек выполнены с возможностью контакта с подводящей трубой трубопровода

обрабатываемой питательной воды, магнитопровод магнитодинамического (магнитоакустического) излучателя образован основной частью магнитопровода и сердечниками основной намагничивающей и компенсирующей катушек, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой питательной воды.

При этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек снабжены соответственно башмаком-излучателем и башмаком-концентратором, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой питательной воды.

Кроме того, контактная поверхность башмака-излучателя и башмака-концентратора предпочтительно спрофилирована под форму и размеры подводящей трубы для обеспечения плотного и надежного контакта с ней.

Для удобства установки башмака-излучателя и башмака-концентратора на подводящей трубе сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек могут быть соединены с основной частью магнитопровода с возможностью поворота (например, шарнирно) и последующей надежной фиксацией.

Система управления магнитодинамическим излучателем содержит блок управления задержками, частотой и уровнем параметров, генераторы импульсов основной намагничивающей, компенсирующей и катушки сдвига магнитного поля и синхронизатор выходных импульсов упомянутых генераторов, при этом первый выход блока управления соединен с входом синхронизатора выходных импульсов генераторов, а второй и третий выходы - с первым входом генератора импульсов компенсирующей намагничивающей катушки и первым входом генератора импульсов катушки сдвига магнитного поля, первый выход синхронизатора выходных импульсов генераторов соединен с входом генератора импульсов основной намагничивающей катушки, а второй и

третий выходы - соответственно со вторым входом генератора импульсов компенсирующей катушки и со вторым входом генератора импульсов катушки сдвига магнитного поля, при этом выходы каждого генератора импульсов соединены с входами соответствующих катушек.

Устройство может дополнительно снабжаться датчиком-измерителем толщины накипи и датчиком определения жесткости питательной воды. Выходы упомянутых датчиков подключаются к блоку управления задержками, частотой и уровнем параметров.

Техническим результатом от использования полезной модели является повышение эффективности очищения стенок емкостей и трубопроводов от накипи, уменьшение энергоемкости процесса, создание условий для предотвращения ее образования, упрощение устройства, снижение его габаритов, обеспечение возможности его использования на уже действующих водогрейных, паровых и теплообменных системах. Заявленное устройство позволяет производить обработку питательной воды и разрушение накипи в водных системах при повышении КПД использования энергоносителей, в первую очередь, в котлоагрегатах и теплообменниках, изготовленных как из магнитных, так и немагнитных металлов и сплавов.

Акустические волны возбуждаются в твердых телах, жидких средах и газах, а магнитный поток всегда замкнут, независимо от материала питающей трубы.

Указанный результат достигается за счет того, что заявленное устройство обеспечивает формирование низкочастотных импульсов, форма, амплитуда, частота и скважность которых могут регулироваться вручную и корректироваться автоматически.

Для разрушения нерастворимой части и растворения растворимой части накипи на элементах котлоагрегатов и теплообменников и последующего удаления ее водотоком, а также для предотвращения

образования накипи, устройство (магнитоакустической) электромагнитной обработки водных систем имеет в своем составе генератор импульсов, магнитодинамический (магнитоакустический) излучатель (далее - (МАИ) МДИ), датчик определения жесткости воды, средства получения информации с датчиков (обратная связь) и выдачи корректирующего воздействия на генератор, который оптимизирует амплитуду, частоту и форму импульсов, а также позволяет сочетать их в различных комбинациях в зависимости от поставленной задачи и сигналов, поступающих с датчиков.

МДИ (МАИ) с помощью башмака-излучателя и башмака-концентратора устанавливается на подводящей (питающей) трубе оборудования, работающего в штатном режиме (котлоагрегата, теплообменника и т.п.). Магнитный поток, создаваемый МДИ (МАИ), не превышает параметров насыщения намагниченности материала.

Параметры электромагнитных (магнитоакустических) полей оптимизируются путем обратных связей по измерению толщин отложения (накипи) на стенках оборудования и жесткости воды.

Комбинации магнитных катушек позволяют изменять форму и векторы направления электромагнитных полей.

Устройство реализует безреагентный метод обработки водных систем, позволяет задавать различные параметры (магнитоакустических) электромагнитных полей и использовать гармонические составляющие импульсов различной формы и амплитуды в зависимости от решаемой задачи. Введение обратной связи позволяет подбирать оптимальный режим в каждом конкретном случае для заданного состава воды, эксплуатационных параметров и т.п. В предлагаемое устройство введен электронный блок, позволяющий выдавать различные по амплитуде, частоте и форме импульсы с регулировкой скважности, сочетать их в различных комбинациях с целью оптимизации технологических

параметров магнитной обработки водой среды и акустических волн, в зависимости от поставленной задачи и сигналов, поступающих с датчиков.

В результате заявленное устройство обеспечивает разрушение нерастворимой части накипи на стенках элементов котлоагрегатов и удаление солей, растворимых в питающей трубе воды.

При этом устройство имеет возможность эффективного воздействия на суспензии при флотации, в которых твердые и другие частицы имеют различные частотные свойства. Устройство обеспечивает выбор спектра воздействия, что определяет эффективность его работы и повышение эксплуатационных качеств.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 - функциональная схема устройства обработки водных систем от накипи;

на фиг.2 - структурная схема;

на фиг.3 - (магнитоакустический) магнитодинамический излучатель;

на фиг.4 - график, иллюстрирующий уменьшение толщины накипи от времени работы прибора на теплообменнике;

на фиг.5 - график, иллюстрирующий уменьшение толщины накипи от времени работы прибора на котле ДКВР.

Устройство для борьбы с отложениями в теплообменной аппаратуре устанавливается на трубе 1 трубопровода, подводящего воду к котлу 2 или к другой емкости для нагревания воды. Устройство предназначено для эффективной безреагентной обработки водных систем электромагнитным и акустическим полями малой мощности с целью разрушения нерастворимой части и растворения растворимой части накипи на элементах котлоагрегатов и теплообменниках и удаления ее водотоком, а также предотвращения образования накипи.

Устройство содержит магнитодинамический излучатель 3, прикрепленный к питательной (подводящей) трубе 1 с ее внешней стороны, и систему управления 4.

Магнитодинамический (магнитоакустический) излучатель 3 состоит из установленных на общем магнитопроводе 5

- основной намагничивающей катушки 6;

- компенсирующей (регулирующей) намагничивающей катушки 7;

- катушки сдвига (вращения) магнитного поля 8.

В зазоре магнитопровода между башмаком и концентратором соосно находится питательная труба 1.

Магнитопровод (универсальный), состоящий из скобы 5, сердечников 9, 10, башмаков 11, 12 расположен на трубе 1 подающего трубопровода и по форме выполнен, по крайней мере, частично охватывающим трубопровод. В частности, специальный магнитопровод может иметь монолитную С-образную форму, или, как показано на фиг.3, состоять из сочлененных прямолинейных участков (основной части, промежуточных частей и башмаков).

Сердечники 9 и 10 основной намагничивающей и компенсирующей катушек 6, 7 расположены вдоль одной оси (осевой линии) и установлены на диаметрально противоположных сторонах трубы 1 подводящего трубопровода так, что они создают нормальную составляющую магнитного поля по отношению к направлению движения жидкости. Сердечник 9 основной намагничивающей катушки 6 контактирует с трубой 1 через башмак - излучатель 11, а сердечник 10 компенсирующей катушки 7 - через башмак-концентратор 12.

Контактные поверхности башмака- излучателя 11 и башмака-концентратора 12 выполнены по форме и размерам, соответствующими диаметру трубы 1 подводящего трубопровода для обеспечения плотного надежного контакта между ними.

Катушка 8 сдвига (вращения) магнитного поля выполнена торообразной, а именно намотана на сердечник кольцевой формы, охватывающий основную часть магнитопровода 5, и расположена на последнем между основной намагничивающей 6 и компенсирующей 7 катушками.

Система управления 4 имеет в своем составе блок управления 13, первый выход которого соединен с входом синхронизатора импульсов 14, а второй и третий выходы - с первым входом генератора 15 импульсов компенсирующей намагничивающей катушки 7, первым входом генератора 17 импульсов основной намагничивающей катушки 6. Первый выход синхронизатора 14 импульсов соединен со вторым входом генератора 17 импульсов основной намагничивающей катушки 6, а второй и третий выходы - соответственно со вторым входом генератора 15 импульсов компенсирующей катушки 7 и входом генератора 16 импульсов катушки 8 сдвига магнитного поля, при этом выходы каждого генератора импульсов соединены с входами соответствующих катушек.

Блок управления задает задержки, частоту и уровень параметров магнитного поля. Генератор импульсов основной катушки 6 формирует импульсы, определяющие основные магнитные поля для обработки водных систем, а генератор импульсов компенсирующей катушки 7 формирует импульсы, определяющие компенсирующие параметры полей. Генератор импульсов катушки сдвига (вращения) магнитного поля формирует импульсы, определяющие параметры сдвига (вращения) магнитного поля магнитодинамического излучателя.

Устройство может включать датчик-измеритель 18 толщины накипи и датчик 19 определения жесткости питательной воды.

Датчик 19 определения жесткости воды и датчик-измеритель 18 толщины накипи своими выходами связаны с блоком управления 13 (обратная связь) для выдачи корректирующего воздействия на генераторы

15, 16, 17, которые оптимизируют амплитуду, частоту и форму импульсов, а также позволяют сочетать их в различных комбинациях в зависимости от поставленной задачи и сигналов, поступающих с датчиков.

Сердечники 9, 10 основной намагничивающей 6 и компенсирующей 7 катушек шарнирно соединены с основной частью магнитопровода 5 для удобной установки башмака-излучателя 11 и башмака-концентратора 12 на подводящей трубе 1 и последующей фиксации на ней. Установка магнитопровода 5 с катушками 6, 7, 8 на трубе 1 и на котлоагрегате 2 занимает порядка 10 минут.

Устройство работает следующим образом.

Магнитопровод датчика, состоящий из скобы 5, сердечников 9, 10, башмаков 11 и 12, изготовлен из материала с высокой магнитной проницаемостью, предназначен для локализации магнитной индукции, возбуждаемый электромагнитным полем катушек 6, 7, 8.

Одновременно в магнитопроводе, вследствие явления магнитострикции возбуждаются механические колебания. Магнитная индукция и механические колебания передаются в систему.

Обычно излучатель устанавливается на питательной трубе 1.

Блок управления 13 вырабатывает короткие положительные импульсы с большой скважностью. Частота следования от 0,1 до 15 ед.

Данные импульсы поступают на генераторы 15 и 17, а также на синхронизатор 14.

Генератор 15 импульсов компенсирующей катушки и генератор 17 импульсов основной намагничивающей катушки вырабатывают разнополярные прямоугольные импульсы. С синхронизатора на вторые входы генераторов поступают импульсы, позволяющие изменять скважность импульсов, вырабатываемых генераторами 15 и 17. Это позволяет изменять эффективность мощности генераторов, передаваемую на катушки 7 и 6 (МАИ) МДИ 3 соответственно.

На генератор 16 сдвига (вращения) выдаются с синхронизатора импульсы, частотой 30-1000 ед. Генератор 16 вырабатывает (негармонические) гармонические колебания, определяемые синхронизатором 14. С генератора 16 колебания поступают на катушку 8 (МАИ) МДИ З.

Поле катушки 8 сдвига (вращения) позволяет вращать полюса доменов магнитопровода и тем самым создавать на концентраторе 12 и башмаке - излучателе 11 магнитные поля сдвига, направленные относительно продольной оси башмак 11 - концентратор 12 в перпендикулярном и параллельном направлениях относительно вектора движения питательной воды.

Время T [сек.] очистки стенок котлоагрегата (изделия) от накипи, заданной толщины - h [м], зависит от скорости ее растворения и разрушения в водной среде - С. [кг/сек]

T=h/C

Устройство обеспечивает оптимизацию скорости, т.е. скорость в приведенном уравнении является величиной переменной (фиг.4, 5).

Ультразвуковые датчики измерения толщины накипи 4 работают по принципу отражения сигналов от границ разделов сред, обладающих различным волновым сопротивлением, таких как сталь - накипь, накипь - вода. Таким образом, информация о толщине накипи с определенным интервалом или непрерывно поступает на блок управления 13 и цифровой индикатор толщины накипи. С блока управления сигнал поступает на синхронизатор 14, который, в свою очередь, изменяет скважность импульсов генераторов 15 и 17, тем самым, изменяя мощность, поступаемую в конечном итоге на (МАИ) МДИ 3.

Датчик жесткости воды, например, кондуктор, выдает аналоговый сигнал для управления амплитудой генераторов 15 и 17 через блок управления 13.

Работая в автоматическом режиме обратной связи за счет изменения амплитуды и фазы импульсов, регулирует величину магнитных и акустических полей.

Основная намагничивающая катушка 6 - рабочая, создает основное магнитное поле обработки водных систем и задает основную частоту механических колебаний, вторая - компенсирующая (регулирующая) 7 катушки.

Кроме того, на основную часть магнитопровода 5, магнитное ярмо основной намагничивающей катушки 6 надета тороидальная катушка 8 сдвига магнитного поля, создающая эффект «вращения» поля в плоскости, параллельной вектору направления движения воды.

Частота электромагнитного поля, создаваемая тороидальной катушкой 8 сдвига (вращения) магнитного поля, на 1-2 порядка выше частоты поля основной намагничивающей катушки 6.

Синхронизация этих полей не является обязательной.

Заявленное устройство имеет следующие существенные преимущества:

1. позволяют создавать оптимальные по рабочим параметрам электромагнитные и акустические поля и использовать гармонические составляющие импульсов различной формы и амплитуды в зависимости от решаемой задачи;

2. обратная связь позволяет подобрать оптимальный режим в каждом конкретном случае;

3. магнитодинамический (магнитоакустический) излучатель с системой управления позволяет менять параметры электромагнитного и акустического полей и оптимизировать решение поставленной задачи.

1. Устройство электромагнитной (магнитоакустической) обработки водных систем, содержащее магнитодинамический (магнитоакустический) излучатель с системой управления, образованный магнитопроводом и установленными на расстоянии друг от друга основной намагничивающей катушкой, компенсирующей катушкой с соосно расположенными сердечниками, а также торообразной катушкой сдвига (вращения) магнитного поля намотанной на кольцевой сердечник, расположенный вокруг основной части магнитопровода между основной намагничивающей и компенсирующей катушками, при этом сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек выполнены с возможностью контакта с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой воды, а магнитопровод магнитодинамического (магнитоакустического) излучателя образован основной частью магнитопровода и сердечниками основной намагничивающей и компенсирующей катушек, обеспечивающими контакт магнитопровода с подводящей трубой трубопровода обрабатываемой водной системы за счет башмака-излучателя, расположенного между сердечником основной намагничивающей катушки и подводящей трубой, и башмака-концентратора, расположенного между сердечником компенсирующей катушки и подводящей трубой.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что контактная поверхность башмака-излучателя и башмака-концентратора спрофилирована под форму и размеры подводящей трубы.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сердечники основной намагничивающей и компенсирующей катушек соединены с основной частью магнитопровода с возможностью поворота и последующей фиксации для установки башмака-излучателя и башмака-концентратора на подводящей трубе.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что система управления магнитодинамическим излучателем содержит блок управления задержками, частотой и уровнем параметров, генераторы импульсов основной намагничивающей, компенсирующей и катушки сдвига магнитного поля и синхронизатор выходных импульсов упомянутых генераторов; при этом первый выход блока управления соединен с входом синхронизатора выходных импульсов генераторов, а второй и третий выходы - с первым входом генератора импульсов компенсирующей намагничивающей катушки и первым входом генератора импульсов катушки сдвига магнитного поля; первый выход синхронизатора выходных импульсов генераторов соединен с входом генератора импульсов основной намагничивающей катушки, а второй и третий выходы - соответственно со вторым входом генератора импульсов компенсирующей катушки и со вторым входом генератора импульсов катушки сдвига магнитного поля; при этом выходы каждого генератора импульсов соединены с входами соответствующих катушек.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит датчик-измеритель толщины накипи и датчик определения жесткости питательной воды.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выход датчика определения жесткости воды связан с блоком управления.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что выход датчика-измерителя толщины накипи связан с блоком управления.