На главную

Устройства ультразвуковой

очистки УУЗ-2мк2 (керамика)

Устройство ультразвуковой очистки УУЗ-2мк (микроконтроллер)

Ванна ультразвуковая 2,5кВт

Теория, принципы

работы

Экономическая эффективность

Резонанс,

эффект

Виллари

Способы и примеры

установки

Области возможного применения

 

  Сертификат

 

 

Контакты

 

 

 

Устройство ультразвуковой очистки

теплообменного оборудования УУЗ-2мк

с микроконтроллерным управлением

УУЗ-2мк (г. Луганск)

(устройство ультразвуковое 2-х канальное микроконтроллерное управление)

 

 

УУЗ-2мк с 2 излучателями ПМСИ-3

Прибор УУЗ-2мк - это дальнейшее развитие прибора УУЗ-2, в котором внесено в конструкцию много изменений и новых решений, повышающих его надежность, эффективность, и упрощающих работу с ним. Устройство предназначено для альтернативой очистки теплообменного и прочего оборудования ультразвуковым методом, который заключается в обработке воды и стенок теплоагрегата механическими колебаниями ультразвуковой частоты. Это позволяет значительно замедлить или предотвратить рост накипи и отложений и даже удалить их, что приводит к улучшению теплоотдачи и соответственно позволяет наряду с экономией энергоносителя значительно увеличить срок службы термонапряженных узлов теплоагрегатов или другого технологического оборудования.

Аппарат состоит из двухканального генератора и 2-х ультразвуковых магнитострикционных преобразователей-излучателей, подключенных к генератору кабелем длиной 10-15м. Генератор вырабатывает электрические импульсы заданной частоты, которые преобразуются в преобразователе в импульсы механических колебаний ультразвуковой частоты, которые передаются в теплоагрегат. Конструктивно генератор выполнен в виде настенного блока, соединенного кабелями с преобразователями (излучателями). Рабочая резонансная частота излучателей определяется их индивидуальной характеристикой и настраивается автоматически микроконтроллером. Информация о состоянии прибора выводится на 2 ЖК-дисплея, отображающих текущий режим работы и состояние каждого канала.

 

Прибор УУЗ-2  имеет следующие технические данные:

 

Подробное описание:

    Функционально устройство состоит из блока генераторов и 2-х магнитострикционных преобразователей ПМСИ-3. Блок генераторов состоит из блока питания и 2-х одинаковых каналов генераторов, с выхода которых импульсы подаются на магнитострикционные преобразователи.

 

    Блок питания содержит в себе:

 - корректор коэффициента мощности (ККМ, или PFC - power factor correction) – устройство для снижения реактивной потребляемой мощности, необходимость установки которого законодательно закреплена во многих странах. Он же выполняет функции стабилизатора напряжения источника питания, что позволяет работать прибору при напряжении питающей сети 100...300В,

 - источники питания всех узлов генератора,

 - блок привязки к частоте питающей сети 50Гц, для привязки управляющих импульсов к вершине синусоиды питающей сети для разгрузки основного накопительно-питающего электролитического конденсатора,

 - делитель частоты на 4 и формирователя управляющих работой генераторов импульсов длиной 2,5 миллисекунды, которые также разнесены во времени с привязкой по частоте к сети 50Гц и к вершинам питающих синусоид сети, с той же целью уменьшения пиковой нагрузки на накопительный конденсатор питания.

 - фильтр высоковольтных выбросов и высокочастотных импульсов, возникающих в промышленных питающих сетях в результате коммутации мощных потребителей (электродвигатели насосов и т.д.)

 

 

В состав каждого генератора входит:

 - блок индикации, позволяющий измерять  на основе эффекта Виллари величину резонансного отклика (затухающих после импульса колебаний) магнитострикционного излучателя, при помощи которого можно настроить генератор на частоту механического резонанса излучателя, при которой отдача излучателя максимальна. Сигнал с блока индикации подается как на стрелочный индикатор, так и на вход микроконтроллера, который, измеряя величину отклика во всем диапазоне рабочих частот, находит оптимальную частоту и в дальнейшем обеспечивает работу излучателя на самой оптимальной резонансной частоте даже при значительном изменении внешних условий.

 - блок микроконтроллера. На вход блока микроконтроллера поступают 3 сигнала – сигнал с выхода блока индикации, сигнал с выхода задающего генератора 18-25кГц, для индикации частоты на контрольном дисплее, и управляющий сигнал с выхода формирователя управляющих импульсов 12,5Гц длиной 2,5мс, для определения момента замера затухающих колебаний с выхода блока индикации. Микроконтроллер имеет выходы - на управление частотой задающего генератора 18-25кГц, и выход на дисплей, отображающий текущее состояние генератора.

 - блок задающего генератора 18-25кГц. Генератор может управляться как вручную, так и в автоматическом режиме микроконтроллером.

 - блок выходного каскада, на который поступают импульсы задающего генератора 18-25кГц, и который формирует и выдает на выход прибора импульсы тока для магнитострикционных преобразователей, напряжением 430В и током 10-12А.

 - блок контроля и регулировки тока магнитострикционных преобразователей (излучателей). Он необходим, потому что ток излучателей при включении прибора и сканировании резонансной частоты может изменяться в 8-10раз, также он может изменяться в процессе эксплуатации. Также блок контроля тока излучателей используется для выявления короткого замыкания в нагрузке, и если таковое случается, отключает блок выходного каскада с выводом соответствующей надписи на ЖК-дисплей, исключая, таким образом, выход этого каскада из строя от большой токовой перегрузки.

Блок-схема УУЗ-2мк

Работа с прибором

Органы управления: 1 - стрелочный индикатор уровня резонанса, 2 - тумблер питания, 3 - двухстрочный жидкокристаллический индикатор, 4 - светодиод индикации работы канала в автоматическом режиме настройки на резонансную частоту, 5 - светодиод индикации работы канала в ручном режиме настройки на резонансную частоту, 6 - переключатель режимов "ручной" - "автоматический", 7 - регулятор частоты генератора для настройки генератора в резонанс в ручном режиме, 8 - замок прибора, 9 - разъемы подключения излучателей, 10 - индикаторы срабатывания защиты от КЗ в цепи излучателей.

    После включения в течении 12 сек. контроллеры проверяют состояние каналов генератора, при этом дисплеи выводится информационная заставка:

 

 

 

    Далее в зависимости от положения переключателя 6 генераторы начинают работать либо в ручном, либо в автоматическом режиме. При этом в верхней строке выводится режим работы генератора, в нижней - текущая частота генератора.

 

 

 

             1. индикация ручного режима                           2. режим автопоиска резонанса                       3. режим нормальной работы

    Работа в ручном режиме: при переводе генератора в режим настройки резонанса вручную переводом тумблера 6 вниз, необходимо подстройкой частоты ручкой 7 добиться максимальных показаний стрелочных индикаторов 1.Для определения частоты резонанса используется эффект Виллари (краткие пояснения по использованию этого метода в данном приборе здесь). В этом режиме отображаются сообщения на фиг. 1. При работе в этом режиме необходимо помнить, что с течением времени и условий работы (температура, давление к котле, процесс старения и т.д.)  изменяются резонансные свойства излучателей ПМСИ-3, поэтому необходимо постоянно следить за оптимальной настройкой генератора, проверяя ее раз в 3-4 дня или чаще в зависимости от величины и скорости изменения внешней ситуации. Без этого генераторы будут работать не на частоте резонанса, где отдача излучателей значительно меньше, и чем больше расстройка от частоты резонанса, тем больше падение эффективности работы всего прибора, например при расстройке в 1кгц падение эффективности может достигать 6-10 раз. Для исключения этого явления и предназначен режим работы в автоматическом режиме.

    Работа в автоматическом режиме: при включении прибора в автоматическом режиме (или перевод его в этот режим во включенном состоянии тумблером 6) происходит следующее: контроллер начинает сканировать частоту от нижней 18 кГц до верхней 25 кГц, запоминая частоты максимальных резонансов, (их часто бывает несколько), затем обратно сверху вниз от 25 до 18 кГц, и так 3 раза, т.е. 6 проходов. Эта процедура занимает 3,5 мин, при этом отображается сообщение на фиг. 2. После вычисляется частота самого максимального резонанса, и контроллер переходит в режим нормальной работы и отслеживания резонанса. Отслеживание резонанса происходит следующим образом - при переходе в режим "работа" контроллер незначительно, на 20 Гц изменяет частоту генератора, измеряя уровень резонанса, и как только уровень резонанса начинает уменьшаться, контроллер изменяет знак изменения частоты, и так до следующего уменьшения уровня резонанса. Таким образом, генератор "топчется" на частоте резонанса, показания частоты при этом незначительно и постоянно меняются (девиация 20-40 Гц).  В этом режиме отображаются сообщения на фиг. 3.

Дополнительные сообщения дисплея:

 - "нет резонанса" - если контроллер после 10-20 проходов поиска резонанса его не обнаруживает. Это свидетельствует об обрыве кабеля подключения излучателя.

 - "КЗ излучателя" - если сработала система защиты от КЗ (короткого замыкания) в кабеле подключения излучателя. В этом случае надо отключить прибор и проверить кабель на наличие КЗ.

 

Отличия от существующих аналогов.

Все генераторы для импульсных магнитострикционных преобразователей, выпускающиеся сегодня в РФ, имеют одинаковый принцип работы. Рассмотрим его:

                                                                                            Блок-схема стандартного генератора
                                                       

На схеме К1 и К1 - силовые ключевые элементы. Накопительный конденсатор С1, заряжаясь от сети, в момент рабочего импульса разряжается на обмотки магнитострикционного преобразователя L1.1 и L1.2 через ключи К1 и К2, которые управляются от задающего генератора G1. Мощность (длительность) импульса ограничена величиной заряда конденсатора С1, и не может регулироваться в сторону увеличения до получения максимальной отдачи от излучателя. Схема очень простая, и в силу своей простоты, очень надежная. Она работает без подмагничивания сердечника, поэтому частота генератора в 2 раза ниже частоты работы излучателя. В чем суть явления: при подаче магнитного поля на магнитострикционный материал (например при помощи тока протекающего через катушку), он сжимается. Ниже показан график изменения размеров от приложенного поля. Обратите внимание, что после точки 1 изменения почти нет. Эта точка соответствует величине макс. тока 10А в излучателях ПМСИ-3 (Москва) и ПМС-П (Пемза), и поднимать ток выше 15-18А (точка 2) смысла нет.

                             

 

Надо заметить, сердечник сжимается независимо от знака поля, или направления тока в катушке. Т.е., если по катушке в течении положительного полупериода течет ток - он сжимается, в течении отрицательного полупериода он опять же сжимается, т.е. за 1 период колебаний тока в катушке он совершает 2 колебания размеров сердечника, т.е. работает с удвоенной частотой. Ниже на рисунке 2,2 а показано это явление. Однако, картина становится совсем другой, если в магнитострикционный материал двигателя излучателя ввести постоянное магнитное поле подмагничивания, величиной примерно половину от максимально действующего. Тогда "рабочая точка" материала смещается, он наполовину сжимается, и при пике отрицательной полуволны (например) он почти полностью лишается магнитного поля, а при положительной он максимально сжат. В этом случае частота колебаний излучателя соответствует частоте генератора, как показано на рис. 2.2 б.

                              

Это приводит к существенному повышению эффективности работы преобразователя:

   

Кроме того, в этом режиме нет потерь на перемагничивание сердечника, рис. 2.1 график справа. Генератор "УУЗ-2мк" работает по такому принципу, с подмагничиванием сердечника.

Второе, длительность импульса может быть любой, безопасной для излучателя (пока не наступит перегрев от избытка рассеиваемой мощности).

И третье, генератор имеет автоматическую настройку на механическую резонансную частоту излучателя, что весьма важно для его максимально эффективной работы (см. "Резонанс эффект Виллари"). Все это в сумме позволяет в несколько раз повысить эффективность работы излучателей типа ПМСИ-3, ПМС-П и им подобных.

Также генератор имеет в своем составе блок ККМ (или PFC - power factor correction), который обеспечивает стабильное питание генератора и его выходную мощность независимо от питающего напряжения сети, которое может изменяться в пределах 120...300В.

Монтаж устройства.

 

Монтаж на объекте заключается в приварке электросваркой преобразователя к внешней поверхности котла, либо посредством монтажного переходника, допускающего последующее снятие преобразователя. Без переходника излучатель приваривается "намертво" и демонтажу уже не подлежит. Приварка преобразователя к наружной поверхности теплообменного оборудования не приводит к внутренним повреждениям металла стенки теплообменного оборудования.

 

     Место установки преобразователей выбирается наиболее приближенным к теплонапряженным точкам, где происходит самое интенсивное образование накипи, и воздействие на которые обеспечит оптимальное распределение ультразвуковой энергии по теплообменной поверхности, давая наибольший эффект. Общий подход при выборе точек приварки преобразователей заключается в том, что преобразователи должны монтироваться на элементах, объединяющих пучки и экраны труб - т.е. барабанах, коллекторах, трубных решетках и т.д. Количество преобразователей следует выбирать с учетом специфики и параметров теплообменного оборудования: конструкции, мощности, схемы циркуляции теплоносителя и жесткости воды. Выполнение сварного соединения - наиболее ответственная операция при монтаже преобразователя. От качества сварки зависит передача механической энергии преобразователя к поверхности теплообменного оборудования и эффективность работы устройства, а также безопасность эксплуатации теплообменного оборудования.

 

    Генератор устанавливается на горизонтальной или вертикальной поверхности в положении удобном для обслуживания с температурой окружающего воздуха от -5° до +50°С. Генератор подключается к однофазной сети переменного тока напряжением 220В, частотой 50 или 60 Гц. Обмотка преобразователя соединяется с генератором кабелем сечением не менее 1,5мм2, а его длина не должна превышать 15м. Ограничение по длине проводов обусловлено увеличением потерь в них при большой длине. Если требуется бОльшая длина то тогда увеличивается и сечение кабеля.  

 

                                                                                                            

Комплект  ультразвуковой очистки УУЗ-2мк (слева):

1) генератор 2-х канальный (вверху)

2) 2 излучателя ПМСИ-3 с кабелем

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разработчик-изготовитель – лаборатория электроники «SK Eleсtronics»,

http://nakipinet.org.ua 

http://sakevich.org

e-mail admin@nakipinet.org.ua   

т. +38 091 308 19 63