Ультразвуковые антинакипные (противонакипные) устройства


Описание

Ультразвуковые антинакипные устройства "Экоакустик-М" предназначены для предотвращения отложений как неорганического (накипь), так и органического происхождения на всех известных в настоящее время теплоагрегатах и котлах.
Устройства могут быть использованы на котлах и бойлерах различных систем и мощностей, паро- и водонагревателях, опреснителях, выпарных и холодильных установках, применяемых в теплоэнергетике, пищевой, сахарной, парфюмерной, нефтяной, судостроительной промышленности, в коммунальном хозяйстве.
Противонакипные аппараты серии "Экоакустик-М" и "Экоакустик-МУ" (усиленный вариант аппаратов "Экоакустик-М") предназначены для очистки больших теплообменных поверхностей. Особенностью устройств "Экоакустик-Мини" является отсутствие шума при работе, они применяются для очистки поверхностей теплоагрегатов с площадью теплообменной поверхности не более 10 м2 (на один преобразователь).

От чего зависит эффективность работы акустических противонакипных устройств

Согласно исследованиям, проведенным специалистами ГК "Ультра-Фильтр", гарантированное предотвращение образования накипи в процессе эксплуатации требует создания в стенках теплоагрегата стабильно высокой амплитуды колебательной скорости, соответствующей смещению колеблющейся поверхности (на частоте 20 кГц) не менее 0,3 микрон (мкм), а для реализации процесса очистки - не менее 1 мкм.
Кроме того, практически всегда преобразователь может быть установлен только на внешней поверхности теплоагрегата (например, трубных досках теплообменников или на барабанах и коллекторах котлов). При этом защищаемая поверхность находится внутри и, зачастую расположена достаточно далеко от излучателя. Из-за многочисленных отражений и потерь энергии при распространении акустической волны от излучателя к защищаемой поверхности амплитуда колебаний уменьшается в несколько раз.
Поэтому при выборе акустического антинакипного оборудования потребителю в первую очередь следует обращать внимание на величину колебательной скорости или смещения, которую развивает данное антинакипное устройство.
То есть, чем выше амплитуда колебательной скорости, тем эффективнее предотвращается образование отложений.

     Рассмотрим подробнее факторы, влияющие на амплитуду колебательной скорости излучателя:
     Материал. Излучатели для АПУ, используемые в настоящее время, в подавляющем большинстве выполнены из магнитострикционного материала, к которым следует отнести никель, пермендюр и реже - дифераль. Попытка использования дешевых пьезоэлектрических материалов для АПУ оказалась неудачной из-за их низкой усталостной прочности. Наиболее эффективным для АПУ оказалось использование пермендюра, поскольку при одинаковой электрической мощности пермендюр по сравнению с никелем развивает почти в пять (!) раз большую амплитуду колебаний. Однако стоимость пермендюра в несколько раз выше, чем у никеля или дифераля.
     Генератор. Большинство АПУ комплектуется генератором ударных импульсов. Эти генераторы отличаются простотой конструкции, малой стоимостью, но, при этом, низкой эффективностью возбуждения излучателей. Даже при возбуждении излучателя, выполненного из пермендюра, амплитуда колебаний излучателя не превышает 0,5 мкм.
Наиболее совершенные генераторы созданы на основе принципа, заложенного в свое время Фоминым В.И. Данные генераторы были защищены четырьмя авторскими свидетельствами СССР. и названы автором "генераторами многоударного возбуждения". Уже первая конструкция такого генератора позволила значительно (более чем в шесть (!) раз) увеличить амплитуду колебаний излучателей при одновременном увеличении в несколько раз числа колебаний возбуждаемого объекта.
В последующих модификациях была обеспечена настройка генератора многоударного возбуждения на резонансную частоту излучателя, установленного на теплоагрегат, что обеспечило увеличение амплитуды колебаний излучателя еще в 1,5 - 2 раза при той же потребляемой электрической мощности.

Естественным следствием использования пермендюра и усовершенствованного генератора многоударного возбуждения явиляется тот факт, что аппараты "Экоакустик-М" развивают в 3 - 4 раза большую амплитуду колебаний стенок теплоагрегатов, чем лучшие существующие аналоги других фирм (см. ссылку), имея при этом практически ту же цену. Поэтому аппараты "Экоакустик-М" являются самыми мощными антинакипными устройствами и имеют оптимальное соотношение "цена-качество".

Техническое описание противонакипных устройств "Экоакустик-М"

Акустические антинакипные устройства "Экоакустик-М" содержат электрический генератор, соединенный электрическими кабелями с акустическими преобразователями. Преобразователи, в свою очередь, устанавливают на выбранных местах теплоагрегата с помощью резьбовых втулок, которые привариваются к теплоагрегату. Такой способ установки преобразователей не требует вмешательства в конструкцию теплоагрегата.

Генератор снабжен регулировкой частоты для настройки преобразователей на максимальную скорость колебаний. Режим работы устройств - радиоимпульсный.

Технические характеристики противонакипных устройств "Экоакустик-М"

Параметры Мини-001
Потребляемая мощность, Вт 50 100 150 200 250 300
Акустическая мощность, Вт 20 40 60 80 100 120
Рабочая частота, кГц 39 - 44 12 - 25
Длительность импульса, мс 2000 0,5-2
Время между импульсами, мс 8000 20, 40, 80
Электропитание (В / Гц) 220 / 50
Количество преобразователей 1 2 3 4 5 6
Размеры генератора, мм 100х300х300 320х200х140
Масса генератора, кг 3 7 7,5 8 8,5 9
Размеры излучателя, мм 45х100 50х320
Масса излучателя, кг 0,2 1,9
Защищаемая площадь поверхности, м2 <=10 <=50 <=75 <=100 <=125 <=150
Срок непрерывной работы, лет 4 12

Акустический способ предотвращения химических отложений предполагает установку антинакипных устройств на предварительно очищенные от накипи механическим или химическим способом теплоагрегаты или на новые. Это обусловлено тем, что под действием акустических колебаний в загрязненном агрегате могут начать откалываться значительные куски накипи, которые могут закупорить трубки. В таких случаях требуется более тщательный контроль параметров теплоагрегата и более частые продувки, чтобы избежать аварийной ситуации.

С другой стороны, явление откалывания и выноса потоком воды кусков накипи позволяет в ряде случаев осуществлять с помощью устройств "Экоакустик-М" чистку загрязненных теплообменных аппаратов. Такие явления наблюдались на оборудовании, подвергшемся недостаточно тщательной механической чистке. При их вскрытии после сезона работы вместе с акустическими антинакипными устройствами "Экоакустик-М" в нижних барабанах паровых котлов наблюдалось скопление большого количества отколовшихся кусков накипи.

Сравнительные испытания противонакипного аппарата "Экоакустик-3М"
и устройства для предотвращения образования накипи,
выпускаемого одной из российских компаний

Испытания проводились в ГНЦ РФ ФГУП "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" 23 октября 2002 года.

Выписка из протокола испытаний

Методика проведения измерений

"Для измерений использовался стенд на основе макета теплообменного агрегата, представляющего собой полностью заполненный водой отрезок стальной толстостенной трубы с приваренным к нему дном и фланцем. Внешний диаметр макета - 300 мм, высота - 350 мм, толщина стенки и дна - 8 мм. … С выхода пьезоэлектрического приемника сигнал подается на один осциллограф и через узкополосный перестраиваемый фильтр компании "Брюль и Кьер" - на второй осциллограф… При включении устройств с помощью осциллографа 1 регистрируется максимальное значение электрического напряжения импульсного сигнала на выходе приемника в широкой полосе частот, а с помощью осциллографа 2 - в узкой полосе частот 1 кГц… При измерениях в узкой полосе фильтр перестраивается до обнаружения частот, на которых имеются максимумы импульсных сигналов, на которых определяются значения этих максимумов.

Результаты испытаний

"В широкой полосе частот получены следующие значения сигналов:
Аппарат "Экоакустик-3М" - Umax = 6,0 В,
Аппарат ИЛ-1 - Umax = 0,4 В."

Комментарий: соотношение амплитуд колебаний стенки макета теплоагрегата для этих аппаратов составляет 6,0 В/0,4 В = 15 (т.е. амплитуды равны 5 мкм и 0,3 мкм соответственно).

"...Результаты измерений в узкой полосе на разных частотах представлены на гистограмме."


Амплитуды колебаний, создаваемые в нагрузке акустическими противонакипными устройствами "ИЛ 1" ( ряд 1) и "Экоакустик-3М",1 преобразователь (ряд 2).

Комментарий: Видно, что во всем частотном диапазоне соотношение амплитуд колебаний стенки макета теплоагрегата для этих аппаратов составляет около 15.