專利名稱：強(qiáng)聲輻射防垢儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是用于防止石油集輸管道和工業(yè)熱水管道結(jié)垢的強(qiáng)聲輻射防垢儀，屬于超聲輻射防垢設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，它包括有作為工作電源使用的電功率發(fā)生器，縱向壓電式發(fā)射換能器，一端與電功率發(fā)生器的輸出端電連接另一端與換能器電連接的超聲頻高壓電纜。
據(jù)《國外油田工程》(1991年6月第7卷第2期)刊載的《超聲波防垢》一文的報(bào)導(dǎo)，油田到了開發(fā)后期，油水混合液中高礦化度的地層水含量可達(dá)到50－90％，隨之而來的是輸油管線的內(nèi)表面結(jié)垢，使管線的載面積變小，影響輸液能力。該文僅一般的提到了防垢的聲響裝置是由脈沖電壓振蕩器和鎳制的磁致伸縮變換器組成，是裝在結(jié)垢的管道上使用，磁致伸縮變換器可將聲波能量加到被輻射的對向而清除水垢。文章對裝置特別是對超聲輻射裝置的具體結(jié)構(gòu)，技術(shù)性能沒有公開。我們認(rèn)為磁致伸縮變換器的電聲效率較低，采用它作為電聲元件，其裝置要達(dá)到較好的實(shí)用效果，會存在例如裝置的體積大、重量重和清除結(jié)垢的效率低等問題?！兑环N用于石油管道的超聲波降粘器》(中國專利號90212604.0)公開了一種由作為換能器工作電源使用的開關(guān)型功率振蕩器，鎧裝電纜和管式壓電聲波換能器組成的以對石油集輸管道中石油降粘和對石油的凝固溫度降低的超聲波換能降粘器。該裝置雖然沒有提到除垢效果，但據(jù)其功能分析對除垢應(yīng)起到一定作用。它的換能器是置于管道中心處并由支承架支撐起，換能器是通過中心位置向四周管壁發(fā)射超聲波。這種結(jié)構(gòu)的不足之處是影響液流量；換能器采用的是充油式換能器，使其裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造工藝要求高，散熱性也較差。
本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有超聲波防垢設(shè)備存在的不足之處進(jìn)行改進(jìn)，提出一種電聲效率高、防垢效果好、結(jié)構(gòu)較簡單，適應(yīng)工作溫度高的用于防止石油集輸管道或工業(yè)熱水管道管內(nèi)壁結(jié)垢的強(qiáng)聲輻射防垢儀。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型包括有作為工作電源使用的電功率發(fā)生器、縱向壓電式發(fā)射換能器，一端與電功率發(fā)生器的輸出端電連接另一端與換能器電連接的超聲頻高壓電纜，電功率發(fā)生器的電路采用中國專利(專利號20212604.0)公開的由自激振蕩器調(diào)諧電感器與壓電式聲波換能器串聯(lián)諧振回路所組成的開關(guān)型功率振蕩器的電路。本實(shí)用新型的特征是在一個(gè)兩端有法蘭的管道的外壁上，沿管道軸心線對稱設(shè)有固定平臺，換能器位于固定平臺和管道壁上的孔眼中，換能器的前端平面位于管道內(nèi)，后端平面位于固定平臺上，抱能器數(shù)量為偶數(shù)順管道依次設(shè)置，在靠近管道內(nèi)壁的內(nèi)孔中，以相鄰兩個(gè)換能器為一組，在它們的前端平面上連接一個(gè)可組成兀型強(qiáng)聲輻射單元的輻射板，在換能器節(jié)點(diǎn)面與固定平臺之間設(shè)有密封圈，其上有緊固螺釘，在固定平臺上設(shè)有可密封換能器于固定平臺上的密封罩，密封罩上設(shè)有電纜密封接頭。將前述管道兩端的法蘭連接到石油集輸管道或工業(yè)熱水管道上，超聲頻高壓電纜一端與電功率發(fā)生器輸出端電連接，另一端通過設(shè)于密封罩上的電纜密封接頭與罩內(nèi)的縱向壓電式發(fā)散換能器電連接。當(dāng)含有水的石油液流或熱水流經(jīng)本儀器的輻射器時(shí)，電功率發(fā)生器產(chǎn)生的電振蕩通過超聲頻高壓電纜傳到換能器，每兩個(gè)換能器經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動同時(shí)傳給位于其前端平面的輻射板，輻射板發(fā)出的超聲波作用于管內(nèi)流經(jīng)的液流介質(zhì)，可達(dá)到防止水垢的形成。我們可將本儀器除工作電源和電纜之外的其余部分稱之為輻射器。由于位于管內(nèi)的輻射板靠近管內(nèi)壁，它對管內(nèi)流動的液流流速不會產(chǎn)生影響。輻射板同換能器沿管軸心線對稱設(shè)置，相對的兩個(gè)輻射板發(fā)生的超聲輻射同時(shí)作用管內(nèi)的液流，將產(chǎn)生能量的匯聚，強(qiáng)烈的聲的機(jī)械振動使液流發(fā)生空化效應(yīng)，其防垢效果尤為顯著。
本實(shí)用新型的主要優(yōu)點(diǎn)是
1、采用了電聲效率高的縱向壓電式發(fā)射換能器作為電聲轉(zhuǎn)換元件，而且又采用兀型輻射單元結(jié)構(gòu)，各輻射單元對稱于管心設(shè)置，因此本儀器具有電聲效率高，防垢性能好的特點(diǎn)。經(jīng)試驗(yàn)證明經(jīng)本儀器處理的液流在1000－2000M的范圍內(nèi)，管內(nèi)壁結(jié)垢疏松而且結(jié)垢厚度僅為未經(jīng)儀器處理的液流結(jié)垢厚度的二分之一。
2、換能器位于固定平臺上和管道的孔眼中，換能器的節(jié)點(diǎn)面通過緊固螺釘可與固定平臺相接觸，換能器在加大功率時(shí)，通過相接觸的金屬體及管內(nèi)液流可帶走發(fā)熱量，因此本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有換能器散熱性能好的特點(diǎn)，本儀器所用換能器的最高環(huán)境工作溫度可達(dá)150°。
3、結(jié)構(gòu)較簡單性能穩(wěn)定可靠，使用安全。
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明


圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為具有喇叭形狀的輻射板的示意圖；圖3為具有弧形面的輻射板的示意圖；圖中，1為兩端有法蘭的管道，2為固定平臺，3為縱向壓電式發(fā)射換能器，4為輻射板，5為密封圈，6為緊固螺釘，7為電纜密封接頭，8為密封罩，9為密封膠帶，10為壓緊螺釘，11為超聲頻高壓電纜，12為電功率發(fā)生器。
本實(shí)用新型作為電源使用的電功率發(fā)生器(12)是采用已公開的(中國專利號90212604.0)的電路設(shè)計(jì)。電功率發(fā)生器(12)的輸出功率為500W－2000W，輸出的工作頻率為30KHg±10KHg。電功率發(fā)生器(12)與本實(shí)用新型的輻射器(由
圖1，2，3，4，5，6，7，8，9，10組成)的匹配參數(shù)為R＝50～100Ω，Co＝0.2～0.5MF，絕緣電阻500MF／1000V，超聲頻高壓電纜(11)采用2蕊多股導(dǎo)線，外層有編織帶屏蔽網(wǎng)及橡膠護(hù)套電纜，2蕊耐壓≥3000V，導(dǎo)線截面積為1－2mm2。輻射器的兩端有法蘭的管道(1)的管徑可設(shè)計(jì)為100－600mm，材料可用20號鋼，壁厚為10mm～15mm，其最大可承受壓力20MPa，在管道(1)上設(shè)有的固定平臺(2)可為矩形，長為100mm～500mm，寬為100mm，厚為20mm，其具體尺的選定應(yīng)與管道(1)的管徑和長度對應(yīng)配合。固定平臺(2)制作材料可用20號鋼，可焊接在管道(1)的外壁的銑槽內(nèi)。換能器(3)的壓電片采用P－8材料，外徑可設(shè)計(jì)為φ30mm－φ60mm，內(nèi)徑為φ3mm－φ12mm，厚度為4mm－8mm，其后端面采用45號鋼材料，前端平面可采用鈦合金材料。管道(1)側(cè)壁和固定平臺(2)上的孔眼同心。換能器(3)可與固定平臺金屬相接觸，有利于金屬傳導(dǎo)散熱。順管道(1)設(shè)置的換能器(3)應(yīng)為偶數(shù)個(gè)數(shù)。因?yàn)閼?yīng)在每兩個(gè)相鄰換能器(3)的前端平面上連有一個(gè)輻射板(4)，由兩個(gè)換能器(3)和一個(gè)輻射板(4)構(gòu)成一個(gè)兀型輻射單元。輻射板(4)順管道方向設(shè)置?？稍鰪?qiáng)對管內(nèi)液流的超聲作用。在管道(1)內(nèi)靠近內(nèi)壁的輻射板(4)，其朝向管道軸心線一面可設(shè)計(jì)為圖2所示的喇叭形狀和弧形，當(dāng)為弧形時(shí)其弧度與管道(1)的內(nèi)壁弧度相等，為了提高輻射板(4)對液流介質(zhì)的作用，可將輻射板(4)的形狀設(shè)計(jì)為其一面可與換能器(3)的前端平面相連接的平面形狀或非平面形狀，而另一面為弧形面，其弧度與管道(1)內(nèi)孔的弧度相等。最好的是將換能器(3)的前端平面由平面形狀改為弧面形狀，其弧度與管道(1)內(nèi)孔弧度相等。此時(shí)，與此相應(yīng)輻射板(4)便應(yīng)設(shè)計(jì)為與管道(1)內(nèi)孔相等弧度的弧形面的輻射板。本實(shí)用新型采用的換能器(3)為朗之萬換能器，其前端平面作上述改進(jìn)是不難的。輻射板(4)與換能器(3)的前端弧面用相同材質(zhì)的鈦合金制造而成，它們可用粘接方法進(jìn)行連接，或在輻射板(4)上銑有圓槽，換能器(3)前端平面或弧面嵌入圓槽中，用膠或螺釘進(jìn)行連接。固定平面(2)沿管道(1)軸心線對稱設(shè)置，可設(shè)計(jì)為2個(gè)或4個(gè)固定平臺(2)，當(dāng)為2個(gè)固定平臺(2)時(shí)，兩固定平臺(2)與軸心線之間的圓心角為180°，當(dāng)設(shè)計(jì)為4個(gè)固定平臺(2)時(shí)，相鄰兩固定平臺與軸心線之間的圓心角為90°。在管道(1)外壁的固定平臺(2)上，在其孔眼的四周，與換能器(3)節(jié)點(diǎn)面相對的位置可設(shè)有便于放置密封圈(5)的O形槽，緊固螺釘(6)將換能器(3)緊固于固定平臺(2)上。密封圈(5)可起到防止管道(1)中的液流泄漏到固定平臺(2)的外側(cè)一面。密封罩(8)下端面的下面，壓緊有四周等寬的密封膠帶(9)，在密封罩(8)下端面的四周可均勻設(shè)有多個(gè)壓緊螺釘(10)，將密封罩(8)壓緊于固定平臺(2)上。密封槽(8)內(nèi)的各個(gè)換能器(3)之間電連接可以是串聯(lián)，也可以是并聯(lián)。在密封罩(8)上設(shè)有電纜密封接頭(7)，超聲頻高壓電纜(11)一端與電功率發(fā)生器(12)的輸出端電連接，另一端則通過電纜密封接頭(7)與密封罩(8)內(nèi)的換能器(3)電連接。為了提高儀器耐高濕環(huán)境和防爆安全性能，可根據(jù)需要在密封罩(8)內(nèi)充以氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。為了達(dá)到增加聲場作用長度，管道(1)和固定平臺(2)相應(yīng)增加長度的同時(shí)，可沿軸心線方向增加多個(gè)輻射板(4)，每個(gè)輻射板為一個(gè)兀型輻射單元，而且對稱管軸心線設(shè)置，可形成強(qiáng)聲輻射作用于管內(nèi)液流介質(zhì)。本實(shí)用新型不僅適用于石油集輸管道防垢，對冶金、化工等工業(yè)熱水管道防垢也效果明顯。
權(quán)利要求1.一種用于防止石油集輸管道和工業(yè)熱水管道結(jié)垢的強(qiáng)聲輻射防垢儀，它包括有作為工作電源使用的電功率發(fā)生器、縱向壓電式發(fā)射換能器，一端與電功率發(fā)生器的輸出端電連接另一端與換能器電連接的超聲頻高壓電纜，其特征是設(shè)有一個(gè)兩端有法蘭的管道的外壁上，沿管道軸心線對稱設(shè)有固定平臺，換能器位于固定平臺和管道壁上的孔眼中，換能器的前端平面位于管道內(nèi)，后端平面位于固定平臺上，換能器數(shù)量為偶數(shù)順管道依次設(shè)置，在靠近管道內(nèi)壁的內(nèi)孔中，以相鄰兩個(gè)換能器為一組，在它們的前端平面上連接一個(gè)可組成兀型強(qiáng)聲輻射單元的輻射板，在換能器節(jié)點(diǎn)面與固定平臺之間設(shè)有密封圈，其上有緊固螺釘，在固定平臺上設(shè)有可密封換能器于固定平臺上的密封罩，密封罩上設(shè)有電纜密封接頭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)聲輻射防垢儀，其特征是在管道內(nèi)靠近內(nèi)壁的輻射板，其特征是朝向管道軸心線的一面為喇叭形或弧形，當(dāng)為弧形時(shí)其弧度與管道的內(nèi)壁弧度相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的強(qiáng)聲輻射防垢儀，其特征是縱向壓電式發(fā)射換能器的前端平面形狀改為弧面形狀，弧面的弧度與管道內(nèi)壁的弧度相等，相應(yīng)設(shè)于換能器前端弧面的輻射板也為弧面形狀其弧度與管道內(nèi)壁的弧度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的強(qiáng)聲輻射防垢儀，其特征是輻射板與換能器的前端弧面用相同材質(zhì)的鈦合金制造而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的強(qiáng)聲輻射防垢儀，其特征是管道壁上沿管道軸心線對稱設(shè)置的固定平臺為2個(gè)或4個(gè)，當(dāng)為2個(gè)固定平臺時(shí)，兩固定平臺與管道軸心線之間的圓心角為180°，當(dāng)為4個(gè)固定平臺時(shí)，其相鄰兩固定平臺與管道軸心線之間的圓心角為90°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1－5之任一項(xiàng)所述的強(qiáng)聲輻射防垢儀，其特征是密封罩內(nèi)充有氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w。
專利摘要強(qiáng)聲輻射防垢儀，由電功率發(fā)生器，超聲頻高壓電纜和輻射器組成，輻射器采用了以相鄰兩縱向壓電式發(fā)射換能器為一組，在換能器前端平面連接一個(gè)可組成兀型強(qiáng)聲輻射單元的輻射板，該輻射板沿管心線對稱設(shè)置，可起到能量匯聚，提高對管內(nèi)液流的超聲作用。本實(shí)用新型具有電聲效率高、防垢性能好、介質(zhì)工作溫度可達(dá)150℃，以及結(jié)構(gòu)較簡單、性能穩(wěn)定可靠，使用安全等特點(diǎn)，可廣泛用于石油集輸管道和工業(yè)熱水管道防垢。
文檔編號F16L58/00GK2157387SQ9323869
公開日1994年2月23日 申請日期1993年5月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年5月15日
發(fā)明者李明海 申請人:四川西南應(yīng)用聲學(xué)研究所