大功率超声波防垢除垢系统的研究与设计

摘要

在石油领域、化工领域、冶金领域、热电领域、制糖领域、食品领域等中，传热设施、蒸发设施、冷却管道由于水质的问题，经常严重的结垢。这些积垢会影响设备自身的传热效率，同时会造成管道的压力升高，会给生产活动造成成本增加，如果不及时除垢，甚至会造成管路阻塞，引发生产事故的严重后果。本文拟采用超声波方式去除管道污垢，与传统的去除污垢方式相比，能够节约大量的成本投入与能源，减少环境污染，同时不影响正常生产，提高了生产效率。
　　论文首先对于超声波防垢除垢技术的原理进行分析，叙述超声波除垢防垢技术优点，明确指出超声波除垢防垢技术是今后的发展方向。其次，剖析超声波去除污垢体系的架构，明确了系统构成的各模块功能划分，确定装置的系统结构，通过计算获得了装置各个构成部分的设计参数。该超声波防垢除垢设备由两部分构成:超声波发生器和振动体系设备，首先，超声波发生器把工频50Hz交流电经过斩波电路之后转变成20kHz超声波，再由频率振动体系设备利用换能器转变成同样频率的机械振动运动传输至外界。拟采用PWM斩波技术闭环控制手段跟踪和调节，对输出频率大小进行跟踪工作，及时调整功率或频率的参数以确保去除污垢的效果。在充分的理论分析和实验数据的支撑下，运用16位单片机为核心构成了一个功能完善的超声波除垢控制装置，并通过大量的实验去验证该装置在不同频率下对除垢影响;作用时间对超声波除垢影响;表面温度对超声波除垢影响;功率对超声波除垢影响;
　　通过对实验数据进行统计分析，证明超声波防垢除垢技术的可行性和实验装置的可靠性，课题取得圆满成功。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外研究现状和发展趋势

1．2．1 国外发展现状

1．2．2 国内发展现状

1．2．3 发展趋势

1．3 课题研究的意义与目的

1．4 本章小结

2．1 水垢的生成

2．2 超声波除垢的特点

2．3 超声波除垢原理探究

2．3．1 机械作用

2．3．2 空化效应

2．3．3 热效应

2．3．4 剪切作用

2．4 各个参数对除垢作用的影响剖析

2．5 本章小结

第三章 超声波除垢系统的研究与设计

3．1 超声振动系统

3．1．1 超声振动系统的构成

3．1．2 磁致伸缩换能器

3．1．3 磁致伸缩换能器的阻抗特性

3．1．4 超声系统的匹配电路分析

3．2 超声系统的频率和功率控制方案

3．2．1 频率跟踪的相关控制方案

3．2．2 功率恒定相关控制方案

3．3 嵌入式控制器单元

3．3．1 单片机及最小系统设计

3．3．2 驱动电路原理

3．3．3 RS-232接口电路设计

3．3．4 温度采集模块的设计

3．4 系统硬件的屏蔽和抑制干扰措施

3．5 超声波除垢软件设计

3．5．1 主程序设计

3．5．2 频率控制程序

3．6 本章小结

第四章 超声波除垢系统影响因子实验研究

4．1 实验系统

4．1．1 实验系统简介

4．1．2 主要参数

4．1．3 模拟溶液

4．2 实验方法

4．2．1 实验内容

4．2．2 实验步骤

4．2．3 防垢率计算方法

4．3 试验数据分析及结果

4．3．1 各影响因子对除垢效果的影响

4．3．2 实验效果对比分析

4．4 超声波除垢器在锅炉上的安装

4．5 本章小结

第五章 超声波除垢节能与环保效益分析

5．1 超声波除垢技术降低锅炉能耗分析

5．1．1 结垢影响传热

5．1．2 超声波作用改善锅炉传热

5．2 超声波降低锅炉水垢对环境的影响

5．3 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读工程硕士期间发表的成果