专利名称：用于油田管道的超声波智能清理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声波清理系统，尤其涉及一种用于油田管道的超声波智能清理系统，属于管道清洁技术领域。
背景技术：
石油化工行业设备中就数量而言绝大部分是冷换设备，管束、管道、换热器、罐体等。结垢问题一直是困扰石化行业的一大难题。目前，常用的除垢方法大致分为三类，一是化学除垢；二是高压水喷射除垢；三是机械除垢；总体效果是明显的，仍然存在较大的不足。I.化学除垢化学除垢是根据垢层的化学成分，选用合适的酸类化学剂进行溶解除垢。近年来，针对典型的硫酸钡、硫酸锶混合型酸不溶垢，先后开发出了硫酸钡锶阻垢剂和硫酸钡锶垢清洗剂，在管道上广泛应用。但是，由于垢的成分不同，一般的除垢剂适用范围有限。同时，化学除垢工艺复杂，在施工过程中易损坏管道，污染环境且时间长、成本高，因此还需进一步研究高效、环保、适用性强的化学除垢剂。2.高压水喷射除垢高压水喷射除垢是利用柱塞泵产生的高压水经过特殊喷嘴喷向垢层，除垢彻底，效率高。但装机容量大，耗水多，存在水处理等问题，清洗后也无法快速安全排垢。3.机械除垢机械除垢采用强力清管器，有磁力清管器、钉轮清管器和刷轮清管器等。清管器除垢与其它除垢方式相比具有操作简便、价格低、施工周期短、施工人员少、施工设备简单、强度低、无污染等特点。但是清管器为直线运动，要清理干净管内垢层，一般需5 6遍，有时多达10遍，清管效率低，质量差。通常采用化学药剂进行工业水处理，使设备的结垢问题得到了一定的改善。但由于设备管束的结垢是由多种因素造成的，比如水质、管束材质、出口温度、进水量、流速以及时常出现的跑冒泄漏现象等，将形成各种各样的垢，所以设备结垢的严重程度有所不同，甚至成为影响生产的一大难题。化学方法能有效地控制整个循环水系统，物理方法(超声防垢)作为补充，也将是很有必要的。
发明内容本实用新型是针对现有技术存在的缺陷提供一种用于油田管道的超声波智能清理系统。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案一种用于油田管道的超声波智能清理系统，包括超声波电源、阻抗匹配电路、换能器和传感器，所述超声波电源产生频率信号，并将频率信号放大达到所需要的功率，然后通过电缆线将频率信号传送入换能器，在传送中通过所述阻抗匹配电路将超声波电源与换能器的阻抗和谐振频率进行匹配，所述换能器安装在管道内壁或外壁上，所述换能器将接收到的频率信号转变为超声信号进行除垢，所述传感器与换能器设置在一起，用于检测换能器工作时的参数。所述超声波电源产生的频率信号依次经过D / A转换模块、脉宽调制电路、阻抗匹配电路进行信号转换，所述转换后的信号进入换能器后变成超声信号，所述超声信号通过变幅杆传入到管道中进行除垢。所述传感器将换能器的工作状态参数通过A / D转换模块将采集来的模拟信号转变为数字信号送入控制系统。本实用新型的有益效果本实用新型的超声波智能清理系统采用了超声波的声音振幅来达到在油田管道内除垢的目的，该系统的使用不仅降低清洁的成本，维护环境的作用外，还提高了工作效率，增加了产量。
图I为超声波系统结构图；图2为超声波系统传递框图；图3为超声波系统应用于油田注水管时整体示意图；图4为超声波系统应用于油田采油管时整体示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型所述的技术方案作进一步的阐述。超声波清理系统主要由超声波电源I、超声波换能器4、传输电缆组成。但由于换能器4的阻抗和谐振频率等一些电特性与超声波电源I的输出不匹配，我们还要对其进行阻抗匹配，所以要在超声波电源I和超声波换能器4之间加一个阻抗匹配环节。其结构示意图如图I所示。从图中我们可以看出，超声波电源I的主要起到产生功率电信号的作用，它将市电的220V、50Hz的交流电转化成20-30kHz的交流电信号。阻抗匹配电路2除了上述所说的进行阻抗匹配以外，还具有滤波的功能，这是因为超声波电源I所产生的频率信号并不是精确的正弦波信号，它是含有一些高频分量的类似正弦信号，而换能器4则需要精度较高的正弦信号才能很好的驱动压电陶瓷晶体进行简谐振动，所以需要阻抗匹配电路2对超声波电源I产生的类似正弦信号进行一次低通滤波，滤去类似正弦信号的高频分量，使换能器4产生稳定的超声信号。换能器4则是一个能量转换装置，它将超声波电源I产生的电能转化成相同频率的声能。换能器4产生的超声波通过管壁传入管道中在管道内部产生声空化、活化等一系列的效应，除去管道的油垢和水垢，换能器4是整个系统的执行机构，它直接与负载相连，它工作状况的好坏直接影响到除垢的效果，为了可以实时得到超声波换能器的工作状态，这里使用了一些传感器3来检测换能器的工作时的一些相关参数，反馈到控制电路中以便及时的对整个系统进行调整。超声波除垢系统主要是由超声波电源I、阻抗匹配电路2、超声波换能器和传感器3组成，但还需要变幅杆、传感器、传输电缆、变压器等一些外围设备，将他们连接在一起，进行超声波电源I和换能器4、换能器4和锅炉之间的电、声信号的传输。[0024]整个系统的传递框图如下图2可知，当电源接入超声波除垢器后，先进行滤波整流，将交流电变为直流电，一部分直流电信号提供给单片机作为单片机及其外围电路的电源，另一部分直流电信号提供给脉宽调制电路作为脉宽调制电路的电源和逆变回路的集电极电压；滤波整流的下一步骤是产生原始的频率和功率信号，这部分是由单片机电路产生的，单片机产生的信号是离散信号还不能直接应用到换能器4中去，还要经过D / A转换，将离散信号变为连续的模拟量信号才能驱动换能器4进行电、声转换。而换能器4的驱动信号不仅要求是连续的模拟信号，而且要求是大功率的正弦信号，这里使用了脉宽调制的方法对D / A转换后的模拟量信号进行放大。脉宽调制电路分为脉宽调制器和逆变回路，由于超声波除垢器的输出功率相对较大，这里的逆变回路采用IG BT(绝缘栅型双极晶体管)来增大电信号的功率容量。信号进过脉宽调制电路的放大后，产生了一个电压为200V，频率为25kHz左右的交流电信号，虽然这个信号的频率和功率都已经满足了换能器4的要求，但它不是一个单一频率的正弦波，还含有一些谐波分量需要通过低通滤波，将其变为一个相对比较单一的正弦波信号。阻抗匹配电路2则需要完成滤波和阻抗匹配两项工作。信号经过匹配电路2进入换能器4后，由电信号变为了超声信号，通过管壁传入到管道中通过空化，剪切等效应 将管道壁上的水垢出去。但由于超声波换能器中压电晶体的振幅很小，无法很好的将压电晶体产生的机械振动传入管道中，在换能器4与管道之间要进行机械阻抗匹配。目前，对换能器最简单有效的机械阻抗匹配方法是，在换能器4和负载之间加入变幅杆。这里采用的也是这种方法对换能器4进行匹配的。设计中为了使超声系统能够根据负载的变化改变自身的工作状况，使系统总是工作在最佳状态，而加入了控制环节。系统使用传感器采集换能器的工作状态参数，通过A /D转换将采集来的模拟信号转变为数字信号送入控制系统，在数据的采集过程中，使用了硬件电路滤波和软件滤波相结合的方法来提高数据采集的精度。将采集后的数据与期望值相比较后，使用PID控制减小输出值与期望值之间的误差，最终使系统达到期望的工作状况。在具体实施过程中，将外部交流电的滤波、整流，频率功率信号的产生，D / A转换，脉宽调制电路和数据采集部分都集成在超声波电源I的电路板上，阻抗匹配电路2也装在超声波电源I的仪表箱中，电源的输出只有一个电压为200V，频率为25kHz，功率为I. 5kff的正弦交流电信号，这个电信号通过电缆传入换能器4中，再通过换能器4和变幅杆转化成机械振动传入管道之中。由图3和图4可知，当电源接入超声波除垢器后，先进行滤波整流，将交流电变为直流电，一部分直流电信号提供给单片机作为单片机及其外围电路的电源，另一部分直流电信号提供给脉宽调制电路作为脉宽调制电路的电源和逆变回路的集电极电压；滤波整流的下一步骤是产生原始的频率和功率信号，经过D / A转换，将离散信号变为连续的模拟量信号才能驱动换能器进行电、声转换。而换能器4的驱动信号不仅要求是连续的模拟信号，而且要求是大功率的。信号经过匹配电路通过特种电缆进入微型换能器后，由电信号变为了超声信号，通过管壁传入到管道中通过空化，剪切等效应将注水管道壁上的水垢除去，并可以延缓垢的形成时间。
权利要求1.用于油田管道的超声波智能清理系统，其特征在于，包括超声波电源、阻抗匹配电路、换能器和传感器，所述超声波电源产生频率信号，并将频率信号放大达到所需要的功率，然后通过电缆线将频率信号传送入换能器，在传送中通过所述阻抗匹配电路将超声波电源与换能器的阻抗和谐振频率进行匹配，所述换能器安装在管道内壁或外壁上，所述换能器将接收到的频率信号转变为超声信号进行除垢，所述传感器与换能器设置在一起，用于检测换能器工作时的參数。
2.根据权利要求I所述的用于油田管道的超声波智能清理系统，其特征在于，所述超声波电源产生的频率信号依次经过D / A转换模块、脉宽调制电路、阻抗匹配电路进行信号转换，所述转换后的信号进入换能器后变成超声信号，所述超声信号通过变幅杆传入到管道中进行除垢。
3.根据权利要求I所述的用于油田管道的超声波智能清理系统，其特征在于，所述传感器将换能器的工作状态參数通过A / D转换模块将采集来的模拟信号转变为数字信号送入控制系统。
专利摘要本实用新型公布了一种用于油田管道的超声波智能清理系统，包括超声波电源、阻抗匹配电路、换能器和传感器，所述超声波电源产生频率信号，并将频率信号放大达到所需要的功率，然后通过电缆线将频率信号传送入换能器，在传送中通过所述阻抗匹配电路将超声波电源与换能器的阻抗和谐振频率进行匹配，所述换能器安装在管道内壁上，所述换能器将接收到的频率信号转变为声音信号进行除垢，所述传感器与换能器设置在一起，用于检测换能器工作时的参数。本实用新型的超声波智能清理系统采用了超声波的声音振幅来达到在油田管道内除垢的目的，该系统的使用不仅降低清洁的成本，维护环境的作用外，还提高了工作效率，增加了产量。
文档编号B08B3/12GK202570667SQ20122009016
公开日2012年12月5日 申请日期2012年3月12日 优先权日2012年3月12日
发明者付少峰, 郭全峰, 袁丁, 刘仲毅 申请人:无锡市登极节能科技有限公司