一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统的制作方法

本发明涉及管道清洗除垢领域，特别是涉及一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统。

背景技术：

管道运输与铁路、公路、空运、水运运输方式成为现行的五大运输工具，管道运输在运送液体、气体、浆液等方面具有成本低，节省能源，安全性高及供给稳定的优势，在石油、化工、电力及天然气等行业中具有不可替代的地位，因此在世界各国的经济和社会发展中发挥着越来越重要的作用。而由于管道输送的主要是油气、工业用水等介质，这些介质中经常含有有机物、h2s、co2、多种离子、细菌以及泥沙等杂质，因此很容易结垢。管道结垢后使管道缩径，流通面积变小，造成压力损失、排量减小以及管道堵塞，增加了能量消耗并且影响了工业产品的质量和产量。管道结垢还会诱发管道局部腐蚀，导致管道漏失频繁，甚至穿孔而造成破环性事故。管道内壁结垢的问题长期困扰着各行各业的生产，使得工业事故频繁发生，不仅造成了巨大的经济损失，而且对环境有很大的污染。在国家建设节约型社会和提倡“节能减排”的大背景下，这个问题的解决就更加迫切了，因此采取合适的技术措施对管道等设备进行防除垢，从根本上解决结垢问题，对企业的生产、经济效益和环境保护等都有重要意义。

现阶段管道内壁和结垢现象普遍存在，在检修管道的过程中，常用的除垢方法大致分为三类，即高压水喷射除垢，机械除垢法和化学除垢法。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。机械除垢法可以除掉碳化污垢和硬质垢，并且对钢材损耗很小，但是在清洗设备内部污垢时，通常需要将整个设备解体，因而清洗所需时间较长，所需费用高。化学除垢法是通过在介质中加入阻垢剂和缓蚀剂、控制溶液的ph值以及阴极保护法等防垢。阻垢剂虽然可能解决或缓解管道污垢问题，但是它对介质的污染却不容忽视，并且为除垢而降低的介质ph值会对管道内壁造成不可忽视的腐蚀，尤其在一些无法解体管道设施的情况下，如核电站机组管道，由于存在的核污染而通常不能将管道解体，而为除垢加入的阻垢剂在降低了介质的ph值的同时对管道内壁造成了不可忽视的腐蚀。

超声波除垢技术是一种新兴的物理除垢技术，具有很多传统除垢方法所不具备的优点及良好的除垢效果。它不仅能减缓换热设备表面污垢颗粒的沉积速度，而且还能够有效地除掉己经形成的污垢。超声波是指频率大于20khz的声波，具有方向性好、穿透力强、在固体或液体中传播衰减小等优点，目前己被广泛应用于化学、化工、机械、计量检测等诸多行业，超声波清洗技术就是超声波应用于防除垢领域的一个成功案例，超声波可清除的污垢种类广泛，除垢速度快，极大地减少了对水的消耗。超声波防除垢技术区别于其他传统方法的关键之处在于，它改变了以往只对循环工质处理的除垢方式，利用了脉冲弹性波能量首先在金属中传播的原理。超声波在金属中传播的速度可达到5000m/s以上，而且在金属中传播的能量损失远小于在水中传播时的能量损失，超声振动首先作用于金属壁面，然后再把能量传递给污垢和循环工质，使超声波能量得到最高、最有效的利用，超声波在金属壁面和循环介质中传播存在速度差，就会在金属壁面与硬垢层之间形成剪切力，进而在金属壁面与软垢层之间发生振荡作用，从根本上防止或清除污垢的沉积，实现了实时动态防除垢的效果。另外值得一提的是，由于管道设备内循环介质在流动过程中与固体壁面之间产生摩擦力，会在近壁区域形成滞留层边界层，这部分区域的传热过程为滞留介质的导热过程而不是对流换热过程，介质的导热系数通常要比对流换热系数低得多，因此滞留层的存在会降低设备的传热效率，当施加了超声波作用后，超声波引起的高速祸旋可以有效的破坏滞留层，对于换热用管道来说还可以起到一定强化传热的作用。用这种新兴防垢技术，不仅能有效解决常规管道的结垢问题，也能解决核电站机组以及其他无法解体设备的管道除垢问题。但是现有的超声波除垢装置中，存在着布置超声波换能器时面临的换能器未朝向管径中心、换能器与管壁外壁面接触不良、换能器个数随管径直径变化难以调整等问题，使用时存在较多不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，可以有效解决现有技术中布置超声波换能器时所面临的换能器未朝向管径中心、换能器与管壁外壁面接触不良、换能器个数随管径直径变化难以调整等问题；提供了一种能够有效去除已有污垢、预防污垢附着沉积的铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，包括换能器单元、连接单元、张力调整单元，所述换能器单元包括换能器；所述连接单元包括连接板、铰链；所述张力调整单元包括张力调节器；

所述换能器安装在连接板上，换能器内侧紧密连接在待清洗金属管管壁外侧；

所述相邻两个用于安装换能器的连接板之间通过铰链连接或张力调节器连接。

所述相邻两个用于安装换能器的连接板之间通过束缚带连接。

所述连接板为法兰连接板。

所述张力调节器由设置内螺纹的空心张力调节管、张力调节管内侧左端与内侧右端分别通过螺纹连接的两个外侧带有连接环的张力调节杆构成；所述两个外侧带有连接环的张力调节杆外端分别通过连接环连接相邻两个用于安装换能器的连接板。

所述安装换能器的连接板两侧铰链关于待清洗金属管的直径对称设置，两侧铰链给连接板上换能器的力关于待清洗金属管的直径对称，两侧铰链给连接板上换能器的合力朝向待清洗金属管的圆心，待清洗金属管外壁给换能器的反应力朝向为待清洗金属管的圆心向外方向。

所述的一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，其除垢方法的步骤包括：

步骤一：根据实际要求、现场待清洗金属管的结垢情况计算所需的换能器个数、相应的换能器型号及布置换能器位置；

步骤二：将选择的换能器分别固定安装在相对应的法兰连接板上，并运送至相应待清洗金属管结垢位置；

步骤三：将多个安装在连接板上的换能器之间通过铰链连接或张力调节器连接；将安装在连接板上的换能器紧密连接在待清洗金属管结垢位置的管壁外侧面上，并通过张力调节器使整个装置张紧；换能器的个数与实际需求相匹配、换能器准确朝向待清洗金属管管径圆心；

在不需要安装换能器的待清洗金属管外壁部分，两个设置在边缘的换能器外侧通过束缚带连接，安装方法为：安装在连接板上的换能器之间仍通过铰链连接或张力调节器连接，在边缘的换能器外侧分别连接两个张力调节器，两个张力调节器之间不需要布置换能器的待清洗金属管外壁部分通过束缚带连接，在装置整体布置完成后，通过张力调节器来张紧整个装置；

步骤四：将选择的换能器连接至超声波发生器，换能器将电子脉冲能量转换成机械能量，产生超声波振动，将超声波作用于待清洗金属管外壁面上，超声振动作用于待清洗金属管壁面后将能量传递至待清洗金属管结垢位置的管径上，超声波在待清洗金属管和液体介质中传播存在一定的速度差，在待清洗金属管管面与结垢位置的硬垢层之间产生剪切力，在待清洗金属管管面与结垢位置的软垢层之间形成的振荡作用，使待清洗金属管结垢位置的污垢松化脱落。

所述换能器型号：辉虹hh-5520-6z或同类型换能器；

所述超声波发生器型号：辉虹hh-3000b或同类型脉冲电源。

本发明的有益效果：一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，能够有效去除已有污垢、预防污垢附着沉积；可以有效解决现有技术中布置超声波换能器时所面临的换能器未朝向管径中心、换能器与管壁外壁面接触不良、换能器个数随管径直径变化难以调整等问题。

本发明的优点在于：

1.能够有效除去管径已有污垢，预防污垢附着沉积，解决结垢后管道缩径、流通面积变小而造成的排量减小、管道局部腐蚀、甚至穿孔而造成事故等问题。

2.本发明内部的连接单元采用铰链连接各个换能器，可以根据实际管径直径的大小以及需求灵活调整所需换能器的个数及换能器间距。

3.本发明内部单个换能器所受力来自两侧的铰链连接单元，其两侧力沿中心线对称，保证每个换能器机体能准确朝向管径中心。

4.本发明采用了便于调节使用的张力调节器做最后的张力调整，能调整整个装置的张紧度。

5.本发明由多个单元相互连接构成，安装设备时不需设备整体运输，运输方便。

6.本发明在实际应用中安装方便，可在管道结垢严重处根据需求灵活添加或卸去换能器单元。

附图说明

图1是本发明铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统的整体结构示意图；

图2为换能器受力示意图；

图3为本发明内部局部结构示意图；

图4为本发明内部张力调节器的结构示意图；

图中：1-铰链；2-换能器；3-连接板；4-待清洗金属管；5-张力调节器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

如图1、图2、图3、图4所示，一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，包括换能器单元、连接单元、张力调整单元，所述换能器单元包括换能器2；所述连接单元包括连接板3、铰链1；所述张力调整单元包括张力调节器5；

所述换能器2安装在连接板3上，换能器2内侧紧密连接在待清洗金属管4管壁外侧；

所述相邻两个用于安装换能器2的连接板3之间通过铰链1连接或张力调节器5连接。

所述相邻两个用于安装换能器2的连接板3之间通过束缚带连接。

所述连接板3为法兰连接板。

所述张力调节器5由设置内螺纹的空心张力调节管、张力调节管内侧左端与内侧右端分别通过螺纹连接的两个外侧带有连接环的张力调节杆构成；所述两个外侧带有连接环的张力调节杆外端分别通过连接环连接相邻两个用于安装换能器2的连接板3。

所述安装换能器2的连接板3两侧铰链1关于待清洗金属管4的直径对称设置，两侧铰链1给连接板3上换能器2的力关于待清洗金属管4的直径对称，两侧铰链1给连接板3上换能器2的合力朝向待清洗金属管4的圆心，待清洗金属管4外壁给换能器2的反应力朝向为待清洗金属管4的圆心向外方向。

具体实施方式二：

所述的一种铰链式超声波除垢与声化复合清洗系统，其除垢方法的步骤包括：

步骤一：根据实际要求、现场待清洗金属管4的结垢情况计算所需的换能器2个数、相应的换能器2型号及布置换能器2位置；

步骤二：将选择的换能器2分别固定安装在相对应的法兰连接板上，并运送至相应待清洗金属管4结垢位置；

步骤三：将多个安装在连接板3上的换能器2之间通过铰链1连接或张力调节器5连接；将安装在连接板3上的换能器2紧密连接在待清洗金属管4结垢位置的管壁外侧面上，并通过张力调节器5使整个装置张紧；换能器2的个数与实际需求相匹配、换能器2准确朝向待清洗金属管4管径圆心；

在不需要安装换能器2的待清洗金属管4外壁部分，两个设置在边缘的换能器2外侧通过束缚带连接，安装方法为：安装在连接板3上的换能器2之间仍通过铰链1连接或张力调节器5连接，在边缘的换能器2外侧分别连接两个张力调节器5，两个张力调节器5之间不需要布置换能器2的待清洗金属管4外壁部分通过束缚带连接，在装置整体布置完成后，通过张力调节器5来张紧整个装置；

步骤四：将选择的换能器2连接至超声波发生器，换能器2将电子脉冲能量转换成机械能量，产生超声波振动，将超声波作用于待清洗金属管4外壁面上，超声振动作用于待清洗金属管4壁面后将能量传递至待清洗金属管4结垢位置的管径上，超声波在待清洗金属管4和液体介质中传播存在一定的速度差，在待清洗金属管4管面与结垢位置的硬垢层之间产生剪切力，在待清洗金属管4管面与结垢位置的软垢层之间形成的振荡作用，使待清洗金属管4结垢位置的污垢松化脱落。

所述换能器2型号：辉虹hh-5520-6z或同类型换能器；所述超声波发生器型号：辉虹hh-3000b或同类型脉冲电源。

本发明的工作原理为：本发明由换能器单元、连接单元和张力调整单元组成，换能器单元可输出超声波作用在待清洗金属管4管壁外侧，且其数量可根据待清洗金属管4直径不同以及污垢附着程度进行灵活调整，连接单元由连接板3、铰链1组成，连接板3与换能器2固定，铰链1连接相邻的与换能器2固定的连接板3，张力调整单元含有螺纹结构，起到张力调整作用，用来做最后的固定；所述的换能器单元包括换能器2，换能器2与管壁外径相连，换能器2的个数可根据实际需求和待清洗金属管4结垢情况进行调整，多个换能器2与一台超声波发生器主机相连；换能器2会将电子脉冲能量转换成机械能量，产生超声波振动，并将超声波作用于金属外壁面，工作时换能器将超声波传递给待清洗金属管4，超声波由于在金属管径和液体介质中传播存在一定的速度差，就会在金属壁面与硬垢层之间产生剪切力，在金属壁面与软垢层之间形成的振荡作用，就会使得污垢附着松化脱落；所述的连接单元包括法兰连接板3和铰链1，换能器2固定在连接板3上，连接板3一端通过铰链1连接另一块连接板3；对于换能器单元来说，两侧连接单元是关于待清洗金属管4直径对称的，因此连接单元给换能器2的力也是关于待清洗金属管4直径对称，其两侧连接单元给换能器2的合力朝向待清洗金属管4圆心，待清洗金属管4外壁给换能器2的支反力也相应的朝向待清洗金属管4圆心向外，因此这种结构就保证了换能器2在工作中是朝向圆心并且与待清洗金属管4外壁紧密接触的；本发明内部的换能器单元也可以选择在待清洗金属管4圆周外壁根据需要部分布置，不需要换能器2的圆周部分用束缚带连接，即，换能器单元依旧通过连接单元相连，在边缘换能器2外侧分别连接两个张力调节单元，两个张力调节单元之间，即不需要布置换能器2的待清洗金属管4外壁部分用束缚带进行连接，在整体布置完毕后，可以通过调节两侧的张力调节单元来张紧整个装置。本发明能够有效除去待清洗金属管4已有污垢，预防污垢附着沉积，解决结垢后管道缩径、流通面积变小而造成的排量减小、管道局部腐蚀、甚至穿孔而造成事故等问题。

本发明内部超声波是指频率大于20khz的声波，具有方向性好、穿透力强、在固体或液体中传播衰减小等优点。超声波防除垢技术改变了以往只对循环工质处理的除垢方式，利用了脉冲弹性波能量首先在金属中传播的原理。超声波在金属中传播的速度可达到5000m/s以上，而且在金属中传播的能量损失远小于在水中传播时的能量损失，超声振动首先作用于金属壁面，然后再把能量传递给污垢和循环工质，使超声波能量得到最高、最有效的利用，超声波由于在金属管径和液体介质中传播存在一定的速度差，就会在金属壁面与硬垢层之间产生剪切力，在金属壁面与软垢层之间形成的振荡作用就会使得污垢附着松化脱落。另外对于换热管道来说，由于内循环介质在流动过程中与固体壁面之间产生摩擦力，会在近壁区域形成滞留层边界层，送部分区域的传热过程为滞留介质的导热过程而不是对流换热过程，介质的导热系数通常要比对流换热系数低得多，因此滞留层的存在会降低设备的传热效率，当施加了超声波作用后，超声波引起的高速祸旋可以有效的破坏滞留层，起到一定强化传热的作用。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。