的操作及工作过程如下：
[0095] 步骤1:在设备交付用户使用前，先由厂商专业技术人员根据用户现场管线的特 征，确定输流管尺寸参数、材料参数、管内水流流速参数、管内结垢状况参数等现场参数。然 后根据管线材料参数及尺寸参数选择适当的功率线圈导线半径，并将线圈单层缠绕在换热 部位的进水口或出水口附近处的输流直管上，注意需要远离管线弯曲部位，线圈应数一般 在60-100应之间为宜。将线圈两端与智能高效磁致振动除垢防垢装置的两个输出端相连 接。
[0096] 步骤2:本装置的控制面板包括液晶显示屏、功率电源模块、键盘输入模块、启动开 关、复位开关、工作模式切换开关14、输出电流调节旋钮15、功率电源启动开关16、输出电压 调节旋钮17、功率电源输出显示液晶屏18,如图2所示。开启启动开关，将工作模式切换开关 切换至定频设置模式，然后将步骤1中得到的现场参数通过键盘输入模块和L邸显示模块输 入至系统中，单片机主控制板中的单片机控制程序会根据输入参数，通过式（1)、式(2)及式 (3)自动计算出能够使输流管振动在共振状态的激励信号频率。
[0097] 步骤3:在得到最佳的激励信号频率后，开启功率电源启动开关，并依次调节输出 电流调节旋钮和输出电压调节旋钮，使功率线圈的功率维持在合适的范围内。功率线圈的 功率调节主要依据输流管的尺寸参数，当输流管半径较大时，功率线圈应工作在较高功率 下，当输流管半径较小时，功率线圈应工作在较低功率下。此时，本发明装置开始稳定工作。 功率线圈产生的交变电磁场主要分布在输流管的管壁内，其磁力线分布示意图如图3所示， 图中标号19表示输流管壁、图中标号20表示功率线圈产生的磁力线。管壁内部交变的电磁 场会诱导铁磁材料输流管壁发生磁致伸缩振动效应，电磁激励下输流管的振动示意图如图 4所示。
[0098] 当输流管内部附着的水垢及污垢较多时，在本发明装置的作用下，污垢会大量成 块脱落，为防止脱落的垢块堵塞输流管22，应在输流管上设置沉淀井结构，带有沉淀井21的 输流管线结构示意图如图5所示。
[0099] 本发明装置的主要工作机理为铁磁性材料输流管的磁致振动效应，并且在本装置 的作用下，输流管能够工作在共振状态，从而在输出功率一定的前提下，输流管能够达到最 强的振动效应。下面用具体的实施例证明本装置作用下输流管的振动情况。
[0100] 实施例1:输流管长度为1米，直径为0.06米，管壁厚度为4毫米，功率线圈导线粗细 为2毫米，应数为70应，功率电源输出功率设为固定值120W。首先获得输流管在无电磁激励 时的自由振动频率特性，输流管的自由振动频谱图如图6所示，从图6中可W看到，输流管的 固有频率分为1阶固有频率72.7化和2阶固有频率531.3Hz，其中二阶固有频率为主振动固 有频率。由式(1)可知，要想让输流管振动在共振状态，功率线圈的激励频率应为265.65化。 分别将功率线圈的激励频率设置为405Hz和265Hz，观察在运两个频率下输流管的振动速 率。由于本装置中使用的单片机计数器在工作中难免会存在误差，因此输出的实际频率与 设置频率会有些许误差，经过多次测量取平均值，误差范围应为± 3Hz。在激励频率为40甜Z 和26甜Z的电磁场作用下，输流管振动频率谱如图7、图8所示。由图7可知，激励频率为405Hz 时，输流管振动频率为817.2Hz，振动的速率为33.124wii/s，而由图8可知，激励频率为265Hz 时，输流管振动频率为537.5Hz，振动速率高达161.95皿/s，已经较为接近工作在共振状态。 因此，在该实施例中，本发明智能高效磁致振动除垢防垢装置能够有效的使输流管振动在 共振状态，保证了除垢防垢效率的提高和优化。
[0101] W上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范 围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方 案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种导磁输流管的磁致振动除垢防垢装置，其特征在于:所述装置包括单片机主控 制板、LED显示控制模块、液晶显示屏、功放驱动模块、功率放大模块、功率线圈、报警模块、 功率电源模块、线圈功率实时监测模块、键盘输入模块、工作模式调节模块、启动开关W及 复位开关;其中，线圈功率实时监测模块、键盘输入模块、工作模式调节模块分别与单片机 主控制板的信号输入端通过线束连接，单片机主控制板的信号输出端分别与Lm)显示控制 模块、功放驱动模块、报警模块连接，L邸显示控制模块与液晶显示屏连接，功放驱动模块与 功率放大模块连接，功率放大模块的功率输出端连接功率线圈，功率放大模块的输入端与 功率电源模块相连；启动开关和复位开关分别与单片机主控制板相连对装置进行启动、复 位控制。2. 根据权利要求1所述的一种导磁输流管的磁致振动除垢防垢装置，其特征在于:所述 功率线圈可为单组线圈，也可由多组线圈并联组成。3. 根据权利要求1所述的一种导磁输流管的磁致振动除垢防垢装置，其特征在于:所述 装置可与沉淀井系统配合使用。4. 一种基于权利要求1所述导磁输流管的磁致振动除垢防垢装置的激励频率计算方 法，其特征在于，功率线圈缠绕在铁磁性输流管外壁上，功率线圈产生高频振动，高频振动 的机理为磁致伸缩振动，铁磁性输流管的除垢防垢效果与功率线圈内的交变激励信号频率 相关，获取最优激励信号频率的方法步骤如下： (1) 根据磁致伸缩原理，铁磁性输流管在功率线圈产生的交变电磁场作用下会发生高 频振动，其振动频率与激励信号频率呈线性关系，关系式为： font 二 2f in (I) 式(I )中，f DUt为输流管振动频率，fin为激励信号频率； (2) 当输流管振动频率等于自身固有频率时，输流管的振动强度达到最大，实现共振； 输流直管的振动方程为：:(於 U) 0) 式(2)中，EI表示输流管的弯曲刚度;M表示单位长度下流体的质量;V表示管内流体在 稳定状况下的流速;m表示单位长度下输流管的质量;Wi和W2分别表示管两个端面的晓度;X 表示当W输流管轴线左端为坐标原点时，轴线上某点与原点的距离;t表示时间；n〇表示管 内流体流动所产生的稳态轴向力，当输流管为直管时，该参数数值为0;(3) 根据式(2)获得输流管自身的前3阶固有频率，推导计算出输流管固有频率表达式 为： (3 ) 式(3)中，Qi为输流管的第i阶固有频率，L为输流管长度； (4) 输流管共振振动能量主要分布在二阶固有频率上，根据式（1 )，为使输流管达到共 振状态，激励频率与共振频率的关系为：
【专利摘要】一种导磁输流管的磁致振动除垢防垢装置及激励频率计算方法，所述装置包括单片机主控制板，LED显示控制模块、液晶显示屏报警模块、键盘输入模块、工作模式调节模块、线圈功率实时监测模块、功率电源模块、功率放大模块以及功率线圈。依据铁磁性材料输流直管在交变电磁场激励下做磁致高频振动的特性以及输流管振动频率与激励频率之间存在的线性关系，通过计算输流管振动方程获得输流管共振频率，实现使输流管振动在自身固有频率状态，进而通过高频振动使管壁内部水垢及其他污垢脱落并被流水带走。本发明具有节能环保、安全可靠、可控性强等优点。
【IPC分类】B08B9/027, B08B7/02
【公开号】CN105583203
【申请号】CN201610039738
【发明人】韩勇, 马军, 郭虎伦
【申请人】燕山大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2016年1月21日