Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)3, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3728274/23-26 (22) 18.04.84 (46) 15.05.86.. Бюл. У 18 (72) Б. Т. Кононов, В. Г. Макаренков, К. Г. Сергеев, В. И. Терентьев, В. K. Терещенков, В. Б. Толубко и Ю. Д. Швецов (53) 66,012 52(088.8) (56) Тебенихин Е. Ф., Гусев Б. Т.

Обработка воды магнитным полем в теплоэнергетике ° N. Энергия, 1970, с, 79-87.

Ахмеров У. Ш. и др. Методы индикации магнитной воды. Изд-во Казанс" кого университета, 1972, с. 29.

ÄÄSUÄÄ 1231082 А I (59 4 С 23 F 14/ОО,.С 02 F 5/00, С 05 D 27/00 (54) (57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВОНАКИПНОЙ ОБРАБОТКИ ВОДЫ, включающий измерение перепада давления воды на теплообменном аппарате через заданные промежутки времени, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и достоверности контроля, дополнительно измеряют разность @аз пульсаций давления между входом и выходом теплообменного аппарата при заданной частоте этих пульсаций, определяют величину тангенса разности фаз и ее относи- . тельное отклонение от исходного значения, сравнивают величину отклоне-., ния с заданной и по результату срав- в

O кения определяют эФФективность протиобработки воды.

1 1

Изобретение относится к теплоэнер гетике, а именно к способам контроля эффективности противонакипнай обработки воды в системах охлаждения теплоэнергетических установок и двигателей внутреннего сгорания.

Цель изобретения — повьппение точности и достоверности оценки эффективности противонакипной обработки воды.

На фиг. 1 изображена схема реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость противонакипного эффекта от времени воздействия магнитного поля и скорости потока воды при постоянном значении напряженности поля и градиента напряженности; на фиг. 3 — зависимости пульсаций давления воды в теплообменном аппарате и выходного напряжения фильтра; на фиг. 4 — схема измерителя разности фаз и вычислительного устройства.

Теплообменный аппарат как гидравлический элемент можно рассматривать с достаточной степенью точности

В в виде системы с сосредоточенными параметрами, так как размеры теплообменных аппаратов для большинства объектов, как правило, намного меньme минимальной длины акустических волн. На основании этого передаточную функцию теплообменного аппарата кожно представить в виде

Р(ь)

Р() Т б 1 где Р,(8) и Р (8) — изображения по

Лапласу относительных величин отклонений давле ний воды на входе и выходе теплообменного аппарата;

К „ и Т „ — коэффициент передачи и постоянная времени теплообменного аппарата.

При равных величинах гидравлических сопротивлений входа и выхода теплообменного аппарата выражение для постоянной времени можно записать в виде

2 (2Р РД, С

231082 где R =K м о

5 Кн ис

10 гидравлическое сопротивление собственно теплообменного аппарата;

Ф коэффициент пропорциональности и диаметр эффективного проходного сечения теплообменного аппарата; гидравлическое сопротивление входа и выхода аппарата;

Т„(;) и

45 Тг"(Е; + t) — исходное и определяемое значения постоянной времени, соответственно.

Если сравнить величину 3 Т с за50 данной, например, равной единице, то показатель эффективности пративонакипной обработки можно записать в виде

8 = (1- STT„) ° 100 ".. (5)

55 Цля определения значения Т в тд контролируемые моменты времени используют фаэовую частотную характеристику, соответствующую заданной

Ч

С= -2- — гидравлическая емкость

С теплообменного аппара15 та;

Ч, — объем воды в аппарате;

С вЂ” скорость звука в воде.

Из уравнения (2) видно, что изменение постоянной времени теплообмен20 ного аппарата ьТ,, пропорционально изменению его гидравлического сопротивления ьК„ т.е. тд() 2 о()

С (3}

При этом величину гидравлической емкости С можно.с достаточной степе" нью точности считать величиной постоянной, так как объем образующейся накипи намного меньше объема воды в теплообменном аппарате.

Следовательно, для оценки эффективности противонакипной обработки воды достаточно на заданном интерваt ле времени определить величину отно35 сительного отклонения постоянной времени от исходного значения

ТА(ti g$) Т4(4;) т,„(,)

40 где t, и д t — исходный момент вреt мени и промежуток времени, через который производится контроль, соответственно; частоте синусоидальных колебаний давления воды са = И, в теплообменном аппарате. Для звена, описываемого уравнением вида (1); значение величины постоянной времени можно определить из выражения (6) гДе (6, ) — величина разности .фаз пульсаций давления воды между входом и выходом теплообменного аппарата.

С учетом выражения (6) выражение (4) можно представить в виде

Из выражений (7) и (5) следует, что контроль эффективности противонакипной обработки заключается в измерении разности фаз g (о„ t) между входом и выходом теплообменного аппарата через заданные промежутки времени ht при фиксированной частоте (д =(д„ определении величины тангенса измеренного сдвига фаз .tgg((0, t; +at} и его относительного отклонения от исходного значения, равного tgf(Q, t;), сравнении полученного отклонения 3Т> с заданным

R например, равным единице, и определении эффективности обработки воды по результатам сравнения. Требуемая точность и достоверность оценки эффективности противонакипной обработки достигается путем выбора заданного значения частоты пульсаций давления a) Q„ а также путем выбора периодичности контроля, т.е, выбора значения промежутка времени д .

Схема содержит теплообменный аппарат 1, измерители 2 и 3 давления, фильтры 4 и 5, измеритель 6 разности фаз и вычислительное устройство 7.

Измерители 2 и 3 давления подключены на входе и выходе теплообменного аппарата 1 соответственно. Выходные сигналы измерителей 2 и 3 давления, представляющие собой достаточно широкие спектры колебаний давления воды, обусловленных работой различных элементов теплоэнергетических установок (например, насосов или поршней в двигателях внутреннего сгорания и т.п.), подаются на вхо123!082 4 ды фильтров 4 и 5 соответственно.

Фильтры 4 и 5 пропускают колебания заданной частоты <д =сд„, разность фаз между которыми фиксируется измерителем б, сигнал с выхода измерителя 6 разности фаз поступает на вход вычислительного устройства 7, в котором,определяются значения тангенса измеренной разности фаз и относитель- ного его изменения от значения, соответствующего исходной разности фаз, а также производится сравнение этого изменения с заданным значением.

Способ осуществляется следу1ощим образом.

В контролирующий момент времени

tt, +at измерители 2 и 3 давления формируют сигналы, спектры которых 0 включают изменения амплитуды и частоты пульсаций давления в достаточно широком диапазоне, равном полосе пропус;канья используемых измерителей давления. Фильтры 4 и 5 выделяют из измеg5 ренных сигналов гармонические сигнаУпа с частотой, равной заданному значенйкГ я=о . На вход измерителя 6 подаются сигналы, сдвинутые по фазе на величину g (ц,, t; +at), которая измеряется в нем. Информация о значении измеренной разности фаз g (сто, t; +at) поступает на вход вычислительного устройства 7, которое определяет ве-. личину tgf(N„ t; + at) и относитель ную величину ее отклонения от исход35 ного значения величины тангенса исходной разности фаз, измеренной в момент времени t t;, т.е. в момент времени предыдущего контроля разности фаз.

Если в теплообменном аппарате происходит отложение накипи, то это сопровождается соответствующим увеличением его гидравлического со45 противления R изменение которого будет согласно выражениям (2) и (3) приводить к изменению постоянной .времени Тт, а следовательно, и из,меряемой разности фаз It (а„ t ).

В результате на выходе вычислитель50 ного устройства формируется информация об эффективности противонакипной обработки воды, в зависимости от величины которой производят изменение интенсивности обработки воды. При

55 этом требуемая точность и достоверность оценки эффективности противонакипной обработки воды зависит от выбора значений заданной частоты О и

231082 .6 мерителей давления используются измерители с электрическим выходом (тензодатчики, тенэолиты, датчики контактного сопротивления, пьезб резисторы). Напряжение на выходе измерителей давления по форме повторяет форму кривой пульсаций давления, показанных на фиг. 3ч . На выходе фильтров, настроенных на частоту

10 75 Гц, постоянная составляющая сигзаданного значения относительного отклонения постоянной времени теплообменного аппарата (8Т „) =9+3T (4)

Поскольку выражение (1) справедливо для низкочастотных колебаний давления потока жидкости, находящихся в интервале изменения частот, равном

0 <а, <. 00с, то наиболее высокая точность предлагаемого способа может быть достигнута в интервале значений 0,6ю,„, с а„с 0,8сд„,, т.е. в интервале 300с (с)„< 400с, Hp и м е р. Способ может быть реализован в системах отхлаждения теплоэнергетических установок, таких как паровые котлы и двигатели внутреннего сгорания.

Рассматривают вариант реализации способа для двигателя внутреннего сгорания типа К-770.

Противонакипную обработку воды ведут, применяя либо различные химические средства, либо воздействуя на воду магнитным полем. Качество процесса противонакипной обработки воды магнитным полем зависит от ряда параметров, главные из которых — напряженность Н и градиент напряженности 6Н магнитного поля, длительность воздействия магнитного поля, скорость потока воды Ч и начальная жесткость воды Ж. Оценку качества обработки воды обычно проводят с помощью величины противонакипного эффекта ПЭ

Н-М

ПЭ = — — - 100 (8)

Н

У где Н вЂ” количество накипи, образовавшейся из необработанной воды;

М вЂ” количество накипи, образовавшейся из обработанной воды.

Характер функциональной зависимости ПЭ от величины Н, аН, ь, V, Ж, как правило, нелинеен. На фиг, 2 показаны линии равного противонакипного эффекта, полученные при обработке воды магнитным полем, напряженность которого Н=1550 Э, а градиент напряженности Н=775 Э/М.

На осциллограмме (фиг. 3) показаны пульсации давления воды на входе в теплообменник в системе охлаждения дизеля К-?70 с частотой 25 и 75 Гц.

На эти частоты должны быть настроены фильтры, включенные на выходах измерителей давления. В качестве изнала отсутствует, а переменная составляющая сигнала имеет вид синусоиды, показанной на фиг. 3. Сигналы с выходов фильтров поступают на входы измерителя фазы. На фиг. 4 пока. заны формирователи 8 и 9 импульсов, сигналы на выходах которых поя ляются в момент перехода входных синусоидальных напряжений Up „ и Up „„„

20 через нулевую фазу„ RS-триггер 10, первый Т-триггер (триггер со счетным входом) 11, второй Т-триггер 12, одновибратор 13, фильтр 14 низких частот, нелинейный преобразователь

25 15, аналого-цифровой преобразователь

16, первая схема И 17, вторая схема

И 18, сумматор-вычитатель 19, выходная схема И 20, дешифратор 21, выходной сигнал 22.

30 Выходы формирователей 8 и 9 импульсов присоединены к входам RSтриггера 10 так, что выход формирователя 8 присоединен к записывающему единицу входу триггера, а выход формирователя.9 присоединен к записывающему нуль входу триггера, выход RSтриггера 10 присоединен к входу первого Т-триггера и к входу фильтра 14 низких частот, выход фильтра 14 низких частот присоединен к входу нелинейного преобразователя 15, выход которого присоединен к входу аналогоцифрового преобразователя 16. Выход аналого-цифрового преобразователя

45 16 присоединен к первым входам первой 17 и второй 18 схемы И, второй вход схемы И 17 присоединен к записывающему единицу выходу первого

Т-триггера 11. и входу второго Т-триг гера 12, третий вход схемы И 17 и третий вход схемы И 18 присоединен к записывающему единицу входу второго

Т-триггера 12, второй вход второй схемы И 18 присоединен к записывающему нуль выходу первого Т-триггера

11. Записывающий нуль выход второго

Т-триггера !2 присоединен к входу одновибратора 13 и к первому входу

7 1231082 8 выходной схемы И 20, второй вход ко соответствующего фазового угла. торой присоединен к входу сумматора- Триггер 11 остается при этом в нувычитателя 19, суммирунпций вход ко- левом состоянии, а триггер 12 — в торого присоединен к выходу первой единичном. Измеренная триггером 10 схемы И 17, вычитающий вход присое- длительность фазового угла после динеи к выходу второй схемы И 18, а преобразования в фильтре 14 низких установочный вход присоединен к вы- частот, нелинейном преобразоватеходу одновибратора 13. Выход вы- ле 15 и аналого-цифровом преобразо ходной схемы И 20 присоединен к вхо- вателе 16 через вторую схему И 18 ду дешифратора 21, выход 22 которого !0 подается на вычитающий вход сумматоявляется выходом устройства. ра-вычитателя 19, в котором.проиэУстройство работает следующим водится вычитание записанного ранее о разом. об аэом. числа. Если оба фазовых угла одинаВ момент появления импульса с вы- ковы, то на выходе сумматора-вычитахода формирователя 8 импульсов триг- !5 теля сигнал отсутствует. Если же в гер )О перебрасывается в единичное системе охлаждения начинает откладысостояние, вызывая тем самым пере- ваться накипь, то растет постоянная брос в единичное состояние триггеров времени теплообменного аппарата Т

11 и 12, В момент появления импульса (формулы (2) и (3)}. При этом иачитл

-с выхода формирователя 9 импульсов 2о нает увеличиваться фазовый сдвиг триггер 10 перебрасывается в нулевое . между пульсациями давления. Это озаостояние, а триггеры ll и !2 остают- качает, что в каждый очередной замер ся в единичном состоянии. Чем больше значение угла фазового сдвига уверазность фаз между пульсациями дав- личивается, растет и цифровой код, ления на входе и выходе из теплооб- 25 записанный в аналого-цифровом пременного аппарата, тем больше времени образователе. Так как вычитаемое чис. на выходе триггера 10 имеется единич- !ло больше уменьшаемого числа, то ный сигнал. В фильтре 14 низких час- в сумматоре-вычитателе 19 появляется тот импульсный сигнал с выхода триггера 10 б число минус единица. В этот момент преобразуется в потенциал - 30 времени на выхо е с ато а-в выходе сумматор ычтгга выходе фильтра 4 низких частот про14 теля появляется сигнал который поФ порциональна фаэовому сдвигу между ступает на выходную схем И 20. В ую у О. В пульсациями давления. Напряжение с момент прихода очередного (по счету ильтра, пропорциональное ,третьего) импульса е выхода Формиро

35 вателя 8 импульсов триггер 10 вновь величине угла, в нелинейном преобра- п зователе 15 преобразуется в напряже- триггер 1 перебрасывается в единичгенса эт г а этого угла, а в аналого-цифроое величине тан ное состояние, а триггер 12 — в нуле- вом преобразователе 16 преобразуется вое. ПоЯвление сигнала на нУлевом т Я 49 в эквивалентный ему цифровой код. выходе триггера 12 обеспечивает

Так как триггеры ll и 12 на о ятс сРабатывание выходной схемы И 20 и сраба н е дешифратора 2) сигнап

И 1.7 этот цифровой код записывается . на выходе 22 котоРого тем больше сумматором-вычитателем. чем больше разница фазового угла.

Спустя время, необходимое для надеж45

Приход оче е ного р д о о импульса с вы- ного срабатывания схемы И 20 и дехода формирователя 8 имп ульсов вновь шифратора 21, появляется сигнал на переводит т игге ди р ер 10 в единичное со- выходе одновибратора 13, который стояние. При этом т игге 1 р р 11 перехо-, . устанавливает сумматор-вычитатель 19 дит в нулевое состояние, а триггер 5О в исходное состояние. Схема устрой12 остается в единичном с остоянии. ства готова к выполнению своих функИзменение состояния т игге 1! р ра 11 вы- ции. Измерение угла начинается с позывает переключение схемы И мь И !7 и 18, ступлением пятого импульса с выхода схема И 17 запирается а схе ма И 18 формирователя 8 импульсов. Приход отпирается. Появление сигнала с вы- пятого импульса вызывает срабатывание хода формирователя 9 импульсов вытех же элементов, что и приход перэывает очередной переброс т игге а вого, а приход шестого аналогичен

10 в нулевое состояние и изме ение змерение приходу второго импульса.

0,35

Ю,ЗЛ мГ жЮ

Ж д

Восьмой импульс вызывает переход схемы в исходное состояние, далее работа повторяется. В качестве формирователей 8 и 9 импульсов исполь- . зованы триггеры Шмитта.

В качестве одновибратора может быть применен ждущий мультивнбратор.

В качестве фильтра 14 низких частот применен низкочастотный С-фильтр.

В качестве нелинейного преобразователя 15 использована диодная матрица, реализующая функцию отношения тангенсов разностей фаз.

Применение для контроля качества обработки воды фазовых методов повьгшает точность определения степени . засорения теплообменников, так как результат измерения не сказываются такие показатели режима работы теплообменного аппарата как era производительность, напор и т.п. Для павы. ф

231082 1О шения точности необходимо увеличить заданное значение частоты пульсаций давления v,, так, чтобы иметь возможность с приемлемой точностью за-фиксировать величину фазового сдвига пульсаций давления между входом м выходом теплообменного аппарата. Для звена, описываемого уравнением (I), выражение для фазовой частотной ха10 рактеристики имеет вид (><. t) — асс 8 >y„ (t) и. (9)

Из уравнения (9) следует, что требуемая точность определения величины (Я„ t) определяется выбором вели15 чины (0 ;

Использование изобретения обеспе,чивает возможность исключения преждевременного выхода из строя тепло обменных аппаратов, а также продление

20 ресурса работы и эффективность их использования.

1231082

+/ì

Составитель А. Попов

Техред И.Попович Корректор И. Эрдейи

Редактор Е. Копча

Заказ 2526(31 Тираж 878

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды 

 

Похожие патенты:
Наверх