Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды

Способ контроля эффективности противонакипной обработки воды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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