專利名稱：用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種超聲波清理系統(tǒng)，尤其涉及一種用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，屬于管道清潔技術(shù)領域。
背景技術(shù)：
石油化工行業(yè)設備中就數(shù)量而言絕大部分是冷換設備，管束、管道、換熱器、罐體等。結(jié)垢問題一直是困擾石化行業(yè)的一大難題。目前，常用的除垢方法大致分為三類，一是化學除垢；二是高壓水噴射除垢；三是機械除垢；總體效果是明顯的，仍然存在較大的不足。I.化學除垢化學除垢是根據(jù)垢層的化學成分，選用合適的酸類化學劑進行溶解除垢。近年來，針對典型的硫酸鋇、硫酸鍶混合型酸不溶垢，先后開發(fā)出了硫酸鋇鍶阻垢劑和硫酸鋇鍶垢清洗劑，在管道上廣泛應用。但是，由于垢的成分不同，一般的除垢劑適用范圍有限。同時，化學除垢工藝復雜，在施工過程中易損壞管道，污染環(huán)境且時間長、成本高，因此還需進一步研究高效、環(huán)保、適用性強的化學除垢劑。2.高壓水噴射除垢高壓水噴射除垢是利用柱塞泵產(chǎn)生的高壓水經(jīng)過特殊噴嘴噴向垢層，除垢徹底，效率高。但裝機容量大，耗水多，存在水處理等問題，清洗后也無法快速安全排垢。3.機械除垢機械除垢采用強力清管器，有磁力清管器、釘輪清管器和刷輪清管器等。清管器除垢與其它除垢方式相比具有操作簡便、價格低、施工周期短、施工人員少、施工設備簡單、強度低、無污染等特點。但是清管器為直線運動，要清理干凈管內(nèi)垢層，一般需5 6遍，有時多達10遍，清管效率低，質(zhì)量差。通常采用化學藥劑進行工業(yè)水處理，使設備的結(jié)垢問題得到了一定的改善。但由于設備管束的結(jié)垢是由多種因素造成的，比如水質(zhì)、管束材質(zhì)、出口溫度、進水量、流速以及時常出現(xiàn)的跑冒泄漏現(xiàn)象等，將形成各種各樣的垢，所以設備結(jié)垢的嚴重程度有所不同，甚至成為影響生產(chǎn)的一大難題?；瘜W方法能有效地控制整個循環(huán)水系統(tǒng)，物理方法(超聲防垢)作為補充，也將是很有必要的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案一種用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，包括超聲波電源、阻抗匹配電路、換能器和傳感器，所述超聲波電源產(chǎn)生頻率信號，并將頻率信號放大達到所需要的功率，然后通過電纜線將頻率信號傳送入換能器，在傳送中通過所述阻抗匹配電路將超聲波電源與換能器的阻抗和諧振頻率進行匹配，所述換能器安裝在管道內(nèi)壁或外壁上，所述換能器將接收到的頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌曅盘栠M行除垢，所述傳感器與換能器設置在一起，用于檢測換能器工作時的參數(shù)。所述超聲波電源產(chǎn)生的頻率信號依次經(jīng)過D / A轉(zhuǎn)換模塊、脈寬調(diào)制電路、阻抗匹配電路進行信號轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換后的信號進入換能器后變成超聲信號，所述超聲信號通過變幅桿傳入到管道中進行除垢。所述傳感器將換能器的工作狀態(tài)參數(shù)通過A / D轉(zhuǎn)換模塊將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號送入控制系統(tǒng)。本實用新型的有益效果本實用新型的超聲波智能清理系統(tǒng)采用了超聲波的聲音振幅來達到在油田管道內(nèi)除垢的目的，該系統(tǒng)的使用不僅降低清潔的成本，維護環(huán)境的作用外，還提高了工作效率，增加了產(chǎn)量。

圖I為超聲波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖2為超聲波系統(tǒng)傳遞框圖；圖3為超聲波系統(tǒng)應用于油田注水管時整體示意圖；圖4為超聲波系統(tǒng)應用于油田采油管時整體示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型所述的技術(shù)方案作進一步的闡述。超聲波清理系統(tǒng)主要由超聲波電源I、超聲波換能器4、傳輸電纜組成。但由于換能器4的阻抗和諧振頻率等一些電特性與超聲波電源I的輸出不匹配，我們還要對其進行阻抗匹配，所以要在超聲波電源I和超聲波換能器4之間加一個阻抗匹配環(huán)節(jié)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖I所示。從圖中我們可以看出，超聲波電源I的主要起到產(chǎn)生功率電信號的作用，它將市電的220V、50Hz的交流電轉(zhuǎn)化成20-30kHz的交流電信號。阻抗匹配電路2除了上述所說的進行阻抗匹配以外，還具有濾波的功能，這是因為超聲波電源I所產(chǎn)生的頻率信號并不是精確的正弦波信號，它是含有一些高頻分量的類似正弦信號，而換能器4則需要精度較高的正弦信號才能很好的驅(qū)動壓電陶瓷晶體進行簡諧振動，所以需要阻抗匹配電路2對超聲波電源I產(chǎn)生的類似正弦信號進行一次低通濾波，濾去類似正弦信號的高頻分量，使換能器4產(chǎn)生穩(wěn)定的超聲信號。換能器4則是一個能量轉(zhuǎn)換裝置，它將超聲波電源I產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)化成相同頻率的聲能。換能器4產(chǎn)生的超聲波通過管壁傳入管道中在管道內(nèi)部產(chǎn)生聲空化、活化等一系列的效應，除去管道的油垢和水垢，換能器4是整個系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，它直接與負載相連，它工作狀況的好壞直接影響到除垢的效果，為了可以實時得到超聲波換能器的工作狀態(tài)，這里使用了一些傳感器3來檢測換能器的工作時的一些相關參數(shù)，反饋到控制電路中以便及時的對整個系統(tǒng)進行調(diào)整。超聲波除垢系統(tǒng)主要是由超聲波電源I、阻抗匹配電路2、超聲波換能器和傳感器3組成，但還需要變幅桿、傳感器、傳輸電纜、變壓器等一些外圍設備，將他們連接在一起，進行超聲波電源I和換能器4、換能器4和鍋爐之間的電、聲信號的傳輸。[0024]整個系統(tǒng)的傳遞框圖如下圖2可知，當電源接入超聲波除垢器后，先進行濾波整流，將交流電變?yōu)橹绷麟?，一部分直流電信號提供給單片機作為單片機及其外圍電路的電源，另一部分直流電信號提供給脈寬調(diào)制電路作為脈寬調(diào)制電路的電源和逆變回路的集電極電壓；濾波整流的下一步驟是產(chǎn)生原始的頻率和功率信號，這部分是由單片機電路產(chǎn)生的，單片機產(chǎn)生的信號是離散信號還不能直接應用到換能器4中去，還要經(jīng)過D / A轉(zhuǎn)換，將離散信號變?yōu)檫B續(xù)的模擬量信號才能驅(qū)動換能器4進行電、聲轉(zhuǎn)換。而換能器4的驅(qū)動信號不僅要求是連續(xù)的模擬信號，而且要求是大功率的正弦信號，這里使用了脈寬調(diào)制的方法對D / A轉(zhuǎn)換后的模擬量信號進行放大。脈寬調(diào)制電路分為脈寬調(diào)制器和逆變回路，由于超聲波除垢器的輸出功率相對較大，這里的逆變回路采用IG BT(絕緣柵型雙極晶體管)來增大電信號的功率容量。信號進過脈寬調(diào)制電路的放大后，產(chǎn)生了一個電壓為200V，頻率為25kHz左右的交流電信號，雖然這個信號的頻率和功率都已經(jīng)滿足了換能器4的要求，但它不是一個單一頻率的正弦波，還含有一些諧波分量需要通過低通濾波，將其變?yōu)橐粋€相對比較單一的正弦波信號。阻抗匹配電路2則需要完成濾波和阻抗匹配兩項工作。信號經(jīng)過匹配電路2進入換能器4后，由電信號變?yōu)榱顺曅盘?，通過管壁傳入到管道中通過空化，剪切等效應 將管道壁上的水垢出去。但由于超聲波換能器中壓電晶體的振幅很小，無法很好的將壓電晶體產(chǎn)生的機械振動傳入管道中，在換能器4與管道之間要進行機械阻抗匹配。目前，對換能器最簡單有效的機械阻抗匹配方法是，在換能器4和負載之間加入變幅桿。這里采用的也是這種方法對換能器4進行匹配的。設計中為了使超聲系統(tǒng)能夠根據(jù)負載的變化改變自身的工作狀況，使系統(tǒng)總是工作在最佳狀態(tài)，而加入了控制環(huán)節(jié)。系統(tǒng)使用傳感器采集換能器的工作狀態(tài)參數(shù)，通過A /D轉(zhuǎn)換將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號送入控制系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)的采集過程中，使用了硬件電路濾波和軟件濾波相結(jié)合的方法來提高數(shù)據(jù)采集的精度。將采集后的數(shù)據(jù)與期望值相比較后，使用PID控制減小輸出值與期望值之間的誤差，最終使系統(tǒng)達到期望的工作狀況。在具體實施過程中，將外部交流電的濾波、整流，頻率功率信號的產(chǎn)生，D / A轉(zhuǎn)換，脈寬調(diào)制電路和數(shù)據(jù)采集部分都集成在超聲波電源I的電路板上，阻抗匹配電路2也裝在超聲波電源I的儀表箱中，電源的輸出只有一個電壓為200V，頻率為25kHz，功率為I. 5kff的正弦交流電信號，這個電信號通過電纜傳入換能器4中，再通過換能器4和變幅桿轉(zhuǎn)化成機械振動傳入管道之中。由圖3和圖4可知，當電源接入超聲波除垢器后，先進行濾波整流，將交流電變?yōu)橹绷麟?，一部分直流電信號提供給單片機作為單片機及其外圍電路的電源，另一部分直流電信號提供給脈寬調(diào)制電路作為脈寬調(diào)制電路的電源和逆變回路的集電極電壓；濾波整流的下一步驟是產(chǎn)生原始的頻率和功率信號，經(jīng)過D / A轉(zhuǎn)換，將離散信號變?yōu)檫B續(xù)的模擬量信號才能驅(qū)動換能器進行電、聲轉(zhuǎn)換。而換能器4的驅(qū)動信號不僅要求是連續(xù)的模擬信號，而且要求是大功率的。信號經(jīng)過匹配電路通過特種電纜進入微型換能器后，由電信號變?yōu)榱顺曅盘?，通過管壁傳入到管道中通過空化，剪切等效應將注水管道壁上的水垢除去，并可以延緩垢的形成時間。
權(quán)利要求1.用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，其特征在于，包括超聲波電源、阻抗匹配電路、換能器和傳感器，所述超聲波電源產(chǎn)生頻率信號，并將頻率信號放大達到所需要的功率，然后通過電纜線將頻率信號傳送入換能器，在傳送中通過所述阻抗匹配電路將超聲波電源與換能器的阻抗和諧振頻率進行匹配，所述換能器安裝在管道內(nèi)壁或外壁上，所述換能器將接收到的頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槌曅盘栠M行除垢，所述傳感器與換能器設置在一起，用于檢測換能器工作時的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，其特征在于，所述超聲波電源產(chǎn)生的頻率信號依次經(jīng)過D / A轉(zhuǎn)換模塊、脈寬調(diào)制電路、阻抗匹配電路進行信號轉(zhuǎn)換，所述轉(zhuǎn)換后的信號進入換能器后變成超聲信號，所述超聲信號通過變幅桿傳入到管道中進行除垢。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器將換能器的工作狀態(tài)參數(shù)通過A / D轉(zhuǎn)換模塊將采集來的模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號送入控制系統(tǒng)。
專利摘要本實用新型公布了一種用于油田管道的超聲波智能清理系統(tǒng)，包括超聲波電源、阻抗匹配電路、換能器和傳感器，所述超聲波電源產(chǎn)生頻率信號，并將頻率信號放大達到所需要的功率，然后通過電纜線將頻率信號傳送入換能器，在傳送中通過所述阻抗匹配電路將超聲波電源與換能器的阻抗和諧振頻率進行匹配，所述換能器安裝在管道內(nèi)壁上，所述換能器將接收到的頻率信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘栠M行除垢，所述傳感器與換能器設置在一起，用于檢測換能器工作時的參數(shù)。本實用新型的超聲波智能清理系統(tǒng)采用了超聲波的聲音振幅來達到在油田管道內(nèi)除垢的目的，該系統(tǒng)的使用不僅降低清潔的成本，維護環(huán)境的作用外，還提高了工作效率，增加了產(chǎn)量。
文檔編號B08B3/12GK202570667SQ20122009016
公開日2012年12月5日 申請日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者付少峰, 郭全峰, 袁丁, 劉仲毅 申請人:無錫市登極節(jié)能科技有限公司