本發(fā)明涉及管道清洗除垢領域，特別是涉及一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)。

背景技術：

管道運輸與鐵路、公路、空運、水運運輸方式成為現行的五大運輸工具，管道運輸在運送液體、氣體、漿液等方面具有成本低，節(jié)省能源，安全性高及供給穩(wěn)定的優(yōu)勢，在石油、化工、電力及天然氣等行業(yè)中具有不可替代的地位，因此在世界各國的經濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用。而由于管道輸送的主要是油氣、工業(yè)用水等介質，這些介質中經常含有有機物、h2s、co2、多種離子、細菌以及泥沙等雜質，因此很容易結垢。管道結垢后使管道縮徑，流通面積變小，造成壓力損失、排量減小以及管道堵塞，增加了能量消耗并且影響了工業(yè)產品的質量和產量。管道結垢還會誘發(fā)管道局部腐蝕，導致管道漏失頻繁，甚至穿孔而造成破環(huán)性事故。管道內壁結垢的問題長期困擾著各行各業(yè)的生產，使得工業(yè)事故頻繁發(fā)生，不僅造成了巨大的經濟損失，而且對環(huán)境有很大的污染。在國家建設節(jié)約型社會和提倡“節(jié)能減排”的大背景下，這個問題的解決就更加迫切了，因此采取合適的技術措施對管道等設備進行防除垢，從根本上解決結垢問題，對企業(yè)的生產、經濟效益和環(huán)境保護等都有重要意義。

現階段管道內壁和結垢現象普遍存在，在檢修管道的過程中，常用的除垢方法大致分為三類，即高壓水噴射除垢，機械除垢法和化學除垢法。高壓水噴射除垢是利用柱塞泵產生的高壓水經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。機械除垢法可以除掉碳化污垢和硬質垢，并且對鋼材損耗很小，但是在清洗設備內部污垢時，通常需要將整個設備解體，因而清洗所需時間較長，所需費用高?；瘜W除垢法是通過在介質中加入阻垢劑和緩蝕劑、控制溶液的ph值以及陰極保護法等防垢。阻垢劑雖然可能解決或緩解管道污垢問題，但是它對介質的污染卻不容忽視，并且為除垢而降低的介質ph值會對管道內壁造成不可忽視的腐蝕，尤其在一些無法解體管道設施的情況下，如核電站機組管道，由于存在的核污染而通常不能將管道解體，而為除垢加入的阻垢劑在降低了介質的ph值的同時對管道內壁造成了不可忽視的腐蝕。

超聲波除垢技術是一種新興的物理除垢技術，具有很多傳統(tǒng)除垢方法所不具備的優(yōu)點及良好的除垢效果。它不僅能減緩換熱設備表面污垢顆粒的沉積速度，而且還能夠有效地除掉己經形成的污垢。超聲波是指頻率大于20khz的聲波，具有方向性好、穿透力強、在固體或液體中傳播衰減小等優(yōu)點，目前己被廣泛應用于化學、化工、機械、計量檢測等諸多行業(yè)，超聲波清洗技術就是超聲波應用于防除垢領域的一個成功案例，超聲波可清除的污垢種類廣泛，除垢速度快，極大地減少了對水的消耗。超聲波防除垢技術區(qū)別于其他傳統(tǒng)方法的關鍵之處在于，它改變了以往只對循環(huán)工質處理的除垢方式，利用了脈沖彈性波能量首先在金屬中傳播的原理。超聲波在金屬中傳播的速度可達到5000m/s以上，而且在金屬中傳播的能量損失遠小于在水中傳播時的能量損失，超聲振動首先作用于金屬壁面，然后再把能量傳遞給污垢和循環(huán)工質，使超聲波能量得到最高、最有效的利用，超聲波在金屬壁面和循環(huán)介質中傳播存在速度差，就會在金屬壁面與硬垢層之間形成剪切力，進而在金屬壁面與軟垢層之間發(fā)生振蕩作用，從根本上防止或清除污垢的沉積，實現了實時動態(tài)防除垢的效果。另外值得一提的是，由于管道設備內循環(huán)介質在流動過程中與固體壁面之間產生摩擦力，會在近壁區(qū)域形成滯留層邊界層，這部分區(qū)域的傳熱過程為滯留介質的導熱過程而不是對流換熱過程，介質的導熱系數通常要比對流換熱系數低得多，因此滯留層的存在會降低設備的傳熱效率，當施加了超聲波作用后，超聲波引起的高速禍旋可以有效的破壞滯留層，對于換熱用管道來說還可以起到一定強化傳熱的作用。用這種新興防垢技術，不僅能有效解決常規(guī)管道的結垢問題，也能解決核電站機組以及其他無法解體設備的管道除垢問題。但是現有的超聲波除垢裝置中，存在著布置超聲波換能器時面臨的換能器未朝向管徑中心、換能器與管壁外壁面接觸不良、換能器個數隨管徑直徑變化難以調整等問題，使用時存在較多不便。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的是提供一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，可以有效解決現有技術中布置超聲波換能器時所面臨的換能器未朝向管徑中心、換能器與管壁外壁面接觸不良、換能器個數隨管徑直徑變化難以調整等問題；提供了一種能夠有效去除已有污垢、預防污垢附著沉積的鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現：

一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，包括換能器單元、連接單元、張力調整單元，所述換能器單元包括換能器；所述連接單元包括連接板、鉸鏈；所述張力調整單元包括張力調節(jié)器；

所述換能器安裝在連接板上，換能器內側緊密連接在待清洗金屬管管壁外側；

所述相鄰兩個用于安裝換能器的連接板之間通過鉸鏈連接或張力調節(jié)器連接。

所述相鄰兩個用于安裝換能器的連接板之間通過束縛帶連接。

所述連接板為法蘭連接板。

所述張力調節(jié)器由設置內螺紋的空心張力調節(jié)管、張力調節(jié)管內側左端與內側右端分別通過螺紋連接的兩個外側帶有連接環(huán)的張力調節(jié)桿構成；所述兩個外側帶有連接環(huán)的張力調節(jié)桿外端分別通過連接環(huán)連接相鄰兩個用于安裝換能器的連接板。

所述安裝換能器的連接板兩側鉸鏈關于待清洗金屬管的直徑對稱設置，兩側鉸鏈給連接板上換能器的力關于待清洗金屬管的直徑對稱，兩側鉸鏈給連接板上換能器的合力朝向待清洗金屬管的圓心，待清洗金屬管外壁給換能器的反應力朝向為待清洗金屬管的圓心向外方向。

所述的一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，其除垢方法的步驟包括：

步驟一：根據實際要求、現場待清洗金屬管的結垢情況計算所需的換能器個數、相應的換能器型號及布置換能器位置；

步驟二：將選擇的換能器分別固定安裝在相對應的法蘭連接板上，并運送至相應待清洗金屬管結垢位置；

步驟三：將多個安裝在連接板上的換能器之間通過鉸鏈連接或張力調節(jié)器連接；將安裝在連接板上的換能器緊密連接在待清洗金屬管結垢位置的管壁外側面上，并通過張力調節(jié)器使整個裝置張緊；換能器的個數與實際需求相匹配、換能器準確朝向待清洗金屬管管徑圓心；

在不需要安裝換能器的待清洗金屬管外壁部分，兩個設置在邊緣的換能器外側通過束縛帶連接，安裝方法為：安裝在連接板上的換能器之間仍通過鉸鏈連接或張力調節(jié)器連接，在邊緣的換能器外側分別連接兩個張力調節(jié)器，兩個張力調節(jié)器之間不需要布置換能器的待清洗金屬管外壁部分通過束縛帶連接，在裝置整體布置完成后，通過張力調節(jié)器來張緊整個裝置；

步驟四：將選擇的換能器連接至超聲波發(fā)生器，換能器將電子脈沖能量轉換成機械能量，產生超聲波振動，將超聲波作用于待清洗金屬管外壁面上，超聲振動作用于待清洗金屬管壁面后將能量傳遞至待清洗金屬管結垢位置的管徑上，超聲波在待清洗金屬管和液體介質中傳播存在一定的速度差，在待清洗金屬管管面與結垢位置的硬垢層之間產生剪切力，在待清洗金屬管管面與結垢位置的軟垢層之間形成的振蕩作用，使待清洗金屬管結垢位置的污垢松化脫落。

所述換能器型號：輝虹hh-5520-6z或同類型換能器；

所述超聲波發(fā)生器型號：輝虹hh-3000b或同類型脈沖電源。

本發(fā)明的有益效果：一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，能夠有效去除已有污垢、預防污垢附著沉積；可以有效解決現有技術中布置超聲波換能器時所面臨的換能器未朝向管徑中心、換能器與管壁外壁面接觸不良、換能器個數隨管徑直徑變化難以調整等問題。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1.能夠有效除去管徑已有污垢，預防污垢附著沉積，解決結垢后管道縮徑、流通面積變小而造成的排量減小、管道局部腐蝕、甚至穿孔而造成事故等問題。

2.本發(fā)明內部的連接單元采用鉸鏈連接各個換能器，可以根據實際管徑直徑的大小以及需求靈活調整所需換能器的個數及換能器間距。

3.本發(fā)明內部單個換能器所受力來自兩側的鉸鏈連接單元，其兩側力沿中心線對稱，保證每個換能器機體能準確朝向管徑中心。

4.本發(fā)明采用了便于調節(jié)使用的張力調節(jié)器做最后的張力調整，能調整整個裝置的張緊度。

5.本發(fā)明由多個單元相互連接構成，安裝設備時不需設備整體運輸，運輸方便。

6.本發(fā)明在實際應用中安裝方便，可在管道結垢嚴重處根據需求靈活添加或卸去換能器單元。

附圖說明

圖1是本發(fā)明鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)的整體結構示意圖；

圖2為換能器受力示意圖；

圖3為本發(fā)明內部局部結構示意圖；

圖4為本發(fā)明內部張力調節(jié)器的結構示意圖；

圖中：1-鉸鏈；2-換能器；3-連接板；4-待清洗金屬管；5-張力調節(jié)器。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

具體實施方式一：

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，包括換能器單元、連接單元、張力調整單元，所述換能器單元包括換能器2；所述連接單元包括連接板3、鉸鏈1；所述張力調整單元包括張力調節(jié)器5；

所述換能器2安裝在連接板3上，換能器2內側緊密連接在待清洗金屬管4管壁外側；

所述相鄰兩個用于安裝換能器2的連接板3之間通過鉸鏈1連接或張力調節(jié)器5連接。

所述相鄰兩個用于安裝換能器2的連接板3之間通過束縛帶連接。

所述連接板3為法蘭連接板。

所述張力調節(jié)器5由設置內螺紋的空心張力調節(jié)管、張力調節(jié)管內側左端與內側右端分別通過螺紋連接的兩個外側帶有連接環(huán)的張力調節(jié)桿構成；所述兩個外側帶有連接環(huán)的張力調節(jié)桿外端分別通過連接環(huán)連接相鄰兩個用于安裝換能器2的連接板3。

所述安裝換能器2的連接板3兩側鉸鏈1關于待清洗金屬管4的直徑對稱設置，兩側鉸鏈1給連接板3上換能器2的力關于待清洗金屬管4的直徑對稱，兩側鉸鏈1給連接板3上換能器2的合力朝向待清洗金屬管4的圓心，待清洗金屬管4外壁給換能器2的反應力朝向為待清洗金屬管4的圓心向外方向。

具體實施方式二：

所述的一種鉸鏈式超聲波除垢與聲化復合清洗系統(tǒng)，其除垢方法的步驟包括：

步驟一：根據實際要求、現場待清洗金屬管4的結垢情況計算所需的換能器2個數、相應的換能器2型號及布置換能器2位置；

步驟二：將選擇的換能器2分別固定安裝在相對應的法蘭連接板上，并運送至相應待清洗金屬管4結垢位置；

步驟三：將多個安裝在連接板3上的換能器2之間通過鉸鏈1連接或張力調節(jié)器5連接；將安裝在連接板3上的換能器2緊密連接在待清洗金屬管4結垢位置的管壁外側面上，并通過張力調節(jié)器5使整個裝置張緊；換能器2的個數與實際需求相匹配、換能器2準確朝向待清洗金屬管4管徑圓心；

在不需要安裝換能器2的待清洗金屬管4外壁部分，兩個設置在邊緣的換能器2外側通過束縛帶連接，安裝方法為：安裝在連接板3上的換能器2之間仍通過鉸鏈1連接或張力調節(jié)器5連接，在邊緣的換能器2外側分別連接兩個張力調節(jié)器5，兩個張力調節(jié)器5之間不需要布置換能器2的待清洗金屬管4外壁部分通過束縛帶連接，在裝置整體布置完成后，通過張力調節(jié)器5來張緊整個裝置；

步驟四：將選擇的換能器2連接至超聲波發(fā)生器，換能器2將電子脈沖能量轉換成機械能量，產生超聲波振動，將超聲波作用于待清洗金屬管4外壁面上，超聲振動作用于待清洗金屬管4壁面后將能量傳遞至待清洗金屬管4結垢位置的管徑上，超聲波在待清洗金屬管4和液體介質中傳播存在一定的速度差，在待清洗金屬管4管面與結垢位置的硬垢層之間產生剪切力，在待清洗金屬管4管面與結垢位置的軟垢層之間形成的振蕩作用，使待清洗金屬管4結垢位置的污垢松化脫落。

所述換能器2型號：輝虹hh-5520-6z或同類型換能器；所述超聲波發(fā)生器型號：輝虹hh-3000b或同類型脈沖電源。

本發(fā)明的工作原理為：本發(fā)明由換能器單元、連接單元和張力調整單元組成，換能器單元可輸出超聲波作用在待清洗金屬管4管壁外側，且其數量可根據待清洗金屬管4直徑不同以及污垢附著程度進行靈活調整，連接單元由連接板3、鉸鏈1組成，連接板3與換能器2固定，鉸鏈1連接相鄰的與換能器2固定的連接板3，張力調整單元含有螺紋結構，起到張力調整作用，用來做最后的固定；所述的換能器單元包括換能器2，換能器2與管壁外徑相連，換能器2的個數可根據實際需求和待清洗金屬管4結垢情況進行調整，多個換能器2與一臺超聲波發(fā)生器主機相連；換能器2會將電子脈沖能量轉換成機械能量，產生超聲波振動，并將超聲波作用于金屬外壁面，工作時換能器將超聲波傳遞給待清洗金屬管4，超聲波由于在金屬管徑和液體介質中傳播存在一定的速度差，就會在金屬壁面與硬垢層之間產生剪切力，在金屬壁面與軟垢層之間形成的振蕩作用，就會使得污垢附著松化脫落；所述的連接單元包括法蘭連接板3和鉸鏈1，換能器2固定在連接板3上，連接板3一端通過鉸鏈1連接另一塊連接板3；對于換能器單元來說，兩側連接單元是關于待清洗金屬管4直徑對稱的，因此連接單元給換能器2的力也是關于待清洗金屬管4直徑對稱，其兩側連接單元給換能器2的合力朝向待清洗金屬管4圓心，待清洗金屬管4外壁給換能器2的支反力也相應的朝向待清洗金屬管4圓心向外，因此這種結構就保證了換能器2在工作中是朝向圓心并且與待清洗金屬管4外壁緊密接觸的；本發(fā)明內部的換能器單元也可以選擇在待清洗金屬管4圓周外壁根據需要部分布置，不需要換能器2的圓周部分用束縛帶連接，即，換能器單元依舊通過連接單元相連，在邊緣換能器2外側分別連接兩個張力調節(jié)單元，兩個張力調節(jié)單元之間，即不需要布置換能器2的待清洗金屬管4外壁部分用束縛帶進行連接，在整體布置完畢后，可以通過調節(jié)兩側的張力調節(jié)單元來張緊整個裝置。本發(fā)明能夠有效除去待清洗金屬管4已有污垢，預防污垢附著沉積，解決結垢后管道縮徑、流通面積變小而造成的排量減小、管道局部腐蝕、甚至穿孔而造成事故等問題。

本發(fā)明內部超聲波是指頻率大于20khz的聲波，具有方向性好、穿透力強、在固體或液體中傳播衰減小等優(yōu)點。超聲波防除垢技術改變了以往只對循環(huán)工質處理的除垢方式，利用了脈沖彈性波能量首先在金屬中傳播的原理。超聲波在金屬中傳播的速度可達到5000m/s以上，而且在金屬中傳播的能量損失遠小于在水中傳播時的能量損失，超聲振動首先作用于金屬壁面，然后再把能量傳遞給污垢和循環(huán)工質，使超聲波能量得到最高、最有效的利用，超聲波由于在金屬管徑和液體介質中傳播存在一定的速度差，就會在金屬壁面與硬垢層之間產生剪切力，在金屬壁面與軟垢層之間形成的振蕩作用就會使得污垢附著松化脫落。另外對于換熱管道來說，由于內循環(huán)介質在流動過程中與固體壁面之間產生摩擦力，會在近壁區(qū)域形成滯留層邊界層，送部分區(qū)域的傳熱過程為滯留介質的導熱過程而不是對流換熱過程，介質的導熱系數通常要比對流換熱系數低得多，因此滯留層的存在會降低設備的傳熱效率，當施加了超聲波作用后，超聲波引起的高速禍旋可以有效的破壞滯留層，起到一定強化傳熱的作用。

當然，上述說明并非對本發(fā)明的限制，本發(fā)明也不僅限于上述舉例，本技術領域的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也屬于本發(fā)明的保護范圍。