磷酸过滤机管道清理装置设计.doc

安徽科技学院题 目：磷酸过滤机管道清理装置设计姓 名： 张志伟学 院：机械工程学院专 业：机械电子班 级：130指导老师：孟教授引言湿法磷酸生产过程中反应、过滤、浓缩、储存等工艺环节都存在结垢现象 ，其中以过滤部分最为严重。许多生产厂家已经从工艺、设备、管道材质等方面提出了一些改进措施，但这些措施只能缓解结垢物的析出，不能从根本上解决问题。因此，深入系统地研究过滤系统结垢物的形成过程及规律、找出合适的解决方案具有重要的现实意义。随着现在科技的进步，对有些表面形状复杂的精密零部件来说,提高零部件清洁水平不仅可以降低设备的振动和噪声,还可以提高使用寿命和可靠性。有时通过喷淋和刷洗很难取得高的清洁度,且会划伤零件表面。本文研制如何用超声波去清洗污垢技术。在石油、化工、冶金或制药领域，其生产现场中会大量的热交换器以及介质输送管，而金属管道内的除垢与防垢问题，一直是国内外众多产业部门多年来未能解决的难题。目前普遍采用的是化学药剂除垢、离子交换树脂防垢，高压水枪清洗等方法，但由于该类方法技术陈旧，因而成效不明显。近年来，虽然也出现了用超声波清洗技术，但由于可靠性技术没有解决，故此类设备或装置不是故障维修率高就是寿命短实用性差，无法解决管道污垢的清洗问题。随着半导体功率器件集成控制技术的发展，一种新型模块化的高声强度高可靠超声波管道清洗机已经闻世，正在各个领域被应用。超声波清洗和其它清洗手段效果的比较常用的清洗方法有溶剂清洗、溶剂压力清洗、溶剂蒸汽清洗、溶剂刷洗和超声波清洗。由于超声波的空化作用, 其清洗效果远远优于其它清洗手段所能达到的清洗效果几种清洗方法效果比较, 如图 1 所示1。由图可以看出, 超声波清洗是当中最有效的清洗手段。表一：几种清洗效果比较图超声波清洗机的结构和参数设定 超声波清洗机结构设计超声波清洗机主要由超声波发生器、超声换能器和清洗槽组成超声波发生器将50Hz的交流电转换成超声频电振荡信号后,通过电缆输送给超声换能器。参数设定为了实现超声波清洗的高效率,应当选择最佳的声强、频率及清洗槽声场分布等参数。工作频率选在2050kHz之间。低频声波的空化气泡大、数量少,易于清洗较粗糙物品。高频声波空化气泡小,易于清洗精细且形状复杂的物品。拟采用6组换能器,分别由单独开关控制,声强及频率均可调节。清洗液采用碳氢清洗液,碳氢清洗液具有以下特点:清洗性能好,蒸发损失小,无毒,材料相容性好,不破坏环境,价格便宜。 超声波发生器设计本文采用振荡-放大型超声波发生器,其结构框图如图2所示。它是一个带有振荡电路的放大器,由振荡、放大、匹配电路和电源组成。振荡器产生一定频率的信号,放大器将其放大到一定的功率输出。达到最佳负载值,通过输出变压器进行阻抗匹配,并通过功放输出。表二：振荡放大型超声波发生器结构框图(1)振荡器电路由于TL494价格便宜而且性能优越,设计采用由开关稳压块TL494构成的振荡器。振荡器电路见图3。表三：振荡电路图 将TL494的5脚(CT)和6脚(RT)接定时元件电阻R和电容C,即可起振,振荡器工作频率由下式决定:f=10.817RC +1.4210-6(Hz) 振荡器输出方波的占空比是换能器产生的超声波强度的决定因素。通过给TL494的4脚加以一定的直流电压就可实现占空比调整。定时元件由电容C、电阻R1和电位器R2构成,调节电位器R2即可实现频率的调整。本机供电电源为12V,采用的是推挽工作方式。电阻R3(10k8)和电位器R4(10k8)构成分压电路,死区时间控制端的电位应界于2. 55V之间。调节电位器R4亦可实现超声波的强度调节。(2)低压驱动电路本机采用高压小电流功放电路,由两只三极管和耦合变压器构成,见图4。为了避免两只功放管同时导通,导致内部功耗增加,两管的导通时间必须错开,使它们在交替工作时有一段同时截止的时间。为此,三极管P1和P2对振荡器的输出作反相处理,三极管选用PNP型的8550。 低压驱动电路所用的电源是直流12V,而功放电路的电源是交 流220V,在三极管后加入一个耦合变压器,完成高低压隔离的任务。表四：低压驱动电路(3)功放匹配电路功放电路如图5所示。电路由两个VMOS功率场效应管2SK791构成。具有线性度高、频率响应好、开关速度快等优点,是理想的开关元件。但其关断特性在电流小时并不理想,下降沿有拖尾。表五：功放电路(4)高频驱动和匹配电路高频驱动和匹配电路如图6。为保证超声发生器与换能器振动系统高效安全工作,匹配电路必不可少。匹配包括两个方面:调谐和阻抗变换。调谐匹配电路改善发生器与换能器之间的耦合过程,以便功率高效率传输给换能器。为了减少匹配电路本身的功率损耗,必须采用电感和电容等储能元件。匹配电路也会影响换能器的振动特性。表六：高频驱动和匹配电路致 谢通过几个月的亲手实践，查阅资料，我所做的毕业设计任务顺利完成。在此过程中，我学到了做任何事情自己都要认真对待，不能马虎，要有始有终。在自己有困难的时候请求老师和同学的帮助，在老师和同学的帮助下，自己克服了毕业设计中遇到的一些困难。通过这次毕业实际人认清了自己，但是没有老师和同学的帮助，我想我也难以完成这次的毕业设计任务，因此我要感谢那些在我困难时对我知识和精神上帮助的朋友、老师和同学们，我的生活因你们而精彩和充实。首先，孟令启老师的以渊博的知识教诲我、严谨的治学态度督促我、踏实的专研精神感染我，使我学习到更多的专业知识和懂得更多的人生道理，这些都将会在以后的学习工作中让我受益匪浅。老师的帮助是最重要的，经常提醒我要好好做，不会就去找他，他那种认真让我感到倾佩，非常感谢孟老师的谆谆教诲，愿孟老师工作顺利、事业更上一层楼。其次，衷心感谢老师对我的栽培、支持和鼓励，感谢所有朋友的关心和帮助。向在百忙中抽出时间来帮助我，没有他们的帮助和支持，完成课程设计任务就是一个很大的难题，就不能这么顺利完成。参考文献1 沈金宝.王锡光主编淘汰氟氯烃清洗技术M.北京:中 国标准出版社.19992 王文红.机械制造中的超声波清洗技术J.机械工程 师. 2004,(