RS60111B1 - Aparat za čišćenje industrijskih elemenata - Google Patents

Description

Opis

OBLAST PRONALASKA

[0001] Pronazak se odnosi na postupak i sistem koji sadrži aparat za č išćenje industrijskih elemenata, naročito izmenjivača toplote, i tečnost za čišćenje.

STANJE TEHNIKE

[0002] Izmenjivači toplote i drugi industrijski elementi (komponente), kao što su cevni kalemovi, ventili, priključci, cevni segmenti, itd. se tokom rada uprljaju i zahtevaju periodično čišćenje. Vrste elemenata koje se uprljaju variraće zavisno od industrije. Čišćenje je važno, jer operativna/radna efikasnost ovih elemenata zavisi od površine koja se čisti i oslobađa zagađenja kako bi se omogućila odgovarajuća razmena toplote, protok, brzina, mešanje, kontrola tokom industrijskog procesa.

[0003] Tradicionalne metode čišćenja industrijskih elemenata ovde opisane vrste uključuju upotrebu vode pod visokim pritiskom za mehaničko uklanjanje i ispiranje kontaminanata, hemijsko ispiranje ili natapanje radi rastvaranja kontaminanata, mehaničko (abrazivno) čišćenje ili kombinaciju sva tri.

[0004] Izmenjivači toplote se koriste za razmenu toplotne energije između dva medija. U nekim slučajevima ova zamena može biti radi hlađenja procesne tečnosti, i u drugim slučajevima može doći do povećanja temperature tečnosti. U većini slučajeva mediji su razdvojeni materijalom kroz koji mora da prođe toplota, obično nekom vrstom metalne cevki. Uobičajena vrsta izmenjivača toplote je dizajn izmenjivača toplote sa cevnim snopom u plaštu tzv. „dobošastog”, gde jedan medij teče složenim rasporedom ili „snop“ cevi u većoj ovojnici kroz koju prolazi drugi medij, vijugavim putem, kroz cevni snop. Primeri tipičnih izmenjivača toplote sa plaštom i cevima prikazani su na Sl.1a i 1b, koji služe za demonstriranje složenosti takvog uređaja. Izmenjivači toplote, predstavljeni referentnim brojem 101, sadrže izmenjivačke cevi 106 koje obično imaju dizajn pravog cevnog snopa (prikazan delimično izvađen iz plašta) ili savijenu „U cev“ izmenjivača. Na Sl. 1a, prikazan je dizajn savijene ili „U“ cevi 102 i na Sl. 1b, prikazan je uobičajeni dizajn prave ravne cevi 103. Plašt 104 služi kao kanal za jedan od medija kroz vijugavu putanju, usmerenog perajima (pregradama) 105 kroz cevni snop 102 ili 103, pri čemu medij dodiruje spoljašnji prečnik 107 cevi 106 izmenjivača. Cevna ploča 108 služi za držanje (fiksiranje) cevi 106 u određenom rasporedu kao snop, i da razdvoje dva medija (između plašta i cevi) i omogućavaju 2-om medijumu da prođe kroz unutrašnji prečnik cevi izmenjivača toplote. U toku rada, unutrašnji i spoljni prečnik cevi koje sadrže snop mogu se isprljati kontaminatnima tako da na protok kroz cevi i / ili na svojstva cevi za prenos toplote negativno utiču, što rezultira gubitkom efikasnosti u celokupnom procesu. Postoje brojne druge vrste izmjenjivača topline, uključujući ploče s izmjenjivačima ploča, u kojima su dva ili više fluidnih medija razdvojeni tankim metalnim pločama, smeštenim u usko razmaknutim kompletima, tako da su naizmjenični prostori napunjeni alternativnim medijima. Dizajn izmenjivača ploča obezbeđuje veliku površinu za kontakt između medija, ali je posebno teško očistiti zbog kompaktnosti izmjenjivača, činjenica da se on obično ne može rastaviti i mala frakcija površine ploče dostupna za tradicionalne metode mehaničko čišćenje.

[0005] Slično tome, delovi cevi, cevni kalemovi, ventili i drugi elementi i ushodno i nishodno od izmenjivača toplote mogu se uprljati do te mere da je efikasnost celokupnog procesa smanjena, a ti elementi obično zahtevaju čišćenje prema rasporedu sličnom rasporedu za izmjenjivač toplote s kojim su povezani. Ostali industrijski elementi u sistemima koji ne uključuju izmenjivače toplote takođe se mogu isprljati i zahtevati čišćenje.

[0006] Sastav obrade je određen medijumom i uslovima (temperatura, pritisak, brzina, površinska svojstva, itd.) prisutnim u procesnom medijumu. Na primer, u naftnoj industriji i industriji gasa teška sirova nafta predstavlja bitumenska i asfaltna onečišćenja, koji mogu ozbiljno da ograniče, a u nekim slučajevima i potpuno blokiraju cevi, ventile i izmenjivače toplote. U hemijskoj industriji, polimeri ili delimično polimerizovani kontaminanti su uobičajeni, a u prehrambenoj industriji često se susprećemo sa teškim mastima, karamelizovanim šećerima i mikrobnnim kontaminantima. Stvaranje kamenca, nastalo iz vode za hlađenje, takođe je vidljivo u svim industrijama u kojima se voda koristi kao sredstvo za hlađenje.

[0007] Čišćenje obrađenih industrijskih elemenata najčešće se obavlja pomoću mlaza pod visokim pritiskom (peskiranje). Ova tehnika uključuje upotrebu pumpi visokog pritiska, ručnih i automatizovanih, od između 103.421.351 Pa - 344.737.836 Pa (15.000-50.000 psi), kako bi se isporučili različiti vodotokovi u kontaminirani deo da bi se otklonio zagađivač. Ova tehnika ima ograničen uspeh na komplikovanim površinama, ne samo zbog nedostatka rastvorljivosti mnogih kontaminanata i konkretne prirode kontaminacije, već i zbog složenosti cevnog snopa, izmenjivača ploča, dela ventila ili bloka cevi, š to č ini direktno utiče da je nemoguće očistiti veći deo površine mlazom vode. Tehnika tretiranja vodenim mlazom pod izuzetno visokim pritiskom je takođe prilično opasna, zahteva da oprator nosi zaštitni oklop, a rezultira hiljadama povreda na radnom mestu u Severnoj Americi svake godine, uključujući smrtne slučajeve. Pored toga, metode mlazom vode pod visokim pritiskom zahtevaju mnogo vremena. Jednom izmenjivaču toplote može da bude potrebno do nedelju neprekidnog rada, 24 sata dnevno, sa 3 čoveka operatera da se ukloni najveći deo onečišćenja.

[0008] Hemijsko čišćenje industrijskih elemenata kao š to su izmenjivači toplote, cevi i ventili takođe se može izvršiti korišćenjem strategije hemijskog ispiranja u kojoj je procesna tečnost zamenjena hemikalijama namenjenim za rastvaranje kontaminanata. Ova metodologija zahteva često velike količine opasnih hemikalija i često ne uspe da u potpunosti ukloni kontaminante zbog komplikovanih šema protoka tečnosti u sistemu ili zbog začepljenih cevi - kroz koje ne može teći hemijsko ispiranje.

[0009] Mehaničke metode čišćenja pomoću abraziva (poput peskarenja) obično se koriste samo u najekstremnijim slučajevima, delimično zato š to ove tehnike trpe neke iste rizike i nedostatke kao i mlazom vode pod visokim pritiskom, ali i zbog potencijalnog dejstva na površinu (oštećenja) na materijala delova koji se čiste.

[0010] Druga mogućnost za č išćenje elemenata je upotreba ultrazvučne energije, kao što je opisano u kanadskom patentu br. 2,412,432 (Knox) pod nazivom „Rezervoar za ultrazvučno č išćenje“ koji opisuje rezervoar u kome se industrijski elementi čiste uz pomoć ultrazvučne energije .

[0011] WO 00/62304 A1 (2000) opisuje ultrazvučni čistač za sklop nuklearnog goriva koji je dizajniran da poveća prodor ultrazvučne energije u središte sklopa nuklearnog goriva bez oštećenja sklopa goriva (vidi stranu 5, redovi 15 - 18). WO 00/62304 A1 ovo postiže korišćenjem štapnih transduktora koji su pomereni i potpomognuti reflektorima kako bi se stvorilo energetsko polje koje puni prostor, a pritom se izbegavaju energetski nivoi koji mogu oštetiti sklop goriva (strana 5, redovi 26 - 30). Slike 10 do 12 prikazuju transduktore sa svake strane sklopa nuklearnog goriva i potpomognuti reflektorom.

[0012] WO 99/36197 Al (1999) opisuje distribuciju ultrazvučnih transduktora oko elementa koji treba očistiti. Sl. 2 obuhvata transduktore postavljene kao ploča na svakom od zadnjih zidova ultrazvučnog kupatila, dok Sl. 3 prikazuje štapne transduktore raspoređene oko elemenata. Međutim, za čišćenje elemenata je potreban hemijski medijum.

[0013] WO 2005/044440 A2 (2005). Tehnički problem koji je ovde rešen je način na koji se više frekvencija može uvesti u rastvor za čišćenje i ne postavlja se pitanje postizanja željene raspodele ultrazvučne energije unutar rezervoaru za č išćenje, već se umjesto toga fokusira na uvođenje mješavine frekvencija u rezervoara za č išćenje . Prva realizacija koristi transduktore "naslagane (pakovane) konstrukcije" (tj. transduktori pločastog tipa) koji su "raspoređeni u jednakostraničnim trouglastim modelima duž dijagonalnih linija ... tako da svaki transduktor ima susedni transduktor različite frekvencije". (vidi stranicu 3, redovi 1 - 4). Primeri ovoga opisani su počevši od stranice 4, red 30, a prikazani su na slikama 1 - 4, gde tamni krugovi, otvoreni krugovi i polutamni krugovi predstavljaju transduktore različitih radnih frekvencija raspoređenih na zidu rezervoara za čišćenje ( vidi stranu 5, redovi 3 - 5). Druga realizacija koristi štapne transduktore koji "imaju različite rezonantne frekvencije, tako da aparat daje kombinaciju različitih frekvencija ultrazvučne energije u rezervoaru" (vidi stranu 3, redovi 5 - 10). Primer ovoga je prikazan na slici 5. Navedeno je da se oni pokreću na različitim frekvencijama da bi obezbedili "različite frekvence ultrazvučne energije u tečnost u rezervoaru". (vidi stranu 6, redovi 18 - 20).

[0014] US 3 702 795 A (1972) otkriva uređaj za ultrazvučno nagrizanje polimernih štampanih ploča. Ultrazvučna sredstva su smeštena duž jednog unutrašnjeg vertikalnog zida rezervoara.

[0015] US 6019852 A (2000) Ovde je rešeni tehnički problem kako kuplovati više od jedne frekvencije u rezervoaru za č išćenje koristeći zadnji zid rezervoara kao zajedničku vibracionu dijafragmu (vidi kol. 1, redovi 55 - 61) . US 6019852 A koristi transduktore naslaganog (pakovanog) tipa, koji su pričvršćeni na spoljnu površinu rezervoara. Konkretno, transduktor naslaganog (pakovanog) tipa indukuje vibracije u zidu rezervoara, koje zatim kupluju ultrazvučnu energiju u rezervoar za čišćenje.

KRATAK OPIS

[0016] Obezbeđen je uređaj koji se sastoji od posude, na koju su ultrazvučni transduktori upričvršćeni na takav način da usmeravaju ultrazvučnu energiju, koja se u kombinaciji sa pogodnom tečnosti za č išćenje, može koristiti za čišćenje industrijskih elemenata, poput izmjenjivača toplote, sadržani unutar posude. Odnos ultrazvučnih transdukora prema zapremini tečnosti omogućava nominalnu gustinu energije u posudi između 1,32 i 6,61 Vata/litri (5 i 25 Vata/galonu), međutim raspored (razmak) i rad (snaga i tip) transduktora obezbeđuje nejednake gustine energije u i oko predmeta koje treba očistiti veće od 20 vata po galonu na određenim mestima. Razmak transduktora na udaljenosti između 2 i 10 talasnih dužina unutar rezervoara/kontejner dizajniran je tako da obezbedi uniformno energetsko polje, koje održava veću od nominalne gustine energije unutar posude u zapremini u kojoj je smešten element koji se čisti.

[0017] Obezbeđen je uređaj koji se sastoji od posude, na koju su pričvršćeni ultrazvučni transduktori na takav način da usmeravaju ultrazvučnu energiju, na frekvencijama između 20 kHz i 30kHz, koja se u kombinaciji sa pogodnom tečnosti za čišćenje može koristiti za či šćenje industrijskih elemenata, posebno za izmenjivače toplote, koji se nalaze u posudi. Frekvencija transduktora može da se kreće između 20-30 kHz, što omogućava talasne dužine ultrazvučne energije pogodne za čišćenje elemenata industrijskih razmera, kao što su izmenjivači toplote.

[0018] Transduktori koji se koriste u jednom primeru aparata isporučuju 2000 vati energije, na nominalnoj centralnoj frekvenciji od 25 kHz, korišćenjem asimetričnog „push pull“ dizajna, kakav je opisan u US patentu br. 5,200,666 (Walter et al.) pod nazivom "Ultrazvučni transduktor", u kome je metalna šipka izazvana da rezonuje primenom ultrazvučne energije na oba kraja šipke, ekspanzijom i kontrakcijom piezoelektričnih kristalnih elemenata smeštenih unutar uređaja za transdukciju ili konvertora pričvršenih za svaki kraj š ipke. Vibracije stvorene uzdužnom ekspanzijom i kontrakcijom piezoelektričnih elemenata, koje se ponekad nazivaju i oscilovanje po debljini, prvenstveno su prikazane rezonantnom š ipkom kao radijalnim vibracijama (u odnosu na osu š ipke) osiguravajući da se dužina štapa/šipke pravilno podešava na rezonantnu frekvenciju elemenata transduktora, koji deluju sinhrono i pričvršćeni su na svaki kraj šipke.

[0019] Zbog radijalnog zračenja ultrazvučne energije iz štapnih transdukora korišćenih u gore opisanom primeru, razmak transdukora je važan za obezbeđivanje uniformnog energetskog polja u rezervoaru. Normalno, energija koja se prenosi iz transdukora radijalno se smanjuje (prigušuje) srazmerno kvadratu udaljenosti od transdukora. Da bi se to sprečilo, transdukori su raspoređeni na rastojanjima talasnih dužina između 2 i 10 talasnih dužina, obično između 0,102 m i 0,61 m (4 i 24 inča) u poželjnom frekvencijskom opsegu. Ovaj raspored stvara akustičku aproksimaciju planarnog transdukora na udaljenosti od transdukora od priblićno 5-10 talasnih dužina i pruža mnogo ujednačeniju gustinu energije u zapremini u kojem se predmet čisti. Gustina snage u rezervoaru može se izračunati kao ukupni izlaz svih transdukora u posudi za tečnost u Vatima, podeljen sa zapreminom rezervoara u galonima US. Poželjno, kada je rezervoar 500 pun tečnosti za čišćenje do minimalnog nivoa tečnosti, obezbeđuje između 2,64 - 15,85 Vata / litri (10 - 60 V / galonu). Gustina snage se takođe može izračunati za određene zapremine rezervoara, kao što je oko elementa koji treba očistiti.

[0020] Prema drugom aspektu, transdukori mogu da se napajaju pogodnim elektronskim generatorima koji isporučuju električnu energiju u obliku pogodnom da prouzrokuju da transdukori rezonuju između 20 kHz i 30 kHz, sa tipičnom centralnom frekvencijom od 25 kHz, sa rasejavanjem između 500 i 3000 Vata po pojedinačnom rezonanirajućem štapnom transduktoru.

[0021] Prema drugom aspektu, transdukori mogu da rade na nominalnoj frekvenciji (npr.

25 kHz) koju kontrolišu elektronski generatori, a frekvencija transdukora dozvoljava da fluktuira oko nominalne frekvencije da bi se održao maksimalni izlaz snage i mogu se namerno fluktuirati kako bi se sprečilo oštećenje kavitacije na opremi stojećim talasima. U nekim okolnostima, može se poželjno izbeći bilo kakva kontrola faze zvučnih talasa između susednih transdukora, tako da se transdukorima dozvoli da rade na neznantno različitim i promenljivim frekvencijama. Barem u nekim okolnostima, efekat različitih frekvencija stvara dinamičko energetsko polje, koje pojačava destvo čišćenja i istovremeno smanjuje mogućnost oštećenja elemenata statičkim stojećim talasima visoke energije

[0022] Prema drugom aspektu, obezbeđena je odgovarajuća tečnost za č išćenje bazirana na odgovarajućoj proceni kontaminanata koji prljaju elemente koje se potrebno očistiti. Za asfaltene, bitumen i druge derivate teške sirove nafte, utvrđeno je da rastvor za odmašćivanje na vodenoj osnovi, sa skoro neutralnim pH, kao što je Paratene D-728 proizvođača Woodrising Resources Ltd. iz Calgarija, Alberta pruža odlične performanse i relativno je jednostavan za odlaganje. U nekim slučajevima se male količine rastvarača mogu dodati u vodeni rastvor da bi se poboljšalo uklanjanje određenih kontaminanata. U nekim drugim slučajevima, potrebno je koristiti jako kisele ili bazne tečnosti za čišćenje da bi se obradili specifični kontaminanti, poput polimera, epoksi, ljuske itd. Stoga je važan izbor materijala za konstrukciju rezervoara i otkriveno je da dok se normalni (ili "ugljenični" ) čelici odlično ponašaju kao strukturni elementi, i kao zidovi rezervoara u gotovo striktno neutralnim primenama, prednost se daje nerđajućem čeliku kao materijal za zidove da bi se izbegla korozija u slučaju neneutralnih tečnosti za čišćenje. Ostali građevinski materijali takođe se mogu koristiti na osnovu predviđene tečnosti za čišćenje i kontaminatata kao što će prepoznati stručnjaci u ovoj oblasti.

[0023] Tako je obezbeđen sistem koji obuhvata aparat za čišćenje industrijskih elemenata i tečnosti prema zahtevu 1 i postupak za čišćenje industrijskih elemenata u skladu sa zahtevom 8. Dalje realizacije su u zahtevima 2 do 7 i 9 do 14.

[0024] Prema narednom aspektu, predviđen je postupak čišćenja industrijskih elemenata, koji obuhvata korake: pričvršćivanje ultrazvučnih transduktora za barem deo tečnog rezervoara u razmaku između 2 i 10 talasnih dužina na osnovu radne frekvencije i talasne dužine ultrazvučnih transduktora u tečnosti za čišćenje; unvođenje tečnosti za čišćenje u posudu sa tečnošću tako da se postigne minimalni nivo tečnosti i svi ultrazvučni transdukori su potopljeni u tečnost za čišćenje; uvođenje industrijskog elementa u tečnost za čišćenje; i pokretanje ultrazvučnih transduktora za generisanje veće gustine snage u delu prijema elemenata u tečnom rezervoaru od prosečne gustine snage tečnog rezervoara.

[0025] Prema sledećem aspektu, transdukori mogu da generišu frekvenciju između 20 kHz i 30 kHz i mogu da stvaraju frekvencije oko centralne frekvencije od 25 kHz. Barem neki od transduktora istovremeno mogu generisati različite frekvencije između 20 kHz i 30 kHz. Barem neki od transduktora mogu da budu van faze.

[0026] Prema narednom aspektu, transdukori su pričvršćeni na unutrašnju površinu posude sa tečnošću. Transduktori su rezonantni štapni transdukori. Rezonantni štapni transdukori mogu da sadrže jednu ili dve aktivne ultrazvučne glave. Transdukori mogu da generišu gustinu snage unutar posude sa tečnošću kada se napune tečnošću između 2,64 - 15,85 Vata / litri (10 - 60 Vata / galonu). Transdukori se mogu montirati vertikalno, vodoravno i / ili dijagonalno na unutrašnju površinu posude sa tečnošću. Transdukori se mogu montirati pomoću kompatibilnog stezanja na vrhu transdukora i nosača koji ne ograničava kretanje duž ose rezonantne šipke.

[0027] Prema jednom aspektu, rezervoar može biti rezervoar za tečnost koji ima otvoreni vrh. Rezervoar može imati gornji poklopac koji se može ukloniti ili uvući. Rezervoar može da bude dovoljno velik da primi set cevi za izmenjivače toplote koje mogu biti prečnik dužine između 0,6 i 46 metara (2 i 150 stopa) i između 0,15 i 3,7 metara (6 inča i 12 stopa). Dno posude sa tečnošću može biti ravno, konkavno ili „V“ oblika.

[0028] Prema jednom aspektu, posuda za tečnost može da sadrži rastvor surfaktanta za odmašćivanje na vodenoj osnovi sa pH između 7 i 11, vodeni rastvor za čišćenje koji sadrži rastvor kiseline, ili vodeni rastvor za čišćenje koji sadrži rastvor baze.

KRATAK OPIS CRTEŽA

[0029] Ove i druge karakteristike postaće jasnije iz opisa koji sledi u kome referenca upućuje na priložene crteže, crteži su dati samo u svrhu ilustracije i nisu predviđeni da ograničavaju na bilo koji način, pri čemu:

Sl.. 1a je bočni prikaz dela tipičnog izmenjivača toplote za cev i školjku, a prikazuje cevni snop i plašt.

Sl. 1b je uvećan pogled iz perspektive cevi i školjke izmenjivača toplote prikazanog na Sl.1a.

Sl.2 je perspektivni prikaz uređaja za čišćenje industrijskih elemenata.

Sl. 3a je perspektivni prikaz uređaja za č išćenje industrijskih elemenata koji je predviđen za čišćenje izmenjivača toplote 1.524 m x 9.144 m (5 'x 30').

Sl.3b je pogled iz ptičije perspektive u preseku uređaja prikazanog na Sl.6a. Sl.3c je prikaz odozgo uređaja prikazanom na Sl.6a.

Sl.3d je bočni pogled iz ptičije perspektive uređaja prikazanog na Sl.6a.

Sl. 4a je perspektivni prikaz alternativnog uređaja za čišćenje industrijskih elemenata koji ima vertikalno orijentisan rezervoar.

Sl.4b je prikaz odozgo dela alternativnog aparata prikazanog na Sl.7a.

Sl. 4c je bočni prikaz iz ptičje perspektive u delu alternativnog aparata prikazanog na Sl.7a.

Sl. 5a je bočni pogeld odozgo dela uređaja za čišćenje cevnih izmjenjivača napravljenih od plašta izmjenjivača toplote.

Sl.5b je pogled odozgo na uređaj prikazan na Sl.8a.

Sl. 6a je perspektivni prikaz alternativnog uređaja za čišćenje industrijskih elemenata koji je predviđen za čišćenje manjih izmenjivača toplote i ventila. Sl.6b je prikaz odozgo alternativnog aparata prikazanog na Sl.9a.

Sl.6c je pogled sa strane na alternativni uređaj prikazan na Sl.9a.

Sl.7 prikazuje primer rezonantnog štapnog transdukora.

Sl.8 prikazuje primer pločastog transdukora.

Sl.9a je bočni prikaz odozgo dela nosača transdukora koji se može koristiti za postavljanje transdukora u aparat.

Sl.9b je detaljan perspektivni prikaz nosača transduktora prikazanog na Sl.12a. Sl.9c je perspektivni prikaz nosača transduktora prikazanog na Sl.12a.

Sl. 10 je perspektivni prikaz alternativnog uređaja koji je predviđen za čišćenje industrijskih elemenata do veličine od 1.829 m k 9.449 m (6 'k 31').

Slike 5a, 5b, 6a, 6b, 6c, 8 nisu obuhvaćene obimom zahteva.

DETALJAN OPIS

[0030] Ultrazvučno čišćenje koristi primenu ultrazvučnih zvučnih talasa kako bi se poremetio normalan difuzioni sloj tečnosti oko površine da bi se drastično povećala brzina reakcije (interakcije) između površinskog kontaminanta i tečnosti za čišćenje.

Pored toga, kavitacija stvorena u tečnosti, blizu površine, kompresijom i smanjenjem gustine medijume (razređivanjem) indukovano upadnim zvučnim talasima, stvara mikromlazeve visokog pritiska i visoke temperature, koji pomažu u fizičkoj preturbaciji kontaminanata na površini i istiskujući ih u tečnost za čišćenje.

[0031] Kombinovanjem ultrazvuka sa pogodnom tečnošću za čišćenje, na primer blizu neutralnog pH, rastvora / odmašivača surfaktanta na bazi vode, elementi se mogu efikasno očistiti u deliću vremena koji se zahteva tradicionalnim gore opisanim postupcima.

[0032] Ova diskusija odnosi se na poboljšanje ultrazvučnih rezervoara za čišćenje, što povećava efikasnost i proširuje situacije u kojima se mogu koristiti, uključujući upotrebu na većim ili složenijim industrijskim elementimaa. Posebno, ultrazvučni transduktori koji se koriste zajedno sa rezervoarom za č išćenje su postavljeni relativno blizu jedan drugog, kao što su u razmaku između 2 do 10 talasnih dužina ili između 2 do 6 talasnih dužina, ili između 6 i 10 talasnih dužina. To uzrokuje da se ultrazvučni talasi generisani pomoću transduktora međusobno ometaju. Utvrđeno je da se, na taj način, gradijent gustine snage koji nastaje kao rezultat ultrazvučnih talasa u rezervoaru za čišćenje može modifikovati tako da se poveća prodor ultrazvučnih talasa kroz rezervoar. Kada se shvate ovde principi opisani, prosečan stručnjak će razumeti vezu između ultrazvučnih talasa koje generišu transduktori i gustine snage indukovane u tečnosti za čišćenje pomoću ovih talasa. Transduktori rade tako da se frekvencija i faza susednih transduktora ne kontrolišu istovremeno, što sprečava stvaranje statičkih i eventualno oštećenja stajaćih talasa u tečnosti za čišćenje.

[0034] Pozivajući se na Sl.2, prikazan je rezervoar 200 koji ima bočne zidove 202 i 203, zadnje zidove 204 i 205, nagnutu i zakrivljenu donju ploču 201 i zadnju pregradu 206 koja podupire uronjene delove i sprečava njihovo klizanje u zadnji zid 205. Rezervoar 200 je konstruisan koristeći odgovarajuće postupke za strukturne konstrukcije za posude koje će sadržavati tečnost, a obično će obuhvatiti strukturne elemente poput vertikalnih i horizontalnih greda za ukrućivanje, potporne ploče itd., koje ovde nisu detaljno opisani, ali će ih razumeti prosečni stručnjaci i upoznati sa ovom vrstom konstrukcije rezervoara. Unutrašnjost bočnih zidova 202 i 203 rezervoara 200 opremljena je ultrazvučnim ktransdukotirima 207, montiranim gornjim nosačima 208 i donjim nosačima 209, tako da su transdukori udaljeni približno 4 talasne dužine (npr., centri 25,4 cm (10 "). Visina montiranja (ugradnje) transdukora po mogućnosti sledi nagib donje ploče 201 tako da se održava blizina dugih predmeta postavljenih u rezervoar 200 koji leže na donjoj ploči 201. Zaštitne šipke 210 su postavljene između transdukora 207 kako bi se sprečilo slučajno oštećenje transdukotra 207 od kontakta sa

1

velikim elementima u rezervoaru. Rezervoar 200 je poželjno opremljen podiznim kopčama 211 da bi se olakšalo kretanje rezervoara 200 i da bi se olakšali remenovi koji se koriste za podupiranje predmeta suspendovanih u rezervoaru 200 radi čišćenja. Otvori 213 za odvod mogu biti uključeni kako bi se olakšalo uklanjanje tečnosti za čišćenje. Klizni sklop 212 može biti integrisan u konstrukciju da omogući kretanje rezervoara 200 po zemlji i naginjanje transportnih vozila.

[0035] Sl. 3a - 3d prikazuju primer aparata, koji je generalno označen referentnim brojem 300, koji je izrađen za čišćenje izmenjivača toplote i drugih elemenata prečnika do 1,524 m (5 stopa) i dužine od 9,144 m (30 stopa). Pored karakteristika koje su izložene u drugim primerima, ovaj primer je konstruisan sa mostićima 304 podržanim sutbovima 305, opremljenim rukohvatima 308 i pristupima stepenicama 306 i 307. Ovi elementi mogu da učestvuju u poboljšanju bezbednosti radnika i olakšavaju rad. Pored bočnih zidova 309 i 310, zadnjih zidova 311 i 312 i nagnutog dna 313, rezervoar može da bude opremljen i nosačima 314 koji omogućavaju pričvršćivanje tvrdog ili fleksibilnog poklopca preko rezervoara. Poklopac se koristi za održavanje temperature u posudi sa tečnošću ako se zagreva. Takođe se može koristiti za sprečavanje gubitaka isparavanjem. Električni kablovi iz transduktora 315 po mogućnosti se skupljaju u kablovima 316, 317 i 318 gde će izaći iz rezervoara i biti povezani na električne pojačivače (generatore) koji obezbeđuju signal ultrazvučnim transduktorima.

[0036] Slike 4a - 4c prikazuju alternativni primer vertikalnog aparata koji je napravljen da prihvati uranjanje izmenjivača toplote i delova cevi tako da bi ostaci delova lako pali na dno rezervoara i mogli da se lako ispumpaju ili isprazne i druge vrste elemenata za koje bi aw koristio vertikalno orijentisan rezervoar. Ovaj rezervoar je napravljen od četiri bočna zida 403, 404, 405, 406 i donje ploče 407 i uklonjivog gornjeg poklopca 408. Transduktori 409 su prikazani kao montirani pod uglom od 45 stepeni, na udaljenosti od približno 10 talasnih dužina (približno 0,61 m (24 ")) i odvojeni štitnicima 410, koji sprečavaju slučajno oštećenje transduktora od dodira sa elementima koje se č iste u rezervoaru i tokom uranjanja ili uklanjanja. Odvodni otvor 411 je predviđen za praktično uklanjanje tečnosti za čišćenje ili donjeg sloja nečistoća i kontaminacija. Obezbeđeni su podizni noževi 412, 413 i 414 Lifting lugs 412, 413 & 414 koji olakšavaju uklanjanje i podršku rezervoara tokom rada.

[0037] Slike 5a i 5b prikazuju alternativni primer aparata, u kome je rezervoat formiran od sâmog plašta izmenjivača toplote, a transdukori su montirani unutar plašta. U ovom primeru, plašt 501 formira rezervoar za č išćenje koja se sastoji od bočnih zidova u obliku cevi za posudu pod pritiskom. Transdukori 502 su montirani unutar plašta bilo kojim pogodnim postupkom, u ovom slučaju upotrebom pregrada 503, koja drže transdukore 502 na mestu, kako bi se obezbedila ultrazvučna energija za čišćenje snopa izmenjivača (nije prikazan) in situ, bez potrebe za uklanjanjem snopa iz plašta 501. Pregrade 503 su konstruisane tako da funkcionišu sa pregradama cevnog snopa kako bi se promovisao krivudav put protoka tečnosti tokom rada od ulaza 505 do izlaza 506. Unutrašnje bezbedan interfejs na ploči dodaot na razvodnik 504 plašta poželjno je predviđen za provlačenje provodnika za prenošenje električne energije na transdukore 502. Transdukori 502 koji se koriste u ovoj konfiguraciji su komercijalno dostupni unutrašnje bezbednog tipa, napunjeni inertnom, neprovodnom tečnosti. Kao što je prikazano, transdukori 502 su tipa horizontalno postavljenihštapnih transdukora. Međutim, mogu se takođe koristiti pločasti transdukori koji su spojeni za plašt ili potapajući transdukori na drugi način podržani unutar plašta, kao š to ć e razumeti prosečan stručnjak.

[0038] Slike 6a - 6c prikazuju manji primer uređaja, napravljenog za čišćenje manjih elemenata, poput izmenjivača toplote, ventila itd. Uređaj 600 sastoji se od rezervoara koji se sastoji od bočnih zidova 603 i 604, zadnjih zidova 605 i 606 i donje ploče 607 sa transdukorima 608 postavljenim vertikalno na bočne zidove i vodoravno na zadnje zidove 605 i 606. Pošto je zapremina rezervoara značajno manja od nekih većih primera, razmak transduktora nije toliko važan, i u ovom primeru, transdukori su montirani na približnom razmaku od 7 talasnih dužina, odnosno približno 0,43 m (17 "). Uređaj je poželjno opremljen preklopnim zaštitnim pločama 609 koje služe za zaštitu transdukora i obezbeđuju kanal za provlačenje provodnika potreban za napajanje transdukora. Uređaj je dodatno poželjno opremljen mostićem 610 postavljenom na stubovima 611, drenažnim čepom 612 i kliznim cevima 613 za lako rukovanje viljuškarom. Nosive ručice 614 su poželjno postavljene da se rezervoat podigne kao i da se čiste elementi unutar rezervoara tokom čišćenja.

[0039] Elektronski sistem ultrazvučnih generatora koristi se za napajanje ultrazvučnih snaga (na primer, u obliku naizmenične struje na 25 kHz) za transdukore. Odgovarajući elektronski generator dostupan je od Crest Ultrasonics Corp. koji se nalazi u Trentonu, NJ. Tip odabranog generatora zavisiće od preferencija korisnika i zahteva određenog dizajna. Transdukori su povezani sa generatorima električnim provodnicima, kojipovezuje svaki transduktor sa odgovarajućim izvorom električne energije. U nekim primerima, svaki transdukor može zahtevati da ga napaja generator. U drugim primerima, može se koristiti komercijalno dostupna oprema transdukora / generatora koja omogućava da se jednim generatorom napaja više od jednog transdukora. U nekim okolnostima mogu biti aktivni samo određeni transdukori, tako da postoje samo određene zone rezervoara u kojima se aktivno čiste elementi. U drugim okolnostima, specijalizovani rezervoari mogu da montiraju transdukore samo na određenim mestima, kao što su oni za čišćenje određenih tva elemenata.

[0040] Slika 7 prikazuje primer rezonantnog ultrazvučnog štapnog transduktora 700. Transduktor 700 ima rezonantnu šipku 701 pričvršćenu spojnicu 702 i 703 na takozvane „ glave transduktora“ 704 i 705, koje se sastoje (unutra) od snopa piezoelektričnih kristala 706 serijski električno povezanih i poduprti masom 707 protivtega / hladnjaka koji će se, pod uticajem naizmeničnog električnog napona, proširiti i skupiti, stvarajući vibracije koje se preko elemenata veze 702 i 703, prenose na rezonantnu šipku 701. Svaki snop piezoelektričnih elemenata kristala obično ima specifične rezonantne frekvencije, od kojih neke rezultiraju radijalnim širenjem i kontrakcijom kristala, a neke od njih do aksijalnog širenja (ili širenja po debljini) i kontrakcije materijala. Ovi tipični transdukori štapa se obično rade na frekvencijama podešenim na rezonantnu frekvenciju sistema kristalnih gomila i rezonantnog štapa. U ovde opisanim poželjnim primerima, korišćene frekvencije su između 20 i 30 kHz, pri čemu je 25 kHz normalna radna frekvencija. Štapni transdukori mogu se montirati u rezervoar za tečnost u vertikalnoj, horizontalnoj ili dijagonalnoj orijentaciji.Kada s emontiraju u rezervoar, razmak ovih transdukora uzima se u obzir za smer š irenja ultrazvučnih talasa. Na primer, sa štapnim transdukorima 701 prikazanim na Sl. 7, relativno malo energije se širi prema van iz glava 704 i 705 transduktora. Dakle, razmak se meri u radijalnom smeru, tj. Između paralelnih š ipki, a ne u aksijalnom pravcu, tj. šipkama postavljenim od jednog kraja do drugog. Ostale vrste ultrazvučnih transdukora su takođe komercijalno dostupne i mogu se koristiti u ovde opisanim primerima, u pogodnim okolnostima. Na primer, druge vrste transdukora uključuju rezonantne šipke sa jednom glavom, tip transdukora sa potapajućom pločom (kao što je prikazano na slici 8, predstavljeno referentnim brojem 810) itd. Pločasti tranduktoru su komercijalno dostupni koji se mogu vezati za spoljašnje zidove rezervoara, ili mogu biti u potpunosti zatvoreni i konstruisani za uranjanje. Shodno tome, postoje različiti transdukori koji se mogu koristiti za snabdevanje ultrazvučnom energijom na ovde opisanim primerima. Konstrukcija rezervoara i ugradnja tranduktora treba da budu optimizovane za svaki tip transduktora koji je izabran da obezbedi unoformno polje ultrazvučne energije unutar rezervoara.

[0041] Slike 9a - 9c prikazuju primer montiranja 900 transduktora koji se može koristiti u ovde opisanim uređajima. Nosač 900 ima gornji nosač 901 i donji nosač 902 koji učvršćuju transduktor 912 na mestu. Konstrukcija uključuje stezaljku (klemu) za gornju glavu transdukora koja glavu 903 nežno steže između dve podloške 904 i 905, a pričvrsna cev 906 podržava težinu transdukora u vertikalnom položaju. Donji nosač

1

poželjno ne pričvršćuje donju glavu 907 transduktora, već omogućava slobodno vertikalno kretanje transduktora za optimalni vibracioni rezultat tokom rada, dok istovremeno ograničava kretanje donje glave 907 transdukora u vodoravnoj ravni pomoću odgovarajuće zadržavajuće zaptivke 908 smeštene između vodeće ploče 909 i pričvrsne ploče 910, čime se sprečavaju oštećenja od vibracija ili obrtnog momenta tokom transporta rezervoara. Gornji nosač 901 pričvršćen zavrtnjem za zid rezervoara 911 radi lakšeg uklanjanja, a donji nosač 902 je pričvršćen za rezervoar zavarivanjem ili odgovarajućim spojnicama.

[0042] Slika 10 prikazuje uređaj 1000 za čišćenje industrijskih elemenata koji je izgrađen za smeštaj 1.829 m (6 stopa) širine 9.449 m (31 stopa) izmenjivača toplote. Ovaj sud je konstruisan tako da uključuje nosač transduktora prikazan na Sl.9, koristeći 86 dvostrukih rezonantnih štapnih transduktora opisanog na Sl.7.

Claims (14)

Patentni zahtevi

1. Sistem koji sadrži uređaj za č išćenje industrijskih elemenata i tečnost za čišćenje, koji obuhvata:

rezervoar sa tečnošću (200) koji ima bočne zidove (202, 203; 309, 310; 403, 404, 405, 406) koji definišu kućište za tečnost za držanje tečnosti za čišćenje, a rezervoar za tečnost (200) ima zonu za prijem elemenata udaljenu od bočnih zidova (202, 203; 309, 310; 403, 404, 405, 406); i

ultrazvučne transdukore (207; 315; 409; 700; 912) sa radnom frekvencijom i talasnom dužinom u tečnosti za čišćenje i koji su pričvršćeni na bar deo rezervoara sa tečnošću (200) sa razmakom od između 2 i 10 talasnih dužina u tečnosti za čišćenje, pri čemu tokom rada ultrazvučni transdukori (207; 315; 409; 700; 912) generišu gustinu snage u zoni prijema elemenata u rezervoaru (200) za tečnost koja je veća od prosečne gustine snage rezervoara za tečnost, pri čemu ultrazvučni transdukori (207; 315; 409; 700; 912) su rezonantni štapni transdukori pričvršćeni na unutrašnju površinu rezervoara (200) sa tečnošću; i

pri čemu rezervoar (200) za tečnost sadrži vodeni rastvor za čišćenje koji sadrži najmanje jedan od aditiva za rastvarače, rastvor kiseline i rastvor baze.

2. Sistem prema zahtevu 1, pri čemu transdukori (207; 315; 409; 700; 912) rezoniraju između 20 kHz i 30 kHz, sa tipičnom centralnom frekvencijom od 25 kHz.

3. Sistem prema zahtevu 1, gde je rezervoar (200) dovoljno velik da primi set cevi (106) za izmenjivač toplote dužine između 0,6 m i 45,7 m i između 0,15 m i 3,7 m u prečniku.

4. Sistem prema zahtevu 1, prii čemu rezervoar (200) za tečnost obuhvata donju površinu (201) koja je nagnuta, ravna, konkavna ili „V“ oblika.

5 . Sistem prema zahtevu 1, pri čemu transdukori (207) generišu gustinu snage unutar rezervoara (200) sa tečnošću kada se napune tečnošću od između 2,64 - 15,85 Vata / liti.

6. Sistem prema zahtevu 1, gde su transduktori (207; 315; 409; 700; 912) montirani vertikalno na unutrašnju površinu rezervoara (200) sa tečnošću i montirani su kompatibilnim stezanjem na vrhu tranduktora ( 207; 315; 409; 700; 912) i uređaja za montiranje koji ne ograničava kretanje duž ose rezonantne šipke.

7. Sistem prema zahtevu 1, gde rezervoar 200) za tečnost sadrži rastvor za čišćenje koji sadrži najmanje jedan rastvor surfaktanta za odmašćivanje na vodenoj bazi koji ima pH između 7-11.

8. Postupak čišćenja industrijskih elemenata, koji obuhvata korake:

pričvršćivanje rezonantnih ultrazvučnih štapnih transduktora (207; 315; 409; 700; 912) na unutrašnju površinu bočnih zidova (202, 203; 309, 310; 403, 404, 405, 406) od najmanje jednog dela rezervoara (200) sa tečnošću u razmaku između 2 i 10 talasnih dužina u tečnosti za čišćenje na osnovu radne frekvencije i radne talasne dužine ultrazvučnih transdukora (207; 315; 409; 700; 912) u tečnosti za čišćenje;

uvođenje tečnosti za čišćenje u rezervoar (200) sa tečnošću tako da se dostigne minimalni nivo tečnosti i svi ultrazvučni transdukori su potopljeni u tečnost za čišćenje;

uvođenje industrijskog elementau tečnost za čišćenje i postavljanje industrijskog elementau zonu prijema elemenata rezervoara (200) za tečnost z koja je udaljena od bočnog zida (202, 203, 204, 205) Rezervoara (200) sa tečnošću; i

pokretanje ultrazvučnih transdukora (207; 315; 409; 700; 912) da bi se generisala gustina snage u zoni prihvata elemenata u rezervoaru (200) za tečnost koja je veća od prosečne gustine snage u sprmeniku (200) za tečnost.

9. Postupak prema zahtevu 8, gde rad ultrazvučnih transdukora (207; 315; 409; 700; 912) obuhvata rad transdukora (207; 315; 409; 700; 912) na frekvenciji između 20 kHz i 30 kHz.

10. Postupak prema zahtevu 8, gde industrijski element je set cevi (106) za izmenjivanje toplote dužine između 0,6 m i 45,7 m i prečnika od 0,15 m do 3,7 m.

11. Postupak prema zahtevu 8, gde rezervoar (200) za tečnost obuhvata donju površinu (201) koja je nagnuta, ravna, konkavna ili "V" oblika.

12. Postupak prema zahtevu 8, gde transdukori (207; 315; 409; 700; 912) generišu gustinu snage unutar rezervoara (200) sa tečnošću kada se napune tečnošću od između 2,64 - 15,85 Vata / litri.

1

13. Postupak prema zahtevu 8, gde transdukori (207) sadrže jednu ili dve aktivne ultrazvučne glave i montirani su vertikalno na unutrašnju površinu rezervoara (200) sa tečnošću koristeći kompatibilne kleme (908, 909) na vrhu transdukora (207) i uređaja (910) za montiranje koji ne ograničava kretanje duž ose rezonantnog štapa.

14. Postupak prema zahtevu 8, gde rezervoar (200) za tečnost sadrži rastvor za čišćenje koji sadrži najmanje jedan rastvor surfaktanta za odmašćivanje na vodenoj bazi sa pH između 7-11, aditive rastvarača, rastvor kiseline i rastvor baze.

1