工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置及方法与流程

本发明涉及超声波换能器技术领域，具体涉及一种工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置及方法。

背景技术：

磁致伸缩型超声波换能器已经逐渐应用于原油电脱盐工业，一般换能器电功率不大于500w，为了达到超声波换能器的长周期的稳定性工作与超声波输出的一致性，超声波换能器线圈绕组及磁致伸缩材料需要进行冷却，自然风冷却或强制风扇冷却不能满足较大功率的长周期生产要求，目前的冷却方式采用工业循环水冷却的方式实现，这种方式的缺陷是：循环冷却水不仅浪费水资源，消耗动力，而且，多组超声波换能器需要复杂的循环水管道，工艺流程复杂，生产管理难度大，冷却水的结垢堵塞、腐蚀泄漏、冻凝均可影响换能器的冷却效果与工作状态。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置及方法，简化了冷却工艺流程，节省水资源和动力消耗，避免发生冷却水结垢堵塞、腐蚀泄漏、冻凝影响换能器的冷却效果与工作状态的情况。

本发明所述的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置，包括固定螺栓连接的冷却液腔体和接线腔体，超声波换能器的线圈绕组、磁致伸缩材料整体以及振子块的一部分位于冷却液腔体内部；振子块通过压紧密封螺栓和密封圈安装在冷却液腔体外壳的一端，接线腔体通过固定螺栓安装在冷却液腔体外壳另一端的冷却液腔体盖板上；冷却液腔体内部设置有多孔的圆筒型冷却液整流罩，冷却液腔体盖板上设置有冷却液加注孔。

优选地，冷却液腔体盖板上对称设置有两个冷却液加注孔。

冷却液腔体为圆筒型，冷却液腔体外壳和冷却液腔体盖板为金属材质，优选为铜材料、铝材料、不锈钢材料、碳钢材料等金属材料，在实际应用中依据耐压要求、设备成本要求、散热要求选用不同的材料。

冷却液腔体灌装的冷却液为水、乙醇、丙醇、乙二醇、甘油中的一种或两种以上的混合物。冷却液的选择要满足防火防爆的生产现场要求；冷却液在灌装之前，需要进行加热充分除去溶解氧，达到防腐、耐久性使用的目的。

加注冷却液后，冷却液加注孔通过密封橡胶和密封螺栓进行密封。

冷却液腔体在灌装冷却液后，预留冷却液腔体容积的10-40％作为气相膨胀空间，冷却液膨胀时气相空间可以压缩，保障腔体正常工作。

冷却液腔体在冷却液工作时处在正压状态，整个腔体系统设计符合耐压要求，设计与出厂检验达到100℃、2.0mpa的设计检验标准。

冷却液整流罩为筒壁设置有多个小孔的筒体型结构。

冷却液整流罩固定在冷却液腔体盖板上，然后把冷却液腔体盖板安装在冷却液腔体外壳上，形成密封的冷却液腔体，固定和连接方式可以采用常规的固定连接方式。

振子块上设置有与喇叭型超声波发射端面连接的连接螺纹，与喇叭型超声波发射端面通过丝杠连接，端面用耦合剂耦合，耦合剂为超声波换能器连接用常规耦合剂。

接线腔体包括接线腔盖和防爆软管接口。

线圈绕组采用绝缘护套的导线，线圈绕组的引线通过内开孔的中空压紧螺栓从冷却液腔体通入接线腔体，中空压紧螺栓和冷却液腔体盖板的引线螺纹孔密封连接，实现圆筒型冷却液腔体与外部隔离；线圈绕组的接线通过防爆软管接口与超声波发生器连接，超声波发生器置于安装超声波发生器的防爆柜中，达到现场防火防爆的生产要求。

本发明所述的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的冷却方法，方法如下：

设置冷却液腔体和接线腔体，冷却液腔体内置一个多孔的圆筒型冷却液整流罩，振子块通过压紧密封螺栓和密封圈安装在冷却液腔体外壳的一端，接线腔体通过固定螺栓安装在冷却液腔体外壳另一端的冷却液腔体盖板上，线圈绕组的引线通过中空压紧螺栓从冷却液腔体通入接线腔体；

通过冷却液腔体外壳的冷却液加注孔向冷却液腔体内注入冷却液，注入冷却液后通过密封橡胶和密封螺栓进行密封，线圈绕组与磁致伸缩材料完全浸没在冷却液中，换能器的振子块的内侧壁的大部分浸没在冷却液中；

振子块的内螺纹孔连接超声波发射端面，线圈绕组的引线连接超声波发生器，超声波换能器工作时，冷却散热过程为：线圈绕组、磁致伸缩材料、振子块的热量—冷却液冷却—冷却液整流罩强制对流传热—冷却液腔体外壳散热—空气冷却散热，线圈绕组、磁致伸缩材料、振子块的热量最终在空气中散热，实现超声波换能器的冷却。

冷却液整流罩强制对流传热是指通过多孔的圆筒型冷却液整流罩的约束与限制，冷区的冷却液与热区的冷却液进行物料交换所产生的冷却液的流动，冷却液的流动所产生的强化对流传热的过程。

所述方法适用于电功率500w以下的磁致伸缩型超声波换能器的工业应用场合，尤其适用于超声波原油电脱盐的工业应用场合。

在应用于超声波原油电脱盐的工业应用场合时，所述的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置，与超声波作用区管道配合使用，可以垂直安装，也可以水平安装，优选的是水平安装；

超声波作用区管道设置两端对称的超声波换能器冷却装置；

超声波作用区安装在脱前原油进电脱盐罐的静态混合器与混合阀之后的管路上。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：

(1)本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置，采用冷却液自循环方式传热冷却，代替了复杂的循环水冷却流程，节省了水资源，节省了动力消耗，节省了设备安装的公用工程投入费用；

(2)本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却方法，防止了长周期生产中循环水堵塞、腐蚀泄漏、冻凝造成的冷却效果受影响对超声波设备的损坏；

(3)本发明适用于500w以下的电功率的磁致伸缩型超声波的工业应用场合，尤其适用于超声波原油电脱盐的工业应用场合，符合工业应用要求，保障了超声波换能器长周期稳定运行。

附图说明

图1是本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的装配示意图；

图2是本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的冷却液灌装示意图；

图3是本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的冷却液腔体a-a面剖视图；

图4是本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的安装应用示意图；

图5是本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的电脱盐应用示意；

图中：1、冷却液腔体外壳；2、振子块；3、内螺纹孔；4、压紧密封螺栓；5、密封圈；6、冷却液腔体；7、线圈绕组；8、磁致伸缩材料；9、冷却液整流罩；10、冷却液加注孔；11、密封橡胶；12、接线腔体；13、固定螺栓；14、密封螺栓，15、中空压紧螺栓；16、接线腔盖；17、防爆软管接口；18、冷却液腔体盖板；19、冷却液；20、气相膨胀空间；21、工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置；22、超声波作用区管道；23、超声波作用区；24、脱前原油管线；25、静态混合器；26、混合阀；27、脱后原油管线；28、电脱盐罐；29、dcs中心；30、安装超声波发生器的防爆柜；31、引线螺纹孔。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不仅限于此。

实施例1

如附图1-3所示，本发明的一种工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置，结构如下：

包括固定螺栓(13)连接的冷却液腔体6和接线腔体12，超声波换能器的线圈绕组7、磁致伸缩材料8的整体以及振子块2的一部分位于冷却液腔体6内部；振子块2通过压紧密封螺栓4和密封圈5安装在冷却液腔体外壳1的一端，接线腔体12通过固定螺栓13安装在冷却液腔体外壳1另一端的冷却液腔体盖板18上；冷却液腔体6内部设置有多孔的圆筒型冷却液整流罩9，冷却液腔体外壳1上对称设置有两个冷却液加注孔10。

冷却液腔体6为圆筒型，冷却液腔体外壳1和冷却液腔体盖板18为不锈钢材料。

冷却液腔体6灌装的冷却液19为甘油，加注冷却液19时，预留冷却液腔体6容积的10-40％作为气体膨胀空间20，冷却液加注孔10通过密封橡胶11和密封螺栓14进行密封。

振子块2上设置有与喇叭型超声波发射端面连接的内螺纹孔3。冷却液整流罩9为筒壁设置有多个小孔的筒体型结构，安装时，先将冷却液整流罩9焊接在冷却液腔体盖板18上，然后把冷却液腔体盖板18焊接在冷却液腔体外壳1上。

接线腔体12包括接线腔盖16和防爆软管接口17。

线圈绕组7采用绝缘护套的导线，线圈绕组7的引线通过内开孔的中空压紧螺栓15从冷却液腔体6通入接线腔体12，中空压紧螺栓15和冷却液腔体盖板18的引线螺纹孔31密封连接，实现圆筒型冷却液腔体6与外部隔离；线圈绕组7的接线通过防爆软管接口17与超声波发生器连接，超声波发生器置于安装超声波发生器的防爆柜中，达到现场防火防爆的生产要求。

本发明的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置的冷却方法如下：

设置冷却液腔体6和接线腔体12，冷却液腔体6内置一个多孔的圆筒型冷却液整流罩9，振子块2通过压紧密封螺栓4和密封圈5安装在冷却液腔体外壳1的一端，接线腔体12通过固定螺栓13安装在冷却液腔体外壳1的另一端，线圈绕组7的引线通过中空压紧螺栓15从冷却液腔体6通入接线腔体12；

通过冷却液腔体外壳1的冷却液加注孔10向冷却液腔体6内注入冷却液19，注入冷却液后通过密封橡胶11和密封螺栓14进行密封，线圈绕组7与磁致伸缩材料8完全浸没在冷却液19中，换能器的振子块2的内侧壁的大部分浸没在冷却液19中；

振子块2的内螺纹孔3连接超声波发射端面，线圈绕组7的引线连接超声波发生器，超声波换能器工作时，冷却散热过程为：线圈绕组7、磁致伸缩材料8、振子块2的热量—冷却液19冷却—冷却液整流罩9强制对流传热—冷却液腔体外壳1散热—空气冷却散热，线圈绕组7、磁致伸缩材料8、振子块2的热量最终在空气中散热，实现超声波换能器的冷却。

实施例2

如附图4-5所示，将实施例1的工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置应用于超声波原油电脱盐工艺。

按照图4所示，将工业用磁致伸缩型超声波换能器冷却装置21水平安装在超声波作用区管道22的两端。

按照图5所示，将包括上述超声波作用区管道22的超声波作用区23安装在脱前原油进电脱盐罐的静态混合器25与混合阀26之后的管路上，脱前原油从脱前原油管线24进入静态混合器25，经超声波作用区23作用后进入电脱盐罐28，再通过脱后原油管线27排出，超声波作用区23与安装超声波发生器的防爆柜30相连，通过dcs中心29集中控制。

上述工艺流程应用于500万吨/年超声波防止电脱盐罐油泥淤积的两级电脱盐罐，超声波声强0.02-0.20w/cm²，频率21000hz。

应用试验2年的效果显示：磁致伸缩型超声波换能器在冷却装置的作用下，运行稳定，未出现故障；而且采用冷却液自循环的方式传热冷却，代替复杂的循环水冷却流程，节省了水资源和动力消耗，节省了设备安装的公用工程投入费用。