基于STC12C2052AD单片机控制的超声波除垢器设计

　　0 引言

　　锅炉、热交换设备或管道等的结垢问题一直是困扰人们的重大难题,热交换装置管壁上坚硬沉积物(水垢)会大大降低交换器的参数,管道结垢会影响系统的流量,因而不得不进行清洗。传统的清洗方法有机械清洗法和化学清洗法。不管使用机械法或者化学法,都必须使装置停止运行,部分拆开,并使用一些有害的化学药剂如盐酸进行清洗。这不仅造成了经济损失而且还造成了环境污染。而超声波可以解决这个问题。任何物质都有自己的固有频率,水垢属无机盐类,各类换热设备及管道都是金属材料,由于水垢和钢材振动频率不同,超声波振荡器释放的振荡信号对于附着在钢材壁上的水垢可以产生共振,从而达到除垢的效果。同时根据化学反应,同性相斥,异性相吸的规律,防止水垢吸附器壁。利用超声波的这些特点,本文研制了超声波除垢器,这是基于STC12C2052AD单片机为核心控制器,以SG3525控制IGBT开关来发送超声波,并通过超声波振荡器来进行除垢。这种超声波除垢器不但能阻垢而且可以在线除垢,同时它也简化了电路,减少了产品的体积,方便控制等优点;并且解决了传统除垢方法对环境造成污染、成本高、效率低、除水垢效果不好的缺陷。

　　1 超声波防垢除垢机理[1]

　　超声波防垢除垢主要是利用超声波强声场处理流体,使流体中成垢物质在超声场作用下,其物理形态和化学性能发生一系列变化,使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着管壁形成积垢。具体表现为:

　　(1)“空化”效应[2]超声波的辐射使被处理液体介质直接产生大量的空穴和气泡,也就是把液体拉裂而形成无数极微小的局部空穴,当这些空穴和气泡破裂或互相挤压时,产生一定范围的强大的压力峰,这一强压力峰能便成垢物质粉碎悬浮于液体介质中,并使已生成的垢层破碎、脱落。根据理论和实践测算,用20kHz、50W/cm²的超声波对1cm3液体辐射时,其发生空化事件的气泡数为5x104个/s,局部增压峰值可达数百甚至上千大气压。

　　(2)“活化”效应

　　超声波在液体介质中通过空化作用,可以使水分子裂解为H#自由基和HO#自由基,甚至H+和OH-等。而OH-与成垢物质离子可形成诸如Ca0H+、MgOH+等的配合物,从而增加水的溶解能力,使其溶垢能力相对提高。也就是说,超波能提高流动液体和成垢物质的活性,增大被水分子包裹着的成垢物质微晶核的释放,破坏垢类生成和在管壁沉积的条件,使成垢物质在液体中形成分散沉积体而不在管壁上形成硬垢。

　　(3)“剪切”效应

　　水分子裂解产生的活性H#自由基的寿命比较长,它进入管道后将产生还原作用,可以使生成的积垢剥落下来。而且因超声波辐射在垢层和管壁上,由于传播速度不同,产生速度差,在垢层与管壁界面上形成相对剪切力,从而使垢层产生疲劳而松脱。