Пристрій для обробки рідини в трубопроводі радіочастотами

Реферат: Пристрій для обробки рідини в трубопроводі шляхом подавання на неї радіочастотних електромагнітних сигналів включає: осердя з магнітопроникного матеріалу, що проходить навколо трубопроводу; принаймні дві первинні обмотки, крізь які проходить осердя і принаймні один генератор сигналів, що формує сигнали для збудження первинних обмоток радіочастотними електричними сигналами, синхронізованими один з одним. При цьому первинні обмотки розміщені на відстані одна від одної по периферії трубопроводу. UA 113154 C2 (12) UA 113154 C2 UA 113154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Опис винаходу Винахід відноситься до пристрою і способу обробки рідини в трубопроводі радіочастотними електромагнітними сигналами. Один метод такого застосування сигналів для обробки рідини в трубопроводі розкрито в патенті ЕР 0720588В, де описано пристрій, в якому елемент, іменований осердям, аналогічний осердю трансформатора, з магнітопроникного матеріалу, наприклад відповідного фериту, установлено на зовнішній поверхні трубопроводу, наприклад труби, і проходить навколо периферії труби. В одній позиції на осерді, що проходить навколо периферії, установлена первинна обмотка або обмотка з електропровідного матеріалу, при цьому осердя проходить крізь згадану первинну обмотку. Первинна обмотка електрично збуджується радіочастотними сигналами. Трубопровід з рідиною, що проходить по ньому, діє як вторинна обмотка трансформатора і в рідині утворюється електромагнітне поле з фактично кільцевими магнітними силовими лініями, головним чином коаксіальними з віссю трубопроводу. Поле розповсюджується в напрямку згаданої осі і обробляє рідину вище за течією та нижче за течією від первинної обмотки та осердя. Як описано в патенті ЕР 0720588В, осердя може складатися з ряду окремих елементів з феритового або феритовмісного матеріалу, скріплених разом для утворення магнітопровідної зборки, яка повністю охоплює трубопровід і проходить крізь первинну обмотку. Але при застосуванні вищеописаного пристрою для трубопрооду, наприклад труби, великого діаметру, і відповідно з великою периферією, може виникнути проблема, яка полягає в тому, що магнітне поле всередині феритового осердя ослаблюється при збільшенні відстані від первинної обмотки навколо трубопроводу, і навколо всієї периферії труби не забезпечується належний рівень магнітного поля. Ослаблення магнітного поля при збільшенні відстані від первинної обмотки є, як правило, експоненціальним, так що по мірі збільшення розміру труби ослаблення поля швидко стає таким великим, що останнє стає недостатнім для обробки труби і рідини, що проходить в ній. Ця проблема загострюється, коли осердя складається з ряду фізично відокремлених елементів з магнітопроникного матеріалу, скріплених один з одним для охоплення труби. Навіть при наявності вочевидь доброго контакту між елементами, наприклад при скріпленні їх між собою таким чином, що звернені одна до одної поверхні окремих елементів притиснуті одна до одної без очевидного зменшення площі перерізу осердя в цілому, все одно виникає локальне зменшення проникності осердя, так що в осерді, складеному з ряду окремих елементів, може бути дуже ослаблений магнітний потік в зоні осердя, віддаленій від положення первинного елемента осердя. Цю проблему можна частково вирішити, збільшивши площу поперечного перерізу магнітного осердя для збільшення ефективної проникності та створення шляху меншого опору для магнітного поля. Однак збільшення площі поперечного перерізу осердя може вплинути на швидксть ослаблення поля, яке буде завжди ослаблюватися експоненціально при збільшенні відстані від первинної обмотки - експоненціальне ослаблення шридко зведе на нівець (неекспоненціальну) користь від збільшеної площі. Це означає, що такий підхід має дві головні проблеми: перша - труби розміром, більшим за заданий, фактично неможливо обробляти; друга проблема - навіть для труб, які можна обробляти, об'єм і маса фериту, необхідні для забезпечення достатнього магнітного потоку навколо великої труби, швидко збільшуються настільки, що стають практично недоцільними (необхідна вага може вимірятися тоннами для труби діаметром два метри). Для вирішення проблеми великих труб і для забезпечення достатнього рівня магнітного поля в осерді даний винахід пропонує пристрій, в якому замість простого прикладання електричного поля в одному місці або на невеликій ділянці навколо периферії осердя, яке (електричне поле) потім ослаблюється при збільшенні відстані від первинної обмотки, електричне поле прикладають на видовженій ділянці, наприклад в більш ніж одному місці, навколо осердя. Таким чином, винахід пропонує пристрій, в якому принаймні одна первинна обмотка має певну довжину по периферії осердя навколо трубопроводу та/або відповідне розташування відносно осердя для створення ефективного магнітного поля у всьому осерді. Можуть бути передбачені дві або більша кількість первинних обмоток, крізь які проходить осердя, при цьому первинні обмотки розташовані на відстані одна від одної по периферії трубопровода та збуджуються радіочастотними електричними сигналами, синхронізованими один з одним. Отже, для забезпечення достатнього рівня магнітного поля у всьому осерді, замість простого прикладання електричного поля в одному місці навколо периферії осердя, яке 1 UA 113154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 (електричне поле) потім ослаблюється при збільшенні відстані від первинної обмотки, електричне поле прикладають в більш ніж одному місці навколо осердя. Як варіант, згадана одна, або принаймні одна, первинна обмотка може проходити навколо більшої частини довжини осердя навколо периферії трубопроводу, так що частина осердя, віддалена від первинної обмотки або кожної первинної обмотки, є відносно малою. Таким чином, менша кількість первинних обмоток, але більшої довжини може підтримувати магнітне поле в осерді так само ефективно, як і більша кількість первинних обмоток, але меншої довжини. Допустимо, щоб навіть одна первинна обмотка проходила по всій або майже по всій довжині осердя навколо периферії трубопроводу. Кількість первинних обмоток, запропонованих винаходом, можна вибирати відповідно до довжини осердя в цілому, навколо периферії трубопроводу. У кращому варіанті первинні обмотки відокремлені практично однаковими проміжками одна від одної по кільцевій довжині осердя. Передбачається, що запропонований винаходом пристрій, застосовуваний для труб діаметром 1-2 м, можна оснащувати трьома, чотирма або навіть більшою кількістю первинних обмоток, рознесених по периферії навколо осердя. Для меншої труби може знадобитися тільки дві первинні обмотки, розташовані, наприклад, діаметрально навпроти одна одної відносно труби. Дві обмотки більшої довжини можна застосувати замість трьох обмоток меншої довжини. Радіочастотні сигнали, що збуджують первинні обмотки, можуть мати частоту в діапазоні 50500 кГц, наприклад в станах очікування (немає сигналу) довільної тривалості між послідовними радіочастотними сигналами. Кожний радіочастотний сигнал може бути "викличним" сигналом, з хвилею синусоїдальної або, можливо, іншої форми, та змінною амплітудою, що зменшується від максимального значення до нуля перед тим, як надійде інший сигнал після періоду очікування. Необхідної синхронізації радіочастотних сигналів у відповідних первинних обмотках можна досягти, збуджуючи їх генератором сигналів, спільним для первинних обмоток. Як варіант, первинні обмотки можна збуджувати відповідними генераторами сигналів, кожний (генератор) з яких збуджує одну або більше первинних обмоток, причому ці генератори сигналів пристосовані для формування таких самих сигналів, що й інший генератор, при запуску пусковим пристроєм, спільним для цих генераторів сигналів. В цьому випадку довільні проміжки між сигналами можна встановлювати за допомогою згаданого пускового пристрою. Винахід також пропонує спосіб обробки рідини в трубопроводі за допомогою вищеописаного пристрою. Далі винахід буде описано у вигляді прикладу з посилання на супровідні креслення. Фіг. 1 - перспективний вигляд запропонованого пристрою при застосуванні до трубопроводу у формі труби. Фіг. 2 - вигляд, як на фіг. 1, але з елементами, невидимими на фіг. 1, позначеними пунктирними лініями. Фіг. 3-6 - інші перспективні зображення пристрою в різних ракурсах. Фіг. 7а і 7b - схеми синхронізації сигналів, що їх подають на первинні обмотки. На кресленнях трубопровід у формі труби позначено числом 10. Вона оточена осердям з магнітопроникного матеріалу, яке складається з ряду окремих елементів з такого матеріалу, скріплених один з одним, як описано нижче. Як показано, осердя, позначене числом 12, містить ряд елементів 14, прикріплених один до одного. В описуваному варіанті кожний елемент 14 має форму короткого стрижня з отворами на кінцях. Елементи 14 скріплені один з одним в ланцюгоподібну конструкцію, причому кожні три такі елементи, які лежать один вздовж іншого, скріплені на своїх відповідних перших кінцях з іншими трьома вставленими такими елементами за допомогою кріпильного болта (позначений числом 16), що проходить крізь кінцеві отвори перших згаданих трьох елементів і других згаданих трьох елементів. Перші згадані елементи прикріплені до наступних трьох елементів на їхніх других, протилежних, кінцях наступним болтом і так далі навколо всієї зовнішньої периферії труби 10. Отже, магнітопроникна зборка оточує трубу 10. Як показано на фіг. 2-6, осердя 12 має чотири первинні обмотки, позначені числом 18, рознесені навколо периферії труби з практично однаковими проміжками між ними. Кожна первинна обмотка виступає з корпусу 20, і найближче осердя проходить крізь цю первинну обмотку. Відповідно, електричний сигнал в кожній обмотці 18 викликає виникнення в осерді магнітного потоку. Електричні сигнали, що збуджують первинні обмотки 18, є переважно радіочастотними сигналами у формі "викличної" хвилі, як описано вище, з періодами очікування довільної тривалості, коли між ними немає сигналу. Корпус 20 кожної первинної обмотки може містити необхідні електронні елементи, що утворюють генератор для формування таких 2 UA 113154 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сигналів. Оскільки формування таких сигналів добре відомо фахівцям в галузі електричних та електронних приладів, воно не буде тут описане детально. Кількість первинних обмоток для осердя можна визначити наступним чином. Для прикладання відповідного електричного поля до труби магнітне поле, що проходить крізь осердя, повинно бути достатнього рівня по всій його периферії. Магнітне поле має максимальний рівень біля першої первинної обмотки і ослаблюється експоненціально в залежності від відстані від первинної обмотки. Слід сказати, що магнітне поле в заданому місці являє собою суму двох експоненціалів, кожний з яких ослаблюється при збільшенні відстані від первинної обмотки в кожному напрямку навколо осердя, і тому функціональна форма поля більше нагадує гіперболічний косинус, але це майже дорівнює "експоненціальному" ослабленню. Другу первинну обмотку слід розміщувати на відповідній відстані, щоб відповідне магнітне поле в осерді існувало у всіх точках між двома первинними обмотками. Це потім повторюють для додаткових первинних обмоток, і саме це потребує рознесення, яке визначає правильну кількість первинних обмоток для даного осердя. По суті, найбільш ефективним є розміщення ряду первинних обмоток, рівномерно рознесених навколо периферії осердя. Необхідно, щоб сигнали, що надходять до первинних обмоток 18, були синхронізовані один з одним. Як вже зазначалося, радіочастотні сигнали, що надходять до первинних обмоток, можуть мати частоту в діапазоні 50-500 кГц, синусоїдальну або іншу форму хвилі та змінну амплітуду. Ці сигнали можуть бути "викличними", чия амплітуда змінюється в межах обвідної, що зменшується від максимального значення до нуля перед тим, як надійде наступний сигнал після періоду очікування. Такі сигнали, що надходять до первинних обмоток, потрібно синхронізувати і відносно їхньої обвідної, і відносно основної форми радіочастотної хвилі. Якщо функції обвідної не синхронізовані, осердя не збудиться повністю і труба не отримує відповідного прикладеного електричного поля. Однак навіть важливіше забезпечити синхронізацію основних форм радіочастотних хвиль, тобто по фазі, якщо вони не у фазі, потім до однієї первинної обмотки можна прикладати позитивне електричне поле і одночасно з цим на іншу первинну обмотку - негативне електричне поле. Ці два поля потім нейтралізуються, і загальне поле, прикладене до двох первинних обмоток, буде фактично менше, ніж поле, прикладене до однієї первинної обмотки. Дійсно, при повній розбіжності по фазі два згадані поля можуть нейтралізуватися повністю. Для досягнення синхронізації генератор сигналів, спільний для всіх первинних обмоток, може подавати вихідний сигнал на всі первинні обмотки. Як варіант, сигналогенеруючі компоненти можуть бути пов'язані з кожною первинною обмоткою, але вони можуть бути приведені до синхронності один з одним за допомогою пускового пристрою, який змушує всі генератори сигналів формувати сигнал, однаковий по фазі з іншим сигналом, і одночасно. Слід зазначити, що один, «разовий» пусковий імпульс не підходить. Хоча всі первинні обмотки можуть бути номінально ідентичними, все одно будуть незначні відмінності в цих компонентах через природне коливання. Це коливання буде означати, що первинні обмотки завжди будуть мати деяке коливання частоти, і, отже, будуть мати тенденцію з часом відхилятися від фази. Пусковий імпульс необхідно буде повторювати через певні інтервали, щоб гарантувати, що обмотки не будуть значно відхилятися по фазі. Вищеописані вимоги передбачають два основні критерії для імпульсу синхронізації. Перший - імпульс повторюють за часовою шкалою, короткою порівняно з часом відхилення фаз первинних обмоток. Другий критерій - точність, з якою синхронізацію задають кожній первинній обмотці, мало відрізняється за часом порівняно з періодом основного радіочастотного сигналу. Отже, потрібна точність синхронізації визначається радіочастотним сигналом, а не функцією обвідної. Пусковий механізм може бути скомпанований будь-яким зручним способом. Один приклад ієрархічна компоновка, показана на фіг. 7а, при якій один блок 22 формує і сигнал, який подається на первинну обмотку, і пусковий сигнал або "тактовий імпульс", який потім проходить до другого блока 24. Тактовий імпульс використовується другим блоком для гарантування того, що сигнали, які він формує, є синхронізованими з першим. Як зазначено, цей імпульс повинен бути точнішим, ніж період радіоколивання, і повторюватися до того, як радіосигнали відхиляться від фази. Другий блок 24 може потім передавати цей імпульс третьому блоку 26, і так далі. Інший варіант - мати окремий пристрій 30, який формує власне тактовий імпульс, який потім передається в генератори сигналів в межах декількох блоків 32, зв'язаних з відповідними первинними обмотками. Для такого імпульсу також мають бути застосовані вищезгадані критерії. 3 UA 113154 C2 5 10 15 20 25 30 Використані в даному описі та формулі винаходу терміни "включає" та "що включає" та їхні варіанти означають, що описані ознаки, етапи або цілі числа включено. Ці терміни не слід тлумачити, як такі, що виключають наявність інших ознак, етапів або компонентів. Ознаки, визначені в даному описі або у формулі винаходу, або на супровідних кресленнях, виражені в їхніх конкретних формах або на прикладі засобу для здійснення описаної функції, або способу або процесу для досягнення описаного результату, в залежності від обставин, окремо або в будь-якій комбінації таких ознак, можуть бути використані для здійснення винаходу в різних його формах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 1. Пристрій для обробки рідини в трубопроводі шляхом подавання на неї радіочастотних електромагнітних сигналів, який включає: осердя з магнітопроникного матеріалу, що проходить навколо трубопроводу; принаймні дві первинні обмотки, крізь які проходить осердя, при цьому первинні обмотки розміщені на відстані одна від одної по периферії трубопроводу; і принаймні один генератор сигналів, що формує сигнали для збудження первинних обмоток радіочастотними електричними сигналами, причому ці електричні сигнали синхронізовані один з одним. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що первинні обмотки розташовані практично на однаковій відстані одна від одної по периферичній довжині осердя. 3. Пристрій за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що включає три, чотири або більше первинних обмоток. 4. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що радіочастотні сигнали мають частоту в діапазоні 50-500 кГц. 5. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що кожний радіосигнал має змінну амплітуду, яка зменшується від максимального значення до нуля перед тим, як надійде інший сигнал після довільного періоду очікування. 6. Пристрій за будь-яким з попередніх пунктів, який відрізняється тим, що принаймні дві первинні обмотки збуджуються за допомогою відповідних генераторів сигналів, причому кожний з генераторів збуджує одну або більше первинних обмоток, при цьому робота генераторів сигналів синхронізується спільним для них пусковим пристроєм. 4 UA 113154 C2 5 UA 113154 C2 Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6