一、超聲波消除垢原理：

超聲波防除垢設(shè)備主要是利用超聲波強(qiáng)聲場(chǎng)，使成垢物質(zhì)在超聲場(chǎng)的作用下，其物理形態(tài)和性能發(fā)生一系列變化，使之分散、粉碎、松散、松脫而不易附著管壁形成積垢。

超聲波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，使媒質(zhì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，粒子間產(chǎn)生相互作用，超聲波的機(jī)械能使媒質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)位移速度，加速度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)在媒質(zhì)中產(chǎn)生超聲波凝聚效應(yīng)、高速微渦效應(yīng)和剪切應(yīng)力效應(yīng)，通過這一系列效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)防垢、除垢目的。同時(shí)，液體媒介中超聲波的存在以及空化氣泡在傳輸過程中與邊界面和物體的相互作用形成強(qiáng)烈的聲沖流，聲沖流對(duì)液體進(jìn)行劇烈的擾動(dòng)，造成對(duì)流熱輸運(yùn)，從而增強(qiáng)了加熱面與液體間的對(duì)流換熱。

防垢機(jī)理：當(dāng)超聲波除垢器的換能器發(fā)出的超聲波—脈沖振蕩波在換熱器傳熱面的金屬管、板壁中傳播時(shí)，在高加速度振蕩波的沖擊作用下，金屬和液體界面上的液體產(chǎn)生高速微渦，這一高速微渦阻礙了結(jié)垢、結(jié)晶、積垢等物質(zhì)的附著，同時(shí)也起到了金屬界面的清理作用，從而實(shí)現(xiàn)防止結(jié)垢、結(jié)晶、積垢的目的。

當(dāng)聲學(xué)除垢器激發(fā)的超聲波振蕩沿著熱交換設(shè)備的金屬構(gòu)件傳遞至管束上，便產(chǎn)生如下三方面效果：一、這使管束上的積垢持續(xù)不斷地剝落；二、能減緩管束結(jié)垢的速度；三、傳遞到水介質(zhì)中的超聲波使部分鹽在水中直接結(jié)晶化，形成粥樣沉淀。當(dāng)垢層達(dá)到0.2mm 以上時(shí)，其剛度便足以使之在超聲波作用下剝落，結(jié)垢與除垢形成某種動(dòng)態(tài)平衡。

二、超聲波的除垢機(jī)理主要表現(xiàn)在：

(1)、“空化”效應(yīng)

超聲波的輻射能對(duì)被處理液體介質(zhì)直接產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，于液體介質(zhì)中超聲波的輻射能對(duì)被處理液體介質(zhì)直接產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，也就是把液體拉裂而形成無數(shù)極微小的局部空穴，當(dāng)這些空穴和氣泡破裂或互相擠壓時(shí)，產(chǎn)生一定范圍的*的壓力峰，這一強(qiáng)壓力峰能使成垢物質(zhì)粉碎懸浮液體介質(zhì)中，并使已生成的垢層破碎使其易于脫落。

(2)、“剪切”效應(yīng)

水分子裂解產(chǎn)生的活性自由基的壽命比較長，它進(jìn)入管道后將產(chǎn)生還原作用，可以使生成的積垢剝落下來。而且因超聲波輻射在垢層和管壁上，加熱管上的吸收和傳播速度不同，產(chǎn)生速度差，形成垢層與管壁界面上的相對(duì)剪切力，從而導(dǎo)致垢層產(chǎn)生疲勞而松脫。

(3)、“抑制”效應(yīng)

通過超聲波的作用，改變了液體主體的物理化學(xué)性質(zhì)，縮短了成垢質(zhì)的成核誘導(dǎo)期，刺激了微小晶核的生成。新生成的這些微小晶核，由于體積小、質(zhì)量輕、表面積大，懸浮于液體中，生成比壁面大得多的界面，有很強(qiáng)的爭(zhēng)奪水中離子的能力，能抑制離子在壁面處的成核和長大，讓既定結(jié)構(gòu)的晶粒長大，因此減少了粘附于換熱面上成垢離子的數(shù)量，從而也就減小了積垢的沉積速率。實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)液體過飽和系數(shù)一定時(shí)，在同一超聲波參數(shù)下，超聲波作用時(shí)間越長，則成垢物質(zhì)的成核誘導(dǎo)期越短。此外，超聲波輻射壓力、聲學(xué)毛細(xì)管現(xiàn)象、科努瓦諾夫效應(yīng)和聲流對(duì)積垢生成也有直接的防除效應(yīng)。

三、超聲波除垢工藝流程示意圖

四、超聲波除垢裝置組成及運(yùn)行參數(shù)

1、組成：主要由電源單元、主控單元、電/機(jī)轉(zhuǎn)換單元、參數(shù)調(diào)測(cè)單元、匹配單元、顯示單元、功放單元、遙控單元等硬件組成以及主控軟件、參數(shù)調(diào)測(cè)控制軟件、電/機(jī)轉(zhuǎn)換控制等軟件組成。

2、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

環(huán)境溫度：-30℃～+70℃，相對(duì)濕度＜85%。

工作電源：供電 220±10％V 輸入范圍

超聲波頻率：15～25KHz

脈沖周期：40～300ms（根據(jù)材質(zhì)和除垢面積不同來調(diào)節(jié)和設(shè)置、配置）

脈沖寬度：0.5～2.5 ms

換能單元絕緣電阻：＞1000MΩ

五、超聲波除垢裝置對(duì)換熱設(shè)備安全性的影響

1、應(yīng)力對(duì)設(shè)備的影響

超聲波設(shè)備是以鐵鎵系材料為主體，添加微量稀土元素改性的磁致伸縮材料，其特性及尺寸大小決定伸縮值為2 μm，即換能器產(chǎn)生震動(dòng)的振幅為A= 2μm。

超聲波頻率為20 kHz，傳播速率為Ｃ＝5200 m/s，楊氏模量為Ｅ＝2.1×1011Ｎ/m2，換能器產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力為：

δ＝A·E·(ω/C)

=2×10-6×2.1×1011×(2π×2×104/5.2×103)

≈10×106N/m2

≈1 kg/mm2

通常金屬材料的疲勞極限均在10 kg/mm2以上，對(duì)于焊接部件的焊縫強(qiáng)度削弱系數(shù)取0.75，則疲勞極限也在7 kg/mm2以上，根據(jù)疲勞極限的定義，δ遠(yuǎn)小于δ疲，因此對(duì)于使用設(shè)備是安全的。

2、共振的影響

防垢裝置產(chǎn)生超聲波頻率是高頻可調(diào)的，即頻率在20 kHz左右可調(diào)，*可以避開熱交換設(shè)備系統(tǒng)的固有頻率，通過將防垢裝置的頻率調(diào)至工頻的整數(shù)倍，不會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象。

3、對(duì)人體無害

超聲波脈沖防除垢裝置所產(chǎn)生的噪音為12分貝，低于人平常交談時(shí)的30分貝，產(chǎn)生的電磁波頻率為20 kHz左右，遠(yuǎn)低于電磁波干擾監(jiān)控限值100 kHz，而且超聲波防除垢裝置處于屏蔽狀態(tài)，對(duì)人體安全無危害。

六、超聲波除垢優(yōu)勢(shì)

1、超聲波除垢法相對(duì)于傳統(tǒng)方法，它的主要優(yōu)勢(shì)在于超聲波除垢有無須添加任何化學(xué)藥劑，對(duì)人體無任何危害，更不會(huì)形成二次的污染。克服了化學(xué)法的設(shè)備腐蝕安全隱患和化學(xué)污染、成本高、可靠性不易控制及機(jī)械法難清除死角垢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低等不足，*杜絕了水處理設(shè)備中有害的廢水污染周圍環(huán)境，用這種方法清洗 1 立方米的價(jià)格，大約算來要比化學(xué)處理低 200—250 倍。

2、設(shè)備體積小，安裝方便，不影響換熱設(shè)備的正常使用；

3、操作簡(jiǎn)單免維護(hù)程度高，不設(shè)專人操作管理，*設(shè)備，使用壽命長；在線不停產(chǎn)，防垢、除垢雙向功能等特點(diǎn)。

4、蒸發(fā)結(jié)晶系統(tǒng)的超聲波除垢器還可以實(shí)現(xiàn)在線的移動(dòng)和切換，特別是在有結(jié)晶的效段，實(shí)現(xiàn)多方位的布置來提升消垢、除垢的功能。

5、能耗低，采用同步共振脈沖技術(shù)，技術(shù)*成熟、超級(jí)節(jié)能（單個(gè)換能器耗電只有 40-60 瓦）而運(yùn)行成本極低、除垢*持久。

6、采用超聲波的方法是純粹物理法防除垢工藝的技術(shù)，用于購買安裝和調(diào)試使用的成本，在使用的3個(gè)月之內(nèi)就會(huì)被全部收回。

七、在用戶現(xiàn)場(chǎng)使用2個(gè)月后的測(cè)試情況（對(duì)比圖）