【正文】 ................................................................. 20 STC12C2052AD 單片機簡介 .................................................................. 21 PWM 調制技術的控制芯片 .................................................................... 24 MAX232 的在系統(tǒng)可編程 ...................................................................... 28 本章小結 ......................................................................................................... 30 第 4 章 軟件設計 ...................................................................................................... 31 控制系統(tǒng)的總體思路 ..................................................................................... 31 xx 大學學士學位論文 IV 主程序的設計 ................................................................................................. 31 初始化程序 ..................................................................................................... 32 A/D 轉換 ................................................................................................... 32 中斷程序控制 .......................................................................................... 33 本章小結 ......................................................................................................... 35 結論 ............................................................................................................................ 36 致謝 ............................................................................................................................ 37 參考文獻 .................................................................................................................... 38 附錄 A ........................................................................................................................ 40 附錄 B ........................................................................................................................ 43 附錄 C ........................................................................................................................ 46 xx 大學學士學位論文 1 第 1章 緒論 論文的選 題背景 課題的提出 熱交換裝置管壁上堅硬沉積物 (水垢 )會大大降低交換器的參數，因而不得不進行清洗。不管使用機械法或者化學法，都必須使換熱裝置停止運行，部分拆開，并使用相當有害的化學藥劑如鹽酸進行清洗。除此之外，用傳統(tǒng)方法清洗熱交換器水垢的工作既骯臟，又有害于工人的健康。傳統(tǒng)的防水垢方法是對水進行化學處理，即用鈉陽離子交換法把水中的硬質鹽分離出去。但是，即便花費了大量資金建起水處理設備，并使其運行，也不能產生百分之百的除垢效果，因為在水中通常還含有其他非離子交換床所能濾掉的物質，如鐵的化合物等。 課題研究的意義 工業(yè)過程中，由于金屬腐蝕、無機鹽結晶、有機物聚合、固體顆粒沉積等原因造成的設備管路內部結垢在所難免。阻垢、除垢已成為一些企業(yè)保證安全、穩(wěn)定生產亟待解決的難題。 在石油開采中，隨著溫度、壓力的下降，地層水中的各種成垢鹽將在井底的設備和管線內發(fā)生沉積。而且由于目前油田開采多采用注水法，因此，在注水管道中結有大量的垢 (如碳酸鈣，硫酸鈣，硫酸 鋇等 )，造成注水系統(tǒng)的流量減小，極大的影響了生產效率，浪費了能源；同時石油在管道輸送的過程中也非常容易沉積結垢，并且由于結垢，大量的生產設備不得不提前報廢，也使油田蒙受了財產損失。隨著綠色環(huán)保理念越來越深入人心，開始大量采用新型無污染的防垢除垢技術。所謂超聲波是指頻率高于 20KHZ 的機械波，它具有傳播方向性好、穿透力強、在固體和液體中傳播衰減小等優(yōu)點；同時伴隨著電子技術的迅速發(fā)展 ，在解決了設備體積過大，不穩(wěn)定、壽命短等問題后，超聲波防垢除垢技術 xx 大學學士學位論文 2 已經廣泛應用于化學、化工、機械、醫(yī)療、環(huán)保、計量檢測等諸多行業(yè)。 隨著科學技術的發(fā)展 ,相關技術領域相互滲透 ,使超聲波技術廣泛應用于工業(yè)、化工、醫(yī)學、石油化工等許多領域。而超聲波除垢，可謂是一種操作 簡單，效率又高的一種除垢方法。所以我們只有很好的把各學科結合起來，尋找更有利于除垢的途徑，相信不久的將來超聲除垢技術將會給現代工業(yè)和社會帶來巨大的變革。若能開發(fā)出專門適用于油田的新型超聲波防垢除垢設備，將能在油田生產中發(fā)揮巨大的經濟效益。不同行業(yè)采取了不同的清垢方式 ,其方式主要有在線連續(xù)清垢和離線停工清垢兩類。其中阻垢劑需要連續(xù)注入 ,每次用量難以把握 ,清垢效果時好時壞；涂料法對涂料工藝要求高且價格昂貴 ,若達不到工藝要求 ,會造成涂料脫落 ,起不到防垢作用 。離線停工清垢常常是在計劃外停工、裝置局部停工或各設備切換條件下進行 ,而傳統(tǒng)采用的各種手段 ,如高壓水噴射 (機械清垢法 )和化學清洗劑 (化學清垢法 )等 ,也 只是治標不治本 ,不但給生產造成了影響 ,同時會增加計劃外費用、磨損腐蝕設備、污染區(qū)域環(huán)境、損害工人健康等。 超聲技術是一門以物理、電子、機械以及材料為基礎的通用技術之一。超聲技術是通過聲波的產生、傳播及接收的物理過程而完成的 ,它的應用研究正是結合超聲波之獨有特性而展開的。 上述種種優(yōu)點使超聲波在管道防垢除垢領域有著非常廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿Α? 2. 空化腐蝕 超聲波換能器往往自身在工作時也要受到空化效應的腐蝕，結果縮短了換 xx 大學學士學位論文 3 能器的壽命。 3. 降低功率損耗 利用先進的變換技術，如軟開關技術，改善功率開關的工作狀態(tài)，降低功率開關元件的損耗和在開關過程中產生的干擾。 國內 研究 現狀 在國內，陳先慶將 UPP 超聲波介質處理器用于四川石油局川西南礦 43 號站污水回注管線的阻垢。采用超聲波處理后，泵壓從原來的 ～ 降至 左右．被保護管線出口處污水礦化度高于入口處。張錫波等對孤島油田墾利聯合站長距離輸液管線進行了超聲波處理。經超聲波處理一個月以后．壓力穩(wěn)定在 ，加熱爐、多孔濾板、輸液泵均無明顯的結垢現象。 總體來說超聲波除垢還處于研究狀態(tài)，產品還不是特別成熟，有的還處于研發(fā)狀態(tài)。二是在研制時采用傳統(tǒng)的實驗方法不但要消耗大量的人力、物力和時間，且有些問題是實驗方法難以發(fā)現和解決的，因此需要提出新的設計方法和手段。 國外 研究 現狀 美國和前蘇聯，均有采用超聲波對油井進行阻垢處理的先例，效果良好。前蘇聯在曼格什拉克、西西伯利亞、格魯吉亞等油田采用頻率 1280KHZ、聲強為 12W/cm2的超聲波對 18口油井進行了處理，每日可凈增產原油 202t，平均增油率 為 73％ 。在管道內安裝了連續(xù)工作的磁性伸縮式超聲波發(fā)生裝置后， 管道運行通暢。 超聲波 發(fā)展 歷史和 趨勢 超聲技術是通過超聲波產生、傳播及接收的物理過程而完成的。超聲 波作為一種能量形式，通過它或它引起的超聲空化，與傳聲媒介相互作用而產生的種種效應，己經在物理、化學、生物以及醫(yī)藥等基礎研究和應用技術開發(fā)中展示出十分廣闊的前景。超聲對媒介具有機械作用、熱作用、生物醫(yī)學作用以及化學作用等。功率超聲是超聲學中，研究超聲能量對物質進行處理的一個學科分支。 超聲技術出現在二十世紀初期，近一個世紀的發(fā)展表明，超聲技術是聲學發(fā)展中最為活躍的一個部分，如今它已經滲透到國防建設、國民經濟、人民生活和科學技術等各個領域?？茖W家們發(fā)現 :一定頻率范圍內的超聲波，作用于液體介質里，可以達到清洗的作用。在應用初期，由于電子工業(yè)的限制，超聲波清洗設備電源的體積比較龐大，穩(wěn)定性及使用壽命不太理想，價格昂貴，一般的工礦企業(yè)難以承受，但其出色的清洗效率及效果，仍然讓部分實力雄厚的國有企業(yè)一見傾心。二十世紀八十年代末，第三代超聲波電源問世，即逆變電源，應用最新 IGBT 元件，新的超聲波電源具有體積小，可靠性高，壽命長等特點，清洗 效率得以進一步提高，而價格也降到了大部分企業(yè)可以接受的程度。因此，我國在近十年來，對超聲技術的研究與應用十分活躍。但是由于目前超聲除垢的機理及影響因素研究的還不是很深人，除垢器的設計也沒能達到完善的程度，當前的應用領域也比較窄，因此有許多問題正等待著專家和學者去研究 [6]。因此發(fā)展總的趨勢是向著輕量化、高效率、模塊化、智能化發(fā)展，并以提高可靠性為前提，融入數字化控制和優(yōu)化控制，來增強產品的競爭力。超聲波清洗具有清洗潔凈度高、清洗速度快等特點。 表 11為各種除垢方式的比較 [11]。 以水為介質 ,通過專用設備系統(tǒng)使水產生多束、多角度、強度各異的高壓水射流，對被清洗設備內結垢和附著物及堵塞物進行徹底的切削、破碎、擠壓、沖 刷以達到清洗的目的。 干冰顆粒溫度極低 (78℃ )，故具有獨特的熱力學性能，當干冰顆粒被壓縮空氣沖擊到被清洗 物表面時，使干冰迅速升華，在千分之幾秒內體積膨脹近 800倍 時與待洗零件表面產生熱交換，達到清洗零件的目的。同時還可以清洗任何細小的間隙和孔洞，從而達 到 高效、 潔凈。 泵或增壓器高壓水射流能量的來源，高壓泵 技術指標直接影響到水射流清洗效率質量能量 及成本高，而且對水質 的要求較高。酸或堿性的清洗物對被清洗物和設備產生腐蝕。 沒有二次 污染，需要 回收的只是清除下來可再次使用或直接排放的污垢。 1. 適用范圍廣如機械 、 噴漆 、 冷( 熱 ) 加工、子、食品等行業(yè)； 2. 無需任何化學介質，綠色清洗，耗水量小 3. 經濟、便捷 污染 用水作清洗介質 ， 污 染 較小，如用有機溶劑清洗，則污染和危險性較大。 加裝回收裝置可達到環(huán) 保求。 效果 特定場合清洗效果較好。 對 管 件 和 盲孔、深孔無法處 理 ， 清 洗銅、鋁等有色金屬會使零件變色，清洗后零件表面的清潔度差。 設備成本和消耗成本低，且無環(huán)保費用。難以把握各種被清洗物所需要的最佳工作頻率、溫度、時間以及合適的介質。水質的好壞對清洗效果影響很大。 清洗效率低，環(huán)保費用高。 因采用 超低溫的干冰，造價昂貴，設備要求較高。 改善了勞動環(huán)境，減輕了勞動強度，提高了清洗效率，降低了消耗成本。 因此本課題在了解超聲波技術發(fā)展現狀、應用以及超聲波除垢機理的基礎上，研制開發(fā)了一套新型超聲波防垢除垢器，并提出了合理的控制策略，當然超聲波除垢的發(fā)展還有很大的發(fā)展空間和挑戰(zhàn)。 2. 以理論分析結果為依據，構建控制系統(tǒng)的架構，控制部分