CS211666B1 - Apparatus for fluidization liquid level control - Google Patents

Description

Vynález se týká zařízení к fluidické regulaci úrovně hladiny kapalin s fluidickým snímačem a dvoufázovou odpadní sondou, vhodného například pro regulaci odvodu kondenzátu z regeneračních ohříváků parních turbin.

Stávající řešení odvodu kondenzátu a regulace úrovně hladin vůbec se rozlisují na základě použitého fyzikálního principu získávání informace o úrovní hladiny kapaliny v regulované soustavě. Nejstarším řešením jsou různé typy plovákových snímačů, které převádí úroveň hladiny na mechanickou veličinu zdvihu plováku; v nejjednodušších provedeních regulačního obvodu pro malé průtoky odváděného média, například kondenzátu, je možno touto veličinou přímo ovládat zdvih regulačního ventilu.

Další jednoduchý princip snímaní hladiny je založen na měření změny tlaku vhodného plynu protékajícího trubkou, ponořenou do kapaliny, jejímž otevřeným koncem plyn volně probúblává kapalným obsahem nádrže.

V současné technické praxi je nejČastěji používána pro snímání úrovně hladiny elektrická sonda s proudovým nebo nápětovým výstupním signálem. Je také používán fluidický princip snímání hladiny kapalin, který využívá změny dynamického tlaku, vyvozené brzděním turbulentního tekutinového paprsku, vytékajícího z vysílací trysky vrstvou kapaliny nad snímací tryskou.

Všechna tato řešení mají některé nedostatky. Společným nedostatkem tří prvně uvedených řešení je nízký výkon výstupního signálu snímačů, který nepostačuje pro přímé ovládání regulačních ventilů odvodu například kondenzátu. Důsledkem nutnosti zesilování signálu, těmito snímači poskytovaného, je narůstající složitost regulační smyčky, která většinou vyústí v nedostatečně rychlé dynamické odezvě takového obvodu na náhlou změnu hladiny, což znamená například v případě regeneračního ohříváku překročení poruchových úrovní hladin a havarijní odstavení.

Fluidický snímač hladiny kapalin poskytuje výkonově postačující hydraulický výstup pro přímé ovládání hydraulických servopohonů regulačních ventilů, ale turbulentním paprskem pohlcená směs páry a nekondenzujícího plynu je při přímém propojení fluidického snímače a hydraulického servopohoniw delší potrubní trasou příčinou oscilací ovládacího tlaku a nespojitého chování obvodu. Další vážnou překážkou realizace obvodu s rychlou dynamickou odezvou je vznik vodního rázu, který se vyskytne při náhlém zastavení kapaliny v dlouhém spojovacím potrubí odvodu kondenzátu rychlým zavřením regulačního ventilu.

Uvedené nedostatky podstatně omezují zařízení к fluidické regulaci úrovně hladiny kapalin, obsahující svodnou nádrž se spojovacím potrubím, fluidický snímač a separátor s dvoufázovou odpadní sondou, spojený s pohonem regulačního ventilu. Podstata tohoto zařízení spočívá v tom, že ke snímací trysce fluidického snímače je souose připojen centrální kanál, který je ponořen svou perforovanou částí do nádoby separátoru.

Do této nádoby je také ponořena dvoufázová odpadní sonda, jejíž vratné potrubí ústí mimo aktivní prostory separátoru, jehož spodní část je spojena impulsním potrubím s pohonem ventilu, usmístěným ve spojovacím potrubí nádrže. Dále je podstatou vynálezu to, že do vnitřního prostoru přípojky fluidického snímače je souose vloženo koryto tak, aby mezi jeho dnem a dnem přípojky vznikl kanál, spojený s vnitřním prostorem nádrže. Dno koryta je protaženo přes prostor fluidického snímače, a v mí sté snímací trysky je v něm kolem ní u~ spořádán dlfuzor, jehož spodní hrdlo ústí do odpadní komory, vytvořené ve dně fluidického snímače,

Jeden příklad praktického provedení zařízení к fluidické regulaci úrovně hladiny kapalin podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, na němž je zakreslena regulační smyčka regulace hladiny regeneračního ohříváku parní turbiny. ' •Podle tohoto výkresu sestává -zařízení - z nádrže 2 spojené spojovacím. potrubím 61 s ' levou příi^L^bou' tělesa regulačního -ventilu £, na jehož pravou přírubu je připojeno odpadní potrubí -62» vedoucí.mimo regulovanou soustavu. K - - nádrži’- je-dále'připojen fluidický snímač · £ přípojkou £6, - V níž - je podélné umístěno koryto - .15·

Přípojka .16 - ústí donátpkové - komory-£0L, oddělená od interakční ' komory - 102 perforovaným Stínícím pláštěm £J. Interakční komora - -1-02. do - které' shora ústí - vysílací - - tryska 11 připojená - . na - napájecí potrubí 110 . a zdola - s ní - souosá - animací tryska £2», je zdola, - ukončena difuzorem £1, jehož spodní - hrdlo- ústí do -odpadní ' komory -103·. - ' Kanálem vytvořeným- pode - dnem koryta 15 v přípojce ' 16. - je celek - fluidického snímače £ - propojen zpět do nádrže £.

Dále sestává toto zařízení ze separátoru 2,- jehož .vnitřní prostor je propojen se snímací tryskou 12 - centrálním - kanálem ' 21 · Dále - je . propojen - dvoufázovou odpadní sondou 22 ' a n« ní napojeným vratným potrubím' 23 s kanálem pode· dnem - koryta - - £2, v přípojce £6. Spodní část separátoru 2 je - spojena .impulsním - potrubím 24 s horním prostorem hydraulického pohonu £, .

a to nad - jeho pístem -££. . . . .

Tento pohon J má - ve svém -plášti suvně uložen píst 31 · - který se - opírá o pružinu 32 a je pístnicí 36 - ' pevně spojen s kuželkou - -33, suvně uloženou v lucerně £4, pevně- spojené s tělesem regulačního , ' ventilu -£. . - -Spodní prostor - ' pláště - pohonu - j -poď platem JI jě spojen vyrovnávacím potrubím 35 se - spojovacím - - potrubím . 6£.

Činnost zařízení - podle vynálezu je založena - na směšování- turbulentního proudu kondenzátu, který vytéká - z· vysílací trysky ££, s -parním - a - plynným prostředím a -na interakci takto vzniklého tekutinového, - proudu - - s - vrstvou - kondenzátu, -natékajícího nad snímací trysku £2· Rrchlý přenos - informace, o úrovni - regulované hladiny v nádrži £* - do externě situovaného fluidického snímače £ je umožněn průtokem kondenzátu - korytem· £5 do nátokové komory 1о.· Na základě rozdílu hladin uvnitř a- - vně stínicíhp pláště - 13 natéká - kondenzát do interakční komory 102 a po smíšení kondenzátu -s tekutinovým' - - proudem - je vzniklá směs dopravována - na základě hybnostní -relace - do úrovně ústí - snímací trysky 12 a difuzoru £4,- .kde je jádro proudu - smési - odříznuto a výrazně atab.ilzsováns- - válcovým vývrtem V těle -snímací -trysky £2, a zbytek směsi protéká difuzorem 14 do odpadní komory 103 a kanálem pode - dnem - koryta £5, - v přípojce £&' volně vytéká zpět do - nádrže 2·

Kinetická energie proudu směi·, která protéká snímací tryskou 12·» - je zpracována v.difuzoru- 14 na tlak, a stlačená - směs vytéká centrálním kanálem -21 do separátoru 2» v jehož vnitřním prostoru dojde - k separaci plynné á kapalné - fáze a ve - - stacionárním režtou - - také k .vytvoření volné - hladiny v úrovni průtočného průřezu dvoufázové odpadové - sondy '22* Přitom je tlaková úroveň v - - separátoru- 2 - taková, že odpovídá toku - hmot centrálním kanálem .21 a dvou· , fázovou odpadní sondou 22, - a takto - je . převedéna impuLsním potrubím - ££ nad píst - ' 31 · pohonu £·

Silová výslednice, mezi silou, vyvozenou - tlakem kondenzátu na píst -3L.a stlačenm. - pružiny ' £2» určuje polohu vzájemně - pevně spojené soustavy pístu JI, _ -pístnice - ££ a kuželky ' 33 vůči . výřezům lucerny 34 a determinuje průtočný průřez a tedy i průtok . kondenzátu tělesem regulačního . ventilu £ spojovacím potrubím 61 z - nádrže 5,. Tlaková úroveň v pohonu J pod pístem 31 je vyrovnávána s - tlakem ve spojovacím potrubí 61'před těleeem regulačního ventilu -£- vyrovnávacím- potrubím £2·

Dynamické chování regulační smyčky regulace hladiny regeneračního - ohříváku pia*ní turbiny lže popsat dynamickou odezvou na náhlý pokles.nátoku kondenzátu do - nádrže -- Snížení nátoku kondenzátu při - v daném okammiku konstantním' - výtoku spojovací potrubím - £1 a tě- ‘ . lesem regulačního ventilu. £ - způsobí. - pold.es hladiny v nádrži 2 a - průtoku ' kondenzátu korytem 15 do nátokové komory 101 fluidického snímače .1· ^adina v nátokové komoře .101 velmi rychle klesne a zmenšená diference - hladin ne stínicím plášti £3 -vyvodí pokles - průtoku do interakční komory - 10]· snížení - vrstvy kapaliny nad snímací tryskou 12, a tím zvýšení toku směsi do snímací trysky 12. Zvýšený nátok směsi do separátoru £ centrálním kanálem 21 zvýší tlak v tomto separátoru 2·

Tento vzrůst tlaku je převeden impulsním potrubím 21 nad píst 31 pohonu J. Změněná silová výslednice začne posouvat soustavu pístu JL, pístnice J6 a kuželky 33 v plášti pohonu Jav lucerně 34. a tím i zmenšovat průtok kondenzátu tělesem regulačního ventilu 1 spojovacím potrubím 61 a tedy 1 výtok kondenzátu z nádrže J. Rychlost posuvu pístu 31 určuje nátok kondenzátu do pohonu J, průtok impulsním potrubím 24 a výtokem kondenzátu způsobený pokles hladiny v separátoru 2«

V průtočném průřezu dvoufázové odpadní sondy 22 převládne poklesem, hladiny průtok parní a plynové fáze z paroplynového polštáře a tímto způsobem zmenšený výtok hmoty má za následek rychlé zvýšení tlaku v separátoru 2· Tento proces se kladnou zpětnou vazbou zesiluje až do převládnutí vlivu záporné, zpětné vazby mezi zdvihem kuželky JJ, průtokem spojovacím potrubím 61 a nárůstem hladiny v nádrži i, a také zmenšením toku směsi z fluidického snímače 1 do separátoru 2« Dynamickou vlivnost kladné zpětné vazby je možno snadno ovlivnit změnou geometrie dvoufázové odpadní sondy 22, a tím optimalizovat dynamické chování celé regulační smyčky.

Zamezení vzniku vodního rázu rychlým uzavíráním regulačního ventilu £ je v zařízení podle vynálezu realizováno propojením prostoru pod pístem 31 v plášti pohonu J vyrovnávacím potrubím 35 se spojovacím potrubím 61. které převedením tlakového nárůstu ze spojovacího potrubí 61 do prostoru pod píst 31 limituje rychlost zmenšování průtoku kondenzátu mimo regulovanou soustavu.

Zařízení podle vynálezu nepodléhá rušivým vlivům z mechanických vibrací, radiačnímu pozadí nebo interferenčnímu působení elektromagnetických polí a je tedy hlavně orientováno na použití v těžkých provozech, specifických pro energetická a chemická zařízení.

Zejména lze vynálezu využít všude tam, kde je požadována regulace hladin kapalin v malém regulačním rozsahu s rychlou dynamickou odezvou na náhlé změny nátoku kapalin spolu s vysokou provozní splehlivostí, která vyplývá t toho, že je použito pouze jediné mechanicky pohyblivé součásti v celém regulačním obvodě.

Claims (1)

1. Zařízení к fluidické regulaci úrovně hladiny kapalin sestávající z fluidického snímače připojeného přípojkou к nádrži, ze separátoru a z regulačního ventilu umístěného v odpadním potrubí vyznačené tím, že ke snímací trysce (12) fluidického snímače (1) je připojen perforovaný centrální kanál (21), ponořený do separátoru (2), do nějž zasahuje také dvoufázové odpadní sonda (22), a že do vnitřního prostoru přípojky (16) je vloženo koryto (15), pod jehož dnem jě kolem snímací trysky (12) uspořádán difuzor (14).