CS240767B1 - Zařízení pro fluidické snímání úrovně hladiny kapalin - Google Patents

Abstract

fiešeni se týká zařízení pro snímání úrovně hladiny kapalin v nádržích fluidic- kými prostředky, které vykazuje zvýšenou stabilitu hydraulického výstupu. Zařízení je zvláště vhodné pro spo.jitou regulaci úrovně hladiny kondenzátu v tepelných vý ­ měnících regeneračního systému parní tur ­ biny. Zařízení obsahuje soustavu vysílací trysky, stínícího pláště, stabilizační clony a snímací trysky. Ve stínicím pláš ­ ti je upevněna stabilizační clona, nad níž je ve stěně stínícího pláště vytvoře ­ na perforace. Nad touto perforací je umís ­ těna vysílací tryska, mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště je vytvořen mezikruhový vyrovnávací prostor, spojený vyrovnávacími otvory, vytvořenými rovněž ve stínicím plášti, s vnějším pro ­ středím. Pod stabilizační clonou je umístě ­ na snímací tryska, mezi jejímž vnějším po ­ vrchem a vnitřkem stínícího pláště je vyt ­ vořen v blízkosti jejího ústí konfuzor, na který směrem dolů navazuje difuzor. Konfuzor je vytvořen kuželovým povrchem snímací trysky a válcovým vnitřkem stíni- oího pláště, kdežto difuzor je vytvořen vnějším povrchem válcového tělesa snímací trysky a kuželovým vnitřkem stínícího plá ­ ště. Difuzor, konfuzor, snímací tryska, stabilizační clona, vyrovnávací prostor, vysílací tryska a stínící pláší jsou spo ­lu souosé podle svislé osy zařízeni.

Description

(54) Zařízení pro fluidické snímání úrovně hladiny kapalin fiešeni se týká zařízení pro snímání úrovně hladiny kapalin v nádržích fluidickými prostředky, které vykazuje zvýšenou stabilitu hydraulického výstupu. Zařízení je zvláště vhodné pro spo.jitou regulaci úrovně hladiny kondenzátu v tepelných výměnících regeneračního systému parní turbiny. Zařízení obsahuje soustavu vysílací trysky, stínícího pláště, stabilizační clony a snímací trysky. Ve stínicím plášti je upevněna stabilizační clona, nad níž je ve stěně stínícího pláště vytvořena perforace. Nad touto perforací je umístěna vysílací tryska, mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště je vytvořen mezikruhový vyrovnávací prostor, spojený vyrovnávacími otvory, vytvořenými rovněž ve stínicím plášti, s vnějším prostředím. Pod stabilizační clonou je umístěna snímací tryska, mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště je vytvořen v blízkosti jejího ústí konfuzor, na který směrem dolů navazuje difuzor. Konfuzor je vytvořen kuželovým povrchem snímací trysky a válcovým vnitřkem stínioího pláště, kdežto difuzor je vytvořen vnějším povrchem válcového tělesa snímací trysky a kuželovým vnitřkem stínícího pláště. Difuzor, konfuzor, snímací tryska, stabilizační clona, vyrovnávací prostor, vysílací tryska a stínící pláší jsou spolu souosé podle svislé osy zařízeni.

240 767

2.

240 767

Vynález se týká zařízení pro fluidickó snímání úrovně hladiny kapalin se zvýšenou stabilitou hydraulického výstupu, které je zvláště vhodné pro spojitou regulaci úrovně hladin kondenzátu v tepelných výměnících regeneračního systému parní turbiny.

Ve výkonových hydraulických nebo fluidiokých převodnících které převádějí vstupní signál úrovně hladiny kapalin na výkonový hydraulický výstupní signál, se nelze vyhnout některým nestabilním procesům, jejiohž působení se promítá ve formě tlakových nebo proudových oscilací do jejich výstupního hydrau liokého signálu.

Obecně požadovaného co nejjednoduššího provedení systému hladinového snímače s minimem mechanicky pohyblivých částí je obvykle dosahováno v rámci konoepoe s jedním zesilovacím stupněm· Vysokého zesílení, které této koncepci odpovídá, je možno dosáhnout využitím vysoce turbulentních proudů a paprsků tekutin s principielně oscilačním chováním, které se nutně přímo nebo zprostředkovaně promítne do hydraulického výstupu hladinového snímače· Oscilace výstupního hydraulického signálu snižují úroveň přesnosti přenosu informace v systému snímače a zesílením amplitudy oscilaci v navazujících členech regulačního obvodu znamenají vážné ohrožení funkce, spolehlivosti a životnosti jak samotného obvodu, tak připojené regulované soustavy·

V současnosti používaná řešení pro po tlačení nežádoucího oscilačního chování výstupu snímačů hladin lze rozlišit podle toho, kde je realizován proces stabilizace a tlumeni jejich hydraulického výstupu. Za externí řešení budou dá).e považována ta řešení|v jejiohž rámci je k systému hladinového snímače připojeno další zařízení a jako interní budou označována

2>

240 767 taková řešení, která ee nacházejí nebo působí uvnitř systému hladinového snímače· V běžné technické praxi jsou nejvíce rozšířena řešení externího typu, která je možno dále specifikovat také tím, že obvykle nezasahuji do procesu převodu a zesílení signálu uvnitř snímače, ale pouze korigují nežádoucí oscilační projevy jeho výstupu.

Nejjednodušším a zárověň neobvyklejším příkladem takového řešení je spojení hydraulického výstupu snímače s tlumičem vytvořeným soustavou tlakové komory a dvou' hydraulických odporů. Kombinací účinku hydraulické kapacity a škrcení proudu hydraulické tekutiny, která touto soustavou protéká, lze pro zvolené frekvenční pásmo dosáhnout potlačení amplitudy parazit nich oscilací na přijatelnou úroveň. Interní řešení stabilizace výstupního hydraulického signálu snímače hladiny jsou napro ti tomu koncipována již v přímé návaznosti na procesy přenosu a převodu informace ve snímači samém. Zástupcem tohoto způsobu řešení je například proces parametrického tlumení oscilací hydraulického výstupu fluidického snímače úrovně hladiny kapalin. V tomto snímači je signál úrovně hladiny převáděn, zesilován a invertován využitím mechanismu rozpadu volného turbulentního proudu tekutiny. Úroveň rozpadu volného proudu je přitom zhruba úměrná převrácené hodnotě úrovně hladiny nad snímaoí tryskou snímače, na kterou volný turbulentní tok osově naráží, a touto interakcí determinuje výstupní hydraulický signál zařízení. Turbulentní rozpad volného proudu v relativně klidném kapalném okolí je přitom sám primárním zdrojem tlakových oscilací. Vysoká frekvence těchto oscilací a jejich relativně malá amplituda je však po zachycení ústím snímací trysky natolik vyhlazena;, že sama o sobě nepředstavuje vážné ohrožení stability výstupního hydraulického signálu. Naproti tomu i samu provozní použitelnost uvedeného snímače ohrožují dva parazitní jevy, které mohou být vybuzeny zmíněnou primární oscilací odpovídající fluktuacím turbulentního proudového pole. První z nich souvisí s kladnou zpětnou vazbou mezi rychlostním polem kapaliny v bezprostřením okolí volného turbulentního proudu a průtokem kapaliny stínícím pláštěm tohoto snímače, zatímco druhý z nich je spojen s přenosem poruchy

240 787

- Í4 vyvozené interakcí volného proudů a ústím snímací trysky směrem k vnitřní hladině v zařízení. Vlivnost obou těchto procesů, které bezprostředně generují osoilace hydraulického výstupu snímače, lze velmi podstatně snížit parametrickým zásahem do funkce a nastavení snímače, který zaručuje stálý průtok tekutiny vývrtem snímací trysky· Tímto způsobem lze vždy dosáhnout v celém rozsahu pracovních režimů stavu, kdy parazitní oscilace nepřesáhnou únosnou úroveň*

Obě uvedená řešení stabilizace hydraulického výstupu snímače hladiny kapalin mají některé nedostatky* Základním nedostatkem externího potlačení tlakových oscilací je skutečnost, že prováděnou filtrací výstupního signálu snímače je v určitém frekvenčním pásmu potlačena část informace, která do snímače vchází se signálem úrovně hladiny* Uvedené řešení proto vždy představuje určitý kompromis přesnosti regulace a úrovně potlačení parazitních oscilací* Společným nedostatkem externích i interních řešení stabilizace hydraulického výstupu snímače hladiny je dále skutečnost, že v rámci své funkce maří část využitelného tlakového potenciálu, a tím snižují, účinnost a ekonomii tohoto používaného převodníku*

Uvedené nedostatky dosavadních řešení podstatně omezuje zařízení pro f luidické snímání úrovně hladiny kapalin se zvýšenou stabilitou hydraulického výstupu podle vynálezu* Obsahuje soustavu souose uspořádaných prvků: vysílací trysky, stínioího pláště, stabilizační clony a snímací trysky* Uspořádání je provedeno tak, že ve stínícím plášti je upevněna stabilizační clona, nad níž je v tomto stínícím plášti vytvořena perforaoe* Nad touto perforací je umístěna vysílací tryska, mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínioího pláště je vytvořen mezikruhový vyrovnávací prostor, spojený vyrovnávacími otvory, které jsou vytvořeny rovněž ve stínícím plášti, s vnějším prostředím* Pod stabilizační clonou je umístěna snímací tryska tak, že mezi jejím vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště je v blízkosti jejího ústí vytvořen konfuzor, na nějž směrem dolů navazuje difuzor*

Konfuzor je vytvořen kuželovým povrchem snímaoí trysky a válcovým vnitřkem stínioího pláště, kdežto difuzor je vytvořen vnějším povrchem válcového těla této snímací trysky a kuželovým

240 767 vnitřkem řečeného stínícího pláště· Difuzor, konfuzor, snímací tryska, atabilizační clona, vyrovnávací prostor, vysílací tryska a stínící pláěč jsou spolu souosé podle osy zařízení·

Pokrok dosahovaný vynálezem spočívá zejména v tom, žé výstupní hydraulický signál generovaný touto soustavou, je zbaven převážné části parazitníoh osoilačníoh módů při zachování úplného využitelného tlakového spádu média, kterým je hladinový snímač napájen*

Jeden příklad praktického provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojeném výkrese, na kterém je toto zařízení zobrazeno za ustáleného stavu·

Podle tohoto výkresu sestává fluidický snímač z dvoudílného válcového stínícího pláště 3» vysílací trysky 2 a snímací trysky 4 a ze stabilizační clony 30» Stabilizační olona 30 spočívá na vnějším osazení spodní části stínícího pláště 3» k níž je přitlačována vnitřním osazením, vytvořeným ve spodku horní části tohoto stínícího pláště 3· Obě tato osazení do sebe podle tohoto příkladu provedení přesně zapadají tak, že horní část spolu s dolní částí stínícího pláště 3 tvoří prakticky jeden celek· Horní část dvoudílného válcového stínícího pláště 3 je v horním dnu opatřena otvorem pro vložení vysílací trysky v blízkosti tohoto otvoru jsou ve stěnách tohoto stínícího pláště 3 vytvořeny vyrovnávací otvory 32. kdežto ve stěnách spodku horní části tohoto stínícího pláště 3 j© provedena perforace 31· Dolní část stínícího pláště 3 je naspodu upravena pro vložení snímací trysky 4. Do tohoto stínícího pláště 2, J® shora vložena vysílací tryska 2, vymezující mezi svým povrchem a vnitřní hladinou h^ interakční prostor ΙΟΙ.! ten přechází pod ústím vysílací trysky £ vzhůru do mezikrubového vyrovnávacího prostoru 302, vytvořeného mezi vnitřní stěnou stínioího pláště 3 ^a stěnou vysílací trysky 2_, a je propojen vyrovnávacími otvory 32 ve stěně stínícího pláště 3 ⁸ okolím zařízení pro fluidickó snímání úrovně hladiny kapalin. Ve své spodní části je interakční prostor 301 propojen β okolím snímače perforací 31 Provedenou ve stěně stínícího pláště 3 ^a omezen stabilizační clonou 30» Vzdáleností mezi ústím 400 snímací trysky 4 a stabilizační clonou 30 je

240 767 vymezen nárazníkový prostor 300, který ve své spodní části plynule přechází do mezikruhového konfuzoru 40 a do navazující' ho mezikruhového difuzoru 41, přičemž jak konfuzor 40 ^tak difuzor 41 jsou vytvořeny mezi vnitřní stěnou stínícího pláště 2. a vnějším kuželovým povrchem snímací trysky 4. Vzájemné uspořá dání vysílací trysky 2., stínícího pláště 2.t stabilizační clony 30 a snímací trysky 4 je přitom provedeno tak, že osy všech uvedených součástí jsou totožné s osou 1, zařízení pro fluidioké snímání úrovně hladiny kapalin. Činnost zařízení pro fluidické snímání úrovně hladiny kapalin podle vynálezu je založena na schopnosti stabilizační olony 30 selektivně potlačovat parazitní prooesy, probíhající vesměs vně turbulentního rozhraní TR volného proudu 23 a zesiluje stabilizační vazby a pro cesy, které se odehrávají uvnitř tohoto volného proudu 23. Turbulentní paprsek kapaliny, který vytéká z vysílací trysky 2., se rozpadá vlivem slabé interakce se vzdušinou nebo parou v interakčním prostoru 301 nad úrovní vnitřní hladiny h^ na tekutinový paprsek 21, který interakcí se zmíněnou hladinou h„ vytváří axisymetrický propad 22. Velmi intenzivní rozpadový proces, který nastane pod vnitřní hladinou h^ v kapalném obsahu interakčního prostoru 301, změní původně zhruba válcový tekutinový paprsek 21 do kvalitativně odlišné formy dvoufázového volného proudu 23. jehož kuželovité turbulentní rozhraní TR volně prochází kruhovým otvorem stabilizační clony 30 do nárazníkového prostoru 300. Intenzita rozpadového procesu volného proudu 23 je přitom převážně determinována prooesy, probíhajícími v kapalném prostředí interakčního prostoru 301 a je přibližně rovna převrácené vzdálenosti úrovně vnitřní hladiny h„ od stabilizační clony 30« V nárazníkovém prostoru 300 proběhne interakce jádra dvoufázového volného proudu 23 s ústím 400 snímací trysky 4 a dynamickým účinkem této interakce je generován hydraulický výstup zařízení pro fluidické snímání úrovně hladiny kapalin. Xnterakoí jadra volného proudu 23 s ústím 400 snímací řrysky 4 je současně zmařena část celkového toku hybnosti volného proudu 23 a tekutina jádra proudu je vypuzována kolmo k ose tohoto volného proudu 23, která je totožná s osou 2. zařízení. Vzájemným působením toku vypuzované

1- 240 767 tekutiny s neporučeným zbytkem volného proudu 2^ dojde na základě hybnostnloh relací v úrovni ústí 400 snímací trysky 4 k vytvoření odstřikového kužele 24, jehož stabilní forma dovoluje odtah tekutiny z nárazníkového prostoru 300 do prostoru konfuzoru 40 a difuzoru 4l _t zatímco nestabilní forma odstřikového kužele 24 charakteristická obrácením jeho kuželového rozšíření proti směru nátoku volného proudu 23 naopak zabraňuje nátoku tekutiny do konfuzoru 40 a difuzoru 41. Základní destabilizující zpětnou vazbou, Jejíž účinky z převážné části eliminuje zařízení podle vynálezu, je možno popsat posloupností pochodů, ke kterým dojde při poklesu úrovně hladiny vMi ustáleném stavu. Poklesem vnitřní hladiny K, se bezprostředně sníží úroveň rozpadového procesu volného proudu £2» zvýší se jeho osová rychlost, a tedy i ztráta toku hybnosti, vyvolaná nárazem na ústi 400 snímací trysky 4. Snížením celkového toku hybnosti, který vstupuje do soustavy konfuzoru 40 a difuzoru 41 _fje snížena hltnost snímací trysky 4 a tato změna se zpětně přenese do interakčního prostoru 301» kde se promítne jednak ve zmenšení výtoku tekutiny z tohoto prostoru 301 a jednak ve zmenšení rychlosti U1 kapalného okolí volného proudu 23« Změna rychlosti U1 okolí volného proudu 23 se ale současně promítne do změny nátoku kapaliny z okolí snímače do interakčního prostotu 301, a protože tento nátok je určen jednak hladinovou diferencí vnější hladiny h₂ a vnitřní hladiny h„ a jednak kvadrátem rychlosti U1 okolí volného proudu 23 v úrovni perforace 31» může při zmenšení řečené hladinové diference h^ - h^ dojit k tomu, že pokles nátoku převládne nad poklesem výtoku z interakčního prostoru 301 j což re zul tu je v dalším poklesu úrovně vnitřní hladiny h^ a uzavření celkově kladné zpětně vazby, která vyvodí nestabilní Chování systému zařízení pro fluidioké snímání úrovně hladiny kapalin. Vřazením stabilizační clony 30 do výtoku z interakčního prostotu 301 se redukuje přenos změn hltriosti konfuzoru 40 a difuzoru 4l na změny rychlosti XJ1 okolí volného proudu 23 do té míry, že za všech provozníoh režimů převládají záporné stabilizační zpětné vazby, podmíněné hladinovou diferenci hg - h„ a výtokem z interakčního prostoru 301. Další nestabilní

240 767 prcoes, který spolupůsobí při oaoilačním chování hydraulického výstupu zařízení, a který je podstatně redukován vřazením stabilizační olony 3P do jeho systému, je spojen s výskytem nestabilních forem odstřikového kužele 24« Práh výskytu tohoto jevu je určen poklesem vnitřní hladiny h„ v interakčním prostoru 301 do té míry, že větěina toku hybnosti volného proudu 23 je zmařena v ústí 400 snímací trysky 4 a tok tekutiny je ústím 400 snímací trysky 4 obrácen proti smyslu nátoku volného proudu 23· Vzhledem k fluktuacím rychlostního pole natékajícího volného proudu 23 dochází také k prostorové fluktuaoí odstřikového kužele 24 a tato porucha se přenáší směrem k vnitřní hladlnž h^, kterou rozvlní. «roven rozpadu volného proudu 2^, včetně jeho prostorové fluktuace vůči ose £ zařízení a vůči ústí 400 snímaoí trysky 4 je silně závislá na počáteční podmínce vzniku volného proudu 23 v úrovni vnitřní hladiny h^ a představuje poslední článek kauzálního řetězce, který vyvozuje tento nestabilní děj·

Vřazením stabilizační clony 30 a vytvořením nárazníkového prosto ru 300 nad ústím 400 snímací trysky 4 je fluktuace odstřikového kužele 24 lokalizována pouze na tento prostor a tekutina odstřikového kužele 24 je spodní stranou stabilizační clony 30 obracena a v nárazníkovém prostoru 300 usměrňována zpětně do soustavy konfuzoru 40 a difuzoru 41.

Claims (3)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU 240 767

1. Zařízení pro fluidickó snímání úrovně hladiny kapalin, sestávající ze stínícího pláště, vysílací trysky, snímací trysky a stabilizační clonyjvyznačené tím, že ve stínícím plášti (3) je upevněna stabilizační clona (30), nad níž je v tomto stínícím plášti (3) vytvořena perforace (31), a že nad touto perforací (31) je umístěna vysílací tryska (2), mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště (3) je vytvořen mezikruhový vyrovnávací prostor (302), spojený vyrovnávacími otvory (32), vytvořenými rovněž ve stínícím plášti (3), s vnějším prostředím, a také že pod stabilizační clonou (30) je umístěna snímací tryska (4), mezi jejímž vnějším povrchem a vnitřkem stínícího pláště (3) je ίζ^ΜΡ'βη v blízkosti ústí (400) této snímací trysky (4) konfuzor (40), na nějž směrem dolů navazuje difuzor (41)«

2· Zařízení podle bodu 1/vyznačené tím, že konfuzor (40) je vytvořen kuželovým povrchem snímaoí trysky (4) a válcovým vnitřkem stínícího pláště (3), kdežto difuzor (41) je vytvořen vnějším povrohemyí^Xa^íéto snímací trysky (4) a kuželovým vnitřkem řečeného stínícího pláětě (3)·

3· Zařízení podle bodů 1 a 2^ vyznačené tím, že difuzor (41), konfuzor (40), snímací tryska (4), stabilizační clona (30), vyrovnávací prostor (302), vysílací tryska (2) a stínící plášl (3) jsou spolu souosé podle osy (1) zařízení·