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Pegelstandsmesser mit Temperaturkompensation Die Erfindung betrifft
eine Temperaturkompensation für Pegelstandsmesser für Flüssigkeiten.
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Pegelstandsmesser mit Schaugläsern und Schauöffnungen werden üblicherweise
an kühlen Kesseln oder an solchen Kesseln verwendet, deren mittlere Temperatur unterhalb
der des Wassers und des Dampfes in dem Kessel liegt. Bei Abkühlung wächst die Dichte
der Flüssigkeit in dem Pegelstandsmesser, verglichen mit der Dichte der Flüssigkeit
in dem Kessel, so daß der in dem Pegelstandsmesser angezeigte Pegelstand niedriger
ist als der tatsächliche Pegelstand der Flüssigkeit in dem Kessel. Dieser Fehler
wird noch ausgeprägter bei Hochdruckdampfkesseln Bei modernen Dampfkesselanlagen,
bei denen der Betriebsdruck in der Größenordnung von z. B.
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140 kg/cm2 liegen kann, kann der Fehler bereits einen großen Prozentsatz
des Wasserstandsanzeigebereiches ausmachen, so daß eine Kompensation oder Korrektur
unbedingt erforderlich ist.
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Ein einfacher Weg für eine solche Korrektur besteht darin, die Temperatur
des Pegelstandsmessers soweit wie möglich an die Kesseltemperatur anzunähern, um
dadurch die Dichte der Flüssigkeit im Kessel und die Dichte der Flüssigkeit im Pegelstandsmesser
aneinander anzugleichen. eine bekannte Lösung dieser Aufgabe besteht darin, den
Pegelstandsmesser isoliert anzubringen und den unteren Abschnitt des Pegelstandsmessers
durch Dampf zu erwärmen, der durch gesonderte Durchlässe im Körper des Pegelstandsmessers
hindurchtritt. Da der Dampf eine konstante Temperatur beibehält und Wärmeverluste
durch die Kondensationswärme ausgleicht, stellt dies ein sehr wirksames Verfahren
dar.
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Normalerweise bestehen dabei die Dampfkanäle aus Bohrungen im Gehäuse
des Pegelstandsmessers, welche auf ihrer Oberseite mit dem Dampfraum und auf ihrer
Unterseite mit einem Rohr in Verbindung stehen, das an dem Heizkesselsystem an einem
Punkt unterhalb des Wasserspiegels angeschlossen ist. Diese Anordnung ermöglicht
eine Abkühlung des Kondensats in dem Rohr unterhalb des Pegelstandsmessers und erhöht
die Dichte der Flüssigkeit so ausreichend, daß die Höhe des Kondensats bis auf eine
Stelle ununterhalb des unteren Endes des Pegelstandsmessers heruntergedrückt wird.
Das hat zur Folge, daß das ganze Gehäuse des Pegelstandsmessers auf Dampftemperatur
erhitzt wird. Natürlich wird auch dadurch das Wasser in dem Pegelstandsmesser erhitzt,
so daß der Flüssigkeitsspiegel in dem Pegelstandsmesser dicht an den Wasserspiegel
des siedenden Wassers herankommt.
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Bei den Kompensationsvorrichtungen dieser Art ergeben sich jedoch
eine Reihe ernsthafter Schwierigkeiten.
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Es ist zunächst, vom Standpunkt der Wartung des Pegelstandsmes sers
aus gesehen, unzweckmäßig, diesen isoliert anzubringen; anderfalls ergeben sich
aber ständig Wärmeverluste an der Oberfläche des Pegelstandsanzeigers. Die örtliche,
durch Dampf bewirkte Aufheizung eines Teiles des Pegelstandsmessers ist nur teilweise
wirksam, da die Maximaltemperatur, die zum Erhitzen des Pegelstandsmessers zur Verfügung
steht, auf die Dampftemperatur beschränkt ist, wobei die ständige Wärmeableitung
die mittlere Temperatur des Gehäuses auf einen Wert unterhalb der Dampftemperatur
verringert. Bringt man die Heizdurchlässe in einem merklichen Abstand von der senkrechten
Bohrung des Pegelstandsmessers an, dann besteht zwischen der Dampftemperatur und
der tatsächlichen Wassertemperatur in dem Pegelstandsmesser ein beträchtlicher Temperaturunterschied.
Aus diesem Grund ist die Kompensation nicht vollständig.
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Werden außerdem gesonderte Heizdampfdurchlässe in dem Gehäuse des
Pegelstandsmessers vorgesehen, dann muß man notwendigerweise einen großen Gehäusequerschnitt
für den Pegelstandsmesser vorsehen, der eine beträchtlich größere Oberfläche für
Wärmestrahlung aufweist. Dadurch werden die
Kosten des Pegelstandsmessers
heraufgesetzt und sein Wirkungsgrad verringert.
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Aus Symmetriegründen müssen außerdem mindestens zwei Heizdampfbohrungen
vorgesehen sein, woraus sich fertigungstechnische Schwierigkeiten ergeben. Außerdem
ist ein gemeinsamer Anschluß dieser rohrförmigen Durchlässe an das außerhalb des
Pegelstandsmessergehäuses liegende Ablaufrohr erforderlich.
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Da die Anwesenheit von Heizkanälen notwendigerweise dazu führt, daß
das größere Pegelstandsmessergehäuse dem vollen Dampfdruck ausgesetzt wird, und
da dadurch die Beanspruchungen des Pegelstandsmessergehäuses erhöht werden, wird
aus diesem Grunde die Konstruktion des Pegelstandsmessers viel teurer.
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Das Einströmen von Wasser, das von einem außerhalb des Pegelstandsmessers
gelegenen Rücklaufkanal mit geringerer Temperatur in den Pegelstandsmesser beim
Ansteigen des Wasserspiegels zurückfließt, kann mechanische Beanspruchungen zur
Folge haben, die sich aus dem Temperaturunterschied zwischen dem Abschnitt, der
in Berührung mit dem Wasserstandsanzeiger ist, und dem Abschnitt, der in Berührung
mit dem Dampf ist, ergeben. Solche Temperaturunterschiede sind nachteilig und können
zu Ermüdungsrissen im Material führen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Ablesefehler von Pegelstandsmessern,
die sich aus einer temperaturabhängigen Schwankung der Dichte der Flüssigkeit ergeben,
zu kompensieren. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein sich in senkrechter Richtung
durch die Pegelstandsmesserbohrung hindurch erstreckendes Heizrohr verwendet, das
an seinem oberen Ende offen ist und an seinem unteren Ende mit dem Kessel an einem
Punkt verbunden ist, der wesentlich unterhalb der Verbindung des Pegelstandsmessers
mit dem Flüssigkeitsraum liegt.
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Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß das Heizrohr
etwas außerhalb des von außen sichtbaren Teils der Bohrung des Pegelstandsmessers
angeordnet und vorzugsweise abgeflacht ist, so daß dadurch das Heizrohr außerhalb
der Verbindungslinien der Sichtöffnungen desPegelstandsmessers liegt und von außen
nicht sichtbar ist.
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Zu diesem Zweck wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung das
Heizrohr durch Abstandsstücke auf einer Seite der Bohrung des Pegelstandsmessers,
die sich quer zu der Bohrung des Pegelstandsmessers erstrecken und die Sichtöffnungen
nicht beeinträchtigen, in seiner Lage gehalten.
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Der erfindungsgemäß aufgebaute Pegelstandsmesser weist die Vorteile
eines mit Heizdurchlässen innerhalb des Pegelstandsmessergehäuses versehenen Pegeltandsmessers
auf, ohne jedoch die oben geschilderten Nachteile zu besitzen. Die Erfindung läßt
sich auf jeden Flüssigkeitspegelmesser mit Schaulöchern oder mit einem Schauglas
anwenden, wurde jedoch der Einfachheit halber in Verbindung mit einem Pegelstandsmesser
gezeigt, der verschiedene Gruppen von Schaulö chern für verschiedene Pegelstände
aufweist.
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Die Frage, ob ein durchgehendes Schauglas verwendet wird oder ob verschiedene
einzelne Schaulöcher vorgesehen sind, ist für die Erfindung ohne Bedeutung.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen.
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In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Pegelstandsmessers
gemäß der Erfindung, wobei der Schnitt längs der Linie 1-1 in Fig. 2 durchgeführt
ist, Fig.2 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig.
3 eine schematische senkrechte Schnittansicht zur Erläuterung des Anschlusses des
erfindungsgemäß aufgebauten Pegelstandsmessers.
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Bei der Beschreibung des erfindungsgemäß aufgebauten Pegelstandsmessers
soll dieser dabei an einem Dampf- oder Siedekessel aufgebaut sein, obgleich der
Pegelstandsmesser auch an einem anderen Kessel angebracht werden könnte.
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An einem Dampfkessel20, der einen Dampfraum 22 und einen Wasserraum
23 aufweist, dessen Wasserspiegel bei 24 liegt, ist unterhalb der Dampftrommel ein
Wasserrohr 25 angeschlossen, das an seinem unteren Ende an einen nicht gezeigten
Schlammkasten angeschlossen ist. Selbstverständlich enthält der Dampfkessel die
übrigen üblichen, hier nicht gezeigten Teile.
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Der Flüssigkeitspegelstandsmesser 26 besteht aus einem Gehäuse 27
mit einem vertikal verlaufenden, vorteilhafterweise - zylindrischen Meßrohr28, das
an seinem oberen Ende mit einem Anschlußrohr 30 verbunden ist, das bei 31 angefianscht
ist und über ein Ventil 32 mit dem Dampfraum des Kessels in Verbindung steht. Das
untere Ende des Meßrohres steht über eine Anschlußleitung33, die bei 34 angeflanscht
ist, und über ein Ventil 35 mit dem Wasserraum des Kessels in Verbindung.
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Die konstruktiven Einzelheiten des Pegelstandsmessers können beträchtliche
Abweichungen zeigen.
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Im vorliegenden Fall ist eine Anzahl von auf gegenüberliegenden Seiten
des Gehäuses angebrachten Schauöffnungen 36 vorgesehen, die mit dem Meßrohr ausgerichtet
sind. Dabei sind je Paar solcher Schauöffnungen miteinander ausgerichtet Die Schauöffnungen
sind durch Schaugläser 27 abgedeckt, die zweckmäßigerweise scheibenförmig ausgeführt
und die auf ihrer Innenseite durch Dichtungen abgedichtet sind, wie dies an sich
bereits bekannt ist.
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Die Schaugläser sind vorteilhafterweise durch Abschirmungen40 eingefaßt.
Auf der Außenseite jedes Schauglases ist zu dessen Schutz eine metallische Unterlagscheibe41
vorgesehen, die eine Mittelbohrung aufweist. Der Abdichtdruck ist in an sich bekannter
Weise dadurch erzielt, daß auf diese Unterlagscheibe zwei parallel wirkende Federscheiben
42 eingesetzt sind, deren innere Eingriffsflächen auf die Unterlagscheibe41 zu gerichtet
ist. Der außenliegende Federring wird an seiner radialen Außenseite durch einen
mit einem Flansch versehenen Deckel 43 umfaßt, der eine Sichtöffnung44 aufweist
und sich rund um das Pegelstandsmessergehäuse herum erstreckt, auf diesem aufsitzt
und durch Schrauben 45 gehalten wird, die in entsprechende Bohrungen 46 eingeschraubt
sind.
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Die Seitenwände des Gehäuses 47 des Pegelstandsmessers verlaufen
in einem Winkel zueinander, wie dies am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, um eine
der Farbunterscheidung dienende Beleuchtungseinrichtung anzubringen, wie sie an
sich bereits für Flüssigkeitspegelstandsmesser bekannt ist Man sieht, daß die Meßbohrung
28 breiter ist als der Durchmesser der Schauöffnungen, so daß sich auf eine Seite28'
eine sich senkrecht erstreckende
Ausnehmung befindet, die nicht
mit den Schauöffnungen ausgerichtet liegt.
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Ein metallisches Heizrohr 48 erstreckt sich in senkrechter Richtung
in dieser Ausnehmung an einer Seite der Meßbohrung und ist von außen durch die Schauöffnungen
nicht sichtbar. Das Heizrohr ist an seinem oberen Ende 50 offen, um Dampf eintreten
zu lassen, und weist an seinem unteren Ende vorteilhafterweise einen gekrümmten,
sich in seinem Querschnitt erweiternden Abschnitt 51 auf, der in eine Ausfräsung
52 eines Einschraubstutzens 53 paßt, der das untere Ende der Meßbohrung verschließt.
Das Heizrohr ist vorteilhafterweise mit dem Stutzen bei 54 verschweißt, während
der Stutzen seinerseits mit dem Gehäuse des Pegelstandsmessers bei 55 verschweißt
ist. Der Stutzen 53 weist eine Bohrung 56 auf, die mit einem Anschlußrohr57 in Verbindung
steht, das über ein gewöhnlich offenes Ventil 58 und eine Verbindungsleitung 60
an dem Wasserrohr 25 angeschlossen ist, das, zumindest im vorliegenden Fall, etwa
2,40 m unterhalb des Flüssigkeitspegels 24 liegt. Der Anschluß 60 an das Wasserrohr
sollte zweckmäßigerweise auch einen Meter oder mehr unterhalb des Anschlusses33
an dem Flüssigkeitsraum des Kessels liegen.
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Der Querschnitt des Heizrohres ist vorzugsweise in einer Richtung
rechtwinklig zur Achse der Schauöffnungen kleiner gewählt als der Querschnitt in
Längsrichtung der Achsen der Schauöffnungen. Dies ist dadurch erreicht, daß man
das Schaurohr in demjenigen Teil, der längs der Schauöffnungen verläuft, abflacht.
Der Querschnitt des Heizrohres ist dabei vorzugsweise oval, obgleich es für die
vorliegende Erfindung ohne Bedeutung ist, ob der Querschnitt des Rohres oval oder
rechteckig oder in anderer Weise abgefiacht ist.
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Um sicherzustellen, daß das Heizrohr in seiner Lage außerhalb der
Sichtöffnungen verbleibt, sind metallische, streifenartige Abstandsstücke 61 vorgesehen,
die bei 62 mit dem Heizrohr verschweißt sind und sich an solchen Stellen quer durch
das Meßrohr erstrecken, wo sie durch die Schauöffnungen nicht sichtbar sind.
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Das Heizrohr kann mit dem Anschlußstutzen für sich zusammen hergestellt
und dann von unten in den Pegelstandsmesser eingefügt werden, worauf der Anschlußstutzen
mit dem Gehäuse verschweißt wird.
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Dadurch ist es möglich, die Zusammenbaukosten klein zu halten.
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Das Heizrohr kann auf die gewünschte Länge abgeschnitten werden,
wodurch der Einbau in handelsübliche Pegelstandsmesser wie auch in Sonderausführungen
vorgenommen werden kann, ohne daß dabei wesentliche Kosten entstehen, wobei gleichzeitig
auch die Lagerhaltung klein gehalten werden kann.
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Der gleiche Pegelstandsmesser kann somit einmal mit und einmal ohne
Heizrohr angeboten werden, indem man einfach am unteren Ende des Gehäuses einen
Verschlußstopfen einschweißt, wenn das Heizrohr nicht verwendet wird.
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Man sieht, daß im Betrieb das abgefiacht ausgeführte Heizrohr die
Flüssigkeit in dem Pegelstandsmesser praktisch auf der Dampftemperatur hält, da
das ganze Heizrohr bis zu einer sich unterhalb des Pegelstandsmessers bildenden
Kondensathöhe mit Dampf gefüllt ist, da in dem Rücklaufrohr57, verglichen mit dem
heißen Wasser in dem Kessel, kühleres und damit dichteres Wasser vorhanden ist.
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Der Wärmeübergang erfolgt vom Heizrohr nach dem Wasser im Pegelstandsmesser
und nicht nach dem Pegelstandsmessergehäuse, so daß es nicht erforderlich ist, das
Gehäuse des Pegelstandsmessers vollständig auf Dampftemperatur zu erhitzen. Ein
sehr günstiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Sichtbarkeit des Flüssigkeitspegels
verbessert wird. Durch das Anbringen des Heizrohres auf einer Seite der Pegelstandsmeßbohrung
ergibt sich eine Wasserzirkulation innerhalb des Pegelstandsmessers. Die Strömung
verläuft im allgemeinen in der Nachbarschaft des Heizrohres nach oben und auf der
gegenüberliegenden Seite der Meßbohrung innerhalb der Flüssigkeit nach unten. Dadurch
ergibt sich eine geringfügige Turbulenz auf der Oberfläche der Flüssigkeit in dem
Pegelstandsmesser, so daß der Flüssigkeitspegel in klaren durchsichtigen Pegelstandsmeßrohren
besser zu sehen ist, während sich ein dynamisches Verhalten für solche Pegelstandsmesser
ergibt, die mit Farbtrennung arbeiten, wodurch sich die Wasseroberfläche innerhalb
des Meßrohres besser erkennen läßt.
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Die EUreisströmung ergibt auch eine dynamische Anhebung, die bewirkt,
daß der Wasserspiegel in dem Pegelstandsmesser noch näher an den Wasserspiegel in
dem Kessel heranrückt, so daß die Kompensation dadurch auch genauer wird.
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Das Heizrohr kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein,
wie z. B. nichtrostendem Stahl, Bronze, Berylliumkupfer u. ä., zur Verringerung
der Korrosionswirkung wird jedoch rostfreier Stahl vorgezogen.
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Es ist nur ein Heizrohr erforderlich, so daß die symmetrische Konstruktion
mit zwei Heizdurchlässen, wie sie bisher üblich war, entfällt.
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Das neue Heizrohr ruft keine Wärmespannungen hervor, so daß die Gefahr
von durch Wärme hervorgerufenen Ermüdungserscheinungen beseitigt ist.
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Sollte das Heizrohr verstopft werden, dann kann das ganze Heizrohr
durch Öffnen der Schweißnaht55 an der Unterseite des Pegelstandsmessers ausgewechselt
werden, worauf ein neues Heizrohr eingefügt wird.
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Da das Heizrohr keine rechtwinkligen Krümmungen aufweist, ist die
Wahrscheinlichkeit sehr gering, daß sich Schmutz oder Kesselstein darin ansammeln.
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Das Heizrohr ist der Stromlinienform angenähert, so daß so gut wie
keine toten Räume auftreten, in denen eine Verstopfung des Rohres möglich ist.