DE2305036B2

DE2305036B2 - Anordnung zum Messen der Füllstandshöhe bei Tankerschiffen

Info

Publication number: DE2305036B2
Application number: DE19732305036
Authority: DE
Inventors: Franz 6903 Neckargemuend Menke; Hans 5980 Werdohl Schumacher
Original assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Current assignee: Kracht Pumpen und Motorenfabrik GmbH and Co KG
Priority date: 1973-02-02
Filing date: 1973-02-02
Publication date: 1975-02-13
Also published as: DE2305036A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Messen der Füllstandshöhe bei Tankerschiffen unter Verwendung von modulierten, gepulsten Lichtstrahlen, die von einem Sender auf die Oberfläche eines Mediums gestrahlt und von hier auf einen Empfänger reflektiert ein dem jeweiligen Pegel des Mediums proportionales Signal auslösen bzw. anzeigen.

Die DL-PS 45 492 enthält eine Vorrichtung zum Messen des Pegels in Glasschmelzwannen und die DT-AS 1 207 103 eine solche zum Messen des Pegels flüssigerModeratoren bei Kernreaktoren. Man bedient sich hierzu jeweils eines eine Strahlenquelie enthaltenden Senders der unter geneigter optischer Achse Licht auf die Oberfläche der zu messenden Flüssigkeit puls;. Ein Anteil des von der Flüssigkeitsoberfläche reflektierten Lichts gelangt auf einen die gleiche Neigung der optischen Achse wie der Sender aufweisenden, jedoch getrennt von diesem aufgestellten Empfänger. Eine Zelle desselben wandelt hierbei Licht in elektrischen Strom um, so daß eine Pegeländerung ein seitliches Verschieben des Bildes bzw. der ausgeleuchteten Zellenfläche und damit eine Änderung der Stromstärke bewirkt, die gemessen wird. In beiden Fällen soller. kleinste Niveauschwankungen freier Flüssigkeitsoberflächen ermittelt werden Dies, die getrennte Bauweist von Sender und Empfänger sowie die elektrische K? belverbindung beider Baueinheiten lassen dieses System nicht für jede Pegelmessung geeignet erscheinen.

Aus der DT-PS 1 817 027 ist die Verwendung von Lichtleitkabeln für Füllstandsmessung^ von Tankbehältern bekann·.. Bei diesem System führen mindestens zwei gegen aggressives Ladegut unempfindliche Kabel aus dem Inneren eines geschlossenen Tankbehälters zu einem außerhalb installierten Auswerteteil. Die tankseitigen Enden der Kabel besitzen eine in Abhängigkeit vom Füllstand unterschiedliche optische Kopplung Während das freie Ende des einen Kabels durch eine Lichtquelle beleuchtet wird, führt das freie Ende des anderen Kabels zu einem lichtempfindlichen Fühler. Von grundsätzlichem Nachteil ist hierbei, daß auch diese Messung nicht berührungslos erfolgt

Aus der DT-AS 2 054 973 ist ferner eine Vorrichtung zur Abstandsmessung bekannt, bei der von einem Sender ein modulierter Lichtstrahl auf einen Strahlenteiler geworfen wird. Dieser gibt einen Teil des Lichtstrahl·: auf direktem Weg und einen anderen über einen Referenzweg auf eine Reflektorplatte, von der der Strahlengang des direkten Anteils auf einen am Ende der Meßstrecke aufgestellten Reflektor und von diesem wieder auf die Reflektorplatte zurückverläuft, wo er mit dem Referenzanteil verbunden und anschließend abwechselnd und zyklisch mit dem über den Reflektor geführten Lichtstrahlenanteil einer Fotodiode zur Messung des Phasenunterschiedes zugeführt wird. An eine Ausnutzung dieses Prinzips zur Messung der Füllstandshöhe bei Tankerschiffen ist hierbei nicht gedacht.

In der Praxis wird die Füllstandshöhe des Ladegutes von Tankerschiffen häufig mit Hilfe eines Schwimmers aus Aluminium oder glasfaserverstärktem Kunststoff gemessen, der zwischen zwei vertikal gespannten Seilen geführt ist. Dieser Schwimmer ist mit einem Meßband verbunden, das in einem an Deck befindlichen Gehäuse über eine Torsionsfeder unter konstantem Bandzug gehalten wird. Die Änderung der Füllstandshöhe wird durch Ab- bzw. Aufwickeln des Maßbandes registriert und sodann mechanisch zur Anzeige gebracht. Bei einer an Deck oberhalb der Meßstelle vorgesehenen Anzeige sind die Meßwerte direkt ablesbar, während eine zentrale Ablesemöglichkeit für die diversen Tanks eine Übertragung der Meßwerte zum Kon-

trollraum beispielsweise mit Hilfe von Drehmeldern erforderlich macht Nachteilig ist hierbei das Verharzen »nd Haker, der Seilfühning, das unter anderem zu Anjeigesprüngen führt. Ein solcher Unsicherheitsfaktor »m Ende des Beladevorganges ist unerwünscht, weil die l.adekapazität eines Schiffes aus Gründen der Wirt- »chaftlichkeit voll genutzt werden muß, andererseits tber auch ein Oberlauf sicher verhindert werden muß, der — abgesehen von der Wasserverseuchung — mit hohen Geldstrafen geahndet wird.

Ferner ist auch ein pneumatisches Peilsystem be kannt Hierbei wird mit Hilfe von innerhalb der Tanks vertikal angeordneten, kurz oberhalb des Tankbodens endenden Tauchrohren durch Einperlen von Luft der Druck der Flüssigkeitshöhe gemessen. Neben der vor- handenen Gefahr des Zusetzens solcher Rohre ist für diese Methode die Verschiedenartigkeit des von der Temperatur und der ölsorte abhängigen spezifischen Gewichtes von Nachteil, weil von Ladung zu Ladung die Meßvorrichtung neu geeicht werden muß. Auch lassen sich die für die Anzeige erforderlichen Glasröhren nicht in Bedienpulte einbauen, sondern benotigen einen eigenen Instrumentenschrank: derselbe befindet sich rwar im gleichen Raum, jedoch nicht an der Stelle, von der aus das Be- oder Entladen eines Schiffes gesteuert κ wird. Auch kann das zur Verminderung der Explosionsgefahr in die Gasräume der Tanks geleitete Inertgas durch die Druckbeaufschlagung der Tanks Anzeigefehler hervorrufen.

Bekannt ist ferner die Bestimmung der Füllstandshöhe mit Hilfe eines in einem vertikalen Schutzrohr angeordneten abgeflachten Plastikschlauches. Derselbe besitzt an seinen abgeflachten Innenwänden eine Widerstandsschicht. In dem nicht von Flüssigkeit umgebenden Schlauchteil erzeugt die Eigenspannung des ■>· Schlauchmaterials einen Abstand zwischen den abgeflachten Innenwänden und damit auch zwischen den Widerstandsschichten. Der eingetauchte Schlauehieil ist dem äußeren Flüssigkeitsdruck ausgesetzt, so daß hier die beiden Innenwände zusammengedrückt wer- _A._, den. Die somit in Abhängigkeit vom jeweiligen Pegel sich ergebende Widerstandsänderung wird gemessen und zur Anzeige gebracht. Auch in diesem Fall ist ein Zusetzen des Rohres möglich. Außerdem ist die ein wandfreie Kontaktierung der mit einer Widerstandsschicht versehenen Schlauchinnenwände problematisch.

Die Aufgabe der Erfindung wird unter Umgehung der aufgezeigten Nachteile vor allem in der Entwicklung eines Gerätes gesehen, mit dem sich der Füllstand ^ jeglicher Art von Ladegut in Tankerschiffen berührungslos sowie ohne jede Gefahr für Mensch und Ladegut schnell und sicher durchführen läßt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Sender und Empfänger in einer Baueinheit enthaltender Entfernungsmesser in der Horizontalen zwischen zwei Schiffsspanten liegend mit Hilfe einer kardanischen Aufhängung unabhängig von der Neigung des Schiffskörpers einen Infrarotstrahl durch eine Peilöffnung im Schiffsdeck sendet, dessen von der Oberfläche des Ladegutes reflektierter und mit dem Sendestrahl zusammenfallender Anteil über — wie an sich bekannt — einen Phasenvergleich oder eine Laufzeitmessung den Empfanger beeinflußt.

Auf diese Weise können sowohl die von der beruh- <■;. rungslosen Pegelmessung her grundsatzlich bekannten Vorteile als auch die sich aus der erfindungsgemäßen konDakten Bauweise der Meßanordnung ergebenden Vorteile gemeinsam genutzt werden. Mit anderen Worten, die Messungen lassen sich ohne besonderen Kraftaufwand durchführen. Auch kommt das aggressive und oft zur Verharzung neigende Ladegut mit der Meßanordnung gar nicht mehr in Berührung, so daß eine längere Lebensdauer und damit eine größere Rentabilität der wertvollen Geräte gewährleistet ist Auch die Meß ergebnisse selbst sind zuverlässiger, was vor allem im Endbereich des Ladevorganges von erheblicher Bedeutung ist. Durch die Sender und Empfänger beinhaltende Baueinheit wird es möglich, den vom Sender ausgesandten Strahl mit dem von der Oberfläche des Ladegutes reflektierten Anteil zusammenfallen zu lassen und dadurch die Peilöffnung im Deck des Tankerschiffes möglichst klein zu halten. Dadurch sowie durch den Wegfall von äußeren Kabelverbindungen wird die Explosionsgefahr der häufig von explosiven, giftigen Gasglocken umgebenen Tankerschiffe stark reduziert Bezüglich der Neigungsänderungen des Schiffskörpers während des Be- und Entladevorganges, denen auch alle schiffsfesten Meßeinrichtungen ausgesetzt sind, ist es von Vorteil, die Meßvorrichtung an der tiefsten Steiie eines solchen Tanks zwischen zwei bodenseitiger. Spanten kardanisch aufzuhängen.

Was den zentralen Kontroilraum insbesondere bei sogenannten Produktentankerschiffen anbetrifft, in dem auch die Anzeige der Meßergebnisse erfolgt, so ist es von Vorteil, daß der allen Tanks gemeinsame Sender und Empfänger über eine je Tank und Richtung erforderliche Lichtleitfaser sowie eine oberhalb eines jeden Tanks angeordnete Optik mit den einzelnen Tanks funktionell verbunden sind. Neben der hiermit durchgeführten Rationalisierung des Meßvorgangs bedeutet die Verwendung von nur einem Entfernungsmesser gegenüber je einem pro Tank eine erhebliche Freisreduzierung. Zweckmäßig ist es hierbei, daß die Lichtleitfasern aus einem mit Tetrachloräthylen gei\:!.ier Kunst stüffschiauch bestehen Eine dergestalt aufgebaute Lichtleitfaser enthalt keine diffundierende'- Metallionen, wie dies beispielsweise oei GIa^ .Ic- !al! ist Im Zusammenhang mn den zentraler. Meßmethoden ist es denkbar, daß eine zusätzlich. Ahlesemoghohkeit der Fülistandshöhe erforderlich wird, so dali eine dritte Lichtleitfaser Anzeigeimpuise zu einer sich an de^r Meßstelle eines Tanks befindender. Anzeigeeinrichtung übermitteln muß.

Weitere Ausgestaltungen sehen \ur, daß emmal Sei» der und Empfänger und zum ,inueren die zugehörig, r· optischen Einrichtungen zu je einer Baueinheit zusammengefaßt sind, so daß entsprechend de" -.eh'ffslange auch mehrere Sende-Emptangs-Einheiten -;i Reihe aneinanderkoppelbar sind oder aber, daß der optische Entfernungsmesser aus einer einen Sender, einen Empfänger und eine Optik enthaltenden Baueinheit besteht, wobei Sender und Empfänger über ein PeriAop miteinander verbunden sein können. Von Vorteil %nd diese auf eine komprimierte Bauweise abgestellte·-, Maßnahmen vor allem für Schiffe, deren Be- und Lntlndevorgang in der Nähe des Meßpunktes des jeweiligen Tanks überwacht wird.

Im Zusammenhang mit der kardanischen Aufhängung der Vorrichtung ist es zweckmäßig, daß jede Karda.iachse mit einer Dämpfung ausgerüstet ist, die entweder als Wirbelstrombremse oder aber pneumatisch funktioniert. Was schließlich die Anordnung de^r Meßgeräte im .Schnittpunkt der beiden horizontale!: Diagonalen der einzelnen Schiffstanks anbetriff·.. ·, ■ ist dieselbe wegen der an dieser Stelle größten I.κ i'.telvihe der

einzelnen Tanks empfehlenswert.

Das Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand einer Schemazeichnung näher erläutert, wobei die in den beiden Figuren einander entsprechenden Teile die gleichen Bezugszahlen tragen. Es zeigt

Fig.« die schematische Darstellung eines Tankpeilvorganges und

F i g. 2 die Verwendung von Lichtleitfasern für den Tankpeilvorgang.

Der in F i g. 1 mit 1 bezeichnete Tank eines nicht näher dargestellten Tankerschiffes ist mit Ladegut 2 in Form von beispielsweise aggressivem Rohöl gefüllt, das soeben durch eine Saugvorrichtung 3 entladen wird. Zum Zweck der Kontrolle des noch im Tank vorhandenen Ladegutes ist an einem am Schiffsdeck 4 befestigten Gerüst 5 ein optischer Entfernungsmesser 6 über ein die Schiffskörperneigungen ausgleichendes Kardangelenk 7 aufgehängt, wobei auch je Kardanachse ein in der Zeichnung allerdings nicht dargestelltes Dämpfungsglied vorgesehen sein kann. Der optische Entfernungsmesser ist als kompakte Baueinheit ausgeführt und besteht im wesentlichen aus einem eine Galliumarsenid-Lumineszenzdiode als Lichtquelle 8 und eine Senderoptik 9 enthaltenden Sender 10 sowie einem mit einer Auswerteelektronik 11 und einer Empfängeroptik 12 ausgestatteten Empfänger 13.

Das Infrarotlicht der Lichtquelle 8 wird in gebündeltem Zustand amplitudenmoduliert oder gepulst durch eine Peilöffnung 14 des Schiffsdecks 4 auf die Oberfläche 15 des Ladegutes 2 gestrahlt. Hierbei ist es von Bedeutung, daß der Strahl 16 zwischen zwei Schiffsspanten 17 auf die Oberfläche 15 auftrifft, da die Spanten bei weitgehend entleertem Tank über die Oberfläche 15 hinausragen und somit zu Fehlmessungen führen können. Die waagerechten Profilteile der Schiffsspanten sind mit schrägen Abdeckungen 18 versehen, so daß im Falle eines bei Schlagseite möglicherweise dennoch auftreffenden Strahles der reflektierte Anteil das Meßergebnis nicht verfälscht. Der von der Oberfläche

15 reflektierte Strahlenanteil 19 dagegen trifft über die Empfängeroptik 12 auf den eigentlichen Empfänger 13, dessen Elektronik H beispielsweise mit Hilfe eines Referenzstrahles einen Phasenunterschied ermittelt und denselben über ein Anzeigegerät 20 sichtbar

ίο macht. Sender 10 und Empfänger 13 können hierbei in einer Baueinheit 6 zusammengefaßt oder beispielsweise auch über ein Periskop miteinander verbunden sein. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine zentrale Überwachung des Be- oder Entladevorganges aller auf einem Tankerschiff befindlichen Tanks von einem gemeinsamen Kontrollraum aus möglich. Hierzu ist gemäß F i g. 2 ebenfalls nur ein einen Sender 10 und einen Empfänger 13 enthaltender optischer Entfernungsmesser 6 erforderlich. Derselbe ist — vorzugsweise über einen im hinteren Schiffsaufbau installierten — über je ein Lichtleitfaser-Paar 21, 22 pro Tank und eine jedem Tank zugeordnete, im wesentlichen aus Sendeoptik 9 und Empfangsoptik 12 bestehende Baueinheit mit den Tanks verbunden. Die Füllstandshöhe läßt sich auf diese Weise nacheinander messen und zur Anzeige bringen. Bei einer entsprechenden Schiffslänge ist es selbstverständlich auch möglich, zwei oder mehr solcher Sende-Empfangs-Einheiten in Reihe aneinanderzukoppeln. Sollte bei einer derartigen zentra-

ien Meßmethode eine zusätzliche Ablesemöglichkeit der Füllstandshöhe an der Meßstelle des Tanks erforderlich werden, so ist es möglich, mittels einer in der Zeichnung nicht dargestellten dritten Lichtleitfaser Anzeigeimpulse an eine an der Meßstelle angeordnete Anzeigeeinrichtung zu übermitteln.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen der Füllstandshöhe bei Tankerschiffen unter Verwendung von modulierten, gepulsten Lichtstrahlen, die von einem Sender auf die Oberfläche eines Mediums gestrahlt und von hier auf einen Empfänger reflektiert ein dem jeweiligen Pegel des Mediums proportionales Signal auslösen bzw. anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sender (8) und Empfänger (13) in einer Baueinheit enthaltender Entfernungsmesser (6) in der Horizontalen zwischen zwei Schiffsspanten (17) liegend mit Hilfe einer kardanischen Aufhängung (7) unabhängig von der Neigung des Schiffskörpers einen Infrarotstrahl (16) durch eine Peilöffnung (14) im Schiffsdeck (4) sendet, dessen von der Oberfläche (15) des Ladegutes (2) reflektierter und mit dem Sendestrahl (16) zusammenfallender Anvei! (19) über — wie an sich bekannt — einen Phasenvergleich oder eine Laufzeitmessung den Empfänger (13) beeinflußt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der allen Tanks (1) gemeinsame Sender (10) und Empfänger (13) über eine je Tank unc Richtung erforderliche Lichtleitfaser (21 bzw. 22; sowie eine oberhalb eines jeden Tanks angeordnete Optik (9, 12) mit den einzelnen Tanks funktionell verbunden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleitfasern (21 bzw. 22) aus einem mit Tetrachloräthylen gefüllten Kunststoffschlauch bestehen.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Lichtleitfaser Anzeigeimpulse zu einer sich an der Meßstelle eines Tanks befindenden Anzeigeeinrichtung übermittelt.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einmal Sender (IC) und Empfänger (13) und zum anderen die zugehörigen Optiken (9, 12) 7u je einer Baueinheit zusammengefaüt sind, so daß entsprechend der Schiffslänge auch mehrere Sende-Empfangs-Einheiten in Reihe aneinanderkoppelbar sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Entfernungsmesser (16) aus einer einen Sender (10), einen Empfänger (13) und eine Optik (9, 12) enthaltenden Baueinheit be steht.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (10) und Empfänger (13) über ein Periskop miteinander verbunden sind.

8. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Dämpfungsglied eine Wirbelstrombremse je Kaidanachse Verwendung findet.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß ein pneumatisches Dämpfungsglied je Kardanachse Verwendung findet.

10. Anordnung nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Entfernungsmesser (6) und/oder die Optik (9. 12) im Schnittpunkt der beiden horizontalen Diagonalen der einzelnen Schiffstanks (1) angeordnet sind.