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Wasserstandsanzeiger, insbesondere für Hochdruckkessel, mit einer
außerhalb des Standrohres liegenden Lichtquelle Die für Hochdruckkessel verwendeten
Wasserstandsanzeiger gleichen im allgemeinen den bisher für Niederdruckkessel verwendeten;
d. h. sie bestehen aus einem senkrechten, außerhalb des Kessels und mit dessen Innenraum
an ihren beiden Enden in Verbindung stehenden Glasrohr, welches bis zur jeweiligen
Höhe des Wasserspiegels vom Kesselwasser gefüllt ist. Oder der Wasserstandsanzeiger
besteht aus einem Metallhohlkörper, der ebenfalls oben und unten mit. dem Kesselinnern
in Verbindung steht, dessen vordere Ansichtsseite aber aufgeschlitzt und durch eine
ebene Glasplatte verschlossen ist. Ein solcher Wasserstandsanzeiger arbeitet also
nach dem gleichen Grundgedanken der unmittelbaren Sichtbarmachung des Standes dei
Wasseroberfläche. Er besitzt aber auch die gleichen Übelstände wie die mit Glasröhren
ausgestatteten, nämlich Bruchgefahr der Glasteile und damit Gefährdung des Bedienungspersonals
durch Bruchsplitter und ausströmendes Wasser und Dampf. Dabei ist die Abdichtung
der Glasplatte schwierig, weil die geringsten Abweichungen der abdichtenden Flächen
von der Ebene oder kleinste Körperchen, die zwischen die abdichtenden Teile gelangen,
oder auch ungleichmäßiges Anziehen der Dichtungsschrauben Spannungen erzeugen, denen
das Glas, auch wenn es aus hochwertigem Werkstoff ist, nicht staiadhalten kann.
Dabei sind bei beiden genannten Formen der Wasserstandsanzeiger die Verbindungsrohre
nach dem Kessel so eng, daß sie leicht durch Kesselstein oder andere kleine Körper
verstopft werden können und dann das Wirken der Vorrichtung unmöglich machen.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Einrichtungen ist der, daß sich
bei der jetzigen Bauhöhe der Kessel der Wasserstand in einer Höhe von etwa 2o m
befindet und in dieser Höhe schlecht beobachtet werden kann.
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Der Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber eine Vorrichtung zum
Erkennen des Wasserstandes, welche alle die genannten Nachteile nicht besitzt und
nur verhältnismäßig sehr kleine und leicht abzudichtende Glasteile enthält. Sie
beruht auf der Eigenschaft der Lichtbrechung beim Austritt von Lichtstrahlen aus
der Wasseroberfläche und vervollkommnet ihre Angaben dadurch, daß sie die verschiedenen
Höhen des Wasserstandes durch verschiedene Anzeigefarben zu erkennen gibt.
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Der neue Wasserstandsanzeiger ist auf der Zeichnung in der Abb. r
beispielsweise durch einen Schnitt durch den Kessel und die Anzeigevorrichtung dargestellt,
während Abb.2 eine zweite Ausführungsform im Schnitt veranschaulicht.
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Wie schon angedeutet, beruht der neue Wasserstandsanzeiger auf dem
Umstande, daß ein Lichtstrahl bei seinem Durchgang aus der Luft in einen flüssigen
Körper und umgekehrt abgelenkt, d. h. gebrochen wird, und zwar er-
.folgt
die Brechung im ersten Falle zum Einfallslot hin, d. h. der Strahl wird dem Einfallslot
genähert. Tritt der Lichtstrahl aus dem Wasser in die Luft oder in einen anderen
gasförmigen Stoff, so wird er ebenfalls gebrochen, aber vom Einfallslot fort. Das
Brechungsverhältnis für den Übergang aus Luft in Wasser ist 4: 3 und bei dem Ausgang
aus Wasser in Luft 3: 4.
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Der neue Wasserstandsanzeiger besteht aus einem geneigten oder senkrechten
undurchsichtigen Rohr a, welches oben und unten durch Rohre b, c mit dem Wasser-
und Dampfraum des Kessels in Verbindung steht, so daß sich das Wasser in dem Rohr
immer in der Höhe des Wasserstandes des Kessels einstellt. In der Höhe des tiefsten
Wasserstandes bei vollständig leerem Kessel ist in dem Rohr a eine kleine Linse
oder Glasplatte e angebracht, die den Wasser- und Dampfraum des Rohres nach unten
abschließt. In dem unterhalb der Linse oder Glasplatte e befindlichen Teil des Rohres
a befindet sich Luft von gewöhnlicher Spannung. Dieser Teil des Rohres besitzt einen
seitlichen, schräg nach aufwärts gerichteten Stutzen g, in welchem sich eine Lichtquelle
k befindet, die ihr Licht auf einen Spiegel i fallen läßt. Die Stellung dieses Spiegels
wird so gewählt, daß die Lichtstrahlen unter einem Winkel von beispielsweise
23' zurückgeworfen werden und auf die Linse oder Glasplatte e treffen, durch
welche sie hindurchgehen und das Rohr der Länge nach durchlaufen und an seinem oberen
Ende durch eine das Rohr abschließende Zerstreuungslinse f hindurch ins Freie gehen.
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Befindet sich im Wasserstandsrohr a kein Wasser, so geht der Lichtstrahl,
wenn man die kleine Brechung in der Linse e vernachlässigt, durch das Rohr a in
der Richtung e, m hindurch. Beim Durchgang durch die Linse f wird der Strahl nach
rechts, d. h. nach n abgelenkt. Diese Ablenkung kann beliebig groß gemacht werden,
weil sie vom Krümmungshalbmesser der Linse in bekannter Weise abhängig ist. Diese
Lage des Lichtstfahles deutet also an, daß im Kessel kein Wasser ist.
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Der andere Grenzfall, daß der Kessel voll Wasser ist, spielt sich
ähnlich ab. Der von der Lichtquelle lt kommende Lichtstrahl wird von dem
Spiegel i auf die Linse oder Glasplatte e
geworfen und trifft hier
auf Wasser. Infolgedessen wird der Strahl nach dem Punkt o des Wasserspiegels hin
gebrochen. Beim Austritt aus dem Wasser wird er aber wieder nach rechts abgelenkt
und trifft bei s auf die Linse und wird durch diese in die Richtung t abgelenkt.
Die Grenzstrahlen n und t schließen etwa einen Winkel von 30' ein: Alle mittleren
Wasserstandshöhen geben einen Ausschlag des Lichtstrahles, der zwischen x und t
liegt, beispielsweise beim normalen Wasserstand N-W gehen die Strahlen vom Spiegel
i
nach dem Punkt k des Wasserspiegels und werden bei dem Austritt aus dem
Wasser nach l gebrochen. Hier erfolgt neuerdings eine Brechung nach u.
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Um dem Kesselwärter die Beobachtung des Wasserstandes zu ermöglichen
und zu erleichtern, werden in den Weg des aus der Linse f austretenden Strahlenbündels
geschliffene Glaskörper v, w, x georacht, die beim Auftreffen eines
Lichtstrahles aufleuchten. Macht man die Körper v, w, x aus verschiedenfarbigem
Glas, beispielsweise den Glaskörper w, der' für normale Wasserstandshöhen in Betracht.
kommt, aus grünem Glas, den Körper v, der für zu niedrige Wasserstände in Frage
kommt, aus rotem Glas und den Körper x, der bei zu hohem Wasserstand aufleuchtet,
aus gelbem Glas, so hat der Kesselwärter durch diese Farbenverschiedenheit ein leichtes
Merkmal, um den jeweiligen Stand zu erkennen.
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Im übrigen sind in die Rohre b und c Absperrventile wie bei jedem
Wasserstandsanzeiger angebracht. Außerdem- können mit Ventilen ausgestattete Entleerungsrohre
y, z und ein Entlüftungsrohr z1 vorgesehen sein.
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Durch diese einfachen Vorrichtungen ist allen vorkommenden Fällen
Rechnung getragen, d. h. der Wasserstandsanzeiger kann jederzeit vom Kessel abgesperrt,
das darin befindliche Wasser jederzeit entleert werden usw.
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Da die Linse oder Glasplatte e nur einen kleinen Durchmesser besitzt,
ist die Bruchgefahr äußerst gering. Sollte dennoch ein Bruch der Linse eintreten,
so kann das Wasser aus dem untersten Teil des Wasserstandsrohres leicht abgelassen
werden. Die Zerstreuungslinse f wird so befestigt, daß sie leicht auswechselbar
ist.
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Wird infolge der Kesselbauart der Wasserstandskörper a zu lang, so
kann, wie es aus Äbb. 2 hervorgeht, die Vorrichtung unterteilt werden. Es sind dort
beispielsweise drei Rohre a1, a2, a3 in verschiedener Höhe angebracht, so daß das
unterste nur für die tiefsten Wasserstände, das mittlere für die mittleren und das
höchste für die höchsten Wasserstände in Betracht kommt. Die Anzeigekörper v1, w1,
x1 sind dann nicht mehr nebeneinander, sondern getrennt anzubringen, und zwar wird
der rote Körper vl in den Weg der aus dem Rohr a1 austretenden Lichtstrahlen, der
grüne Körper w1 in den Weg der aus dem Rohr a2 austretenden Lichtstrahlen und der
gelbe Körper x1 in den Weg der aus dem Rohr a3 austretenden Lichtstrahlen gebracht.
Durch das Aüseinanderziehen der drei verschiedenen Anzeigekörper wird die Übersichtlichkeit
in guter Weise erhöht. Ist der Kessel d leer, so sendet die Lichtquelle hl ihr Strahlenbündel
ungebrochen durch den Wasserstandskörper hindurch, so daß der Leuchtkörper v1 aufleuchtet.
Gleichzeitig
ist der Wasserstandsanzeiger a2 und a3 ohne Wasser.
Hier treffen die Lichtstrahlen die Leuchtkörper w1 bzw. x1 in den Punkten n2 bzw.
n3. Steigt der Wasserspiegel im Kessel bis zur Linie N-W, dann gelangen die Strahlen
aus dem Rohr a1 nach t1, aus dem Rohr a2 nach n2, at@s dem Rohr a3 nach n3. Steigt
der Wasserspiegel bis zur Stellung »Mittel«, dann gelangen die Strahlen entsprechend
aus Rohr a1 nach t1, aus Rohr a'-' nach t2, aus Rohr a3 nach -n3. Ist der Kessel
d voll Wasser, dann gelangen die Strahlen aus Rohr a1 nach t1, aus Rohr a2 nach
t=, aus Rohr a3 nach t3.
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Alle anderen Stellungen des Wasserspiegels sind ebenfalls eindeutig
bestimmbar. Sie liegen, wie man durch Berechnung der Lichtwege erkennen kann, in
Stellungen, die zwischen den als Beispiel angeführten Grenzfällen sich befinden.
Jeder Teilwasserstand hat dieselben Einrichtungen wie der Wasserstandsanzeiger Bach
Abb. i.
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Selbstverständlich können auch aridere Anordnungen getroffen werden.
Beispielsweise können die Linsen e und die zugehörigen Spiegel und Lichtquellen
am Wasserstandskörper oben angeordnet werden und die Zerstreuungslinsen f unten
sowie die Leuchtkörper v, w, x unterhalb der Wasserstandsrohre.
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Als Lichtquelle kann zum Beispiel eine der bekannten Bogenlampenkonstruktionen
verwendet werden. Es besteht auch die Möglichkeit, Lichtquellen, die eine bestimmte
Strahlenart aussenden, in Anwendung zu bringen und die in den Zeichnungen dargestellten
Linsen mit anderen zusammenzustellen.