PL179154B1 - Sonda do kontroli poziomu cieczy w zbiorniku PL PL PL - Google Patents

Abstract

1. Sonda do kontroli poziomu cieczy w zbio- rniku, majaca obudowe zamocowana do zbiornika, która m a przestrzen wewnetrzna, która w poblizu zbiornika posiada komore, w której jest umiesz- czona elektroda pomiarowa, która siega do zbiorni- ka i otoczona jest powloka izolacyjna, zamocowana szczelnie do obudowy, znamienna tyra, ze w w e- wnetrznej przestrzeni obudowy (1), jest utworzo- na druga kom ora (14), oddzielona od pierwszej komory (13) scianka dzialow a (11), z otworem przelotowym (12), przez który przechodzi ele- ktroda pom iarowa (5, 5', 5"), rozciagajaca sie do drugiej komory (14), a pierwsza komora (13) oraz scianka dzialowa (11) sa uszczelnione hermetycz- nie, przy czym elektroda pomiarowa (5, 5',5") jest wyposazona w element zamykajacy (19, 35) otwór przelotowy (12) w sciance dzialowej (11). P L 179154 B 1 Fig. 1 PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sonda do kontroli poziomu cieczy z obudową sondy mocowaną na zbiorniku, elektrodą czujnikową zanurzoną w zbiorniku i powłoką izolacyjną, otaczającą elektrodę czujnikową w zbiorniku, mocowaną uszczelniająco na obudowie sondy.

Z opisu zgłoszenia patentowego nr WO 92/21943 jest znana sonda do kontroli cieczy w zbiorniku, której obudowa, zamocowana do zbiornika ma przestrzeń wewnętrzną, która w pobliżu zbiornika posiada komorę, w której jest umieszczona elektroda pomiarowa,,otoczona szczelnie tuleją izolacyjną. Komora na końcu odwróconym od zbiornika jest otoczona przez pofalowane pierścienie uszczelniające, wykonane z elastycznej gumy lub tworzywa sztucznego tak, że sonda może być stosowana przy niskich temperaturach i ciśnieniach.

Jeżeli występuje nieszczelność na tulei izolacyjnej, wówczas czynnik może dotrzeć ze zbiornika do komory obudowy sondy. Jeżeli wnikający czynnikjestpod wyższym ciśnieniem lub o wyższej temperaturze, wówczas pofalowane pierścienie uszczelniające nie są w stanie zapobiec wypływaniu czynnika z komory. Ponadto czynnik może dotrzeć do komory przyłączonej i tam spowodować zakłócenia w funkcjonowaniu sondy. W pewnych okolicznościach czynnik może przedostać się do otoczenia.

Zwłaszcza w przypadku zastosowania wysokich temperatur i ciśnień, jakie panują np. w przypadku pary wysokociśnieniowej, powstaje duże zagrożenie dla osób znajdujących się w pobliżu sondy.

Zadaniem wynalazku jest opracowanie sondy, którą można stosować bez zagrożenia w dużym zakresie temperatur i ciśnienia.

Zadanie to według wynalazku rozwiązano dzięki temu, że w wewnętrznej przestrzeni obudowy jest utworzona druga komora, oddzielona od pierwszej komory ścianką działową z otworem przelotowym, przez który przechodzi elektroda pomiarowa, rozciągająca się do drugiej komory, a pierwsza komora oraz ścianka działowa są uszczelnione hermetycznie, przy czym elektroda pomiarowaj est wyposażona w element zamykający otwór przelotowy w ściance działowej.

Korzystnie w pierwszej komorze element zamykający elektrody pomiarowej jest umieszczony osiowo przesuwnie względem ścianki działowej.

W dwóch przykładach wykonania element zamykający elektrody pomiarowej jest umieszczony na przewodniku połączonym elektrycznie z elektrodą.

Korzystnie element zamykający oraz ścianka działowa są wykonane z materiału przewodzącego elektryczność.

W dwóch przykładach wykonania elektroda pomiarowa w otworze przelotowym jest otoczona izolacją elektryczną, a element zamykający jest dociskany elementem sprężystym.

W trzecim przykładzie wykonania w ściance działowej jest umieszczony nieruchomy element zamykający z materiału izolacyjnego i stale zamyka otwór przelotowy.

Według wynalazku ten element zamykający jest wykonany jako tuleja ceramiczna, do której jest przylutowany elektryczny przewodnik, połączony elektrycznie z elektrodą.

Korzystnie elektroda pomiarowa w obszarze pierwszej komory jest otoczona przez elektryczny izolator.

W dwóch przykładach wykonania obudowa zawierająca elektrodę pomiarowąjest wyposażona w co najmniej jeden otwór do wyrównania ciśnienia, który łączy drugą komorę z otoczeniem oraz w ściankę osłonową, otaczającą w odstępie ściankę obudowy.

Zaletą wynalazku jest to, że pierwsza komora blisko zbiornika jest tak ukształtowana, że może ona wytrzymać ciśnienie panujące w zbiorniku. W przypadku uszkodzenia powłoki izolacyjnej, ciśnienie ze zbiornika mogłoby dotrzeć do pierwszej komory, jednak bez możliwości przemieszczenia się stamtąd do drugiej komory. Dzięki temu wykluczone jest, że w przypadku uszkodzenia, ciecz pod ciśnieniem roboczym panującym w zbiorniku przedostanie się przez obudowę sondy do otoczenia i będzie stanowiło zagrożenie dla znajdujących się tam ludzi lub zrani ich. Tak więc pierwsza komora musi być hermetyczna, natomiast druga komora nie musi spełniać żadnych wymagań co do odporności na działanie ciśnienia.

W przypadku wysokich temperatur roboczych konieczna jest szczególnie długa obudowa sondy, spełniająca funkcję odcinka chłodzenia, aby na przyłączu elektrycznych przewodów doprowadzających lub dla umieszczenia elektrycznych układów połączeń panowała niezbędna niska temperatura. Pierwsza komora może być przy tym ukształtowana jako krótka, natomiast wymaganą długość konstrukcyjną obudowy realizuje się przez utworzenie odpowiednio długiej drugiej komory. Dzięki temu nakłady materiałowe na obudowę sondy są szczególnie niskie.

Element zamykający jest umieszczony korzystnie na elektrodzie albo jej elektrycznym przewodniku. W normalnym przypadku element zamykający pozostawia otwór przelotowy w stanie otwartym. Wówczas niewielkie ilości cieczy, docierające np. przez przenikanie albo nieznaczny przeciek do powłoki izolacyjnej, mogąbez problemu przemieścić się z pierwszej do drugiej komory.

W przypadku znacznego dopływu cieczy do pierwszej komory, element zamykający, wskutek oddziaływujących sił przepływu lub wzrostu ciśnienia w pierwszej komorze, przesuwa

179 154 się w kierunku osiowym do ścianki działowej aż do zetknięcia z mą i zamknięcia otworu przelotowego, a więc zostaje utworzony wyłącznik. W normalnym przypadku, gdy ścianka działowa i element zamykający nie stykają się, utworzony przez nie wyłącznik jest otwarty. Jednak w przypadku nieszczelności, wyłącznik zamyka się i wyzwala odpowiedni sygnał alarmowy.

Dzięki otoczeniu izolację elektrody pomiarowej lub jej przewodnika o obszarze otworu przelotowego ścianki działowej, uzyskuje się nie tylko niezawodną izolację, ale także zmniejsza się swobodny przekrój poprzeczny i dzięki temu uniemożliwia się to, że w przypadku znacznego dopływu cieczy do pierwszej komory aż do momentu zamknięcia elementu zamykającego, może dotrzeć duża jej ilość do drugiej komory.

Istotne jest również to, że niewielkie ilości cieczy, które docierają do drugiej komory, wypływająna zewnątrz. Jest to dużą zaletą dla bezpieczeństwa działania sondy. Ponadto niewielka ilość cieczy w drugiej komorze nie powoduje wzrostu ciśnienia. Uniemożliwiony jest również przelot z zewnątrz do drugiej komory, który mógłby spowodować przenikanie wody rozpryskowej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia sondę pojemnościową z komorą, zamykaną jedynie w przypadku przecieku, fig. 2 - sondę przewodząc az komorą, zamykanąjedynie w przypadku przecieku, fig. 3 - sondę pojemnościową ze stale zamkniętą komorą, a fig. 4 - element zamykający sondy według fig. 3 w innej skali.

Przedstawiona na fig. 1 sonda pojemnościowa zawiera obudowę 1, która w znany sposób jest umieszczona szczelnie na zbiorniku 2, np. wysokociśnieniowym kotle parowym. W zbiorniku 2 poziom 3 cieczy 4, np. wody, jest kontrolowany za pomocąelektrody pomiarowej 5, umieszczonej w obudowie 1 i osłoniętej powłoką izolacyjną 6, ukształtowanąjako zamknięta od strony zbiornika 2 tuleja ceramiczna. Drugi otwarty koniec powłoki izolacyjnej 6 wchodzi w otwór przelotowy 7 obudowy i jest uszczelniony przez uszczelnienia 8, na które oddziaływuje poprzez tarczę podporową 9 tuleja dociskowa 10, umieszczona osiowo przesuwnie w otworze przelotowym 7.

Powłoka izolacyjna 6 nie otacza bezpośrednio elektrody pomiarowej 5, lecz pomiędzy nimi jest umieszczony izolator 23, ukształtowany również jako tuleja ceramiczna, która sięga aż do pierwszej komory 13 i dzięki temu izoluje elektrodę pomiarową 5 wobec tarczy podporowej 9, jak również tulei dociskowej 10, a tym samym wobec obudowy 1, stanowiącej masę. Izolator 23 jest tak zwymiarowany, że umożliwia swobodny ruch osiowy elektrody pomiarowej 5.

Tuleja dociskowa 10 na swoim końcu oddalonym od zbiornika posiada czołową ściankę działową 11 z otworem przelotowym 12, przy czym przestrzeń wewnętrzna tulei dociskowej 10 tworzy pierwszą komorę 13 obudowy 1. Tuleja dociskowa 10 wraz ze ścianką działową 11 jest uszczelniona hermetycznie wobec ciśnienia panującego w zbiorniku 2. Elektroda pomiarowa 5 jest utworzona z pręta metalowego przewodzącego elektrycznie, który rozciąga się od powłoki izolacyjnej 6, poprzez pierwszą komorę 13, otwór przelotowy 12 drugiej komory 14, oddalonej od zbiornika 2, obudowy 1, a stamtąd do komory przyłączowej 15. W drugiej komorze 14 znajduje się sprężyna dociskowa 16, której jeden koniec opiera się na izolowanej elektrycznie podporze 17, a drugi koniec na zabieraku 18 elektrody pomiarowej 5. W pierwszej komorze 13 elektroda pomiarowa 5 jest wyposażona w element zamykający 19, a ponad nim w obszarze otworu przelotowego 12 w ceramiczną rurkę izolacyjną 20, otaczającą elektrodę 5. Rurka izolacyjna 20 izoluje elektrycznie elektrodę pomiarową 5 od ścianki działowej 11 i jednocześnie znacznie zwęża średnicę przelotu otworu przelotowego 12.

Część obudowy 1, otaczająca drugą komorę 14, jest ukształtowana niehermetycznie. Zawiera ona otwory 21, które łączą drugą komorę 14 z otoczeniem obudowy 1. Na zewnątrz obudowy 1 przed otworami 21 jest umieszczona w odstępie ścianka osłonowa 22 tak, że możliwe jest wyrównanie ciśnienia między drugą komorą 14 a otoczeniem. Jednocześnie w przypadku nieszczelności uniemożliwiony jest przelot przez otwory i wnikanie do drugiej komory 14 wody rozpryskowej.

Od strony zbiornika 2 części 5, 6 są osłonięte osłoną 24, stanowiącą elektrodę współpracującą, która w obszarze ponad poziomem 3 cieczy 4 jest perforowana.

179 154

Ciecz 4, np. woda, i znajdujące się nad nią w zbiorniku 2 gazowe medium, np. para wodna, mająróżne stałe wartości przenikalności dielektrycznej. Między elektrodą pomiarową 5 a osłoną 24, przylegającą do masy, w zależności od znajdującego się medium, wytwarza się inna pojemność elektryczna. Zmiany pojemności powodują zmianę sygnału poziomu sondy, który w celu kontroli poziomu 3 cieczy 4 jest podawany przez usytuowany w komorze przyłączeniowej 15 przewód sygnałowy 25 do odpowiedniej, nie przedstawionej jednostki kontrolującej, sterującej albo analizującej.

Jeżeli w zewnętrznej powłoce izolacyjnej 6 występuje nieszczelność, wówczas ciecz ze zbiornika 2 dociera do pierwszej komory 13. Jeśli w tym przypadku chodzi o nieznaczny przeciek, to część zamykająca 19 zostaje w swoim położeniu otwarcia, to znaczy w swoim normalnym położeniu. Dzięki temu przenikająca ciecz wypływa przez otwór przelotowy 12 do drugiej komory 14, a stamtąd przez otwory 21 na zewnątrz. Dzięki izolatorowi 23 i rurce izolacyjnej 20 unika się utworzenia elektrycznie przewodzącego połączenia między elektrodą pomiarową 5 a tuleją dociskową 10 przylegającą do masy, która zakłócałaby działanie sondy. Dzięki sprężynie naciskowej 16 element zamykający 19 w każdym położeniu wbudowania sondy znajduje się w stanie otwarcia, na przykład również w przypadku elektrody pomiarowej 5 umieszczonej poziomo.

Duży przeciek na przykład w przypadku pęknięcia powłoki izolacyjnej 6 spowodowałby znaczny wzrost ciśnienia w pierwszej komorze 13. Przeciek ten wraz z występującym w pierwszej komorze 13 przepływem mógłby pokonać siłę otwierania sprężyny dociskowej 16 i poruszyć umieszczoną osiowo przesuwnie w obudowie sondy 1, elektrodę pomiarową 5 wraz z elementem zamykającym 19 w kierunku drugiej komory 14 aż do momentu, gdy element zamykający 19 zetknie się szczelnie ze ścianką działową 11 i zamknie pierwszą komorę 13 względem drugiej komory 14. Ponieważ element zamykający 19 i ścianka działowa 11 są wykonane z materiałów przewodzących elektryczność, dlatego działająonejako wyłącznik, który łączy elektrodę pomiarową 5 z masąi wyzwala odpowiedni sygnał alarmowy. Ponieważ średnica otworu przelotowego 12 w przypadku otwartego elementu zamykającego 19 jest bardzo zwężona przez elektrodę pomiarową 5 i rurkę izolacyjną20, to do chwili zamknięcia elementu zamykającego 19 z pierwszej komory 13 do drugiej komory 14 nie może wpłynąć większa ilość cieczy. Ponadto wpływająca ciecz wypływa przez otwory 21 na -zewnątrz, dzięki czemu w drugiej komorze 14 nie występuje odczuwalny wzrost ciśnienia. Tak więc ciecz będąca pod ciśnieniem w zbiorniku 2 nie może docierać poprzez drugą komorę 14 do otoczenia. Ma to szczególne znaczenie ze względu na bezpieczeństwo w przypadku sondy, znajdującej się pod bardzo wysokim ciśnieniem i w wysokiej temperaturze.

Ściana obudowy 1 w obszarze drugiej komory 14 może być stosunkowo cienka, co ma nie tylko znaczenie ze względu na koszty urządzenia, lecz również powoduje dobre chłodzenie obudowy 1, dzięki czemu w komorze przyłączeniowej 15 panuje niższa temperatura.

Sonda przewodząca według fig. 2 odróżnia się od sondy z fig. 1 tym, że elektroda pomiarowa 5'jest utworzona z dwóch, połączonych elektrycznie ze sobą części 26 i 34 i w zbiorniku 2 me jest otoczona na całej długości powłoką izolacyjną 27, lecz tylko na odcinku przylegającym do obudowy 1. Powłokę izolacyjną27 stanowi tuleja ceramiczna, którajest zamocowana z osiowym uszczelnieniem między powierzchnią przylegania 28 na obudowie 1 a promieniowym zagłębieniem 29 na elektrodzie pomiarowej 26. Wymagany docisk uszczelniający zapewnia nakrętka 30, umieszczona w pierwszej komorze 13 na elektrodzie 26. Nakrętka 30 oddziaływuje poprzez tarczę podporową 31, ceramiczną tuleję izolacyjną 32 na obudowę 1. Rurkowy izolator 23, otaczający elektrodę 26 tworzy w otworze przelotowym 7 i przylegającej części pierwszej komory 13 izolację elektrody pomiarowej 5' względem obudowy 1. Elektroda 26 na swoim końcu znajdującym się w pierwszej komorze 13 posiada osiowy otwór 3, w którym jest osadzony przesuwnie koniec elektrycznego prętowego przewodnika 34. Przewodnik 34 poprzez pierwszą komorę 13, otwór przelotowy 12 w ściance działowej 11 sięga aż do drugiej komory 14. W pierwszej komorze 13 przewodnik 34 zawiera element zamykający 19, a w obszarze otworu przelotowego 12 jest on otoczony rurką izolacyjną 20. W drugiej komorze 14 przewodnik 34 posiada zabierak 18 dla sprężyny naciskowej 16, której drugi koniec opiera się na elektrycznie izolowanej podporze 17.

179 154

Część obudowy 1, połączona ze zbiornikiem 2 i otaczająca pierwszą komorę 13, wraz ze ścianką działową 11 jest uszczelniona hermetycznie wobec ciśnienia w zbiorniku 2, natomiast część obudowy 1, zawierająca drugą komorę 14, nie jest hermetyczna. Zawiera ona otwory 21 i otoczona jest ścianką osłonową 22.

Jeżeli, w przypadku nieszczelności powłoki izolacyjnej 27, ciecz ze zbiornika 2 przemieści się do pierwszej komory 13, to proces działania sondy przebiega w sposób już opisany w związku z fig. 1, z tym, że nie przesuwa się osiowo cała sonda pomiarowa 5', lecz tylko połączony elektrycznie z elektrodą 26 przewodnik 34 wraz z elementem zamykającym 19.

Na figurze 3 jest przedstawiona sonda, która odróżnia się od sondy z fig. 1 tylko tym, że zamiast ruchomego elementu zamykającego 19 posiada nieruchomy element zamykający 35, który stale zamyka otwór przelotowy 12 w ściance działowej 11. Element zamykający 35, bliżej przedstawiony na fig. 4, jest ukształtowany jako tuleja ceramiczna, przez którą przechodzi prętowy elektryczny przewód 36, przy czym element zamykający 35 i przewodnik 36 sąze sobą szczelnie połączone przez lutowanie. Przewodnik 36 jest jednym końcem osadzony w tulei stykowej 37, w której jest również osadzona elektroda 38, natomiast swoim drugim końcem przechodzi przez drugą komorę 14 aż do komory przyłączowej 15. Również w tym przypadku elektroda pomiarowa 5 jest utworzona z dwóch części 36 i 38.

Alternatywnie jest też możliwe przeprowadzenie wykonanej jako jedna część elektrody pomiarowej od powłoki izolacyjnej 6 aż do komory przyłączowej 15 i przylutowanie elementu zamykającego 35 bezpośrednio do elektrody 5. Możliwa jest również postać wykonania, w której element zamykający 35, z jednej strony jest połączony w sensie przewodzenia elektrycznego z elektrodą pomiarową 5, a z drugiej strony z elektrycznym przewodnikiem rozciągającym się do komory przyłączeniowej 15. Obudowa 1 nie posiada otworów 21 do wyrównywania ciśnienia i osłony 24.

Jeżeli z powodu nieszczelności powłoki izolacyjnej 6 ciecz ze zbiornika 2 przedostanie się do pierwszej komory 13, wówczas element zamykający 35 uniemożliwia przeniknięcie z hermetycznej pierwszej komory 13 doniehermetycznej drugiej komory 14. Jeżeli w pierwszej komorze 13 nagromadzi się znaczna ilość wilgoci, wówczas spowoduje to, w zależności od jej właściwości elektrycznych, połączenia w sensie przewodności elektrycznej między elektrodą 5 a tuleją dociskową 10 lub też zmianę pojemności elektrycznej między nimi, wskutek czego może być wywołany sygnał alarmowy. Tak więc uszkodzenie zostanie bardzo szybko rozpoznane, dzięki czemu będzie możliwe szybkie przeprowadzenie naprawy.

Pomimo, że przedstawione na fig. 1do 4 sondy zawierajątylkojednąelektrodę pomiarową, przechodzącą przez komory, to przedmiot wynalazku odnosi się również do sond z wieloma elektrodami pomiarowymi. Wszystkie elektrody pomiarowe mogą być wyposażone w ruchomą część zamykającą albo też w nieruchomy element zamykający. Możliwa jest również kombinacja tych elementów, to znaczyjedna lub szereg elektrod pomiarowych zostanie wyposażonych w ruchomą część zamykającą, a inny przewodnik lub inne przewodniki - w nieruchomy element zamykający.

179 154

179 154

179 154

179 154

Fig. Ί

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sonda do kontroli poziomu cieczy w zbiorniku, mająca obudowę zamocowanądo zbiornika, która ma przestrzeń wewnętrzną, która w pobliżu zbiornika posiada komorę, w której jest umieszczona elektroda pomiarowa, która sięga do zbiornika i otoczonajest powłoką izolacyjną, zamocowaną szczelnie do obudowy, znamienna tym, że w wewnętrznej przestrzeni obudowy (1), jest utworzona druga komora (14), oddzielona od pierwszej komory (13) ścianką działową (11), z otworem przelotowym (12), przez który przechodzi elektroda pomiarowa (5, 5', 5), rozciągająca się do drugiej komory (14), a pierwsza komora (13) oraz ścianka działowa (11) są uszczelnione hermetycznie, przy czym elektroda pomiarowa (5,5',5) jest wyposażona w element zamykający (1^, 35) otwór przelotowy (121) w ściance działowej (11).
2. 2. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że w pierwszej komorze (13) element zamykający (19) elektrody pomiarowej (5,5') )est umieszczony osiowo przesuwnie względem ścianki działowej (11).
3. 3. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że element zamykający (19,35) elektrody pomiarowej (5', 5 jest umieszczony na przewodniku (34,36) połączonym elektrycznie z elektrodą (26, 38).
4. 4. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że element zamykający (19) oraz ścianka działowa (11) są wykonane z materiału przewodzącego elektryczność.
5. 5. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że elektroda pomiarowa (5, 5') w otworze przelotowym (12) jest otoczona izolacją elektryczną (20).
6. 6. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że element zamykający (19) jest dociskany elementem sprężystym (16).
7. 7. Sonda według zastrz. 4, znamienna tym, że w ściance działowej (11) jest umieszczony nieruchomy element zamykający (35) wykonany z materiału izolacyjnego.
8. 8. Sonda według zastrz. 7, znamienna tym, że element zamykający (35) jest wykonany jako tuleja ceramiczna, do której jest przylutowany elektryczny przewodnik (36), połączony elektrycznie z elektrodą (38).
9. 9. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że elektroda pomiarowa (5,5', 5) w obszarze pierwszej komory (13) jest otoczona przez elektryczny izolator (23).
10. 10. Sonda według zastrz. 1, znamienna tym, że obudowa (1) zawierająca elektrodę pomiarową (5 lub 53 jest wyposażona w co najmniej jeden otwór (21) do wyrównywania ciśnienia, który łączy drugą komorę (14) z otoczeniem, oraz w ściankę osłonową (22), otaczającą w odstępie ściankę obudowy (1).