Уровнемеры и расчет

Изобретение относится к  области измерения уровня, в частности  для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла. Сущность изобретения: уровнемер содержит одну металлическую измерительную  трубку и один преобразователь. На верхнем  участке металлической измерительной  трубки имеется паропропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, а на нижнем участке металлической  измерительной трубки имеется водопропускная трубка, сообщающаяся с барабаном  парового котла. Внутри металлической  измерительной трубки имеется изолирующая  трубка, внутри которой снизу вверх  установлены зонд   1, зонд   2 и зонд   3, которые отделены друг от друга и электрически развязаны. Указанные зонды соответствующим образом соединены с преобразователем посредством проводников. Указанный уровнемер выполнен с возможностью отслеживания в реальном времени диэлектрической проницаемости воды и пара, что позволяет с его помощью производить непрерывные точные измерения уровня жидкости в барабане парового котла в любых рабочих условиях, даже при включении, остановке, продувке котла и т.д. Технический результат: возможность вычисления значения уровня жидкости по показаниям диэлектрической проницаемости воды и пара, отслеживаемым в реальном времени. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится  к области измерения уровня жидкости, в частности к уровнемеру для  жидкости, предназначенному для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых рабочих  условиях и к способу для определения  уровня жидкости посредством данного  уровнемера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В условиях высокой температуры  и высокого давления воды и пара в барабане парового котла, а также  с учетом сложных законов изменения  рабочих условий измерение уровня жидкости в барабане всегда представляло сложности. В настоящее время наиболее распространенным является способ измерений уровня жидкости в барабанах паровых котлов с помощью уравнительного сосуда, выполняющего регулировочную и защитную функцию, несмотря на то, что на результаты измерений в паровом барабане с помощью уравнительного сосуда влияют рабочие условия, результаты измерения часто бывают неточными, а сами измерения не могут выполняться при запуске и остановке котла. Кроме того, измерения не могут выполняться обычным образом в аномальных условиях, когда ставится под угрозу безопасное функционирование котла. Поскольку в аномальных условиях, а также при запуске и остановке котла измерение уровня жидкости с помощью электрических контактных уровнемеров не может выполняться непрерывно, то есть значения уровня жидкости могут быть получены только в виде диапазонов, такой способ не может использоваться для автоматического регулирования уровня воды и установления пределов значений безопасной эксплуатации и в целом не используется для осуществления защитной функции.

Давление в барабане парового котла составляет обычно от 2 МПа  до 20 МПа в зависимости от его  размеров, а температура насыщения  воды и пара составляет от 212°C до 365°C. Диэлектрическая проницаемость для воды и пара при нормальной температуре составляет соответственно 80 и 1, а при 365°C соответственно 9,94 и 2,65, то есть диэлектрическая проницаемость воды изменяется приблизительно в 10 раз, тогда как обычный емкостный уровнемер может использоваться только в тех случаях, когда диэлектрическая проницаемость измеряемой среды относительно устойчива, а потому им также нельзя пользоваться для измерения уровня жидкости в барабанах паровых котлов.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения  заключается в том, чтобы предложить такой уровнемер для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который позволяет вычислять  значения уровня жидкости по показаниям диэлектрической проницаемости  воды и пара, отслеживаемым в реальном времени. В каком бы состоянии  ни находился котел, будь то запуск, остановка котла, его продувка и  т.п., этот уровнемер непрерывно обеспечивает надежную и точную индикацию уровня жидкости во всех ситуациях, то есть поддерживает функцию непрерывного измерения  уровня жидкости при любых условиях.

Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы  предложить способ вычисления уровня жидкости в барабане парового котла  путем непрерывного измерения при  любых рабочих условиях.

Задача настоящего изобретения  решается следующим образом: предлагается уровнемер для непрерывного измерения  уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях, который  содержит одну металлическую измерительную  трубку и один преобразователь. На верхнем  участке указанной металлической  измерительной трубки установлена  паропропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла, а  на нижнем участке указанной металлической  измерительной трубки установлена  водопропускная трубка, сообщающаяся с барабаном парового котла; внутри указанной металлической измерительной  трубки имеется изолирующая трубка, внутри которой друг за другом снизу  вверх установлены зонд   1, зонд   2 и зонд   3, которые отделены друг от друга, электрически развязаны и соединены с указанным преобразователем посредством соответствующих проводников.

Проводники указанных  зондов представляют собой экранированные проводники, причем центральная жила экранированного проводника одним  концом подсоединена к зонду, а другим своим концом подсоединена вместе с  экранирующим слоем к преобразователю.

Измерение емкости производится поочередно указанными тремя зондами, причем в тот момент, когда один из трех зондов производит замер, два  других прекращают измерения.

Также предлагается способ вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла  при любых условиях, согласно которому:

Во время работы уровнемера параметры, установленные при его  калибровке, используют при замере значений емкости зонда   1, зонда  2 и зонда   3, причем зонд   1 и зонд   3 используют для измерения диэлектрической проницаемости соответственно воды и пара.

Сначала вычисляют dA и dB следующим  методом.

A) При выполнении условия   обновляют значение dA:

B) При выполнении условия   обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются,  используют значения dA и dB, полученные  при последнем обновлении.

D) Сразу после включения  уровнемера для жидкости используют  уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной  переменной hx уровня жидкости без  учета E2 и E3:

2) Оценивают относительное  положение уровня жидкости по  вычисленному значению hx и вычисляют  фактический уровень жидкости Hx следующим методом:

A) Если hx>E1+H1+H2, уровень жидкости  находится в районе зонда   3:

B) Если условие A не выполняется  и hx>E1+H1, уровень жидкости находится  в районе зонда   2:

C) Если условие В также не выполняется, это означает, что уровень жидкости находится не выше зонда   1, и тогда нет необходимости изменять значение Hx, то есть

Здесь: H1, H2 и H3: геометрическая высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости  зонда   1, зонда   2 и зонда   3, измеренные во время работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего  конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла.

E2 и E3: промежутки соответственно  между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3.

L: длина диапазона измерений  уровнемера для жидкости, определяемая  как расстояние между осями  водопропускной трубки и паропропускной  трубки.

dA: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  средой пара по отношению к  воздуху; изменение величины dB отражает  изменение диэлектрической проницаемости  пара.

hx: временная переменная  уровня жидкости.

Hx: значение уровня жидкости.

Согласно еще одному аспекту  изобретения предлагается способ вычисления уровня жидкости с помощью уровнемера для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла  при любых условиях, согласно которому:

во время работы уровнемера параметры, установленные при его  калибровке, используют при замере значений емкости зонда   1, зонда   2 и зонда   3, причем зонд   1 и зонд   3 используют для измерения диэлектрической проницаемости соответственно воды и пара, и исходные значения Ce1, Ce2 и Ce3 емкости, а также значения Cm1, Ст2 и Cm3 емкости при заполнении средой используют для вычисления и определения преобразованных значений высоты зонда   1 и зонда   3 относительно высоты зонда   2:

Сначала вычисляют dA и dB следующим  методом.

A) При выполнении условия   обновляют значение dA:

B) При выполнении условия   обновляют значение dB:

C) Если условия не выполняются,  используют значения dA и dB, полученные  при последнем обновлении.

D) Сразу после включения  уровнемера для жидкости используют  уставки по dA и dB.

Далее вычисляют значение уровня жидкости Hx.

1) Вычисляют значение временной  переменной hx уровня жидкости, ассоциируемое  с преобразованными значениями  высоты H12 и H32, без учета E2 и  E3:

2) Оценивают относительное  положение уровня жидкости по  вычисленному значению hx и вычисляют  фактический уровень жидкости Hx следующим методом.

A) Если hx>E1+H1+H2, уровень жидкости  находится в районе зонда   3:

B) Если условие A не выполняется  и hx>E1+H12, уровень жидкости находится  в районе зонда   2:

C) Если условие В не выполняется и hx>E1, уровень жидкости находится в районе зонда   1:

D) Если условие C не выполняется,  это означает, что уровень жидкости  находится ниже зонда   1 или же остается на прежнем уровне нижнего конца зонда   1:

 .

Здесь:

H1, H2 и H3: геометрическая  высота зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно.

H12 и H32: преобразованные  значения высоты соответственно  зонда   1 и зонда   3 относительно высоты зонда   2; при идеальных физических характеристиках конструкции H12 равно H1, а H32 равно H3.

Ce1, Ce2 и Ce3: исходные значения  емкости, то есть измеренные  значения емкости для зонда   1, зонда   2 и зонда   3 соответственно, находящихся в воздушной среде.

Cm1, Cm2, и Cm3: значения емкости  при заполнении средой, то есть  измеренные значения емкости  для зонда   1, зонда   2 и зонда  3, определяемые в процессе калибровки при заполнении средой.

Cx1, Cx2 и Cx3: значения емкости  зонда   1, зонда   2 и зонда   3, измеренные в процессе работы уровнемера.

E1: расстояние от нижнего  конца зонда   1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла.

E2 и E3: промежутки соответственно  между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3.

L: длина диапазона измерений  уровнемера для жидкости, определяемая  как расстояние между осями  водопропускной трубки и паропропускной  трубки парового котла.

dA: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  водяной средой по отношению к воздуху; изменение величины dA отражает изменение диэлектрической проницаемости воды.

dB: приращение емкости  между измерительными зондами  и металлической измерительной  трубкой на единицу высоты, создаваемое  средой пара по отношению к  воздуху; изменение величины dB отражает  изменение диэлектрической проницаемости  пара.

hx: временная переменная  уровня жидкости.

Hx: значение уровня жидкости.

Положительный эффект от настоящего изобретения заключается в следующем. С учетом того, что изменения диэлектрической проницаемости воды и пара происходят только при запуске и остановке котла, его продувке и т.п., уровнемер для жидкости для барабана парового котла по данному изобретению, способный отслеживать показания диэлектрической проницаемости воды и пара в реальном времени, может непрерывно обеспечивать надежную и точную индикацию уровня жидкости во всех ситуациях, в том числе при запуске, остановке и продувке. Таким образом поддерживается функция непрерывного измерения уровня жидкости в любых условиях.

Ниже со ссылками на прилагаемые  чертежи описаны варианты осуществления  настоящего изобретения.

ПРИЛАГАЕМЫЙ ЧЕРТЕЖ

На чертеже схематически изображен предлагаемый уровнемер, предназначенный для непрерывного измерения уровня жидкости в барабане парового котла при любых условиях.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Первый вариант осуществления  изобретения

Уровнемер для жидкости для  непрерывных измерений в барабане парового котла при любых условиях, в котором, как показано на чертеже, H1, H2 и H3 - геометрическая высота соответственно зонда   1, зонда   2 и зонда   3, E1 - расстояние от нижнего конца зонда  1 до осевой линии водопропускной трубки барабана парового котла, Е2 и Е3 - промежутки соответственно между зондом   1 и зондом   2 и между зондом   2 и зондом   3, L - длина диапазона измерений уровнемера для жидкости, определяемая как расстояние между осями водопропускной и паропропускной трубки. В данном варианте осуществления H1=100 мм, H2=400 мм, H3=150 мм, E1=0 и E2=E3=3 мм.

Указанный уровнемер для  жидкости для барабана парового котла  содержит одну металлическую измерительную  трубку 4 и один преобразователь 11. К  верхней части указанной металлической  измерительной трубки присоединена паропропускная трубка 2, сообщающаяся с барабаном парового котла, а к нижней части указанной металлической измерительной трубки присоединена водопропускная трубка 1, сообщающаяся с барабаном парового котла; внутри указанной металлической измерительной трубки имеется изолирующая трубка 8; внутри указанной изолирующей трубки снизу вверх друг за другом установлены зонд   1 (на чертеже - позиция 5), зонд   2 (позиция 6) и зонд   3 (позиция 7), которые отделены друг от друга и электрически развязаны; при этом зонд   1 используется главным образом для отслеживания показаний диэлектрической проницаемости воды, зонд   3 предназначен главным образом для отслеживания показаний диэлектрической проницаемости пара, а зонд   2 - для осуществления основных измерений. Три указанных зонда соединены с преобразователем 11 посредством соответствующих проводников 10.