ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ПОСТУПАЮЩЕЙ ЗАБОРТНОЙ МОРСКОЙ ВОДЫ

Полезная модель относится к электротехнике, конкретно - к электрохимическим сигнализаторам уровня воды и может быть использована на морских судах и в судах смешанного плавания река - море. Применение сигнализаторов уровня поступающей забортной воды на судах способствует непотопляемости судов. Для предотвращения аварий судов вследствие протечки наружной обшивки, донных трещин, пробоин, и т.п., регулярно проверяется состояние водонепроницаемых частей судна, а когда судно на ходу, замеры воды в льялах производятся каждую вахту (Наставление по предупреждению аварий и борьбе за живучесть судов флота рыбной промышленности СССР, стр.17, п.2.3.8., и стр.29, п..2.8.7., Ленинград, «Транспорт», Ленинградское отд., 1983). Замеры производятся футштоками через измерительные трубы (Правила классификации и постройки морских судов, том 2, стр.109, п.10.4.3, Российский Морской Регистр Судоходства, СПБ, 2003). Особое значение имеет контроль за поступлением воды свыше максимально допустимого (аварийного) уровня. На судах, оборудованных системой аварийно-предупредительной сигнализации (АПС), должен контролироваться и фиксироваться аварийный уровень воды в льялных колодцах и туннелях валопроводов, для чего предназначены сигнализаторы уровня поступающей воды (упомянутые Правила, стр.576, п.п.4.7.3. и 4.7.4.). Согласно п.7.10.2. этих Правил (стр.281),
сигнализаторы должны быть установлены в каждой секции судна, отделенной водонепроницаемыми переборками.
Известен датчик контроля протечек воды, содержащий корпус из впитывающего воду материала с вмонтированными в него перфорированными электродами, разделенными водопроницаемой диэлектрической прокладкой. Электроды соединены с источником питания и приемно-контрольной аппаратурой (патент РФ 72859 U1, А62С 39/00 2007 г). При попадании пресной, не электропроводной воды на корпус, последний работает как фитиль, забирает влагу, сода или соль растворяются и вода становится электропроводной. Затем влага пропитывает прокладку и превращает ее в электролитоноситель, электрическая цепь между электродами замыкается и подается сигнал на контрольный прибор.
Недостатком этого известного является сложность устройства сигнализатора из-за наличия внешнего источника питания, и наличия влагопроницаемой прокладки. Другим недостатком сигнализатора является его ненадежность вследствие возможности передачи ложных сигналов. Во-первых, при выпадении росы, а также при плавании во влажном климате, конденсат, попадая на гипсовый корпус датчика, абсорбируется его порами и вода, превратившаяся в электролит, при прохождении стенок корпуса, наполняет прокладку, замыкая электрическую цепь, вызывая ложный сигнал о наличии воды при ее фактическом отсутствии.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является сигнализатор, содержащий наружный вертикальный корпус в виде трубы и коаксиально установленный в нем герметичный полый стержень с датчиками уровня, расположенными по высоте полого стержня (патент РФ 2284480 G01F 23/30, 2006).
Недостатками этого сигнализатора является сложность конструкции (герметичные полость и емкость с магнитной жидкостью в поплавке, секционная измерительная обмотка) и питание от электросети.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности функционирования сигнализатора за счет упрощения его конструкции и исключения внешнего источника питания..
Указанный технический результат достигается тем, что электрохимический сигнализатор поступающей забортной воды содержит наружный вертикальный корпус в виде трубы и коаксиально установленный в нем герметичный полый стержень с датчиками уровня, расположенными по высоте стержня, при этом, в качестве датчиков уровня взяты газодиффузионные воздушные электроды, вмонтированные в дно и стенки полого стержня, полость стержня сообщается с воздушной окружающей средой, корпус выполнен из изоляционного материала и содержит в нижней части металлический электрод.
Наличие воздушных электродов и металлического электрода позволяет существенно упростить конструкцию сигнализатора за счет исключения внешнего источника напряжения, Сигнал вырабатывает сам сигнализатор, за счет возникновения ЭДС между электродами.
Целесообразно, чтобы воздушные электроды были расположены на стенках полого стержня с перекрытием. Это позволяет непрерывно контролировать уровень поступающей воды.
Целесообразно, чтобы металлический электрод был выполнен из алюминиевого сплава. Алюминиевый электрод в режиме ЭДС пассивируется и не расходуется, что увеличивает срок службы сигнализатора.
Целесообразно, чтобы воздушный электрод, вмонтированный в дно полого стержня, был выполнен плоским или выпуклым вниз.
Такое выполнение воздушного электрода предотвращает скапливание пузырей на его поверхности, которые за счет экранирования части площади воздушного электрода влияют на выходной сигнал сигнализатора.
Целесообразно, чтобы к верхней части полого стержня был присоединен воздушный патрубок с сифоном. Наличие сифона предотвращает попадание воды в воздушную полость стержня и нарушение работы сигнализатора.
Целесообразно, чтобы металлический анод был выполнен в виде стержня. Такая конструкция электрода упрощает его крепление в сигнализаторе.
Целесообразно, чтобы наружный корпус был снабжен двумя отверстиями, одно из которых расположено выше уровня верхнего воздушного электрода, а другое расположено в нижней части ниже уровня металлического электрода. Такое расположение отверстий обеспечивает выдачу сигнала во всем диапазоне работоспособности сигнализатора.
Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенная в формуле полезной модели, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию «новизна».
Сущность полезной модели поясняется чертежами и описанием конструкции и работы сигнализатора.
На фиг.1 представлено устройство сигнализатора с расположением воздушных электродов на стенках полого стержня,
1
1
На фиг.2 показан поперечный разрез одного из возможных сигнализатора по 1-1,
На фиг.3 показан выпуклый воздушный электрод, вмонтированный в дно воздушной камеры,
На фиг.4 показан плоский воздушный электрод, вмонтированный в дно воздушной камеры с наклоном,
На фиг.5 показано формирование сигналов в зависимости от уровня поступившей воды,
На фиг.6 показано положение, когда сигнализатор оказался полностью под водой.
Сигнализатор состоит из 2-х основных частей, изготовленных из диэлектрического материала, например, из полиамида: вертикально установленного внешнего корпуса 1, с дном 2 и стенкой 3, образующих заливную полость 4, и вставленную в него коаксиально герметично отделенную воздушную камеру 5 с воздушными электродами 6, которые вмонтированы в стенки 7 камеры 5 с промежутками 8 по высоте, причем промежутки между электродами на одной стенке перекрываются электродами другой стенке. Это перекрытие 9 целесообразно для обеспечения непрерывности сигнала, передаваемого сигнализатором. Как вариант, электроды могут быть расположены без перекрытия промежутков. Конструктивно воздушные электроды могут быть вмонтированы в воздушную камеру по-разному: в камеру цилиндрической формы - с расположением электродов в один вертикальный ряд, или на его противоположных сторонах со ступенчатым расположением электродов по спиральной образующей; в камере в виде параллепипеда - со ступенчатым расположением электродов на 1-4-х стенках; при треугольной форме сечения камеры - на 1-3-х стенках. Один плоский воздушный электрод 10 установлен в дно 11 воздушной камеры 5. Вариант: воздушный электрод, установленный в дно 11 камеры 5, имеет выпуклую форму 12; другой вариант: плоский электрод 13 вмонтирован в дно 11 камеры 5 с наклоном относительно дна 2 корпуса 1. К верхней закрытой части 14 воздушной камеры 5 присоединен патрубок 15 с сифоном 16. В стенке 3 корпуса 1 имеется
отверстие 17 у дна 2 и отверстие 18 в верхней части корпуса выше уровня верхнего воздушного электрода 19.
Внутри заливной полости 4 размещен анод - стержень из специального алюминиевого сплава 20. На чертеже показан один из возможных путей установки стержня: введением его в посадочные отверстия 21 и 22 и закреплением гайками 23 через прокладки 24. Следует отметить, что могут быть разные конструктивные решения установки и закрепления стержня, которые не являются предметом заявки. По этой же причине, а также потому, что форма алюминиевого анода не играет роли, в заявке не приводится чертеж установки плоского анода. Провода - токовыводы 25 воздушных электродов 6 собраны в жгут 26, который герметично выведен из сигнализатора через верхнюю закрытую часть 14 воздушной камеры. Провод - токовывод алюминиевого стержня 27 присоединен к стержню 20 снаружи корпуса 1.
Сигнализатор по полезной модели работает следующим образом: вода поступает в сигнализатор через нижнее отверстие 17, вытесняя воздух через верхнее отверстие 18. При подъеме уровня морская вода омывает наружные поверхности воздушных электродов и те электроды, до которых поднялась вода, сразу генерируют ЭДС. В таблице показана дискретность сигналов в зависимости от уровня воды, показанных на фиг.5.
Номер уровня воды в сигнализаторе
Номера уровней воды, о которых передает сигнал сигнализатор
1.1
нет сигнала
1.2
2.1
1.3
2.1, 2.2
1.4
2.1, 2.2, 2.3
1.5
2.1, 2.2, 2.3, 2.4
1.6
2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 2.5
Таким образом, работают все воздушные электроды, которые омывает морская вода, поступающая в сигнализатор.
Чем меньше высота электродов, тем меньше дискретный интервал измерений и погрешность в абсолютном измерении уровня воды.
При дальнейшем поступлении воды до уровня 28, когда сигнализатор оказывается полностью под водой, он продолжает вырабатывать ЭДС. продолжая сигнализировать об аварийной ситуации. При этом, проникновению воды в воздушную полость сигнализатора препятствует сифон 16 патрубка 15: уровень воды 29 в горловине 30 сифона 16 определяется статическим давлением воды в ней.
При снижении уровня воды, она тут же стекает из сигнализатора и воздушные электроды, которые перестала омывать вода, перестают вырабатывать ЭДС.
Со временем, при нахождении в морской воде на поверхности анода может появляться слой гидроксида алюминия. Периодически, в соответствие с инструкцией по эксплуатации сигнализатора, целесообразно заменить анод, на новый, входящий в комплект каждого сигнализатора.
В связи с тем, что гидрофобная поверхность горизонтально расположенного плоского воздушного электрода, установленного в дно воздушной камеры, может частично экранироваться пузырьками воздуха от смачивания морской водой, смывание пузырьков воздуха поступающей в сигнализатор морской водой обеспечивается при применении одного из заявляемых вариантов выпуклого и наклоненного электродов.
Приведенные выше сведения подтверждают, что заявленный сигнализатор может быть реализован на практике, что подтверждает соответствие формулы изобретения условию «промышленная применимость».