ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ДИСКРЕТНЫЙ УРОВНЕМЕР 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 дискретный уровнемер, содержащий корпус в виде полой вертикальной трубы из немагнитной стали, ферромагнитного поплавка в виде тонкостенного шара, дифференциально-трансформаторных датчиков, установленных по высоте трубы, обмотку возбуждения, преобразователь напряжения. Каждый датчик состоит из измерительной обмотки и сердечника. В месте нахождения ферромагнитного поплавка между полюсами сердечника резко увеличивается магнитный поток, пронизывающий измерительную обмотку соответствующего датчика. На входе этого датчика появляется напряжение, в то время как на всех других датчиках напряжение близко к нулю. Это напряжение с помощью преобразователя преобразуется в прямоугольный импульс, используемый для передачи сигнала об уровне контролируемой жидкости (патент РФ №2084838, кл. G01F 23/30, 1994 г)..
Недостатком этого датчика является сложность конструкции и наличие питания от внешнего источника электроэнергии..
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является уровнемер, 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, кл. G01F 23/30, 2006).
Недостатками этого уровнемера 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 уровнемера за счет упрощения его конструкции и исключения внешнего источника питания.
Указанный технический результат достигается тем, что электрохимический дискретный уровнемер поступающей забортной воды содержит корпус, установленный вертикально, датчики, расположенные по высоте уровнемера, при этом в качестве датчиков взяты газодиффузионные воздушные электроды, корпус содержит дно и стенки и изготовлен из металла с потенциалом, отличающимся от потенциала воздушного электрода.
Такое выполнение уровнемера позволяет упростить его конструкцию и отказаться от внешнего источника питания, поскольку корпус и воздушные электроды образуют электрохимическую пару, которая при контакте с водой генерирует ЭДС, используемую в качестве сигнала.
Целесообразно, чтобы уровнемер состоял из двух герметично разделенных основных частей: камеры воздушных электродов, вмонтированных в стенки камеры, и заливной полости отрицательного электрода.
Это позволяет предотвратить попадание воды в воздушную камеру уровнемера.
Целесообразно, чтобы воздушные электроды были размещены на стенках воздушной камеры с промежутками по высоте, при этом электроды на одной стенке воздушной камеры могут не перекрывать или перекрывать промежутки между электродами на другой стенке камеры.
Такое размещение воздушных электродов позволяет получать дискретный или непрерывный сигнал, контролирующий уровень воды.
Целесообразно, чтобы воздушная камера имела форму параллелепипеда, цилиндра или треугольной призмы, а воздушные электроды были расположены ступенчато на стенках камеры.
Целесообразно, чтобы один из воздушных электродов (плоский или выпуклый вниз) был установлен в дно воздушной камеры.
Такое размещения воздушного электрода позволяет контролировать нижний уровень поступающей воды. Форма электрода предотвращает накопление воздушных пузырей на поверхности, которые могут блокировать рабочую поверхность электрода.
Целесообразно, чтобы к верхней части воздушной камеры был присоединен патрубок с загнутой верхней частью вниз в виде воздушного сифона.
Такое выполнение патрубка предотвращает заполнение воздушной камеры водой и сохраняет работоспособность уровнемера.
Целесообразно, чтобы в заливной полости корпуса имелось отверстие выше уровня верхнего воздушного электрода и отверстие на уровне дна корпуса.
Это обеспечивает свободный доступ воды в заливную полость при подъеме уровня воды и ее слив при понижении уровня воды.
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 уровнемера.
На фиг.1 показано устройство уровнемера с воздушной камерой в виде параллелепипеда 1 и расположением воздушных электродов на 2-х стенках камеры,
На фиг.2 показан выпуклый воздушный электрод, установленный в дно воздушной камеры,
На фиг.3 показан плоский воздушный электрод, установленный в дно воздушной камеры с наклоном,
На фиг.4 показано формирование сигналов в зависимости от уровня поступившей воды,
На фиг.5 показано положение, когда уровнемер оказался полностью под водой.
Уровнемер состоит из 2-х основных частей, вертикально установленного металлического корпуса 1, например, из нержавеющей стали, являющийся анодом с дном 2 и стенкой 3, образующих заливную полость 4, и вставленную в него герметично отделенную воздушную камеру 5, изготовленную из диэлектрического материала, например, из полиамида 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 уровнемером. 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 параллелепипеда - со ступенчатым расположением электродов на 1-4-х стенках; при треугольной форме сечения камеры - на 1-3-х стенках. Один воздушный электрод 10 установлен в дно 11 воздушной камеры 5. Вариант: воздушный электрод, установленный в дно 5, имеет выпуклую форму 12; другой вариант: плоский электрод 13 вмонтирован в дно 11 камеры с наклоном относительно дна 2 корпуса 1. К верхней закрытой части 14 воздушной камеры 5 присоединен патрубок 15. Верхняя часть этого патрубка загнута в виде сифона 16 с горловиной 17. В стенке 3 корпуса 1 имеется
отверстие 18 у дна 2 и отверстие 19 в верхней части корпуса выше уровня верхнего воздушного электрода 20.
Провода - токовыводы 21 воздушных электродов 6 собраны в жгут 22, который герметично выведен из уровнемера через верхнюю закрытую часть 14 воздушной камеры. Провод - токовывод отрицательного электрода - корпуса 23 присоединен к нему снаружи.
Уровнемер по полезной модели работает следующим образом: вода поступает в уровнемер через нижнее отверстие 18, вытесняя воздух через верхнее отверстие 19. 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 уровней воды, изображенных на фиг.4:
Номер уровня воды в уровнемере
Номера уровней воды, о которых передает сигнал уровнемер
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 уровнемер.
Чем меньше высота электродов, тем меньше дискретный интервал измерений и погрешность в абсолютном измерении уровня воды.
При дальнейшем поступлении воды до уровня 24, когда уровнемер оказывается полностью под водой, он продолжает вырабатывать ЭДС. продолжая сигнализировать об аварийной ситуации. При этом, проникновению воды в воздушную полость уровнемера препятствует сифон 16 патрубка 15 уровень воды 25 в горловине 17 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.
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 уровнемер морской водой обеспечивается при применении одного из заявляемых вариантов выпуклого и наклоненного электродов.
Приведенные выше сведения подтверждают, что заявленный уровнемер может быть реализован на практике, что подтверждает соответствие формулы изобретения условию «промышленная применимость».