Поплавковый уровнемер жидкости

Предложение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к измерению уровня жидкости в емкости.
Известно устройство для измерения уровня жидкости (патент RU № 2534423, МПК G01F 23/38, G01F 23/62, опубл. 27.11.2014 Бюл. № 33), содержащее чувствительный элемент, погруженный в жидкость, магнитную систему, закрепленную в полой втулке, которая связана с чувствительным элементом с возможностью перемещения при изменении положения чувствительного элемента относительно уровня жидкости, и датчик Холла, подсоединенный к измерительному блоку, причем втулка изготовлена из пружинной стали или сплава; на ее боковой поверхности выполнены кольцевые ряды сквозных прорезей, а между упомянутыми рядами прорезей по высоте втулки образованы ряды сплошных плоских колец, при этом протяженность области плоских колец t по высоте втулки L выбирается из условия t≥0,3 L; магнитная система выполнена в виде двух магнитов, расположенных напротив друг друга в области сплошных плоских колец, а датчик Холла размещен в обойме из немагнитного материала, которая расположена между двумя упомянутыми магнитами.
Недостатками данного устройства является сложность и низкая надежность из-за наличия большого количества взаимосвязанных сложных элементов и приборов, которые очень чувствительны к изменяющимся внешним факторам (температура, влажность и т.п.), а также необходимость наличия бесперебойного электрического питания, что сложно осуществить на удаленных объектах.
Известен также уровнемер (патент RU № 2050527, МПК G01F 23/30, опубл. 20.12.1995 Бюл. № 35), содержащий жидкость в сосуде, поплавок, источник магнитного поля, визуальное приспособление, расположенное на наружной стенке сосуда, причем в качестве поплавка используется жидкость с меньшей плотностью и иными магнитными свойствами, чем плотность и магнитные свойства основной жидкости.
Недостатками данного уровнемера являются сложность реализации в емкостях, имеющих большие габаритные размеры (например, в нефтехранилищах, водонапорных башнях и т.п.), так как потребуется большой объем плавучей жидкости с магнитными свойствами (которую промышленно никто не производит), при этом контроль потребуется по всей высоте емкости, что также трубно осуществить на объектах, имеющих большую высоту (более 5 м), и невозможно осуществлять контроль в подземных емкостях.
Наиболее близким является септик (патент на ПМ RU № 183169, МПК G01F 23/30, С02F 3/00, опубл. 12.09.2018 Бюл. № 26), содержащий, как минимум, одну секцию, причем в септике вертикально жестко установлена труба, в которой с возможностью свободного перемещения размещен поплавок таким образом, что при исправно функционирующем устройстве поплавок не выходит за пределы верхнего торца трубы, а при аварийной ситуации выходит за пределы торцевой части трубы.
Недостатком данного устройства являются индикация только при переполнении емкости и необходим поплавок высотой не менее перепада уровней в емкости, что технически трудно осуществимо в емкостях, имеющих большую высоту и с большим перепадом уровня жидкости.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание простой и надежной конструкции поплавкового уровнемера, позволяющего постоянно контролировать уровень жидкости в емкостях, имеющих большую высоту, в том числе и в подземных емкостях.
Техническая задача решается поплавковым уровнемером жидкости, включающим емкость, вставленную вертикально в емкость трубу с поплавком внутри, выполненным с возможностью продольного перемещения внутри трубы, индикатор уровня, расположенный выше емкости.
Новым является то, что труба выполнена из диэлектрического материала, поплавок выполнен в виде поршня с магнитомягким материалом по периметру, индикатор выполнен в виде вертикального стакана со смотровым окном, имеющим измерительные полоски, и верхним поплавком внутри большего поперечного сечения, чем площадь поперечного сечения трубы, низ стакана сообщен с верхом трубы гидравлической трубкой, а внутренние пространства трубы выше поплавка, гидравлической трубки и полости до верхнего поплавка заполнены технической жидкостью, при этом снаружи трубы для компенсации уровня технической жидкости установлен большой поплавок с возможностью продольного перемещения и магнитами внутри, взаимодействующими с магнитомягким материалом поплавка внутри трубы.
Новым является также то, что при плотном прилегании верхнего поплавка к стенкам стакана верхний поплавок оснащен перепускным клапаном для спуска газа и излишка технической жидкости из внутреннего пространства стакана под верхним поплавком.
На чертеже изображена схема работы поплавкового уровнемера.
Поплавковый уровнемер жидкости, включает емкость 1, вставленную вертикально в емкость трубу 2 с поплавком 3 внутри, выполненным с возможностью продольного перемещения внутри трубы 2, расположенный выше емкости 1 индикатор уровня, выполненный в виде вертикального стакана 4 со смотровым окном (не показан), имеющим измерительные полоски (не показаны), и верхним поплавком 5 внутри. Стакан 4 изготовлен большего поперечного сечения D, чем площадь поперечного сечения d трубы 2 для уменьшения хода верхнего поплавка 5 по сравнению с поплавком 3 трубы 2, что делает более удобным визуальный контроль за уровнем в емкости 1, имеющей большую глубину (3 м и более). Для исключения магнитного воздействия труба 2 изготовлена из диэлектрического материала (полиэтилен, полпропилен, стекло или т.п.). Поплавок 3 изготовлен в виде поршня с магнитомягким материалом по периметру (например, металлическая фольга, стенки из углеродистой стали или т.п.). Стакан 4 снизу сообщен с верхом трубы 3 гидравлической трубкой 6 (резиновой трубкой, армированным шлангом или т.п.). Внутренние пространства 7, 8 и 9 соответственно трубы 2 выше поплавка 3, гидравлической трубки 6 и стакана 4 до верхнего поплавка 5 заполнены технической жидкостью (водой, спиртом, антифризом, тосолом или т.п.). Снаружи трубы 2 для компенсации уровня Н технической жидкости установлен большой поплавок 10 с возможностью продольного перемещения и магнитами (например, в виде пластин, дисков или т.п. - показаны условно) на внутренней поверхности 11, взаимодействующими с магнитомягким материалом поплавка 3 внутри трубы 2.
При использовании в качестве технических жидкостей гидрофильных жидкостей (спирта, антифриза, тосола или т.п.) для исключения обогащения этой жидкости влагой из атмосферы с ухудшением свойств (например, повышением температуры замерзания) или испарения дорогостоящей жидкости (например, тосола, антифриза или т.п.) рекомендуется плотно подгонять верхний поплавок 5 к боковым стенкам стакана 4. При этом верхний поплавок 4 снабжают перепускным клапаном 12 для спуска газа и излишка технической жидкости из внутреннего пространства полости 9 под верхним поплавком 4 во время установки.
Конструктивные элементы, технологические соединения и уплотнения, не влияющие на работоспособность поплавкового уровнемера, на чертеже не показаны.
Поплавковый уровнемер работает следующим образом.
В сухую емкость 1 в технологическое окно (показано условно) сверху вставляют с последующей герметизацией (фланцем, резьбой или т.п.) трубу 2 с поплавком 3 внутри и большим поплавком 10 снаружи. От выпадения поплавков 3 и 10 труба 1 снизу оборудована внутренним 13 и наружным 14 упорами. В качестве магнитов на внутренней поверхности 11 большого поплавка 10 хорошо себя зарекомендовали неодимовые магниты, которые приклеили на внутреннюю поверхность 11. Верх трубы 1 оснащают гидравлической трубкой 6, при помощи которой ее соединяют с низом стакана 4 индикатора. Гибкая гидравлическая трубка 6 упрощает герметичное соединение трубы 1 и стакана 4, который при этом могут располагать в удобном для наблюдения, в том числе, и защищенном месте, например, в антивандальном шкафу (не показан). При этом использование стакана 4 большего поперечного сечения D, чем площадь поперечного сечения d трубы 2, позволяет использовать более компактный стакан 4. Например, для подземной емкости высотой 12 м при использовании трубы с d = 10 мм и длиной 13 м (для выхода на поверхность) используют стакан 4 с D = 32 мм высотой 1,6 м, такой стакан 4 легко помещается в антивандальный шкаф и визуально легко считывается через смотровое окно оператором. Сверху в стакан заливают технологическую жидкость для заполнения ей внутренних пространств 7, 8 и 9 соответственно трубы 2 выше поплавка 3, гидравлической трубки 6 и стакана 4 до минимально отметки (не показана), нанесенной снаружи смотрового окна стакана 4. В стакан 4 сверху на поверхность технологической жидкости устанавливают верхний поплавок 5, который нужен для лучшей визуализации уровня технической жидкости и снижает в несколько раз процесс испарения технической жидкости. При использовании уровнемера в неотапливаемом помещении или в полевых условиях в качестве технической жидкости рекомендуется использовать жидкость с низкой температурой замерзания (антифриз, тосол, спирт или т.п.) в сочетании с плотно прилегающим к боковым стенкам стакана 4 верхним поплавком 5 с обратным клапаном 12. При установке такого верхнего поплавка 5 воздух, находящийся сверху технологической жидкости, излишки этой жидкости через обратный клапан 12 стравливаются из внутреннего пространства 9 стакана 4 вверх. После установки верхнего поплавка 5 на уровне минимальной отметки (риски, горизонтального штриха краской или т.п.) клапан 12 закрывается и не дает жидкости и газу проникнуть в пространство 9 стакана. Для большей защиты от несанкционированных перетоков жидкости или газа клапан 12 может дополнительно перекрываться заглушкой 15, а стакан 4 сверху закрывают крышкой (показана условно). Затем в емкость 1 наливают известный объем жидкости, выталкивая поплавок 3 и большой поплавок 10 наверх вместе с ростом уровня 16 жидкости. Так как над поплавком есть столб Н технологической жидкости, то его подъемной силы (силы Архимеда) из-за небольшого диаметра d может не хватить для подъема, однако для нивелирования столба Н технологической жидкости есть большой поплавок 10, который подымаясь с уровнем 16 увлекает за собой при помощи магнитов на внутренней поверхности 11 взаимодействующим с магнитомягким материалом поплавка 3 через диэлектрическую стенку трубы 2, не экранирующей магнитные волны. При этом техническая жидкость выталкивается поплавком 3 из внутреннего пространства 7 трубы 2 и через внутреннее пространство 8 гидравлической трубки 6 во внутренне пространство 9 стакана 4, поднимая в нем уровень технологической жидкости вместе с верхним поплавком 5, расположение которого фиксируют отметкой на смотровом окне. Последовательно заполняют емкость 1 одинаковым объемом жидкости, поднимая дискретно уровень 16 жидкости в емкости до максимального. Вместе уровнем 16 жидкости подымаются поплавки 3 и 10, а под действием технической жидкости поднимается также дискретно и верхний поплавок 5, положение которого каждый раз фиксируют новой отметкой на смотровом окне, тем самым проводя тарировку показаний уровня в стакане 4 - индикатора уровня, отметки которого соответствуют определенному уровню 16 жидкости (и, как следствие, объему) в емкости 1. После чего емкость 1 запускают в работу. Периодически оператор в любое время суток и года при обходе контролирует уровень 16 жидкости в емкости 1 по расположению верхнего поплавка 5 в стакане 4 относительно нанесенных отметок. При полном сливе жидкости из емкости 1 поверяют положение верхнего поплавка 5 относительно минимальной отметки в смотровом окне стакана 4. Если верхний поплавок 5 находится ниже минимального уровня (при испарении), то немного доливают техническую жидкость, если - выше (при накапливании влаги из воздуха), то - немного откачивают, после чего уровнемер опять готов к точным показаниям. Это значительно упрощает обслуживание уровнемера. Небольшие габаритные размеры стакана 4 делают его показания уровня верхним поплавком 5 удобными для считывания оператором. А отсутствие механической и/или электрической связей между поплавками 3, 10 и 5, которые при этом находятся соответственно в закрытых емкости 1 и стакане 4, обеспечивает длительную и надежную работу.
Предлагаемый поплавковый уровнемер прост и надежен в изготовлении, настройке и эксплуатации, при этом позволяет постоянно контролировать уровень жидкости в емкостях имеющих большую высоту, в том числе и в подземных емкостях.