CH685576A5 - Detachable, automatic water level monitoring device for boiler - Google Patents

Abstract

The automatic monitoring system for the minimum water level of a steam boiler, has at least one measuring flask to be detachably fixed to the boiler and a plunger partially inserted in overheated water, such that part of this water is contained in the flask. The latter contains at least one electrode for measuring the water level. The electrode is connected to an electronic detection unit, and at least one escape tube for the water. A venturi and a magnetic or pneumatic valve are placed on the escape tube to allow lowering of the water level in the flask, when the valve is opened for controlling the operation of the detection unit.

Description

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Description Description

L'invention concerne une installation de surveillance automatique du niveau d'eau minimum d'une chaudière ainsi que la chaudière pour la production de vapeur ou d'eau surchauffée comprenant une telle installation. La mesure du niveau d'eau est faite automatiquement par le biais d'au moins une électrode sensible à la conductivité de l'eau. The invention relates to an installation for automatically monitoring the minimum water level of a boiler as well as the boiler for the production of steam or superheated water comprising such an installation. The measurement of the water level is carried out automatically by means of at least one electrode sensitive to the conductivity of the water.

Une chaudière à vapeur et eau surchauffée doit garantir un niveau d'eau minimum afin d'assurer la sécurité du bon fonctionnement du système de refroidissement. Un abaissement du niveau d'eau au dessous des tubes de fumée ou pire du foyer, provoquerait un affaiblissement par échauffement des tôles en contact avec la flamme et entraînerait inévitablement la destruction de la chaudière par explosion. A steam and superheated water boiler must guarantee a minimum water level in order to ensure the safe operation of the cooling system. A lowering of the water level below the smoke tubes or worse of the hearth, would cause a weakening by heating of the sheets in contact with the flame and would inevitably lead to the destruction of the boiler by explosion.

Le niveau minimum est contrôlé par des électrodes auto-surveillées travaillant sur le principe de la conductivité de l'eau. En cas de manque d'eau, donc manque de conductivité, le brûleur est mis automatiquement hors service. The minimum level is controlled by self-monitoring electrodes working on the principle of water conductivity. In case of lack of water, therefore lack of conductivity, the burner is automatically put out of service.

Etant donné l'importance du bon fonctionnement de cette installation de surveillance du niveau d'eau minimum, les autorités compétentes (en Suisse l'ASCP/SVDB) exigent un contrôle quotidien de l'ensemble. Given the importance of the proper functioning of this installation for monitoring the minimum water level, the competent authorities (in Switzerland the ASCP / SVDB) require daily monitoring of the whole.

Depuis juin 1992, cette autorité permet le fonctionnement sans surveillance humaine permanente durant une période de 72 heures de l'installation de surveillance du manque d'eau de la chaudière par les électrodes sous certaines conditions: le niveau d'eau doit être abaissé automatiquement toutes les 6 heures, sans arrêt du brûleur, afin de tester sa parfaite fiabilité. Since June 1992, this authority allows operation without permanent human supervision for a period of 72 hours of the installation for monitoring the lack of water in the boiler by the electrodes under certain conditions: the water level must be lowered automatically every every 6 hours, without stopping the burner, in order to test its perfect reliability.

Jusqu'à présent, la société Gestra, qui avait déjà breveté des bouteilles de mesure à l'intérieur des chaudières telles que citées dans le brevet DE 2 536 822, fournit sur le marché mondial des électrodes auto-surveillées répondant parfaitement aux besoins de cette installation. Until now, the Gestra company, which had already patented measuring cylinders inside the boilers as mentioned in patent DE 2,536,822, supplies on the world market self-monitoring electrodes that perfectly meet the needs of this installation.

Suite aux exigences de fonctionnement de 72 heures en Autriche, la maison Silberbauer (DE 30 133 019 C2) a mis au point une installation d'abaissement du niveau d'eau des bouteilles intérieures par injection d'azote sous pression. Following the 72-hour operating requirements in Austria, Silberbauer (DE 30 133 019 C2) has developed a system for lowering the water level of interior bottles by injecting nitrogen under pressure.

Cette façon de procéder exige une installation très coûteuse pour l'injection de l'azote: vannes, tuyauterie, bouteilles d'azote, entretien de l'installation, etc. This procedure requires a very expensive installation for nitrogen injection: valves, piping, nitrogen bottles, maintenance of the installation, etc.

L'utilisation de bouteilles intérieures (et extérieures) ainsi que l'abaissement automatique du niveau à l'intérieur de ces bouteilles n'est pas une nouveauté. The use of interior (and exterior) bottles as well as the automatic lowering of the level inside these bottles is nothing new.

L'invention décrite ci-après a pour avantage principal de n'utiliser que la pression du fluide concerné pour assurer la vidange nécessaire, dans la ou les bouteilles, au contrôle requis. The invention described below has the main advantage of using only the pressure of the fluid concerned to ensure the necessary emptying, in the bottle or bottles, for the required control.

L'autre point important étant la possibilité d'extraire la ou les bouteilles de mesure du récipient de la chaudière pour en assurer son entretien: nettoyage et contrôles divers. The other important point is the possibility of extracting the measuring bottle (s) from the boiler container to ensure its maintenance: cleaning and various checks.

Un autre avantage de la ou des bouteilles amovibles est de pouvoir équiper des chaudières existantes d'une telle installation sans intervenir directement sur ses dernières au niveau des travaux de soudures. Another advantage of the removable bottle (s) is to be able to equip existing boilers with such an installation without intervening directly on the latter at the level of the welding work.

L'installation telle que revendiquée comprend des moyens à brides pour venir se fixer sur un bossage ou prise quelconque situé sur le dessus de la chaudière. The installation as claimed comprises flanged means for coming to be fixed on any boss or socket situated on the top of the boiler.

Sur cette bride vient se fixer notamment la bouteille de mesure contenant la ou les électrodes de mesure du niveau d'eau ainsi que le tube intérieur équipé d'un venturi et d'une vanne électro-magnétique ou électro-pneumatique. On this flange is fixed in particular the measuring bottle containing the electrode or electrodes for measuring the water level as well as the inner tube equipped with a venturi and an electro-magnetic or electro-pneumatic valve.

Si nécessaire, il est possible de monter plusieurs venturi ou plusieurs électrodes dans la même bouteille de mesure. If necessary, it is possible to mount several venturi or several electrodes in the same measuring bottle.

L'ouverture de la vanne magnétique, ainsi que la durée de l'ouverture, est assurée par un automate programmé en fonction des exigences des autorités compétentes. The opening of the magnetic valve, as well as the duration of the opening, is ensured by a PLC programmed according to the requirements of the competent authorities.

Lors de l'ouverture de la vanne magnétique, la vapeur prise dans la zone supérieure de la chaudière passe au travers du venturi. Celui-ci est situé en dessous du niveau d'eau à contrôler. L'eau aspirée est rejetée à l'extérieur par le tube d'extraction. When opening the magnetic valve, the vapor taken in the upper zone of the boiler passes through the venturi. This is located below the water level to be checked. The sucked water is discharged outside through the extraction tube.

L'avantage de l'installation équipée d'un venturi consiste dans le fait de pouvoir fonctionner également à basse pression: l'effet dynamique provoqué par le venturi (ainsi que l'augmentation de volume de la vapeur détendue) aspire et repousse un volume d'eau plus important que si la bouteille n'était équipée d'un simple tube relié avec l'atmosphère (système Loos). The advantage of the installation equipped with a venturi consists in the fact that it can also operate at low pressure: the dynamic effect caused by the venturi (as well as the increase in volume of the expanded steam) sucks and repels a volume more water than if the bottle were not fitted with a simple tube connected to the atmosphere (Loos system).

L'installation ainsi que la chaudière munie de l'installation selon l'invention seront mieux comprises à l'aide d'une forme d'exécution représentée sur les dessins sur lesquels: The installation and the boiler fitted with the installation according to the invention will be better understood using an embodiment shown in the drawings in which:

La fig. 1 représente schématiquement une chaudière vapeur/eau surchauffée, Fig. 1 schematically represents an overheated steam / water boiler,

la fig. 2 représente l'installation au niveau de travail normal, c'est-à-dire avec la vanne fermée, fig. 2 represents the installation at normal working level, that is to say with the valve closed,

la fig. 3 représente l'installation au niveau de contrôle, c'est-à-dire avec la vanne ouverte. fig. 3 shows the installation at the control level, that is to say with the valve open.

La fig. 1 montre une chaudière à vapeur et eau surchauffée. L'énergie nécessaire à la production de chaleur est apportée par un brûleur à mazout ou à gaz. Fig. 1 shows a steam and superheated water boiler. The energy necessary for the production of heat is supplied by an oil or gas burner.

La chaudière comporte un foyer 1 dans lequel brûle une flamme 2. Les gaz de combustion ainsi obtenus sont envoyés vers la cheminée 3 au travers de tubes 4 destinés à l'échange thermique et à la production de vapeur. The boiler has a hearth 1 in which a flame burns 2. The combustion gases thus obtained are sent to the chimney 3 through tubes 4 intended for heat exchange and for the production of steam.

Toute la surface d'échange (foyer et tubes) se situe sous le niveau d'eau de travail NTN. Ce niveau d'eau est maintenu par un dispositif de régulation 5 indépendant de l'installation de surveillance du niveau d'eau minimum 6. La ou les bouteilles de mesure 6, destinées à la surveillance du niveau d'eau minimum, sont installées sur la partie supérieure de la chaudière. The entire exchange surface (fireplace and tubes) is located below the NTN working water level. This water level is maintained by a regulating device 5 independent of the installation for monitoring the minimum water level 6. The measuring bottle or bottles 6, intended for monitoring the minimum water level, are installed on the upper part of the boiler.

La vapeur s'échappe par le bossage 7. Steam escapes through the boss 7.

La fig. 2 montre un agrandissement de l'installation destinée au contrôle du niveau d'eau trop bas. Fig. 2 shows an enlargement of the installation intended for controlling the water level too low.

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L'ensemble se présente sous la forme d'un cylindre 1 comportant sur la partie supérieure une bride 6 où sont fixés l'électrode de contrôle 5 du niveau trop bas NTB ainsi que la vanne manuelle 12 d'isolement de la vanne magnétique 10. Le diamètre et la longueur de ce cylindre sont dépendants des critères de construction de la chaudière. La partie inférieure du cylindre comporte un orifice 4. Les parois sont rétrécies vers l'orifice 4 avec un angle de 45° afin d'éviter tout dépôt indésirable sur la paroi interne. Cette orifice 4 a pour but de retarder la montée de l'eau provenant du reste de la chaudière pendant la phase de test de l'installation quand l'eau contenue dans la bouteille est aspirée par le tube d'échappement. Un orifice 3 permet l'équilibre de pression et de niveau avec le reste du volume d'eau de la chaudière. The assembly is in the form of a cylinder 1 comprising on the upper part a flange 6 where the control electrode 5 of the level too low NTB is fixed as well as the manual valve 12 for isolating the magnetic valve 10. The diameter and the length of this cylinder depend on the construction criteria of the boiler. The lower part of the cylinder has an orifice 4. The walls are narrowed towards the orifice 4 at an angle of 45 ° in order to avoid any undesirable deposition on the internal wall. The purpose of this orifice 4 is to delay the rise of the water coming from the rest of the boiler during the test phase of the installation when the water contained in the bottle is sucked in by the exhaust tube. An orifice 3 allows the balance of pressure and level with the rest of the boiler water volume.

Un petit tube 6 en acier inoxydable est intégré au cylindre 1. Il comporte d'un côté une prise d'entrée de vapeur 11, un venturi miniature 9, traverse la bride 6 et est surmonté à son autre extrémité d'une vanne manuelle d'isolement 12 et d'une vanne magnétique 10. A small stainless steel tube 6 is integrated into the cylinder 1. It has on one side a steam inlet socket 11, a miniature venturi 9, passes through the flange 6 and is surmounted at its other end by a manual valve d insulation 12 and a magnetic valve 10.

En service normal, la vanne 12 est toujours ouverte. La vanne magnétique 10, par contre, ne s'ouvre que pendant la phase de test. In normal service, valve 12 is always open. The magnetic valve 10, on the other hand, only opens during the test phase.

Après ouverture de la vanne magnétique 10, la vapeur pénètre par l'orifice 11 dans le tube 5 et atteint le venturi 9. Par effet de succion, la garde d'eau située dans la bouteille de mesure 1 est aspirée jusqu'au niveau NTV et rejetée à l'atmosphère. La vapeur sert de fluide moteur et garantit ainsi un fonctionnement de l'installation pour les basses pressions de vapeur. After opening the magnetic valve 10, the steam enters the orifice 11 in the tube 5 and reaches the venturi 9. By suction effect, the water guard located in the measuring bottle 1 is sucked up to the NTV level and released to the atmosphere. The steam serves as the working fluid and thus guarantees that the system operates at low steam pressures.

Le dimensionnement du cylindre ainsi que du venturi 9, du tube 5 et de la vanne magnétique 10 doit être réalisé de façon à garantir un abaissement très rapide du niveau d'eau. The dimensioning of the cylinder as well as of the venturi 9, of the tube 5 and of the magnetic valve 10 must be carried out so as to guarantee a very rapid lowering of the water level.

Le contrôle de fonctionnement de l'installation de surveillance peut alors se faire durant la période de niveau abaissé. The operation of the monitoring installation can then be checked during the lowered level period.

Cette invention permet un contrôle efficace, répondant aux exigences des instances officielles, sans grand équipement sophistiqué ni pertes d'énergie importantes comme l'exigerait un abaissement complet du niveau d'eau de la chaudière. This invention allows effective control, meeting the requirements of official bodies, without large sophisticated equipment or significant energy losses as would require a complete lowering of the boiler water level.

L'installation permet l'équipement de nouvelles chaudières ou générateurs, aussi bien à l'intérieur du ballon qu'à l'extérieur, et de chaudières existantes désirant être modernisées. The installation allows the equipment of new boilers or generators, both inside the balloon and outside, and existing boilers wishing to be modernized.

Claims (11)

RevendicationsClaims 1. Installation de surveillance automatique du niveau d'eau minimum d'une chaudière à vapeur et eau surchauffée, comprenant au moins une bouteille de mesure destinée à être montée sur la chaudière de façon amovible et à plonger partiellement dans l'eau surchauffée afin qu'une partie de cette eau soit contenue dans la bouteille, ladite bouteille contenant au moins une électrode auto-surveillée, pour la mesure du niveau d'eau, reliée à un dispositif de détection électronique, ainsi qu'au moins un tube d'échappement d'eau, caractérisée par le fait que sur le tube d'échappement d'eau sont placés un venturi (9) et une vanne magnétique ou pneumatique (10) permettant d'abaisser le niveau d'eau contenue dans ladite bouteille lorsque ladite vanne est ouverte pour le contrôle du fonctionnement du dispositif de détection électronique relié à l'électrode de mesure (5).1. Installation for automatic monitoring of the minimum water level of a steam and superheated water boiler, comprising at least one measuring bottle intended to be removably mounted on the boiler and to partially immerse in superheated water so that '' part of this water is contained in the bottle, said bottle containing at least one self-monitoring electrode, for measuring the water level, connected to an electronic detection device, as well as at least one exhaust tube of water, characterized in that on the water exhaust tube are placed a venturi (9) and a magnetic or pneumatic valve (10) making it possible to lower the level of water contained in said bottle when said valve is open for checking the operation of the electronic detection device connected to the measuring electrode (5). 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le tube d'échappement est obtu-rable manuellement à l'aide d'une vanne manuelle (12).2. Installation according to claim 1, characterized in that the exhaust tube is obtu-rable manually using a manual valve (12). 3. Installation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que le venturi est situé en dessous de l'électrode détectant le niveau bas (NTB) de l'eau d'une chaudière.3. Installation according to one of claims 1 and 2, characterized in that the venturi is located below the electrode detecting the low level (NTB) of the water of a boiler. 4. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le tube possède un orifice supérieur (11) débouchant hors de la périphérie de la bouteille de mesure destiné à recevoir la vapeur contenue dans le ballon d'une chaudière pour extraire l'eau contenue dans la bouteille par le venturi à l'ouverture de la vanne magnétique ou pneumatique (12).4. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the tube has an upper orifice (11) opening out of the periphery of the measuring bottle intended to receive the steam contained in the flask of a boiler for extracting the water contained in the bottle by the venturi at the opening of the magnetic or pneumatic valve (12). 5. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la vanne magnétique ou pneumatique est commandée par un automate programmable afin d'assurer son ouverture à des périodes prédéterminées pour le contrôle du dispositif de détection du niveau d'eau d'une chaudière.5. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic or pneumatic valve is controlled by a programmable controller in order to ensure its opening at predetermined periods for the control of the device for detecting the water level d 'a boiler. 6. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'extrémité supérieure du tube est fixée sur une bride (6) de la bouteille de mesure.6. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the upper end of the tube is fixed to a flange (6) of the measuring bottle. 7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la bride se présente sous la forme d'un couvercle destiné à être fixé de façon démontable sur un bossage supérieur d'une chaudière.7. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the flange is in the form of a cover intended to be detachably fixed on an upper boss of a boiler. 8. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la partie inférieure de la bouteille de mesure possède une ouverture pour le passage de l'eau surchauffée d'une chaudière que la bouteille doit contenir, et a une forme d'entonnoir dont la surface périphérique présente un angle de 45° par rapport à l'axe de la bouteille.8. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the lower part of the measuring bottle has an opening for the passage of superheated water from a boiler that the bottle must contain, and has a shape d 'funnel whose peripheral surface has an angle of 45 ° relative to the axis of the bottle. 9. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que sur la périphérie de la bouteille est placée une autre ouverture destinée à laisser passer la vapeur du ballon d'une chaudière pour équilibrer la pression dans ladite bouteille.9. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that on the periphery of the bottle is placed another opening intended to allow the steam from the balloon of a boiler to balance the pressure in said bottle. 10. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la bouteille comprend plusieurs électrodes de mesure et plusieurs tubes d'échappement d'eau.10. Installation according to one of the preceding claims, characterized in that the bottle comprises several measuring electrodes and several water exhaust tubes. 11. Chaudière pour la production de vapeur ou d'eau surchauffée obtenue par combustion solide, gazeuse, électrique, nucléaire ou par échangeur à fluides thermiques et comprenant un ballon de vaporisation, caractérisée par le fait qu'elle comprend une installation de surveillance automatique du niveau d'eau (NTN) selon l'une des revendications précédentes.11. Boiler for the production of superheated steam or water obtained by solid, gaseous, electric, nuclear combustion or by thermal fluid exchanger and comprising a vaporization balloon, characterized in that it comprises an installation for automatically monitoring the water level (NTN) according to one of the preceding claims. 55 1010 1515 2020 2525 3030 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33