DE2827428C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Feststellung der Höhe des Flüssigkeistsstandes in einem Behälter, insbesondere in einem Druckbehälter.

In Druckbehältern, insbesondere in Reaktordruckgefäßen ist es erforderlich, die Wasserstandshöhe im Druckbehälter festzu­ stellen. Es ist bekannt, sich zur Feststellung der Wasser­ standshöhe in Druckgefäßen der Differenzdruckmeßmethode zu bedienen.

Dabei wird oben und unten an das Druckgefäß ein Differenz­ druckmesser angeschlossen und unter Berücksichtigung von spe­ zifischem Gewicht und der Temperatur des Mediums die statische Füllhöhe bestimmt.

Tritt in dem System Dampfbildung auf, so verhindert man Meß­ wertverfälschungen durch Kondensatbildung in den Meßleitungen, indem man an den oberen Behälteranschluß ein Kondensations­ gefäß anbringt und die von dort nach unten zum Differenzdruck­ messer führende Leitung mit Flüssigkeit füllt. Das Maß für den Füllstand des Druckbehälters ergibt sich nun aus dem Diffe­ renzdruck zwischen dieser festen Flüssigkeitssäule und dem unteren Anschluß des Druckbehälters.

Dieses Verfahren hat folgende Nachteile:

• 1. Die Anzeige muß temperaturkompensiert werden, da sich mit der Temperatur die Dichte der Flüssigkeit und damit die Füllstandshöhe ändert.
• 2. Bei Strömung im System, zum Beispiel Zwangsumwälzung, kommt es zu einer dynamischen Komponente des Diffe­ renzdruckes, die den Meßwert der statischen Höhe verfälscht.
• 3. Bei Gasblasenbildung (Verdampfung) wird die Dichte ebenfalls geringer, wodurch sich die gleiche Wirkung wie unter 1 ergibt.
• 4. Die feste Vergleichssäule, die konstruktiv außerhalb des Druckbehälters angebracht ist, heizt sich nicht im gleichen Maße mit auf, dadurch entstehen Meßwertverfälschungen bei Temperaturänderungen im System.
• 5. Das Verfahren ist nicht störfallfest, zum Beispiel bei Druckentlastung durch einen Stutzen- oder Rohrbruch kommt es zur starken Dampfblasenbildung, was eine starke Meßwertverfälschung, wie unter 3. beschrieben, zur Folge hat.
• 6. Wie bei allen Analogmeßverfahren steigt der Aufwand exponentiell mit der geforderten Meßgenauigkeit.

Es ist darüber hinaus eine Prüfeinrichtung zur Überprüfung des Schmierölstandes, insbesondere in einer Brennkraftmaschine bekannt (DE-OS 22 19 791). Diese Prüfeinrichtung besteht aus einem im Saugkanal einer Pumpe angebrachten Druckschalter und einer damit verbundenen Lampe. Saugt die Pumpe Öl an, entsteht im Saugkanal ein Druck, der den Druckschalter betätigt, welcher die Lampe aufleuchten läßt. Das Aufleuchten der Lampe signalisiert also eine ausreichende Füllstandhöhe.

Eine solche mit einem Rohr arbeitende Prüfungseinrichtung ist nicht zur Feststellung der Wasserstandshöhe in einem Druckbehälter geeignet, da die Ansprechgenauigkeit nicht ausreichend ist. Das ist darauf zurückzuführen, daß mit einem Rohr, dessen Ende kurz über dem Flüssigkeistsspiegel endet, keine Messung mehr durchführbar ist, insbesondere keine Gasphase mehr feststellbar ist.

Hinzu kommt, daß eine druckfeste und dichte Führung eines oder mehrerer Rohre, die ja einen nennenswerten Durchmesser aufweisen, durch den Eingang des Druckbehälters auf Grund des hohen Druckes im Behälter praktisch nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Feststellung des Flüssigkeitstandes in einem Behälter zu schaffen, welche störfallfrei arbeitet und Verfälschungen der Meßwerte vermeidet, insbesondere aber auch bei Vorliegen einer Gasphase anspricht.

Nach der Erfindung ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch eine Kapillare, die in den Behälter reicht und die außerhalb des Behälters in einen Raum mit niedrigerem Druck als der Druck im Behälter endet, und durch einen Drucktransmitter, der zur Messung von Durchflußschwankungen in der Kapillare zwischen dem Behälter und dem Raum mit niedrigerem Druck an die Kapillare angeschlossen ist und dessen elektrisches Ausgangssignal zu einem Aufzeichnungssystem übertragen wird.

Dabei kann unmittelbar nach dem Austritt der Kapillare aus dem Druckbehälter die Kapillare durch einen Kühler geführt werden, um konstante Verhältnisse in der Kapillare zu erzielen; insbesondere um zu erreichen, daß das durchströmende Medium flüssig ist. Unbedingt ist dieser Kühler aber nicht erforderlich; denn beim Austritt der Kapillare aus dem Druckbehälter erfolgt naturgemäß eine Kühlung des in der Kapillare strömenden Mediums. Konstantere Verhältnisse ergeben sich aber dann, wenn dieser Kühler verwendet wird.

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann die Wasserstandshöhe in einem Druckbehälter auch bei Vorliegen einer Gasphase im Flüssigkeitsspiegelbereich festgestellt werden, weil die kurz über dem Wasserspiegel endende Kapillare diese Gasphase feststellt und damit Durchflußschwankungen in der Kapillare dem Drucktransmitter übermittelt werden können.

Reicht demzufolge die Wasserstandshöhe so weit, daß die Kapillare noch in das Wasser eintaucht, dann ergeben sich andere Durchflüsse und damit andere Drücke, als wenn das Ende der Kapillare außerhalb des Wasserspiegels liegt.

Werden mehrere Kapillare in das Druckgefäß eingeführt und die Kapillarenden bestimmten Wasserstandshöhen zugeordnet, dann können auf diese Weise die verschiedenen Wasserstandshöhen festgestellt werden.

Durch diese Vorrichtung kann insbesondere auch festgestellt werden, ob in einem flüssigkeitführenden System Gase auftreten oder nicht; denn wenn in dem flüssigkeitführenden System Gase auftreten, wird sich in der Kapillare der Durchfluß und damit der Druck entsprechend ändern; diese Änderungen mißt der Drucktransmitter, die mit Hilfe an sich bekannter Mittel, zum Beispiel elektronischen Anzeigevorrichtungen, dargestellt werden können.

Meßwertverfälschungen, wie sie bei den bekannten Differenz­ druckmeßverfahren auftreten, können bei der Verwendung einer Kapillare nicht auftreten, weil diese Arbeitsweise weitgehend unabhängig von Dichteänderungen der Flüssigkeit und von Strömungseinflüssen ist.

Insbesondere ist aber bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine Temperaturkompensation erforderlich, weil das Kapillarende einem festen räumlichen Punkt zugeordnet werden kann.

Mit der beschriebenen Vorrichtung können auch Leckagen in flüssigkeitführenden Systemen entdeckt werden, sofern es durch die Druckabsenkung - verursacht durch das Leck - zu einer Gasbildung kommt.

Diese Vorrichtung kann mithin auch überall dort angewendet werden, wo es darauf ankommt festzustellen, ob in einem flüssigkeitführenden System eine Gasphase auftritt oder in einem gasführenden System Flüssigkeit.

Die aus dem Druckbehälter herausgeführte Kapillare wird nach dem Kühler als Drosselstrecke benutzt, um

• a) den Durchfluß möglichst klein zu halten und
• b) für die Durchflußmessung einen Differenzdruck zu erzeugen.

Statt der langen Kapillare als Drosselstrecke kann auch eine Drossel mit kleinerem Innendurchmesser Verwendung finden. Das hat den Vorteil, daß Kapillarenmaterial gespart wird.

Neben der Differenzdruckmessung über eine Drossel sind auch andere bekannte Verfahren zur Durchflußmessung aufwendbar.

In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der Vor­ richtung dargestellt.

Mit 1 ist der Druckbehälter bezeichnet, in den die Kapillare 2, 3 und 4 von 0,84 mm Innendurchmesser eingeführt sind. Sie sind bei 5 druckfest aus dem Behälter herausgeführt. Die Enden der Kapillare reichen unterschiedlich weit in den Druckbehälter hinein, so daß jedem Ende einer Kapillare eine bestimmte Wasserstandshöhe zugeordnet ist.

Die Kapillare 2 und auch die übrigen Kapillare (nicht weiter dargestellt), werden dann einem Kühler 6 zugeführt; nach dem Kühler ist an die Kapillare bei 7 ein Drucktransmitter 8 ange­ schlossen, welcher die Durchflußschwankungen - hervorgerufen durch unterschiedliche Wasserstandshöhen im Druckbehälter - in der an dieser Stelle immer Flüssigkeit führenden Kapillare mißt. Das elektrische Ausgangssignal dieses Drucktransmitters wird in an sich bekannter Weise einem Aufzeichnungssystem 9 zugeführt.

Die Kapillare werden dann einem Raum, zum Beispiel einem Abblasebehälter 11, in welchem ein niedrigerer Druck herrscht, zugeführt. Vor der Einführung in den Abblasebehälter 11 ist eine Drosselstrecke 10 angeordnet, die aus gleicher Kapillare besteht.

Sinkt der Wasserstand im Druckbehälter ab, dann wird die Kapillare 2 in den Bereich gelangen, wo sich Gas (Dampf) befindet. Dadurch ändert sich der Druck in der Kapillare, was mit Hilfe des Drucktransmitters festgestellt wird, der die Druckänderung dem elektrischen Aufzeichnungsgerät mitteilt.

Man kann mithin feststellen, welcher Wasserstand sich in dem Druckbehälter befindet.

Um die Kapillarenden im Druckbehälter kann ein Schutzrohr 12 angeordnet sein, welches entsprechend kleine Bohrungen oder Schlitze, zum Beispiel von ca. 0,5 mm aufweist, damit verhindert wird, daß feste Teilchen in die Kapillare gelangen können, was dann zu einer Verstopfung führen könnte.

An Hand der Zeichnung, Fig. 2, wird eine praktisch ausgeführte Meßanordnung erläutert.

Versuchsbeschreibung

In einen Naßdampferzeuger 27 wird durch eine druckfeste Durchführung 28 ein Kapillarrohr 30 bestimmter Länge und Nennweite (siehe Maßaufstellung) eingebracht. Die Kapillare führt über einen Kühler 17 und eine Drosselstrecke 18, beides mit gleicher Nennweite, gegen Atmosphäre.

Die Kapillare ist an den Stellen 10 a, 11 a, 12 a, 13, 14 und 15 mit Anzapfungen versehen, die mit den Manometern 41, 42, 43, 44, 51 und 61 verbunden sind. Damit soll der Druckabbau in der Kapillare gemessen werden.

Das Wasserniveau des Dampferzeugers, das mit dem Wasserstands­ glas 20 überwacht werden kann, wird nun so eingestellt, daß das Kapillarende 9 a sich einmal ca. 5 cm über dem Wasser­ spiegel und zum anderen ca. 5 cm darunter befindet. In beiden Fällen werden die Meßwerte der Manometer 41 bis 44, 51 und 61 und des Betriebsdruckmanometers 19 des Dampferzeugers proto­ kolliert (siehe Meßprotokoll).

Maßaufstellung

Längen gemessen vom Kapillareneintritt 9

9-10  20 mm 9-11 270 mm 9-12 420 mm 9- 8 600 mm 9-13 700 mm 9-142700 mm 9-153700 mm 9-168700 mm

Kapillare:

Außendurchmesser   1,24 mm Innendurchmesser   0,84 mm Gesamtlänge8700 mm

Meßprotokoll

Claims (5)

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Feststellung der Höhe des Flüssigkeitsstandes in einem Behälter (1), insbe­ sondere in einem Druckbehälter, gekennzeichnet durch eine Kapillare (2), die in den Behälter (1) reicht und die außerhalb des Behälters (1) in einen Raum (11) mit niedrigerem Druck als der Druck im Behälter (1) endet, und durch einen Drucktransmitter (8), der zur Messung von Durchflußschwankungen in der Kapillare (2) zwischen dem Behälter (1) und dem Raum (11) mit niedrigerem Druck an die Kapillare (2) angeschlossen ist und dessen elektrisches Ausgangsignal zu einem Aufzeichnungs­ system (9) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (2) außerhalb des Druckbehälters (1) durch einen Kühler (6) geführt ist und daß nach dem Kühler (6) die Durchflußschwankungen gemessen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (2) vor Eintritt in den Raum niedrigeren Druckes (11) als Drosselstrecke (10) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kapillarende im Druckbehälter (1) von einem Schutzrohr (12) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Kapillare (2, 3, 4) vorgesehen sind, um verschiedene Wasserstandshöhen zu ermitteln.