СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G01F23/62 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля уровня жидкости в сосудах под давлением.

Сигнализатор уровня жидкости предназначен для управления внешними электрическими цепями в схемах сигнализации и автоматики при повышении или понижении уровня жидкости относительного заданного уровня. Зачастую заданный уровень должен колебаться в небольших пределах (примерно 10-15 мм). При этом давление в емкостях может достигать нескольких десятков атмосфер.

Кроме того, к сигнализаторам уровня жидкости в технологических установках предъявляется требование высокой надежности, так как их отказ приводит к нарушению непрерывных технологических циклов и к авариям.

Известен сигнализатор уровня жидкости, содержащий корпус с фланцем, поплавок, горизонтальный рычаг с ведущим магнитом, переключающий блок с ведомым магнитом и контактами и немагнитную перегородку из нержавеющей стали.

Недостатком известного сигнализатора является низкая надежность работы, от того что момент выталкивающих сил, равный произведению архимедовой силы на плечо, постоянный, а момент взаимодействующих магнитов при их сближении увеличивается. Поэтому для обеспечения надежного переключения необходим большой запас плавучести поплавка, т.е. увеличение его габаритов.

Известна конструкция сигнализатора уровня для сосудов, работающих под высоким давлением, выбранная в качестве прототипа, содержащего расположенный внутри резервуара двуплечий рычаг, на первом плече которого установлен компенсатор с постоянным магнитом, а второе плечо с помощью механической связи соединено с поплавком и магнитночувствительный элемент, механическая связь выполнена в виде шарнира, установленного на конце второго плеча двуплечего рычага, и дополнительного рычага с ограничителем, сопрягающимся с упомянутым шарниром.

Недостатком известной конструкции является невысокая надежность работы сигнализатора вследствие того, что при подъеме уровня жидкости увеличивается плечо рычага с поплавком и как следствие уменьшается скорость перемещения магнита на другом плече, что, в свою очередь, влияет на устойчивость процесса переключения контактов (возникает явление дребезга). Кроме того, использование дополнительного шарнира поплавка в контролируемой среде, а она может быть агрессивной или иметь механические примеси, также снижает надежность работы механизма.

Кроме того, для переключения устройства при понижении уровня необходимо большое его понижение из-за того, что поплавок вначале должен развернуться вокруг своего шарнира из горизонтального положения в вертикальное, а только потом силы его веса, воздействуя на рычаг, перемещают магнит. Таким образом, перепад уровней жидкости от момента включения до момента отключения равен примерно длине рычага с поплавком.

Цель изобретения - повышение надежности работы сигнализатора.

Указанная цель достигается тем, что в сигнализаторе уровня жидкости, содержащем расположенный внутри резервуара двуплечий рычаг с установленными на его плечах соответственно компенсаторы с постоянным магнитом и поплавком с изменяющимся в зависимости от уровня жидкости соотношением моментов выталкивающих сил поплавка и компенсатора, переключающий блок, отделенный от рабочей среды диамагнитной стенкой, часть объема поплавка, выполненного в форме цилиндра и расположенного соосно с рычагом, заполнена жидкостью с температурой замерзания ниже температуры рабочей среды.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый сигнализатор отличается тем, что часть объема поплавка, выполненного в форме цилиндра и расположенного соосно с рычагом, заполнена жидкостью с температурой замерзания ниже температуры рабочей среды.

На фиг. 1 представлено поперечное сечение предлагаемого сигнализатора, когда уровень контролируемой среды ниже заданного; на фиг.2 - то же, когда уровень контролируемой среды выше заданного. Тонкими линиями показана стенка резервуара (сосуда) и его фланец.

Сигнализатор уровня жидкости состоит из монтажного фланца 1, который одновременно является его корпусом. Со стороны юбки фланец заварен заглушкой 2 из немагнитного материала, например нержавеющей стали, а со стороны монтажной части закреплена стойка 3 с осью 4 и упорами 5 и 6. На оси 4 установлен двуплечий рычаг 7, на одном плече которого жестко закреплен цилиндрический поплавок 8, в полость А которого залит небольшой объем жидкости 9, например ртути или спирта, температура замерзания которой ниже температуры рабочей среды. На втором плече рычага 7 закреплен ведущий магнит 10, уплотненный колпачком 11 из нержавеющей стали. Кроме того, на этом же плече установлен весовой компенсатор 12. К заглушке 2 снаружи закреплен взрывозащищенный корпус 13 контактного устройства, внутри которого установлен изолятор 14 с ведомым магнитом 15 и неподвижные контакты 16 и 17. Ведомый магнит 15 установлен подвижно на оси 18 с возможностью взаимодействия одноименными полюсами с ведущим магнитом 10. Магнит 15 снабжен упругой контактной пластиной 19. Монтажная часть фланца 1 крепится на ответном фланце резервуара (показана тонкими линиями).

Сигнализатор уровня работает следующим образом.

В исходном положении (см. фиг.1) уровень среды находится ниже поплавка. Под действием сил веса поплавок находится в крайнем нижнем положении и удерживается упором 5. Жидкость 9 в полости А поплавка находится у дальнего от оси вращения рычага днища поплавка и поэтому суммарный центр тяжести поплавка смещен относительного его геометрического центра влево. Ведущих магнит 10 находится в своем верхнем положении и, взаимодействуя одноименными полюсами с ведомым магнитом 15, прижимает контактную пластину 19 к верхнему контакту 16.

В исходном положении момент сил веса левого плеча рычага 7 (поплавок 8 с жидкостью 9 и собственный вес левой части рычага 7) больше правого (компенсатор 12, магнит 10, колпачок 11 и собственный вес правой части) и регулируется перемещением компенсатора вдоль рычага с последующей контровкой. Эта остаточная неуравновешенность необходима для переключения в исходное положение.

При повышении уровня среды она вначале касается нижней точки поплавка, а затем по мере повышения уровня возникает выталкивающая сила (архимедова) и увеличивается. Эта сила вначале уравновешивает остаточную неуравновешенность поплавка, а после этого она стремится поворачивать рычаг 7, противодействуя силам взаимодействия магнитов 10 и 15, т.е. старается сблизить их. Но при сближении магнитов сила их взаимодействия растет, примерно, в квадратичной зависимости. При самом небольшом перемещении рычага 7 жидкость 9 начинает перемещаться к правому днищу поплавка и тем самым перемещать к оси 4 общий центр тяжести левого (поплавкового) плеча рычага. Таким образом, момент остаточной неуравновешенности автоматически уменьшается, а поплавок еще больше всплывает, что заставляет всю жидкость 9 перетечь вправо. Этот процесс протекает очень интенсивно и, когда одноименные полюса магнитов 10 и 15 оказываются на одной горизонтальной линии, происходит перекидка (резкий поворот) ведомого магнита 15 по часовой стрелке. Жестко связанная с магнитом 15 упругая пластина 19 замыкается с контактом 17, размыкая контакт 16.

Переключение в исходное положение осуществляется при понижении уровня среды (см. фиг.2). При этом уменьшающаяся выталкивающая сила из-за уменьшения погружения поплавка 8 старается переместить ведущий магнит 10, сближая его с магнитом 15. Жидкость 9 в полости А поплавка вследствие его углового перемещения перетекает влево, создавая большую остаточную неуравновешенность рычага 7, и переключение происходит также как и в случае прямого включения, описанного выше.

Таким образом, выполнение части объема герметичной цилиндрической полости поплавка жидкостью вследствие ее углового перемещения позволяет производить переключения с большой скоростью, что повышает надежность работы сигнализатора уровня жидкости и снижает потери нефтепродуктов.

Использование: изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для контроля уровня жидкости в сосудах под высоким давлением в нефтеперерабатывающей, нефтехимической, химической, газоперерабатывающей и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: сигнализатор уровня жидкости содержит расположенный внутри резервуара двуплечий рычаг 7 с установленными на его плечах соответственно компенсатором 12 с постоянным магнитом 10 и поплавком 8 с изменяющимся в зависимости от уровня жидкости соотношением моментов выталкивающих сил поплавка 8 и компенсатора 12, переключающий блок, отделенный от рабочей среды диамагнитной стенкой. Часть объема поплавка 8, выполненного в форме цилиндра и расположенного соосно с рычагом 7, заполнена жидкостью с температурой замерзания ниже температуры рабочей среды. 2 ил.

СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ ЖИДКОСТИ, содержащий двуплечий рычаг с установленными на его плечах соответственно компенсатором с постоянным магнитом и поплавком и переключающий блок, отличающийся тем, что поплавок выполнен в виде герметично закрытого цилиндра и расположен соосно с рычагом, при этом часть объема поплавка заполнена жидкостью, температура замерзания которой ниже, чем температура замерзания рабочей среды.