Masurarea nivelului lichidelor

MASURAREA NIVELULUI LICHIDELOR

1. Notiuni generale

Masurarea nivelului lichidelor joaca un rol foarte important in multe ramuri ale industriei. Acest control este necesar in special pentru menti­nerea in pozitie constanta a unui anumit nivel, de exemplu a nivelului apei in cazanele de abur, a nivelului de lichid in rezervoare, ca si la aparatele cu un proces de productie continuu folosite in industria chimica, petro­liera si in alte ramuri industriale. Aparatele utilizate pentru masurarea nive­lului lichidelor se numesc indicatoare de nivel.

Masurarea nivelului de apa din tamburul unui cazan in timpul exploa­tarii constituie o parte importanta si de raspundere a deservirii lor, in special la cazanele de abur moderne cu tambur, cu spatiu mic de apa. Daca la un astfel de cazan se intrerupe dintr-o cauza oarecare alimentarea cu apa, in timp ce cazanul functioneaza la debitul sau maxim, spatiul de apa al cazanului se goleste in 1 - 1,5 min. De aici rezulta importanta mare pe care o are controlul nivelului de apa in tamburul unui cazan de abur.

Controlul nivelului de apa la cazanele mici cu tambur, de tip vechi, se executa cu o suficienta siguranta de la locul de' comanda al cazanului prin observarea directa a nivelului unei sticle de nivel livrata impreuna cu armaturile cazanului.

Cazanele cu abur moderne de debit mare si cu inaltime mare sunt echi­pate atat cu sticle de nivel cat si cu indicatoare de nivel montate in locurile de unde se comanda functionarea agregatului de cazan.

Asadar, la exploatarea cazanelor moderne de debit mare se face un dublu control al nivelului de apa in tamburul cazanului si anume: cu o sticla de nivel si cu un indicator de nivel.

Indicatoarele de nivel sunt, de asemenea, folosite mult in diferite ramuri industriale pentru determinarea cantitatii de lichid ce se afla in rezervoare si in alte recipiente. Acest procedeu de masurare difera insa intr-o oarecare masura de masurarea care se face cu scopul de a se mentine constant nivelul de lichid.

Indicatoarele de nivel pentru masurarea nivelului de lichid, in scopul de a se mentine constant acest nivel, au o scara bilaterala, adica reperul zero se afla la mijlocul scarii.

Indicatoarele de nivel folosite la determinarea cantitatii de lichid din rezervoare au reperul zero la inceputul scarii. Scara acestor aparate este gradata de obicei in unitati de lungime si, uneori, in unitati de volum.

In capitolul de fata sunt examinate diferitele metode de masurarea nivelului de lichid si indicatoarele de nivel cele mai mult folosite in industrie.

2. Masurarea nivelului de apa din tamburul unui cazan

Aparatul cel mai vechi si cel mai simplu pentru masurarea nivelului din tamburul unui cazan este, asa cum s-a spus mai sus, sticla de nivel. Sticla de nivel se construieste in diferite feluri, in functie de parametrii cazanului de abur. Aici nu se descriu sticlele de nivel, deoarece ele fac parte din armatura cazanului si sunt tratate in detaliu la cursul de instalatii de cazane.

Indicatoarele de nivel cu plutitor pentru masurarea nivelului de apa din tamburul cazanului au fost folosite in trecut.

Dezavantajul principal al indicatoarelor de nivel cu plutitor consta in faptul ca se formeaza pe plutitor piatra si namol si aceasta strica echili­brul sistemului si duce la o functionare incorecta a aparatului. Trebuie sa se precizeze de asemenea ca indicatoarele de nivel cu plutitor sunt putin utilizate la masurarea nivelului de apa din tamburele cazanelor si in prezent ele nu se mai fabrica. Din aceste^ motive nu vom descrie aceste aparate.

In centralele electrice si in sectiile ter­mice ale intreprinderilor industriale sunt folosite mult, la masurarea nivelului de apa, indicatoare de nivel de tipul manometrelor diferentiale.

In forma cea mai simpla, aparatele de acest tip reprezinta un manometru diferential cu rezervor, umplut la partea inferioara cu un lichid de lucru cu greutate specifica y; mai mare decat greutatea specifica a apei. In fig. 1 este aratata schema de masurare a nivelului de apa din tamburul unui cazan cu ajutorul unui manometru diferential cu rezervor.

Cand nivelul de apa in tamburul caza­nului corespunde pozitiei celei mai de sus (fig. 1), pe lichidul de lucru din tubul din dreapta al aparatului actioneaza coloana de apa H + H₀ cu greutatea specifica y_a iar in tubul din stanga o coloana de apa H_n cu aceeasi greutate specifica si o coloana de apa //, a carei greutate specifica este egala cu greutatea specifica a apei din cazan y_c, iar y_c<y₀. Cu toate ca inaltimile coloanelor sunt egale daca apa din tamburul cazanului se afla la nivelul maxim, greutatea lor este diferita si datorita acestui fapt manometrul diferential indica o diferenta de nivel a lichidului de lucru, egala cu Ah.

de unde

Daca nivelul de apa din tamburul cazanului coboara cu inaltimea h, lichidul de lucru din cotul din dreapta al manometrului diferential scade cu inaltimea h_x, iar in celalalt, adica in vasul larg, se ridica cu A_a. Pozi­tia de echilibru va fi caracterizata prin urmatoarea ecuatie:

in care y_v este greutatea specifica a aburului. Restul notatiilor sunt identice

cu cele de mai sus.

Introducand in ecuatia valoarea A/j din  formula si

s'

tinand seama ca h₂ = h_x -, in care S_t este sectiunea tubului si 5₂ sectiunea

vasului, si rezolvand-o in raport cu y_; se obtine:

Pentru usurinta masurarii este bine ca inaltimea h₁ cu care coboara nivelul lichidului de lucru in manometrul diferential sa fie egala cu sca­derea reala a nivelului de apa h in tamburul cazanului. Pentru aceasta, egaland in formula h_x si h se obtine:

Eseu: Zugraveli si vopsitorii - lucrari care trebuie terminate inainte de inceperea zugravelilor si vopsitoriilor Eseu: Descriere folii de polietilena

Asadar, pentru mentinerea egalitatii h₁ - h, pentru fiecare caz trebuie sa se dispuna fie de un lichid de lucru de o anumita greutate specifica, fie sa se aleaga raporturi 5j/s₂ dupa urmatoarea formula, obtinuta din ecua­tia

In fig. este reprezentat aparatul _;;Ighema', care este unul din indicatoarele de nivel al apei din tambur folosite azi. La baza constructiei acestui aparat se afla schema manometrului diferential cu rezervor aratata in fig. Lichidul de lucru este format dintr-un amestec de dibromuri de etilena, propilena si butilena cu o greutate specifica de 1,84 gf/cm³. in locul acestui lichid de lucru se poate lua un lichid de alta compozitie, bunaoara un amestec de bromoform (CHBr₃) si benzen (C₆H_C) in volume egale si colorate cu lac.

Dupa cum se vede din fig. 2, indicatorul de nivel, asezat sub nive­lul tamburului, este format din vasul larg legat la tubul de masurare

Tubul de masurare este prevazut, cu o sticla de nivel ce are montat in spate un reflector cu lampa Deasupra vasului larg si a tubului de masurare sunt montate captatoarele de namol care impiedica impurificarea aparatului. Cu ajutorul tevilor de legatura din cupru 3 si a vasului de egalizare aparatul se leaga la  tamburul cazanului.

Indicatorul de nivel aratat in fig. 2 este calculat sa lucreze la cazane cu o presiune absoluta pana la 35 kgf/cm².

Fig. 3. Schema indicatorului de nivel in forma de U rasturnat, montat sub nivelul de apa din tamburul cazanului:

- robinete de golire; - robinete de inchidere; -scara; -camera de expansiune; -tub meta­lic suplimentar; si - tuburi de masurare din sticla

infig. 3 este reprezentat un alt tip de indicator pentru nivelul de apa din tamburul unui cazan. In principiu, acesta este un manometru diferential in forma de U rasturnat, umplut la partea superioara cu aer (fig. 3, a

Cand apa din tamburul cazanului se afla la nivelul maxim, nivelele din tevile aparatului vor fi la aceeasi inaltime. La scaderea nivelului de apa din cazan, nivelul de apa din tubul din stanga al aparatului se ridica, iar in cel din dreapta coboara. In felul acesta se poate aprecia inaltimea nivelului din tamburul cazanului dupa diferenta de nivele in tuburile aparatului.

Variatia presiunii din cazan influenteaza volumul de aer din aparat, provocand astfel o variatie a pozitiei nivelelor in tuburile aparatului, in raport cu scara sa. Pentru a evita o deplasare a scarii, in cotul din stanga al aparatului este prevazut un tub metalic suplimentar care are o sectiune mult mai mare decat tubul din sticla si tubul 7 al cotului din dreapta (fig. 3, b). Acest dispozitiv reduce oscilatiile de nivel in tuburile si Ia variatia presiunii in cazan, datorita capacitatii mari de absorbtie volumica a tubului metalic

Avantajul acestui indicator de nivel, in comparatie cu celelalte, il con­stituie simplitatea instalatiei.

Pentru ca aparatul sa functioneze normal trebuie sa se pastreze o etan­seitate perfecta pentru a evita scaparile de aer. Acest tip de aparat este construit pentru a functiona la cazane cu o presiune absoluta pana la 34 kgf/cm².

Manometrele diferentiale DP, DEMP si DPES descrise mai inainte (cap. 10), sunt mult folosite la masurarea nivelului de apa din tamburele cazanelor, in comparatie cu alte tipuri de indica­toare de nivel. Manometrele diferentiale DEMP si DPES sunt utilizate ca indicatoare de nivel impreuna cu aparate secundare indicatoare sau inregistratoare.

In fig. 4 este aratata schema de masu­rare a nivelului de apa din tamburul unui cazan, cu ajutorul indicatorului de nivel U-DP. Acest indicator de nivel se leaga la tamburul cazanului cu ajutorul unor tevi de legatura si al unui vas cu doua camere. Vasul care este un vas de ega­lizare cu condensatie este legat la randul sau de spatiul de abur, iar teava ce intra in vasul este legata la spatiul de apa al tamburului cazanului. Aceasta constructie a vasului cu doua camere asigura egalitatea temperaturii coloanelor in vasul si teava

Nivelul de apa (condensat) din vasul se mentine constant, iar nivelul de-apa din teava variaza in functie de variatia nivelului de apa din tamburul cazanului. In felul acesta, dife­renta de nivel din vasul cu doua camere, ma­surata de indicatorul de nivel, indica nivelul apei din tamburul cazanului.

La masurarea nivelului de apa din tamburul unui cazan cu ajutorul manometrelor diferentiale examinate mai sus, trebuie sa se tina seama de variatia temperaturii si a presiunii aburului din tamburul cazanului (de exemplu, la incalzirea cazanului), deoarece din cauza variatiei parame­trilor se schimba si greutatea specifica a aburului ce se afla deasupra apei din teava Din aceasta cauza indicatiile indicatorului de nivel pot fi incorecte. In cazul acesta dupa efectuarea citirilor trebuie sa se introduca o corectie sau trebuie sa se prevada un dispozitiv special care sa corecteze in mod automat indicatiile aparatului de nivel.

3. Masurarea nivelului lichidelor din rezervoare

Aparatul cel mai simplu pentru masurarea nivelului lichidelor din rezer­voare este indicatorul de nivel cu plutitor. In cazul acesta se apreciaza pozitia nivelului dupa pozitia acului indicator al contragreutatii, legata de plutitor cu un cablu trecut peste un scripete. Acest procedeu de masurare permite sa se controleze nivelul lichidului din rezervor numai daca rezer­vorul este asezat relativ aproape de postul de comanda.

Pentru masurarea la distanta a nivelului se utilizeaza montaje electrice, in care deplasarea plutitorului este insotita de variatia unei rezistente conec­tate in circuitul electric. Se poate utiliza atat o rezistenta ohmica cat si una inductiva. Este de preferat utilizarea unor scheme electrice in care rezistenta conductoarelor sa nu exercite o influenta importanta asupra rezultatelor masurarilor.

La indicatoarele de nivel cu plutitor cu transmitere electrica a indi­catiilor la distanta se utilizeaza adeseori un traductor, sub forma unui reostat cu sarma sau a unui tub inelar umplut cu mercur. In ambele cazuri se utilizeaza ca aparat indicator un logometru.

Se folosesc de asemenea dispozitive la care variatia pozitiei plutitorului este transmisa aparatului secundar cu ajutorul unui traductor inductiv. In

fig. 5 este prezentata o astfel de instalatie cu utilizarea unui sistem inductiv de traductoare de tip selsin. Traductorul exe­cutat identic cu aparatul secun­dar este format din statorul executat in forma de jug cu doua piese polare si doua bobine de excitatie legate in serie la re­teaua de curent alternativ, si rotorul cu trei infasurari sime­tric decalate intre ele. Capetele infasurarilor rotorului sunt legate la inelele colectoare izolate intre ele si calate pe axul roto­rului. Curentul alternativ trecand prin bobinele de excitatie induce in cele trei infasurari ale rotorului traductorului si in cele ale aparatului indicator, forte electromotoare ale caror valori sunt determinate de pozitiile planurilor infasurarilor in raport cu campul magnetic al statorului. Daca ambele rotoare sunt asezate la fel, f.e.m. induse in ele sunt egale si prin urmare prin infasurari nu circula curent. Daca insa rotorul traductorului.

se roteste din cauza deplasarii plutitorului apar curenti sub a caror actiune rotorul aparatului indicator se roteste cu acelasi unghi ca si rotorul traductorului.

Trebuie mentionat ca, la utilizarea acestei scheme, tensiunea, frecventa si rezistenta conductoarelor nu influenteaza practic asupra rezultatelor masu­rarilor. Daca variaza tensiunea si rezistenta conductoarelor se schimba numai forta motoare a traductorului. Unghiul maxim al scarii acestui dispozitiv este de 270°.

Pentru semnalizarea nivelelor limita din rezervoare se folosesc aparate cu contact. Ele sunt utilizate si la instalatiile automate ca un element care se amorseaza la anumite nivele limita ale lichidului din rezervor.

Dintre aparatele de acest tip sa examinam releele cu plutitor RM-21, folosit la semnalizarea pozitiei nivelului de lichid din rezervoare deschise, si SU-5 pentru semnalizarea pozitiei nivelului de lichid in rezervoare inchise.

In fig. 6 este aratata schema de montare a releului RM-21. Releul este format din plutitorul si contragreutatea legate printr-un cablu (lant)

trecut peste scripetele 7 si dispozitivul de contact La nivele diferite ale cablului sunt montate doua saibe de comutare si 5, care la nivelele limita ale lichidului din rezervor rotesc parghia a dispozitivului de contact si inchid contactele releului.

In fig. 7 este data schema releului SU-5. La deplasarea plutito­rului parghia legata rigid de plutitor, actioneaza prin stiftul asu­pra ciocului parghiei intermediare care are capatul celalalt legat articulat la tija ce se deplaseaza in urechea parghiei de contact Pe tija sunt fixate in locurile corespunzatoare saibele 7, care, la nivelul maxim sau minim al lichidului din rezervor, rotesc parghia de contact si inchid con­tactele releului. Pentru scoaterea parghiei din rezervor se utilizeaza tubul ondulat Contactele releului sunt astfel executate incat pot fi reglate pentru a se inchide la nivelul minim sau la cel maxim.

In fig. 8 este reprezentat un releu executat la hidrocentrala din Celiabinsk pentru semnalizarea pozitiei limita inferioara a nivelului de apa

din rezervor. Semnalizatorul de nivel este format din sfera goala in interiori, fixata pe parghia Sfera este legata la rezervor cu ajutorul a doua tuburi In partea dreapta sunt fixate pe parghia intreruptorul cu mercur si greutatea Cand nivelul apei din rezervor ajunge in pozitia minima (fig. 8, stanga) contactul cu mercur se inchide, deoarece capatul din dreapta al parghiei deplaseaza sfera. Cand nivelul apei din rezervor se ridica,- sfera se umple cu apa si ocupa pozitia aratata in fig. 8, dreapta. In cazul acesta contactul este intrerupt.

Controlul nivelului apei in condensatoarele turbinelor cu abur are o importanta deosebit de mare, deoarece o crestere a nivelului duce la ineca­rea randurilor inferioare de tevi si aceasta provoaca subracirea condensatului. O scadere mare a nivelului de condensat inrautateste functionarea pompei de condensat din cauza reducerii nivelului la teava de aspiratie a pompei.

Din aceste motive, la condensatoarele tur­binelor cu abur se executa un dublu control al nivelului de apa si anume cu o sticla de nivel si cu un indicator de nivel ale carui indicatii se transmit la tabloul de comanda al turbo-agregatului.

In fig. 9 [B. 33] este reprezentata schema de masurare a nivelului de apa in condensatorul unei turbine. Indicatorul de nivel este legat la condensatorul turbinei cu ajutorul tevilor de legatura si a vasului de egalizare Vasul se leaga prin teava la spatiul de abur al conden­satorului, iar teava care intra  in interiorul vasului este legata la teava de aspiratie a pompei de condensat. In vasul intra continuu condensat din linia de refulare a pompei de condensat prin teava 5, peste diafragma limitatoare Din cauza aceasta nivelul apei din vasul se mentine constant, deoarece excesul de condensat se scurge inapoi in condensator. Nivelul de apa din teava variaza in functie de variatia nivelului de apa din condensator. Asadar, diferenta de nivel din vasul cu doua camere, masurata cu aparatul de nivel, indica nivelul apei din condensatorul turbinei. Aparatul secundar indicator al aparatului de nivel (nu este aratat in fig. 9) se monteaza pe tabloul de comanda al turboagregatului.

Aparate speciale

Aparatele speciale formeaza o grupa ce cuprinde toate aparatele analizatoare de fluide, deplasari liniare dilatari, turatii si vibratii.

a.     Aparatele de analiza chimica