專利名稱：汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及鍋爐汽包水位熱工測量技術領域，特別涉及高壓、超高壓、亞臨界鍋爐汽包水位取樣傳感測量，是一種汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器。
背景技術：
汽包水位是鍋爐運行最重要的安全參數。為了準確及時地監控水位，長期以來行業內對汽包水位測量給予足夠的重視，特別是2004年電力行業熱工自動化標準化委員會頒發的《鍋爐汽包水位測量系統技術規定DRE-TOI-2004》明確規定應配置電極式水位計，并要求電極式水位計能及時消除汽包壓力影響，全程高精確度測量水位，要求確保從鍋爐點火起便能投入保護、在汽包缺水或滿水時都能準確、安全地快速停爐。本申請人于90年代初就潛心于鍋爐汽包水位計、特別是電極式水位計的研究，并先后獲得了“汽包電接點水位計高精度取樣測量筒(ZL95240275.0)、汽包水位高精度取樣電極傳感器”(ZL0021057.6)專利。其中，后一專利因其測量性能明顯優于其它電極傳感器，而成為2004年電力行業推薦的符合鍋爐汽包水位測量系統技術規定的產品。但從精益求精的理念出發，申請人感到該專利產品仍有不足之處，例如所采用的汽籠式加熱器結構仍較為復雜，這給整機制作加大了難度；且該加熱器外部的水樣溫度還較低，勢必影響取樣精度；且當汽包水位飛升很快、即鍋爐滿水時，水側取樣管中較冷的水進入傳感器筒內，影響取樣動態響應速度；另外，為防止瞬時熱應力集中而產生疲勞損壞，其集水疏水裝置結構也需完善等等。因此，有必要再對上述專利產品作進一步的優化改進。

發明內容
本發明的目的在于對鍋爐汽包目前仍在配套使用的各種電接點水位傳感器，包括“汽包水位高精度取樣電極傳感器”等專利產品，在結構上再作改進，以進一步提高汽包水位電極式傳感器的取樣精度和高可靠性，加快取樣動態響應速度，最大限度提高鍋爐安全運行水平。
本發明技術解決方案(一)改水柱淹沒式汽籠加熱器為水柱內置式汽籠加熱器，該汽籠加熱器主要由筒體、內筒、水平加熱管、電極過道管，取水過道管、籠底、加熱排水管構成。它所包含的水平加熱管為多根，呈不同高度分層、并沿內筒的不同徑向水平分布。每根加熱管的兩端均與內筒外的環腔(內筒與整個筒體之間的空間)相通；(二)增加冷凝室高度；(三)集水和疏水裝置的直接連接改為非接觸式連接，即在集水漏斗盤的下方設有杯形接水聚口，該聚口底再與疏水管相接；(四)可以是單管式水側取樣管，還可以是為熱套管式水側取樣管，后者的內管和套管之間存有室腔，該室腔由導管與加熱排水管相通；(五)機械自密封電極組件的傳感探頭與引線的連接方式是，在傳感探頭內部以螺紋連接。
本發明的有益效果(一)水柱內置式汽籠加熱器具有更好的加熱效果。由于采用內筒及多層、多根水平管的加熱而加大了傳熱面積，且水柱內置于汽籠加熱器內部，則減小了取樣水柱的截面與體積，從而增加了取樣水柱與飽和汽之間傳熱的熱流密度。這不僅使取樣水柱溫度等于飽和水溫度而實現高精度測量；又由于飽和汽與水柱之間的熱交換強度大，縮短了水柱與汽包內水體之間溫度平衡時間，特別是當壓力變化引起汽包內水位變化時，可提高取樣水柱對鍋爐壓力變化的動態響應速度。
(二)增加冷凝室的高度，即增加進入取樣水柱的凝結水流量，也有利于提高取樣精度和動態響應速度。
(三)水側取樣管為熱套式，用飽和汽加熱水側取樣內管的水流，可使水流進入測量筒之前，溫度已接近飽和水溫度，故在汽包水位迅速飛升時(鍋爐滿水過程中)仍然能準確快速測量。
(四)集水、疏水裝置之間采用非接觸式連接，不僅解決了瞬時熱應力集中而疲勞損壞問題，且該裝置本身與傳感器的其它相關通道配合，使水柱成為“活水”，達到水質自動凈化，可避免因水柱的水質差而影響傳感的可靠性。
(五)電極機械自密封性能好，絕緣性能好，降低了電極泄漏率。
(六)該水柱內置式汽籠加熱器結構簡單、制作方便。


附圖1為本發明的結構示意圖附圖2為附圖1的B-B剖面結構示意圖附圖3為本發明的汽側取樣管設置在集水、疏水裝置上方的結構示意圖附圖4為附圖1的C-C剖面結構示意圖附圖5為本發明的水側取樣管為熱套式的結構示意圖附圖6為本發明的電極組件的頭部結構放大示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發明由汽籠加熱器、汽側取樣管5、水側取樣管12、電極組件、冷凝室2、集水、疏水裝置、筒體8、加熱排水管15、排污管14組成。所述汽籠加熱器為水柱內置式，主要由筒體8、內筒10、水平加熱管9、電極過道管17，取水過道管11、籠底13、加熱排水管15構成。它是在筒體內設置同軸心內筒10、并在內筒的不同高度上分層設置有多根沿內筒不同徑向分布的水平加熱管9，該管的兩端與筒體8、內筒10之間的環腔相通，內筒上部呈敞口狀。水柱內置式汽籠加熱器最大限度減小了測量筒取樣水柱體積，又保證有足夠大的傳熱面積，因而大大增加了取樣水柱與飽和汽之間的換熱的熱流密度。冷凝室2上至端蓋1、下至集水漏斗盤3，其高度一般為450-550mm、以500mm為佳。增加冷凝室高度加大了冷凝水流量，可實現對取樣水柱的高倍率置換；由于冷凝水是飽和的純凈水，它的水循環使水柱成為有源“活水”，實現了水柱水質的自優化，可減輕水柱對電極的污染、延長排污周期、減輕維護工作量、減緩電極的電腐蝕而延長壽命。汽側取樣管5設置在冷凝室的下部，設置在集水漏斗盤3的上方，同時也可以根據汽包汽、水側測孔間距的不同，如附圖3所示，將汽側取樣管5設置在集水漏斗盤3的上方，其汽流通向內筒10和筒體8之間的環腔。如附圖1、2、4所示，集水、疏水裝置由集水漏斗盤3、隔板23、杯形接水聚口4、疏水管7構成，所述疏水管7與內筒10相通，隔板23將集水漏斗盤3分為4個扇形碟盤，每個扇形碟盤下面帶有漏斗，漏斗正對著疏水管7頂部的杯形接水聚口4。其中，疏水管外還套有滑環6，固定在內筒10上，當內筒與疏水管之間出現熱膨脹差時，疏水管可在滑環6中自由滑動。又如附圖1、4、6所示，本發明的電極組件由壓蓋22、固定座21、襯墊20、柔性密封墊19、電極18、絕緣管24、傳感探頭26、引線25構成，其中，電極18不僅帶有自緊推力肩盤、尾部具有電極拆出螺紋，且與絕緣管24相連的傳感探頭26與引線25的螺紋連接點位于傳感探頭內部。另如附圖5所示，水側取樣管12也可以為由內管28和套管27組成的熱套式水側取樣管，內管28和套管27之間存有室腔，套管27通過疏水孔29與導管30、加熱排水管15所連接的管道相接。其連接點的標高低于加熱排水管15約10-15毫米，以保證套管加熱的疏水，熱套式水側取樣管的長度可達1米。
本發明工作時，汽側取樣管5、水側取樣管12分別連接至汽包的汽室、水室相連，汽籠加熱器則為連通器的一側，汽包為連通器的另一側。汽包內的飽和汽經汽側取樣管5進入內筒10，汽包內的水經水側取樣管12、取水過道管11、進入內筒10，連通器的兩側靜壓平衡時，則內置于汽籠加熱器里的水柱即為取樣水柱。飽和汽進入筒體8、內筒10之間的環腔，一方面通過內筒外熱水柱，另一方面進入水平加熱管9內熱水柱，飽和汽加熱水柱的凝結水經筒體8的排水孔16、加熱排水管15排出測量筒，由另專用的排水管道向下15米左右排至汽包的下降管內。飽和汽進入冷凝室2，產生大量的冷凝水流到分區集水漏斗盤3的扇形碟盤，經杯形接水聚口4，流入疏水管7，進入內筒10，實現水柱水質置換。水柱的取樣結果由電極傳感至電測儀表測量顯示。
綜上可見，本發明取樣水柱與飽和汽之間的熱交換有足夠的熱流密度，不僅可實現高精度測量，還可縮短水柱溫度升高或降低至飽和水溫度的時間，提高測量筒取樣對鍋爐壓力變化的動態響應速度；而水柱水質的自優化措施和電極組件的可靠性保證了汽包水位電極傳感器的高可靠性，從而最大限度提高鍋爐安全運行水平。
權利要求
1.汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，主要包括汽籠加熱器、汽側取樣管、水側取樣管、電極組件、冷凝室、集水疏水裝置和筒體，其特征在于所述的汽籠加熱器主要由筒體(8)、內筒(10)、水平加熱管(9)、電極過道管(17)、取水過道管(11)、籠底(13)、加熱排水管(15)構成，它是在筒體(8)內設置同軸心內筒(10)，呈水柱內置式汽籠加熱器。
2.根據權利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于水柱內置式汽籠加熱器所包含的水平加熱管(9)有多根，在內筒(10)的不同高度上分層設置，并沿內筒不同徑向分布，該管的兩端與筒體(8)、內筒(10)之間的環腔相通，內筒上部呈敞口狀。
3.根據權利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于冷凝室(2)上至端蓋(1)、下至集水漏斗盤(3)，其高度一般為450-550mm，而以500mm為佳。
4.根據權利要求1或3所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于汽側取樣管(5)設置在冷凝室的下部位，可以在集水漏斗盤(3)的下方，也可以在集水漏斗盤(3)的上方。
5.根據權利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于集水疏水裝置由集水漏斗盤(3)、隔板(23)、杯形接水聚口(4)、疏水管(7)構成，疏水管(7)與內筒(10)相通，隔板(23)將集水漏斗盤(3)分為4個扇形碟盤，每個扇形碟盤下面帶有漏斗，漏斗正對著疏水管(7)頂部的杯形接水聚口(4)。
6.根據權利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于電極組件主要由壓蓋(22)、固定座(21)、襯墊(20)、柔性密封墊(19)、電極(18)、絕緣管(24)、傳感探頭(26)、引線(25)構成，其中，電極(18)帶有自緊推力肩盤、尾部具有電極拆出螺紋，且與絕緣管(25)相連的傳感探頭(26)與引線(25)的螺紋連接點位于傳感探頭(26)內部。
7.根據權利要求5所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于疏水管(7)外還設有滑環(6)、固定在內筒(10)上，疏水管(7)可在滑環(6)中自由滑動。
8.根據權利要求1所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于水側取樣管(12)也可以為熱套式水側取樣管，由套管(27)和內管(28)組成，內管和套管之間存有室腔，套管(27)通過疏水孔(29)與導管(30)、加熱排水管(15)所連接的管道相接。
9.根據權利要求8所述的汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器，其特征在于套管(27)通過疏水孔(29)與導管(30)、加熱排水管(15)所連接的管道相接的連接點的標高低于加熱排水管(15)。
全文摘要
本發明是用于鍋爐汽包水位熱工測量的一種汽包水位高精度、高可靠性電極式傳感器。它對現有電極式傳感器作出了優化改進。原汽籠式加熱器結構仍較為復雜；加熱器外部的水樣溫度較低，影響取樣精度；取樣水柱的動態響應速度也較慢。本發明改水柱淹沒式汽籠加熱器為水柱內置式；增加了冷凝室的高度；設計單管式或熱套式水側取樣管；改集水、疏水裝置的直接連接為過渡式非直接連接，并且提高了電極組件的機械密封性能，降低了電極泄漏率。本發明增加了飽和汽與取樣水柱的熱交換強度，提高了取樣水柱對鍋爐壓力變化的動態響應速度，凈化了取樣水柱的水質，是為準確、及時地監控汽包水位安全提供的更高精度，更為可靠的電極式傳感器。
文檔編號G01F23/16GK1869605SQ20061008811
公開日2006年11月29日 申請日期2006年6月28日 優先權日2006年6月28日
發明者高維信 申請人:高維信