Thiết bị chỉ báo mực nước bao gồm: ống thuỷ, thiết bị cảnh báo mực nước và các rôbinê dò mực nước.
1. Ống thuỷ
Ống thuỷ là thiết bị dùng để chỉ báo mực nước nồi hơi. Trên nồi hơi tàu thuỷ có 2 loại ống thuỷ: ống thuỷ thông thường và ống thuỷ đặt thấp.
a. Ống thuỷ thông thường
Ống thuỷ thông thường làm việc theo nguyên tắc bình thông nhau: Phương trình cân bằng thuỷ tĩnh của ống thuỷ:
PN + hn.γn= PN + hno.γno Vì: γn = γno, nên hn = hno
Vậy mực nước trong ống thuỷ là mực nước trong nồi hơi.
Trong thực tế do tổn thất nhiệt nên nhiệt độ của nước trong nồi hơi lớn hơn nhiệt độ của nước trong ống thuỷ một ít (50C), vì vậy γn< γno một ít, do đó hn > hno, tức là mực nước trong ống thuỷ thấp hơn mực nước nồi hơi một ít. Do đó trong thực tế để đọc được chính xác mực nước trong nồi hơi, trứơc khi đọc mực nước trong ống thuỷ phải kiểm tra, hâm sấy và thông rửa ống thuỷ. Hâm sấy, thông rửa ống thuỷ bằng cách đóng van 4 lại, mở van 3 và van 5 ra.
Hình 2.43. Sơ đồ nguyên lý của ống thuỷ thông thường
1- bầu nồi, 2- ống thuỷ đặt thấp,
3, 4, 5- các van chặn, 6- bọc cách nhiệt,
γn, hn - tỷ trọng, chiều cao cột nước trong nồi hơi,
γno, hno - tỷ trọng, chiều cao cột nước trong ống thuỷ. b. Ống thuỷ đặt thấp
Hình 2.44. Sơ đồ nguyên lý của ống thuỷ đặt thấp
Ống thuỷ đặt thấp được đặt xa nồi hơi, trong buồng điều khiển để tiện cho việc theo dõi mực nước nồi hơi. Ống thuỷ đặt thấp chỉ tiện chứ không chính xác vì vậy đăng kiểm không cho phép thay thế ống thuỷ thông thường bằng ống thuỷ đặt thấp.
Nguyên lý làm việc của ống thuỷ đặt thấp được thể hiện trên sơ đồ hình 2.44. Ống thuỷ đặt thấp cũng làm việc theo nguyên tắc bình thông nhau.
Phương trình cân bằng thuỷ tĩnh của ống thuỷ đặt thấp:
Bng ng B ng B n B n N A ng A ng A n A n N h h P h h P +γ ⋅ +γ ⋅ = +γ ⋅ +γ ⋅ B n B n A n A n, h , γ , h
γ - Tỷ trọng, chiều cao cột nước ở bên ống A và ống B,
Bng ng B ng A n A n, h , γ , h
γ - Tỷ trọng, chiều cao cột chất lỏng nặng ở bên A và bên B.
Bng ng A ng B n A n γ γ γ γ = ; =
Khi mực nước trong nồi hơi giảm đi, mực nước trong ống A cũng giảm đi, cân bằng thuỷ tĩnh bị phá huỷ, cột áp bên B đẩy chất lỏng nặng sang bên trái (A), làm
1 – Đường ống ngoài.2 - Đường ống trong. 2 - Đường ống trong. 3 – Ống thuỷ đặt thấp 4 – Ống cân bằng. 5, 6,7,8 – Van chặn. 9 – Bình ngưng. 10 – Bờ tràn. 11 - Ống nước tràn. 12, 13 – Ống nước. 14 – Bổ sung chất lỏng. 15 – Bổ sung nước cất. 16 – Vít xả không khí. 17 – Vít xả chất lỏng.
Ang ng
h tăng lên, B ng
h giảm đi cho tới khi thiết lập chế độ cân bằng mới. Khi mực nước trong nồi hơi tăng lên, mực nước trong ống A cũng tăng lên, cân bằng thuỷ tĩnh bị phá huỷ, cột áp bên A đẩy chất lỏng nặng sang bên phải (B), làm A
ng
h giảm đi, B ng
h
tăng lên cho tới khi thiết lập chế độ cân bằng mới.
Như vậy chất lỏng nặng trong ống B thay đổi đúng theo sự thay đổi của mực nước nồi hơi, vì vậy chỉ cần theo dõi sự thay đổi của mức chất lỏng nặng trong ống B qua tỷ lệ nhất định, ta biết được sự thay đổi của mực nước trong nồi hơi.
Một số đặc điểm về kết cấu của ống thuỷ đặt thấp:
− Bờ tràn 10 có tác dụng duy trì mực nước cao nhất của cột nước bên B không thay đổi.
− Phần ống bên B, có đường kính nhỏ hơn phần ống bên A, để chỉ cần một sự thay đổi nhỏ của chất lỏng nặng bên A, sẽ tạo ra sự thay đổi lớn hơn của chất lỏng nặng bên B, ta có thể dễ theo dõi sự thay đổi mực nước của nồi hơi.
− Chất lỏng nặng thường dùng là CCl4, có tỷ trọng γng = 1,5÷1,6, thường có pha thêm màu đỏ để dễ xem mực nước.
c. Các quy định của đăng kiểm đối với ống thuỷ
− Theo đăng kiểm nồi hơi phải có 2 ống thuỷ thông thường, khi một ống thuỷ thông thường hỏng chỉ được phép sử dụng nồi hơi trong thời gian 20 phút. Khi hai ống thuỷ thông thường bị hỏng phải dừng nồi hơi.
− Không cho phép thay thế ống thuỷ thông thường bằng ống thuỷ đặt thấp.
− Mỗi ca phải thông rửa ống thuỷ một lần.
− Nồi hơi có áp suất PN < 20 kG/cm2, ống thuỷ là ống thuỷ tinh thông thường.
− Nồi hơi có áp suất PN ≥ 20 kG/cm2, ống thuỷ là tấm thuỷ tinh phẳng có khắc 2÷3 rãnh hình tam giác. Các rãnh hình tam giác có tác dụng như những lăng kính làm khúc xạ ánh sáng đi qua, do đó có thể đọc được rõ hơn mực nước trong nồi hơi.
− Nồi hơi có áp suất PN < 40 ati, ống thuỷ được làm bằng thuỷ tinh thông thường.
− Nồi hơi có áp suất PN ≥ 40 ati, ống thuỷ được làm bằng pha lê để khỏi bị kiềm phá huỷ.
− Trước khi lắp kính thuỷ, phải cho vào nước đun sôi 1/2 giờ, song lấy ra bọc vải và lắp ngay khi còn nóng, vì nếu lắp nguội khi làm việc ống thuỷ nóng lên, giãn nở nhiệt có thể gây nên rò nước, rò hơi.
− Để theo dõi, kiểm tra mực nước, trên nồi hơi còn có thiết bị cảnh báo mực nước và các rôbinê dò mực nước. Thiết bị cảnh báo mực nước sẽ báo động khi mực nước nồi hơi quá thấp hoặc quá cao.
2. Các rôbinê dò mực nước
Các rôbinê dò mực nước được đặt ở 3 vị trí: mực nước cao nhất, mực nước thấp nhất và mực nước trung bình. Mở robinê ta biết được mực nước trong nồi hơi ở trong khoảng nào.