Введение
Видельное стекло или водомерное стекло — это тип датчика уровня, представляющий собой прозрачную трубку, через которую оператор резервуара или котла может наблюдать уровень жидкости внутри.
Жидкость в резервуарах
Простые смотровые стекла могут представлять собой просто пластиковую или стеклянную трубку, соединенную с нижней частью резервуара с одного конца и с верхней частью резервуара с другого. Уровень жидкости в смотровом стекле будет соответствовать уровню жидкости в резервуаре. Однако в настоящее время во многих подобных применениях смотровые стекла заменяются более совершенными поплавковыми выключателями.
Паровые котлы
Если жидкость опасна или находится под давлением, необходимо принять более сложные меры предосторожности. В случае котла давление воды в нижней части и пара в верхней части уравновешено, поэтому любое изменение уровня воды будет отображаться на указателе. Прозрачная трубка (само "стекло") обычно заключена в металлический или защитный кожух из закаленного стекла, чтобы предотвратить повреждение от царапин или ударов и обеспечить безопасность операторов в случае разрушения. Как правило, на задней стенке кожуха имеется текстурированное покрытие, которое усиливает увеличивающий эффект воды в трубке, облегчая считывание показаний. В некоторых локомотивах, где котел работает под очень высоким давлением, сама трубка изготавливается из металла, армированного закаленным стеклом. Важно поддерживать уровень воды на заданном значении, иначе верхняя часть топки останется открытой, что приведет к перегреву, повреждению и, возможно, катастрофическому отказу. Для проверки правильности показаний прибора и отсутствия засоров в соединительных трубах, ведущих к котлу, необходимо выполнить "пробное колебание" уровня воды, быстро поочередно открывая краны и пропуская кратковременную струю воды через сливной кран. Национальный совет инспекторов котлов и сосудов под давлением рекомендует ежедневную процедуру проверки, описанную в главе 2, части I 204.3 стандарта уровня воды, разработанного Американским национальным институтом стандартов. Хотя эта процедура не является обязательной, она позволяет оператору безопасно убедиться в исправности всех компонентов уровнемера и наличии свободного прохода в соединительных трубах, необходимого для правильной работы.
Неудача
Измерительное стекло котла необходимо периодически осматривать и заменять, если обнаружено истончение в области гаек штуцеров, однако отказ в работе все еще возможен. От машинистов ожидается наличие при себе двух-трех стеклянных трубок, заранее нарезанных до нужной длины, а также конопляных или резиновых уплотнений для замены трубок в пути. Несмотря на то, что в патрубках установлены автоматические шаровые клапаны для ограничения выброса пара и кипятка, они могут выйти из строя из-за отложений накипи. Стандартной процедурой было придерживать совковую лопатку перед стеклом, а другой рукой, прикрываясь колпаком, поворачивать запорные клапаны с обоих концов стекла.
Рефлексомеры
Рефлекторный уровнемер более сложен по конструкции, но обеспечивает более четкое различие между газом (паром) и жидкостью (водой). Вместо того чтобы содержать среду в стеклянной трубке, уровнемер состоит из вертикально ориентированного металлического корпуса с прорезями и прочного стеклянного листа, установленного на открытой стороне прорези, обращенной к оператору. На задней поверхности стекла, контактирующей со средой, отформованы вертикальные канавки. Канавки образуют зигзагообразный рисунок с углами 90°. Свет, попадающий в стекло, преломляется на задней поверхности, контактирующей со средой. В области контакта с газом большая часть света отражается от поверхности одной канавки к другой и возвращается к оператору, кажущаяся серебристо-белой. В области контакта с жидкостью большая часть света преломляется в жидкость, в результате чего эта область кажется оператору почти черной. Известные производители рефлекторных уровнемеров: Clark Reliance, IGEMA, TGI Ilmadur, Penberthy, Jerguson, Klinger, Cesare Bonetti и Kenco. Вследствие агрессивного воздействия химических реагентов для обработки котловой воды (умягчителей воды), рефлекторные уровнемеры склонны к относительно быстрой коррозии и потере эффективности при отображении уровня жидкости. Поэтому для определенных типов котлов, особенно работающих под давлением выше 60 бар, рекомендуется использовать двухцветные уровнемеры.
Двухцветные датчики
Для агрессивных сред обычно предпочтительнее использовать двухцветный уровнемер для защиты стекла. Уровеньмер состоит из вертикально ориентированного металлического корпуса с прорезями и прочного обычного стекла спереди и сзади. Передняя и задняя поверхности корпуса находятся в непараллельных вертикальных плоскостях. За корпусом уровнемера расположены источники света с двумя существенно различающимися длинами волн, как правило, красного и зеленого. Благодаря разному преломлению красного и зеленого света, жидкость выглядит зеленой для оператора, а газ – красным. В отличие от рефлексного уровнемера, стекло имеет плоскую поверхность и не нуждается в прямом контакте со средой, его можно защитить слоем прозрачного материала, устойчивого к агрессивным воздействиям, например, кварца. Хорошо известные производители высококачественных двухцветных уровнемеров – Clark Reliance, Klinger, FPS Aquarian, IGEMA и Quest Tec.
Магнитный индикатор
В магнитном индикаторе уровень жидкости определяется плавателем на поверхности, содержащим постоянный магнит. Жидкость находится в камере, изготовленной из прочного немагнитного материала, при этом использование стекла исключено. Указатель уровня состоит из ряда вращающихся магнитных пластин, расположенных одна над другой вблизи камеры с плавателем. Пластины имеют разную окраску с обеих сторон. При перемещении магнита вверх и вниз за пластинами, они поворачиваются, отображая один цвет в области, занятой жидкостью, и другой – в газовой области. В технической документации различных производителей указано, что магнитные индикаторы особенно подходят для работы при очень высоком давлении и/или температуре, а также с агрессивными жидкостями.
История
Первый локомотив, на который было установлено данное устройство, был построен в 1829 году Джоном Растриком на его заводе в Стоурбридже.
Современное промышленное стекло
Инструменты промышленного наблюдения изменились вместе с самой промышленностью. Более сложно устроенный, чем водомерное стекло, современный смотровой индикатор – также называемый смотровым окном или смотровым портом – можно найти на емкостях для сред на химических заводах и в других промышленных условиях, включая фармацевтические, пищевые, напиточные и биогазовые установки. Смотровые индикаторы позволяют операторам визуально контролировать процессы внутри резервуаров, трубопроводов, реакторов и сосудов. Современный промышленный смотровой индикатор представляет собой стеклянный диск, удерживаемый между двумя металлическими рамками, закрепленными болтами и прокладками, либо стеклянный диск, сплавленный с металлической рамой в процессе производства. Для этих целей используется либо содово-известковое стекло, либо боросиликатное стекло, а металл, как правило, нержавеющая сталь, выбирается исходя из требуемых характеристик прочности. Боросиликатное стекло превосходит другие составы по химической стойкости к коррозии, термостойкости и прозрачности. Сплавленные смотровые индикаторы также называют механически предварительно напряженным стеклом, поскольку стекло укрепляется за счет сжатия металлического кольца. На стеклянный диск и окружающее его стальное кольцо воздействуют теплом, вызывая сплавление материалов. По мере остывания сталь сжимается, сжимая стекло и придавая ему устойчивость к растяжению. Поскольку стекло обычно разрушается при растяжении, механически предварительно напряженное стекло вряд ли сломается и подвергнет опасности работников. Наиболее прочные смотровые индикаторы изготавливаются из боросиликатного стекла благодаря большей разнице в его коэффициенте теплового расширения.