一种蓝宝石超高压双色水位计的制作方法

本发明涉及液位测量，尤其是涉及一种蓝宝石超高压双色水位计。

背景技术：

1、水位计是锅炉、汽水分离器、蒸汽发生装置、高压储罐以及其他高温高压压力容器中的重要测量部件，其主要用于对容器内部液位进行连续观察和判断。对于超高压汽水系统而言，容器内部通常同时存在高温液相和高压汽相，液位变化直接关系到设备的安全运行状态。因此，水位计不仅需要具有较高的测量直观性，还需要长期承受高温、高压、热循环以及汽液两相介质冲刷等复杂工况。

2、传统玻璃管式或普通玻璃板式水位计通常利用透明玻璃作为观察元件，通过观察液体和气体的界面确定水位。但是，普通玻璃材料的耐压能力和耐热冲击能力有限，在较高压力和较高温度条件下容易出现强度下降、炸裂或者寿命缩短等问题。当水位计安装于超高压设备上时，观察窗需要承受较大的介质压力，单纯依靠普通玻璃观察窗难以满足长期稳定运行要求。

3、现有部分高压水位计采用钢化玻璃、石英玻璃或者其他透明耐压材料作为观察元件，并通过金属压盖和密封垫进行固定。然而，在高压条件下，观察窗受到的压力较大，密封结构容易产生局部应力集中。当设备经历升温、降温以及压力循环时，观察窗、金属承压结构与密封材料之间的热膨胀差异容易导致密封预紧力发生变化，进而产生渗漏风险。

4、另一方面，普通直通式观察通道的光学显示效果容易受到汽液界面状态、介质浑浊程度以及外部照明条件的影响。在汽相和液相之间缺乏明显颜色区分时，操作人员需要根据液体边界或者刻度进行判断。当水位变化较小或者观察环境较差时，人工读取液位容易产生误差。

5、双色水位显示方式能够利用不同颜色对汽相和液相进行区分，但现有双色显示结构通常需要设置多个光学元件或者复杂的光路结构，光源、滤光元件与观察通道之间的相对位置容易发生变化。当水位计长期处于高温振动或者设备热循环环境中时，光学组件的安装精度可能发生变化，从而影响双色显示效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种蓝宝石超高压双色水位计，以解决背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种蓝宝石超高压双色水位计，包括主承压筒体，主承压筒体内部加工有竖直贯通的梯形测量通道，主承压筒体的前壁面上加工有上下两个圆形窗孔，分别为上窗孔与下窗孔，上窗孔内嵌装有前侧上蓝宝石观察窗，下窗孔内嵌装有前侧下蓝宝石观察窗，主承压筒体的后壁面上加工有一个竖直长圆形窗孔，长圆形窗孔内嵌装有后侧蓝宝石入射窗，主承压筒体的后侧外部通过安装支架安装有光源模块壳体。

3、优选的，前侧上蓝宝石观察窗、前侧下蓝宝石观察窗与后侧蓝宝石入射窗均为蓝宝石单晶制成的圆片状或长圆片状元件，其外周面加工为锥面，主承压筒体上对应的上窗孔、下窗孔和长圆形窗孔内壁均加工有与蓝宝石窗外周锥面锥度一致的内锥面。

4、优选的，前侧上蓝宝石观察窗、前侧下蓝宝石观察窗与后侧蓝宝石入射窗外周锥面分别和上窗孔、下窗孔与长圆形窗孔内锥面紧密贴合形成锥面自密封副。

5、优选的，前侧上蓝宝石观察窗的外侧设置有前侧上窗压盖，前侧下蓝宝石观察窗的外侧设置有前侧下窗压盖，后侧蓝宝石入射窗的外侧设置有后侧窗压盖。

6、优选的，前侧上窗压盖、前侧下窗压盖和后侧窗压盖分别与前侧上蓝宝石观察窗、前侧下蓝宝石观察窗和后侧蓝宝石入射窗的外侧面之间设置有密封垫圈，前侧上窗压盖、前侧下窗压盖和后侧窗压盖通过压紧螺栓施加预紧力，将密封垫圈压紧于前侧上蓝宝石观察窗、前侧下蓝宝石观察窗和后侧蓝宝石入射窗外侧面与前侧上窗压盖、前侧下窗压盖和后侧窗压盖内端面之间。

7、优选的，主承压筒体的上端通过法兰连接有上端法兰盖，上端法兰盖与主承压筒体上端面之间设置有上端密封垫片；主承压筒体的下端通过法兰连接有下端法兰盖，下端法兰盖与主承压筒体下端面之间设置有下端密封垫片。

8、优选的，上端法兰盖的下方焊接有汽相连接管，汽相连接管与梯形测量通道的上部连通；下端法兰盖的上方焊接有液相连接管，液相连接管与梯形测量通道的下部连通。

9、优选的，下端法兰盖的底部中心焊接有排污接口，排污接口与梯形测量通道的底部连通。

10、优选的，光源模块壳体的空腔内沿光路方向依次设置有红绿双色led光源板、滤光片组与准直透镜，红绿双色led光源板、滤光片组与准直透镜通过卡箍固定在光源模块壳体内部，红绿双色led光源板为圆形pcb板，其上设置有红色led芯片与绿色led芯片，滤光片组包括红色滤光片与绿色滤光片，分别与红色led芯片和绿色led芯片一一对应，使红光与绿光形成两束具有特定发散角的扇形光束，准直透镜为平凸透镜或菲涅尔透镜，其将两束扇形光准直为平行光或弱会聚光后，经后侧蓝宝石入射窗射入梯形测量通道。

11、优选的，主承压筒体的外部包覆有保温夹套，保温夹套为对开式两半圆形金属壳体，通过螺栓抱合于主承压筒体的外壁面，保温夹套与主承压筒体外壁之间留有环形间隙，保温夹套的内壁面上贴附有电伴热带，电伴热带为自限温伴热带，沿主承压筒体的轴向螺旋缠绕或竖直平行布置。

12、因此，本发明采用上述的一种蓝宝石超高压双色水位计，具有以下有益效果：

13、（1）本发明并非单纯依靠压盖对蓝宝石窗进行轴向压紧，而是在蓝宝石窗外周面与主承压筒体窗孔内壁之间设置相互匹配的锥面；当梯形测量通道内部压力升高时，介质压力作用于蓝宝石窗内侧，使蓝宝石窗产生向外的轴向受力趋势，并通过锥面转换为径向压紧作用；因此，随着介质压力增加，蓝宝石窗与窗孔之间的接触压紧程度相应提高，在一定设计范围内能够形成压力辅助密封效果。

14、（2）蓝宝石窗的锥面自密封副作为第一道密封结构，设置在蓝宝石窗外侧的密封垫圈作为第二道强制密封结构；两个密封结构分别承担不同的密封作用，即使在设备发生压力波动或者温度变化时，也能够通过两级密封结构提高观察窗位置的密封冗余度。

15、（3）本发明利用汽相与液相介质之间的折射率差异建立双色光学显示机制；红光和绿光经过滤光片组进行光谱选择，并经过准直透镜调整传播方向后进入梯形测量通道；通过梯形测量通道的特定截面几何关系，使绿光在汽相区域与液相区域具有不同的传播状态，从而使前侧观察区域形成红色汽相区域和绿色液相区域。

16、（4）本发明将梯形测量通道的横截面设计为等腰梯形，并使观察侧与入射侧形成预设的几何关系；通过对通道侧壁倾角、光源入射方向以及观察方向进行匹配，使红光和绿光在汽相、液相中的传播路径产生可区分的差异；因此，相比简单直通式圆孔或者矩形通道结构，本发明能够为双色光路提供更加明确的几何约束条件，有利于提高红绿分界区域的清晰程度。

17、（5）当外部环境温度较低时，电伴热带17提供补偿热量，保温材料降低热量散失，从而维持梯形测量通道2处于适宜的工作温度范围；能够降低测量通道内部介质冻结以及因局部温度变化造成汽液界面异常波动的可能性，提高低温环境下的测量稳定性。

18、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。