CN101581657B - 强迫对流多功能液态介质实验回路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强迫对流多功能液态介质实验回路，主要包括储藏罐、动力泵、阀门、流量计、实验段、介质管道、纯化系统、加热系统、保温系统等。利用动力泵作为驱动液态介质流动的动力源；流量计实时测量装置内液态介质的流量大小；阀门控制装置中介质的流动走向与通断；借助旁路阀门与动力泵以及流量计多方位控制回路中介质的流量大小；实验结束后依靠管道倾斜角和液态介质自身的重力作用，所有介质全部收集到贮藏罐中。可以结合回路中的若干支路与实验段接点，根据具体实验需要扩展所需实验段，在液态介质回路中营造相应的实验环境(如温度场、应力场、磁场、流场等)。该强迫对流多功能液态介质实验回路能够广泛应用于工业应用和科研项目领域中开展相关的关键技术问题研究。

Description

强迫对流多功能液态介质实验回路

技术领域

本发明涉及一种工业应用与科研领域中的实验回路设计方案，具体是一种强迫驱动液态介质对流运动的多功能实验回路。

背景技术

在工业应用领域中涉及到各种液态介质在管道中进行长距离传输(或者短距离循环输运)，如能源领域中的原油远距离输送、化工生产用的酸碱盐、冶金行业用液态金属介质输送与浇铸、核工业领域液态金属关键技术研究等。这些液态介质在传输过程中会引起一系列问题，如介质流动对传输管道的冲蚀、介质温度变化引起传输管道热应力作用下的腐蚀问题、不同介质在管道中的流动特性影响长距离传输效率、介质流动所处的各种工况环境因素影响流动效率等。

因此，为了详细开展上述关键技术问题研究，急需营造上述实验环境，并设计一套能够单独或者同时开展这些实验环境下关键技术问题研究的实验装置。本发明正是基于上述需求设计了一种强迫对流多功能液态介质实验回路，为工业应用研究和科研部门提供一种多用途的实验研究平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种强迫对流多功能液态介质实验回路，能够根据实验目的在不同实验段中营造相应的实验环境，开展关键技术问题的实验研究。

本发明的技术方案如下：

强迫对流多功能液态介质实验回路，其特征在于：主回路中串联有动力支路，动力支路由一个管路支路或多个并联的管路支路组成，各管路支路中依次串联有阀门、动力泵、阀门，多个并联的管路支路中动力泵供液方向相同；所述的动力支路两端并联有一个旁路支路，所述的旁路支路中串联有阀门；液态介质贮藏罐的出口经过阀门后接入到动力支路的进液端，所述的动力支路两端分别连接有相互并联的进液管道接口与回流管道接口，每一个进液管道接口与一个回流管道接口为一组，各进液管道接口与回流管道接口均接有阀门，一组进液管道接口与回流管道接口的阀门之间用于接入不同的实验段；所述的动力支路两端还并联有一个阀门与流量计串联的冷却支路；所述的动力支路的进液端与进液管道接口阀门之间的管道中并联有由液态介质纯化系统、阀门、流量计串联构成的支路；所述的动力支路的出液端与出液管道接口阀门之间的管道中串联有流量计；所述的实验回路布置对应于水平面具有倾斜角，便于实验结束或者事故状态下液态介质依靠自身重力作用迅速回流收集到贮藏罐中。

本发明利用动力泵作为装置内液态介质流动的动力源，流量计实时测量介质的流量大小，阀门控制回路中介质的流动走向与流量，并借助主回路上的旁路阀门准确调节控制各实验段中液态介质流量大小。

当进行液态介质高温实验时，利用冷却支路引流主回路中的低温介质去混合并冷却实验段中流出的高温介质，降低了能源消耗。

结合回路中的若干支路与实验段接点，根据具体实验需要扩展所需实验段，在液态介质回路中营造相应的实验环境(如温度场、应力场、磁场、流场等)，开展工业应用与科研项目领域中有关液态介质关键技术问题研究。

在不影响主体回路中液态介质流动的情况下，主回路中并联一套纯化系统以分流主回路中的介质流量，实现各个实验段共用纯化系统并连续运行的目的。该部分流量的液态介质流经纯化系统后，利用各种金属杂质浓度随温度的变化而逐渐析出的原理进行杂质处理，以开展介质中杂质元素在线检测与纯化技术研究。

由于该实验平台可以实现多种实验研究，对各个实验段进行并联设计，并通过调节回路各实验段阀门，实现各个实验段并行实验或者各自独立实验。

为了实现回路中液态介质的流动，在主回路管道上安置两台动力泵，一台正常工作，另一台备用，它们是整个回路中驱动介质流动的动力源。备用泵的主要目的是保证液态介质回路在工作泵出现故障情况下可以启动备用泵实现回路连续不间断运行。

利用流量计实时测量回路内介质的流量大小，并借助旁路支路中的阀门和动力泵联合控制介质的流量大小。

整个实验回路各种参数测量与控制方式全部集成于一个测控系统，便于调试与运行。

根据实验目的，当进行高温液态介质实验时，利用冷却支路引流主回路中的低温介质去混合冷却实验段中流出的高温介质，降低了回路结构材料在高温液态介质环境中的使用要求，并省去了冷却器部件，降低了能源消耗。

整个实验回路中贮藏罐处于最低点，在平面布局上回路中所有管道相对于地平面倾斜一定的角度(≥5°)，便于实验结束和事故发生时，整个回路中的液态介质依靠自身重力作用迅速回流到贮藏罐中，以减小因意外突发事故可能造成的潜在危害。

整个回路系统采用管道外壁加热和分段加热方式对管道内的锂铅进行加热，与此同时，实验管道同一截面上上设计多组多个热电偶进行测温，准确获取回路各部分的温度分布情况。

附图说明

附图为本发明的实验装置工作原理图。

图中符号所示：

管道连接点

流量计

阀门

动力泵

具体实施方式

参见附图。强迫对流多功能液态介质实验回路，其组成主要包括储藏罐、动力泵(P1、P2)、阀门、流量计(M1、M2、M3)、实验段、介质管道、纯化系统、加热系统、保温系统等。

以实验段一(高温实验段)为例，整个回路的工作流程如下：

(1)根据实验要求，依次打开阀门V₂、V₃、V₆、V₇、V₁₃、V₁₄、V₁₅；

(2)对整个系统进行预加热；

(3)打开阀门V₁，把贮藏罐中的液态介质压入回路中，使得回路管道中充满介质，再关闭阀门V₁；

(4)启动动力泵P1，驱动液态介质在回路中循环流动；

(5)对实验段一进行再加热，利用热电偶实时测量液态介质温度，使得实验段一中液态介质被加热至实验温度；

(6)调节阀门V₁₅的开度，实现实验段一中的液态介质预定流量大小；

(7)调节阀门V₁₃和V₁₄的开度，实现分流主回路中介质部分流量，在纯化支路中进行杂质在线监测与纯化技术研究；

(8)打开阀门V₁₂，调节该阀门的开度，利用主回路中的一定流量的低温介质去混合冷却实验段一中流出的高温介质，以降低回流到动力泵处的液态介质温度；

(9)当实验结束后，打开阀门V₁，各管道布置对应于水平面具有倾斜角，则依靠管道倾斜角和液态介质自身的重力作用，所有介质全部收集到贮藏罐中；

(10)关闭所有阀门，停止加热，结束实验过程。

其它实验段开展相应实验的过程同上。

Claims (1)

1.强迫对流多功能液态介质实验回路，其特征在于：主回路中串联有动力支路，动力支路由一个管路支路或多个并联的管路支路组成，各管路支路中依次串联有阀门、动力泵、阀门，多个并联的管路支路中动力泵供液方向相同；所述的动力支路两端并联有一个旁路支路，所述的旁路支路中串联有阀门；液态介质贮藏罐的出口经过阀门后接入到动力支路的进液端，所述的动力支路两端分别连接有相互并联的进液管道接口与回流管道接口，每一个进液管道接口与一个回流管道接口为一组，各进液管道接口与回流管道接口均接有阀门，一组进液管道接口与回流管道接口的阀门之间用于接入不同的实验段；所述的动力支路两端还并联有一个阀门与流量计串联的冷却支路；所述的动力支路的进液端与进液管道接口阀门之间的管道中并联有由液态介质纯化系统、阀门、流量计串联构成的支路；所述的动力支路的出液端与回流管道接口阀门之间的管道中串联有流量计；所述的实验回路布置对应于水平面具有倾斜角，便于实验结束或者事故状态下液态介质依靠自身重力作用迅速回流收集到贮藏罐中。