CN102721452A - 一种高温液态金属流量在线标定装置 - Google Patents

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Abstract

一种高温液态金属流量在线标定装置：熔化罐顶部分别通过管道连接真空泵和氮气钢瓶；熔化罐侧壁液面上部气体空间通过管道与储液罐液面上部气体空间连接；储液罐底部通过管道与熔化罐连接，该管道伸至熔化罐的底部；储液罐底部高于熔化罐内液面高度；储液罐顶部分别通过管道连接有真空泵和第一压力传感器；储液罐侧壁底部设有三通阀，该三通阀通过管道分别连接第二压力传感器和液态金属流量计；液态金属流量计通过管道连接一电磁泵，电磁泵出口设置两路管道，一路管道与熔化罐上部气体空间相连接，另一路管道通往主实验回路；第一压力传感器、第二压力传感器以及液态金属流量计均与计算机连接。本发明还公开了在线标定的方法。

Description

一种高温液态金属流量在线标定装置
技术领域
本发明属于液态金属流量测量领域，具体地涉及一种高温液态金属流量在线标定装置。
本发明还涉及利用上述装置进行在线标定的方法。
背景技术
液态铅铋合金(LBE，lead-bismuth eutectic)凭借其良好的中子学性能、优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，已成为ADS(加速器驱动的次临界反应堆系统)设计中散裂靶兼冷却剂的首选材料，有关液态铅铋合金热工水力特性的实验研究越来越被人们所重视。为了使研究结果具有指导意义，实验过程中需要将处于流动状态的液态铅铋合金加热到300℃以上，如此高温度下液态铅铋合金的流量测量是一大难题。目前市场上销售的液态金属电磁流量计能够承受的最高温度为180℃，而超声波流量计的最高耐受温度也只有240℃左右，无法满足测量要求。针对现有液态金属流量计不能用于测量高温液态金属的问题，中国专利200910116768.4和201020592931.2分别提出了一种适合高温液态金属流量测量的永磁式液态金属流量计。这种流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律，利用产生的感应电动势与被测介质流量(流速)成正比的现象进行流量测量。虽然该流量计可用于高温液态金属的流量测量，但用户在实际使用过程中需要先确定感应电动势与被测介质流量之间具体的线性关系，也就是说在实际使用时，需要为实验主回路配备在线流量标定装置，对其流量进行标定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高温液态金属流量在线标定装置。
本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行在线标定的方法。
为实现上述目的，本发明提供的高温液态金属流量在线标定装置，主要包括：
熔化罐1顶部分别通过管道连接真空泵5和氮气钢瓶8；熔化罐1侧壁液面上部气体空间通过管道与储液罐2液面上部气体空间连接；
储液罐2底部通过管道与熔化罐1连接，该管道伸至熔化罐1的底部；
储液罐底部高于熔化罐内液面高度；
储液罐2顶部分别通过管道连接有真空泵5和第一压力传感器20；储液罐侧壁底部设有三通阀，该三通阀通过管道分别连接第二压力传感器21和液态金属流量计3；
液态金属流量计3通过管道连接一电磁泵4，电磁泵4出口设置两路管道，一路管道与熔化罐上部气体空间相连接，另一路管道通往主实验回路；
压力传感器20、21和液态金属流量计3均与计算机连接。
所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，熔化罐1、储液罐2以及所有管道的外壁均设有保温加热装置。
所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，熔化罐1和储液罐2顶部分别通过管道连接有气体安全阀10、13。
所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，压力传感器20、21和液态金属流量计3通过数据采集器与计算机连接。
本发明提供了利用上述高温液态金属流量在线标定装置进行在线标定的方法：
1)将欲标定的金属充入熔化罐1中，对在线标定装置进行抽真空；
2)抽真空后，向在线标定装置充入氮气至在线标定装置内部压力略高于大气压；
3)启动熔化罐1的保温加热装置，将熔化罐1内的金属完全熔化，同时启动储液罐2与所有管道外壁的保温加热装置，维持温度在金属熔点上；
4)金属完全熔化后，将熔化罐1内的液态金属完全压入储液罐2中，记录第一压力传感器20和第二压力传感器21的数值，两者之差为储液罐2内液态金属液位高度；
5)保持熔化罐1和储液罐2内气体压力相同，启动电磁泵4，同时采集第一压力传感器20和第二压力传感器21的压力信号以及液态金属流量计3的感应电动势信号，获得各个时刻储液罐2内液态金属高度变化与感应电动势的对应关系；
6)通过改变电磁泵4的电压对多个流量点进行校核，完成液态金属流量计的标定工作。
所述的在线标定方法，其中，步骤4中金属完全熔化后将熔化罐1外壁面的加热装置调整至保温状态。
所述的在线标定方法，其中，第一压力传感器20和第二压力传感器21的数据由采集器和计算机实时采集和保存。
本发明提供的高温液态金属流量在线标定装置，通过测量储液罐上下压差以及液态流量计产生的感应电动势信号，可以完成液态流量计的在线标定。
附图说明
图1是本发明所述高温液态金属流量在线标定装置示意图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供的高温液态金属流量在线标定装置，主要包括：熔化罐1、储液罐2、液态金属流量计3、电磁泵4、真空泵5、高压氮气钢瓶8、管路控制阀门9，11，12，14，15，16，17，18，19、气体安全阀10，13、第一压力传感器20，第二压力传感器21、数据采集器6和计算机7。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置中，熔化罐1位于整个标定装置的最低位置，其顶盖分别连接有：一个气体安全阀10，一个真空泵5，一个高压氮气钢瓶8；熔化罐1侧壁液面上方位置外接一管路控制阀门12与储液罐2液面上部气体空间联通；一不锈钢金属管道连接储液罐2底部，该不锈钢金属管道的另一端延伸至熔化罐1的底部。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置中，储液罐2底部平面要高于熔化罐1内液面高度，储液罐2的顶盖分别连接有：一个气体安全阀13，一个真空泵5，第一压力传感器20；在储液罐2侧壁接近底平面位置水平引出一段不锈钢金属管道，通过三通外接一管路控制阀门17，阀门17连接第二压力传感器21，三通的另一端接一液态金属流量计3。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置中，液态金属流量计3接一电磁泵4，电磁泵4出口设置两路不锈钢金属管道，一路不锈钢金属管道通过管路控制阀门19相连通往主实验回路，另一路不锈钢金属管道通过管路控制阀门18连通熔化罐1上部气体空间。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置中，熔化罐1、储液罐2以及所有不锈钢金属管道的外壁面均配备有保温加热装置。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置中，第一压力传感器20、第二压力传感器21和液态金属流量计3的测量数据均通过数据采集器6和计算机7实时采集和保存。
本发明的高温液态金属流量在线标定装置在具体操作时，根据容器的尺寸以及各个接口的高度位置确定所需金属的重量(金属完全熔化后液面的高度必须符合设计要求)，然后将其充入熔化罐1中。开启管路控制阀门9、12、15、16和18，关闭管路控制阀门11和19，启动真空泵5对整个装置进行抽真空。抽真空操作完成后，关闭管路控制阀门9、15和18，开启管路控制阀门11，向装置内充入适当氮气，当装置内部压力略高于大气压时关闭管路控制阀门11、12和16。启动熔化罐1外壁面的加热装置将金属完全熔化，同时启动储液罐2与不锈钢金属管道外部的保温加热装置，维持其表面温度在金属熔点以上。金属完全熔化后，将熔化罐1外壁面的加热装置调整至保温模式，先开启管路控制阀门16，然后再缓慢开启管路控制阀门11，将熔化罐1内的液态金属完全压入储液罐2中，然后关闭管路控制阀门11和16此通过计算机记录下第一压力传感器20和第二压力传感器21的数值，两者之差即为储液罐2内液态金属液位高度。开启管路控制阀门12，保持熔化罐1和储液罐2内气体压力相同，然后开启管路控制阀门18并启动电磁泵4，同时令数据采集器6和计算机7实时采集和记录压力传感器20和21的压力信号以及液态金属流量计的感应电动势信号。通过以公式(1)可以获得任意时段内的流量数据：
Q = ( P 2 t 1 - P 1 t 1 ρg - P 2 t 2 - P 1 t 2 ρg ) · S t 2 - t 1 - - - ( 1 )
上式中，t代表测试时刻，P2为第二压力传感器所示压力，P1为第一压力传感器所示压力，S为储液罐内部横截面积，ρ为液态金属密度。通过改变电磁泵4的供电电压可以对多个流量点进行校核，获取液态金属流量随感应电动势的变化曲线，从而完成液态金属流量计的标定工作。标定工作完成以后，关闭管路控制阀门12和18，同时开启管路控制阀门19，即可以进行液态金属热工水力特性实验。

Claims (7)

1.一种高温液态金属流量在线标定装置，主要包括：
熔化罐顶部分别通过管道连接真空泵和氮气钢瓶；熔化罐侧壁液面上部气体空间通过管道与储液罐液面上部气体空间连接；
储液罐底部通过管道与熔化罐连接，该管道伸至熔化罐的底部；
储液罐底部高于熔化罐内液面高度；
储液罐顶部分别通过管道连接有真空泵和第一压力传感器；储液罐侧壁底部设有三通阀，该三通阀通过管道分别连接第二压力传感器和液态金属流量计；
液态金属流量计通过管道连接一电磁泵，电磁泵出口设置两路管道，一路管道与熔化罐上部气体空间相连接，另一路管道通往主实验回路；
第一压力传感器、第二压力传感器以及液态金属流量计均与计算机连接。
2.如权利要求1所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，熔化罐、储液罐以及所有管道的外壁均设有保温加热装置。
3.如权利要求1或2所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，熔化罐和储液罐顶部分别通过管道连接有气体安全阀。
4.如权利要求1所述的高温液态金属流量在线标定装置，其中，第一压力传感器、第二压力传感器和液态金属流量计通过数据采集器与计算机连接。
5.一种利用权利要求1所述高温液态金属流量在线标定装置进行在线标定的方法：
1)将欲标定的金属充入熔化罐中，对在线标定装置进行抽真空；
2)抽真空后，向在线标定装置充入氮气至在线标定装置内部压力略高于大气压；
3)启动熔化罐的保温加热装置，将熔化罐内的金属完全熔化，同时启动储液罐与所有管道外壁的保温加热装置，维持温度在金属熔点以上；
4)金属完全熔化后，将熔化罐内的液态金属完全压入储液罐中，记录第一压力传感器和第二压力传感器的数值，两者之差为储液罐内液态金属液位高度；
5)保持熔化罐和储液罐内气体压力相同，启动电磁泵，同时采集第一压力传感器和第二压力传感器的压力信号以及液态金属流量计的感应电动势信号，获得各个时刻储液罐内液态金属高度变化与感应电动势的对应关系；
6)通过改变电磁泵的供电电压对多个流量点进行校核，完成液态金属流量计的标定工作。
6.根据权利要求5所述的在线标定方法，其中，步骤4中金属完全熔化后将熔化罐1壁面的加热装置调整至保温状态。
7.根据权利要求5所述的在线标定方法，其中，第一压力传感器和第二压力传感器的数据由采集器和计算机实时采集和保存。
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