CN104406663B - 一种液态金属流量标定容器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种液态金属流量标定容器，包括：碗状挡板(2)、伞状挡板(3)、圆形内筒(4)、液位探针(5)、液态金属进入管(1)和排放管(6)。通过在容器内正中间位置的圆形内筒(4)外侧增加碗状挡板(2)和伞状挡板(3)，实现在流量标定过程中，标定容器内液态金属液面稳定上升的效果。本发明的基本思路是：液态金属从标定容器进入管(1)流入，通过碗状挡板(2)和伞状挡板(3)向下缓慢流至底部，圆形内筒(4)内的液面稳定上升，利用液位探针(5)检测液态金属的液位高度，实现等距离液位探针间隔内体积流量准确测量。与国内外其他标定装置相比，该装置能够避免入口流体压力的变化带来的误差，及获得稳定连续的液位上升过程。
Description
技术领域
本发明为一种液态金属流量标定容器，属于液态金属流量测量技术领域。
背景技术
液态金属，比如钠、铅、铅铋等，由于具有良好的热传导特性和中子特性已被选作先进快中子反应堆的冷却剂材料。用于快中子反应堆的冷却剂液态金属(钠、铅铋等)熔点约在80℃～150℃，其正常运行温度范围为200℃～600℃。同时，液态金属锂、铅锂等由于其良好的传热特性和氚增殖特性，在未来先进核聚变反应堆研究中被优先选为反应堆中的冷却剂材料和氚增殖材料。为了在堆外开展一系列关键技术实验，并验证先进反应堆核心技术，，目前世界很多国家都已经建造或正在建在液态金属回路。中科院合肥物质科学研究院已经建造的DRAGON-IV液态铅锂回路是目前国际上独有的多功能强迫对流铅锂实验回路，近期还将建设系列高温液态铅铋强迫对流回路，用于演示加速器驱动液态铅铋冷却快中子嬗变堆技术，并作为综合实验平台获取液态金属铅铋对结构材料腐蚀率、热工水力学规律等。
液态金属不透明特性使得传统的流量测量技术难以取得良好的效果，尤其是在高温高压、化学腐蚀强等一系列复杂苛刻条件下，流量精确测量更是难以实现，并且直接接触测量对流体流场会产生干扰，测量精确或测量结果更难以置信。本发明可以对液态金属进行实流标定测量，获取流量修正系数，为下一步流量精确测量提供实验依据，最终为研究反应堆热传导、材料腐蚀、热工测量等提供流量测量可靠的实验依据，具有非常重大的意义。
而现有的液态金属流量标定容器很多，但都存在共同的不足：1)当标定容器内液位不断上升过程中，其容器进出口形成的压差逐渐增大，这对流量标定带来一定的误差；2)液态金属流入标定容器易使液面产生波动，从而影响液位探针测量的稳定性，这对流量测量会带来巨大的影响。
本发明为一种液态金属流量标定容器，通过在容器内正中间位置的圆形内筒外侧增加碗状挡板和伞状挡板，且圆形内筒内布置多点液位探针，可以实现在流量标定过程中，标定容器内液态金属液面稳定上升的效果。通过这种方法，可以有效地避免已有标定容器存在的不足之处，能够使流入标定容器内的液态金属稳定缓慢连续上升，实现液态金属体积流量准确测量，具有标定精度高、稳定性好、可靠性高等优点。
发明内容
针对现有的流量标定容器存在的不足之处，本发明的目的是提供一种液态金属流量标定容器，它具有标定精度高、稳定性好、可靠性高等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种液态金属流量标定容器，用于高温液态金属流量标定实验，该流量标定容器包括碗状挡板、伞状挡板、圆形内筒、液位探针、液态金属进入管和排放管；其中：
(i)碗状挡板和伞状挡板均是不锈钢材质，两者交替连接，呈多层结构，且焊接在圆形内筒外壁，液态金属从碗状挡板宽口流入窄口流出，沿着伞状挡板外侧向下流动；
(ii)液态金属从标定容器进入管流入至碗状挡板上宽口，从碗状挡板下窄口流出至伞状挡板上端，再从伞状挡板下端流出至碗状挡板上宽口，以此类推，最终流至标定容器的底部；此过程中，碗状挡板和伞状挡板能够使流经的液态金属缓慢向下流动，避免从进入管直接流至标定容器底部造成液面波动，从而达到标定容器内液面稳定上升的效果。
进一步的，所述的圆形内筒垂直安装于标定容器内的正中间位置，上端与标定容器的顶部焊接，且高出标定容器顶部一定高度，约高于焊接处15cm；下端与标定容器的底部的倒三角边顶部保持齐平，且内筒底部与标定容器是连通的。
进一步的，所述的圆形内筒内含有若干个液位探针，该探针上端通过固定装置与圆形内筒顶部连接，其下端根据实际长度需要置于相应位置，且垂直悬空，切勿与圆形内筒内壁接触；液位探针外加圆锥形陶瓷套管保护，且最上面一个陶瓷管用点焊固定，避免相互接触导通，其用途是用于检测液态金属液面高度信息，能够实现等距离液位探针间隔内体积流量准确测量，且安装灵活、便于拆卸和维护。
进一步的，所述的液态金属进入管和排放管，分别位于标定容器的顶部和底部，且均与标定容器焊接连接，其功能是液态金属从进入管进入标定容器，从排放管流出标定容器，其中排放管垂直安装于标定容器底部正中间位置，其顶部水平线低于标定容器的底部水平线，这样能够保证标定容器内液态金属能够自动排空。
本发明的原理在于：
一种液态金属流量标定容器，该标定容器包括碗状挡板、伞状挡板、圆形内筒、液位探针、液态金属进入管和排放管，其中圆形内筒位于标定容器内的正中间位置，外侧布置碗状挡板和伞状挡板交替连接，且若干个液位探针置于圆形内筒内等距离排布相互不接触。液态金属(钠、铅、铅铋、铅锂等)从标定容器进入管流入至碗状挡板上宽口，从碗状挡板下窄口流出至伞状挡板上端，再从伞状挡板下端流出至碗状挡板上宽口，以此类推，最终流至标定容器的底部。此过程中，碗状挡板和伞状挡板能够使流经的液态金属缓慢向下流动，避免从进入管直接流至标定容器底部造成液面波动，从而达到标定容器内液面稳定上升的效果。
本发明的优点是：
(1)本发明高温液态金属流经碗状挡板和伞状挡板，缓慢向下流动，使流体流动状态稳定，从而可以实现液态金属流体液面稳定上升；
(2)本发明内置圆形量筒内布置多个液位探测点，用于检测液态金属液位高度信息，这样可以保证量筒内液态金属液面稳定上升的同时，实现等距离液位间隔内体积流量的准确测量，得到稳定的流量值；
(3)本发明增加了排放管置于标定容器底部，用于排放标定容器内液态金属，这样可以保证标定容器内液态金属能够根据自身重力实现自动排空。
附图说明
图1为本发明液态金属流量标定容器结构简图；1为液态金属进入管；2为碗状挡板；3为伞状挡板；4为圆形内筒；5为液位探针；6为液态金属排放管。
图2为本发明液态金属流量标定容器俯视图。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施方式，并不因此而限定于本发明的保护范围内。
实施方式：见图1和图2所示：液态金属流量标定容器包括碗状挡板2、伞状挡板3、圆形内筒4、液位探针5、液态金属进入管1和排放管6，其中圆形内筒4置于标定容器内的中间位置，且内部设有若干个液位探针5，液位探针等距离布置且相互不接触。
本发明的工作原理：液态金属从标定容器的进入管1流入，通过碗状挡板2和伞状挡板3缓慢流至底部，同时圆形内筒4内的液位逐渐上升，液面上升过程中触及液位探针5导通，输出触发信号开始计时并计算相邻液位探针之间的平均流量值，当所有液位探针5触发完毕，此时将获得一组流量标定数据，对比流量计测量值与液位探针5记录值，从而可为流量计进行实流标定获取修正系数。流量标定结束后，液态金属从排放管6流出，此时完成了一次流量标定过程。
当然，该流量标定容器也可以适用于其他非金属介质的流量标定。
在流量标定过程中，通过在标定容器内安装碗状挡板2和伞状挡板3，能够减缓液态金属向下流动的速度，可以避免液态金属直接进入标定容器带来的液面波动。在标定容器内增设圆形内筒4，且内置若干个液位探针5，探针外加圆锥形陶瓷管保护，可以避免探针间相互接触导通。
本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.一种液态金属流量标定容器，用于高温液态金属流量标定实验，其特征在于：该流量标定容器包括碗状挡板(2)、伞状挡板(3)、圆形内筒(4)、液位探针(5)、液态金属进入管(1)和排放管(6)；其中：
(i)碗状挡板(2)和伞状挡板(3)均是不锈钢材质，两者交替连接，呈多层结构，且焊接在圆形内筒(4)外壁，液态金属从碗状挡板(2)宽口流入窄口流出，沿着伞状挡板(3)外侧向下流动；
(ii)液态金属从标定容器进入管(1)流入至碗状挡板(2)上宽口，从碗状挡板(2)下窄口流出至伞状挡板(3)上端，再从伞状挡板(3)下端流出至碗状挡板(2)上宽口，以此类推，最终流至标定容器的底部；此过程中，碗状挡板(2)和伞状挡板(3)能够使流经的液态金属缓慢向下流动，避免从进入管(1)直接流至标定容器底部造成液面波动，从而达到标定容器内液面稳定上升的效果。
2.根据权利要求1所述液态金属流量标定容器，其特征在于：所述的圆形内筒(4)垂直安装于标定容器内的正中间位置，上端与标定容器的顶部焊接，且高出标定容器顶部一定高度，约高于焊接处15cm；下端与标定容器的底部的倒三角边顶部保持齐平，且内筒底部与标定容器是连通的。
3.根据权利要求1所述液态金属流量标定容器，其特征在于：所述的圆形内筒(4)内含有若干个液位探针(5)，该探针上端通过固定装置与圆形内筒(4)顶部连接，其下端根据实际长度需要置于相应位置，且垂直悬空，切勿与圆形内筒(4)内壁接触；液位探针(5)外加圆锥形陶瓷套管保护，且最上面一个陶瓷套管用点焊固定，避免相互接触导通，其用途是用于检测液态金属液面高度信息，能够实现等距离液位探针间隔内体积流量准确测量，且安装灵活、便于拆卸和维护。
4.根据权利要求1所述液态金属流量标定容器，其特征在于：所述的液态金属进入管(1)和排放管(6)，分别位于标定容器的顶部和底部，且均与标定容器焊接连接，其功能是液态金属从进入管进入标定容器，从排放管流出标定容器，其中排放管(6)垂直安装于标定容器底部正中间位置，其顶部水平线低于标定容器的底部水平线，这样能够保证标定容器内液态金属能够自动排空。
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