CN108761022A - 一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，包括液态铅铋循环实验装置，该液态铅铋循环实验装置具体包括动力泵组、预热器，第一实验段、第二实验段、换热器、氧控系统、净化系统、膨胀箱、储料箱、若干个流量计、若干个压力变送器以及若干个铅铋阀等部件。通过控制不同铅铋阀的开启或关断，使得液态铅铋合金选择不同的回路来完成系统中不同实验段内相关设备热工水力特性及功能特性，以及设备材料与铅铋的相容性特性的实验。实施本发明，能够克服现有技术的不足之处，实现对液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性的分析研究。
Description
技术领域
本发明涉及核能技术领域，尤其涉及一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统。
背景技术
核能在当今世界能源领域已经占据了越来越重要的地位，而随着核能的发展，如何充分的利用有限的铀资源，有效的处理核废料，已经日益引起了人们的重视。液态铅铋合金冷却反应堆正是解决上述问题的有效出路。液态铅铋合金作为冷却剂，虽然具有良好的导热性，但由于具有活泼的化学性能、高熔点性和腐蚀性，使得热工水力性能和腐蚀性能的研究具有极大难度。
为了快堆的设计建造以及快堆运行的安全分析，液态铅铋合金的热工水力特性的研究又是必不可少的。因此必须建造能够完成液态铅铋合金热工水力特性分析研究的实验装置。
目前，许多学者对液态铅铋合金热工水力特性展开了分析研究，包括借鉴其它金属热工水力特性实验。例如，申请公告号为CN103413579A，名称为一种铅铋合金自然循环回路系统的发明专利，该系统结构简单，流量小，仪表配置简陋，适用于理论研究和机理实验，对实际工程应用的指导作用有限，并不能作为对液态铅铋合金热工水力性能进行实验研究的回路。又如，申请公告号为CN102254577A，名称为液态金属钠热工水力实验回路系统及其使用方法的发明专利，只适用于液态金属钠实验回路。由于铅铋合金具有腐蚀性，且液态铅铋氧浓度对铅铋物性的影响较大，使得该系统不适用于铅铋实验。
但是，现有的液态铅铋合金的热工水力特性的研究仍然存在着许多有待改善的不足之处，无法实现对液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性进行有效的分析研究。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，能够克服现有技术的不足之处，实现对液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性的分析研究。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，包括液态铅铋循环实验装置；其中，
所述液态铅铋循环实验装置包括：
液体主管道；
设置于所述液体主管道上，并通过所述液体主管道依序串接在一起形成连通回路的驱动泵组、第一压力变送器、第一流量计、预热器、第二压力变送器、第一铅铋阀、手套箱、氧控系统、净化系统、第二流量计、第二铅铋阀、第三压力变送器、第三铅铋阀、换热器、第四铅铋阀以及膨胀箱；
第一液体分管道，所述第二液体分管道的两端并接在所述液体主管道上，且其一端位于所述预热器和所述第二压力变送器之间，另一端位于所述第三压力变送器和所述换热器之间；
设置于所述第一液体分管道上，并通过所述第一液体分管道依序串接在一起后与所述液体主管道连通的第五铅铋阀、第三压力变送器、第六铅铋阀、第一实验段、第七铅铋阀和第四压力变送器；
第二液体分管道，所述第二液体分管道的一端接入所述第一液体分管道中，且其上设有第八铅铋阀；
通过所述第二液体分管道与所述第一液体分管道连通的储料箱；其中，所述储料箱中存储有一定量的铅铋合金，其一端与所述第二液体分管道的另一端相连，且其外壁上设有第一加热装置；
第三液体分管道，所述第三液体分管道上设有第九铅铋阀；其中，所述第三液体分管道的两端并接在所述液体主管道上，其一端位于所述第三压力变送器和所述第三铅铋阀之间，其另一端位于所述第四铅铋阀和所述膨胀箱之间；
第四液体分管道，所述第四液体分管道上设有第十铅铋阀；其中，所述第三液体分管道的两端分别接入所述液体主管道和所述第二液体分管道中，其接入所述液体主管道中的一端位于所述第二铅铋阀和所述第三压力变送器之间，其接入所述第二液体分管道中的一端位于所述第五铅铋阀和所述第三压力变送器之间。
其中，所述驱动泵组包括机械泵、永磁泵、第十一铅铋阀、第十二铅铋阀、第十三铅铋阀和第十四铅铋阀；其中，
所述第十一铅铋阀、第十二铅铋阀和机械泵形成第一驱动支路，所述第十三铅铋阀、第十四铅铋阀和永磁泵形成第二驱动支路，且所述第一驱动支路和所述第二驱动支路相并接；其中，所述第十一铅铋阀和所述第十二铅铋阀分别设置于所述机械泵的两侧；所述第十三铅铋阀和所述第十四铅铋阀分别设置于所述永磁泵的两侧。
其中，所述液态铅铋循环实验装置还包括：
第五液体分管道，所述第五液体分管道并接在所述液体主管道上，且其两端还分别连接所述驱动泵组中第一驱动支路的两端以及第二驱动支路的两端；
设置于所述第五液体分管道上，并通过所述第五液体分管道串接在一起后与所述液体主管道连通的第十五铅铋阀、第三流量计和第五压力变送器。
其中，所述液态铅铋循环实验装置还包括：
第六液体分管道，所述第六液体分管道并接在所述第一液体分管道上，且其一端位于所述第三压力变送器和所述第六铅铋阀之间，另一端位于所述第七铅铋阀和所述第四压力变送器之间；
设置于所述第六液体分管道上，并通过所述第六液体分管道串接在一起与所述第一液体分管道连通的第十六铅铋阀、第十七铅铋阀和第二实验段；其中，所述第十六铅铋阀和所述第十七铅铋阀分别设置于所述第二实验段的两侧。
其中，所述储料箱和所述膨胀箱的内部均设有液位计。
其中，所述液体主管道、第一液体分管道、第二液体分管道、第三液体分管道、第四液体分管道、第五液体分管道和第六液体分管道之中一个或多个均设有第二加热装置。
其中，所述第一铅铋阀、第二铅铋阀、第三铅铋阀、第四铅铋阀、第五铅铋阀、第六铅铋阀、第七铅铋阀、第八铅铋阀、第九铅铋阀、第十铅铋阀、第十一铅铋阀、第十二铅铋阀、第十三铅铋阀、第十四铅铋阀、第十五铅铋阀、第十六铅铋阀和第十七铅铋阀均为止回阀。
其中，还包括实验环境清洗装置；其中，
所述实验系统清洗装置包括：
进气管道，所述进气管道的两端分别与所述储料箱及所述膨胀箱相连；
气瓶，所述气瓶充满有一定量的惰性气体，且所述气瓶接入所述气体主管道中；
设置于所述进气管道上的第一气阀、第二气阀、第一气压表和第二气压表；其中，所述第一气阀和所述第一气压表均位于所述气瓶靠近所述储料箱的一端，所述第二气阀和所述第二气压表均位于所述气瓶靠近所述膨胀箱的一端；
抽气管道，所述抽气管道设有第三气阀，其一端与所述膨胀箱相连；
真空泵，所述真空泵与所述抽气管道的另一端相连。
其中，所述实验系统清洗装置还包括：
排气管道，所述排气管道设有第四气阀，其一端与所述膨胀箱相连；
排气过滤器，所述排气过滤器与所述排气管道的另一端相连。
其中，所述第一气阀、第二气阀、第三气阀和第四气阀均为止回阀。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明通过储料箱外部的第一加热装置给铅铋合金进行加热，并通过铅铋合金所流经液体管道外部的第二加热装置继续加热并保持铅铋合金呈流动性的液态，能够确保与铅铋合金接触的压力边界均能被有效加热，避免局部铅铋合金凝固引发的问题，因此本发明具备完善的辅助加热和温控设计，具有整体升温快，温度控制精准等优点，使得本发明运行温度高，实验温度跨度大，可满足不同测试目的；
2、本发明在液体主管道上设有液态铅铋合金的氧控系统和净化系统，能够控制实验系统的氧浓度和杂质，可以为材料考验实验提供稳定的条件，同时设计了水换热器和预热器等高功率换热、加热设备，且在第一液体分管道上预留的第一实验段和在第六液体分管道上预留的第二实验段也可安装类似蒸汽发生器、燃料组件等装置，可用于研究铅铋合金流动热性和换热特性，同时还预留有多个开放式接口，可根据实际需要灵活调整，为不同领域的实验需求提供支持；
3、本发明在液体主管道上设有高温手套箱，可用于液态铅铋及测试件的在线取样和分析；
4、本发明在第五液体分管道上设有第三流量计和第五压力变送器，可长期测试液态金属用输送设备（电磁泵或机械泵）性能，解决了液态金属输送设备生产无法测试产品性能或测试周期短的问题；
5、本发明测点布置全面，可同时测试液态金属用传感器、仪表的性能，并可提供较多测试参数和数据，为产品性能测试、优化、研发提供全面的支持；
6、本发明在膨胀箱上设有排气过滤器，避免金属粉尘外泄对环境和人员健康造成损害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例一提供的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统的连接结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例一中，提供的一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，包括液态铅铋循环实验装置；其中，
液态铅铋循环实验装置包括：
液体主管道L1；
设置于液体主管道L1上，并通过液体主管道L1依序串接在一起形成连通回路的驱动泵组2、第一压力变送器3、第一流量计4、预热器5、第二压力变送器6、第一铅铋阀LBE-1、手套箱7、氧控系统8、净化系统9、第二流量计10、第二铅铋阀LBE-2、第三压力变送器11、第三铅铋阀LBE-3、换热器12、第四铅铋阀LBE-4以及膨胀箱13；其中，储料箱1和膨胀箱13的内部均设有液位计，即可监控储料箱1和膨胀箱13内部实时液位，也能够为所有的流量计标定提供标定依据；预热器5采用耐高温且耐腐蚀材质制作，快速给通过预热器5的铅铋介质升温至实验目标温度，为实验段提供高温边界条件；换热器12为铅铋-水管壳式换热器，壳程走液态铅铋，管程走冷却水，作用是给通过换热器12的铅铋介质降温；手套箱7用于液态铅铋或被测试验件取样的设备，内部充惰性气体（如氩气）。箱内配置有阀门与回路连接，利用压差手套箱可实现在高温情况下液态铅铋样品，提升实验效率；氧控系统8包括氧浓度测量及氧浓度控制系统组成，用于监测和控制系统氧浓度；净化系统9是利用杂质降温析过滤实现的，包括铅铋冷却装置，铅铋过滤器等，作用是将铅铋介质中的杂质过滤出来，避免杂质影响稳定性；
第一液体分管道L2，该第二液体分管道L3的两端并接在液体主管道L1上，且其一端位于预热器5和第二压力变送器6之间，另一端位于第三压力变送器11和所述换热器12之间；
设置于第一液体分管道L2上，并通过第一液体分管道L2依序串接在一起后与液体主管道L1连通的第五铅铋阀LBE-5、第三压力变送器14、第六铅铋阀LBE-6、第一实验段M1、第七铅铋阀LBE-7和第四压力变送器15；
第二液体分管道L3，第二液体分管道L3的一端接入第一液体分管道L2中，且其上设有第八铅铋阀LBE-8；
通过第二液体分管道L3与第一液体分管道L2连通的储料箱1；其中，储料箱1中存储有一定量的铅铋合金，其一端与第二液体分管道L3的另一端相连，且其外壁上设有第一加热装置；
第三液体分管道L4，该第三液体分管道L4上设有第九铅铋阀LBE-9；其中，第三液体分管道L4的两端并接在液体主管道L1上，其一端位于第三压力变送器11和第三铅铋阀LBE-3之间，其另一端位于第四铅铋阀LBE-4和膨胀箱13之间；
第四液体分管道L5，第四液体分管道L5上设有第十铅铋阀LBE-10；其中，第三液体分管道L4的两端分别接入液体主管道L1和第二液体分管道L3中，其接入液体主管道L1中的一端位于第二铅铋阀LBE-2和第三压力变送器11之间，其接入第二液体分管道L3中的一端位于第五铅铋阀LBE-5和第三压力变送器14之间。
应当说明的是，为了能够确保与铅铋合金接触的压力边界均能被有效加热，避免局部铅铋合金在管道内凝固引发的问题，因此采用在液体主管道L1、第一液体分管道L2、第二液体分管道L3、第三液体分管道L4和第四液体分管道L5上设置第二加热装置，甚至于在所有设备上都采用第二加热装置，使得整个液态铅铋循环实验装置具备完善的辅助加热和温控设计，从而具有整体升温快，温度控制精准等优点。第一加热装置和第二加热装置可以由电热丝和调节电热丝的功率控制器组成；其中，电热丝缠绕在管道或设备的外壁上，通过功率控制器调节电热丝的温度。在实验开始前，为在实验期间有铅铋介质流通/到达的部件如管道、设备等加热，将液态铅铋循环实验装置整体加热至铅铋熔点以上温度；在实验过程中，为液态铅铋循环实验装置伴热，补充液态铅铋循环实验装置热损，保证液态铅铋循环实验装置在实验期间有比较稳定的温度边界条件。
可以理解的是，第二液体分管道L3上的第八铅铋阀LBE-8开启后，储料箱1的铅铋合金加热后，通过第一液体分管道L2向液体主管道L1中注入液态铅铋合金，选择第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4开启，而第五铅铋阀LBE-5、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第九铅铋阀LBE-9和第十铅铋阀LBE-10关闭，经过氧控系统9和净化系统10控制液态铅铋循环实验装置的氧浓度和杂质，可以为材料考验实验提供稳定的条件，实现铅铋合金在整个液体主管道L1循环中的热工水力特性和腐蚀特性实验。然而，液态铅铋合金在液体主管道L1中不需要换热，可以选择第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第九铅铋阀LBE-9开启，而第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4、第五铅铋阀LBE-5、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7和第十铅铋阀LBE-10关闭，通过第三液体分管道L4引导液体主管道L1中的液态铅铋合金，完成液态铅铋合金在液体主管道L1-第三液体分管道L4-液体主管道L1循环中的热工水力特性和腐蚀特性实验。
同理，选择开启第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4、第五铅铋阀LBE-5、第十铅铋阀LBE-10，而第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第九铅铋阀LBE-9关闭，通过第四液体分管道L5引导液体主管道L1中的液态铅铋合金，完成液态铅铋合金在液体主管道L1-第一液体分管道L2-第四液体分管道L5-液体主管道L1循环中的热工水力特性和腐蚀特性实验。然而，液态铅铋合金在液体主管道L1中不需要换热，可以选择开启第五铅铋阀LBE-5、第九铅铋阀LBE-9、第十铅铋阀LBE-10，而第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7关闭，通过第三液体分管道L4引导第四液体分管道L5中的液态铅铋合金，完成液态铅铋合金在液体主管道L1-第一液体分管道L2-第四液体分管道L5-第三液体分管道L4-液体主管道L1循环中的热工水力特性和腐蚀特性实验。
当然，要开启实验段的实验，可以在上述情况下，将第五铅铋阀LBE-5、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7由关闭调整为开启即可。以此类推，得到不同方式的实验使用方式，不再一一赘述。
在本发明实施例中，驱动泵组2包括机械泵16、永磁泵17、第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12、第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14；其中，第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12和机械泵16形成第一驱动支路，第十三铅铋阀LBE-13、第十四铅铋阀LBE-14和永磁泵17形成第二驱动支路，且第一驱动支路和第二驱动支路相并接；其中，第十一铅铋阀LBE-11和第十二铅铋阀LBE-12分别设置于机械泵16的两侧；第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14分别设置于永磁泵17的两侧。
应当说明的是，采用机械泵16和永磁泵17作为驱动泵组2，实现动力泵互换来确保液态铅铋循环实验装置能够具有足够的动力。同时，机械泵16的电机为变频电机，泵体材质耐高温且耐腐蚀，该泵的作用是为液态铅铋循环实验装置铅铋流动提供输较大（相较电磁泵17）送力，适用于流动阻力较大的实验，并可通过控制频率和调节阀门开度实现流量调节。机械泵16应安装在液体主管道L1的较高位置，具体应保证泵体内液态重金属液位与系统稳压器液位相近（根据实际应用情况确定准确值）。永磁泵17效率较高，泵配置有专门的冷却系统保证永磁铁在较低温度下运行，避免消磁，该永磁泵17作为长时间实验的驱动设备，性能稳定，效率高（常规电磁泵效率＜10%，永磁泵效率＞60%），产热低，对回路运行影响小。
在本发明实施例中，为了实现对泵性能测试实验（如机械泵16和永磁泵17），因此该液态铅铋循环实验装置还包括：
第五液体分管道L6，该第五液体分管道L6并接在液体主管道L1上，且其两端还分别连接驱动泵组2中第一驱动支路的两端以及第二驱动支路的两端；
设置于第五液体分管道L6上，并通过第五液体分管道L6串接在一起后与液体主管道L1连通的第十五铅铋阀LBE-15、第三流量计18和第五压力变送器19。
在本发明实施例中，为了增加测试对象，通过增加液态铅铋循环实验装置的实验段，因此液态铅铋循环实验装置还包括：
第六液体分管道L7，该第六液体分管道L7并接在第一液体分管道L2上，且其一端位于第三压力变送器14和第六铅铋阀LBE-6之间，另一端位于第七铅铋阀LBE-7和第四压力变送器15之间；
设置于第六液体分管道L7上，并通过第六液体分管道L7串接在一起与第一液体分管道L2连通的第十六铅铋阀LBE-16、第十七铅铋阀LBE-17和第二实验段M2；其中，第十六铅铋阀LBE-16和第十七铅铋阀LBE-17分别设置于第二实验段M2的两侧。
应当说明的是，第五液体分管道L6和第六液体分管道L7也可以设置第二加热装置，确保实验过程中，为液态铅铋循环实验装置伴热，补充液态铅铋循环实验装置热损，保证液态铅铋循环实验装置在实验期间有比较稳定的温度边界条件。所有的铅铋阀均为止回阀，即第一铅铋阀LBE-1至第十七铅铋阀LBE-17均为止回阀。
在本发明实施例中，为了使得液态铅铋循环实验装置能够给予液态铅铋合金一个良好的实验环境，从而获得的热工水力特性和腐蚀特性的实验数据能够更精确，因此需要配备实验系统清洗装置来对液态铅铋循环实验装置使用前的清洗。该实验系统清洗装置具体包括：
进气管道J1，该进气管道J1的两端分别与储料箱1及膨胀箱13相连；
气瓶20，气瓶20充满有一定量的惰性气体，且气瓶20接入气体主管道J1中；其中，惰性气体包括但不限于氩气等；
设置于进气管道J1上的第一气阀Q-1、第二气阀Q-2、第一气压表21和第二气压表22；其中，第一气阀Q-1和第一气压表21均位于气瓶20靠近储料箱1的一端，第二气阀Q-2和第二气压表22均位于气瓶20靠近膨胀箱13的一端；
抽气管道J2，该抽气管道J2设有第三气阀Q-3，其一端与膨胀箱13相连；
真空泵23，该真空泵23与抽气管道J2的另一端相连；
其中，第一气阀Q-1、第二气阀Q-2和第三气阀Q-3均为止回阀。
在本发明实施例中，为了调整实验环境的气压，该实验系统清洗装置还包括：
排气管道J3，该排气管道J3设有第四气阀Q-4，其一端与膨胀箱13相连；其中，第四气阀Q-4为止回阀；
排气过滤器24，该排气过滤器24与排气管道J3的另一端相连，通过排气过滤器24过滤排气，避免含铅铋粉尘外泄，对环境和人员造成损害。
本发明实施例中，液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统的工作原理为：
在确定具备开始实验的条件后（电气检查、密封检查等已完成），进行实验前准备。
首先，通过实验系统清洗装置对液态铅铋循环实验装置进行清洗。确认关闭第一Q-1和第二气阀Q-2，打开第三气阀Q-3，然后利用真空泵23将液态铅铋循环实验装置抽真空至绝对压力小于20Pa后，关闭第三气阀Q-3，维持15分钟以上，然后打开第二气阀Q-2，利用气瓶20持续向液态铅铋循环实验装置灌气，直至第二气压表22压力稳定至约0.4MPa，并维持稳定30分钟以上，然后打开第四气阀Q-4放气至系统压力略高于常压，重复上述抽真空—注气—放气操作。实验前需重复上述步骤5次以上，以降低系统氧化气体（氧气）的浓度，保证液态铅铋循环实验装置升温运行期间处于惰性气体（如氩气）环境中。最后一次控制第一气压表21和第二气压表22略高于环境压力（＞0.1MPa）。
其次，实验系统清洗装置清洗液态铅铋循环实验装置后，利用第一加热装置和第二加热装置将液态铅铋循环实验装置整体升温，使得升温点应略高于铅铋熔点后维持一段时间，目的是保证液态铅铋循环实验装置整体被加热至目标温度，避免温度不均，确保铅铋已全部熔化。
然后，利用气压将液态铅铋从储料箱1压至液态铅铋循环实验装置管线中，直至膨胀箱13中部，具体操作方法为：关闭第二气阀Q-2，开启第一气阀Q-1，调节气瓶20压力，将液态铅铋从储料箱1缓慢通过第二液体分管道L3压至液态铅铋循环实验装置内，直至铅铋液位至膨胀箱13中部（其内部的液位计观察来判断），然后停止加压，保持现有压力一段时间，保证铅铋介质充满液态铅铋循环实验装置，关闭第八铅铋阀LBE-8和第一气阀Q-1、第三气阀Q-3、第四气阀Q-4。
接着，通过液态铅铋循环实验装置进行实验。实验过程控制方法根据实验目的分五种，第一种是氧控系统8和净化系统9不投用的实验，适用于温度较低或时间较短的实验；第二种是氧控系统8和净化系统9投用，但是手套箱7不投用的实验，实验对象是第一实验段M1或第二实验段M2，适用于温度较高或时间较长的实验；第三种是氧控系统8和净化系统9投用，手套箱7也投用的实验，手套箱内包括测试件，适用需要在线更换实验测试对象的实验；第四种是泵性能测试实验；第五种是铅铋流量计标定实验。
在第一种实验中，氧控系统8和净化系统9不投用。确定实验前准备工作完成后，假定以第一实验段M1为测试对象，具体实施方法为：确认关闭所有气阀，即第一气阀Q-1至第四气阀Q-4，开启第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4、第五铅铋阀LBE-5、第十铅铋阀LBE-10，而关闭第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第八铅铋阀LBE-8、第九铅铋阀LBE-9、第十六铅铋阀LBE-16和第十七铅铋阀LBE-17。确定阀门状态后，开启机械泵16（对应需关闭第十三铅铋阀LBE-13、第十四铅铋阀LBE-14和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十一铅铋阀LBE-11和第十二铅铋阀LBE-12）或永磁泵17（对应需关闭第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14），通过调节频率调节机械泵16出力或通过调节电压调节永磁泵17出力，进而调节回路流量。如果实验段需要较高温度环境，可开启预热器5将铅铋介质短时间升温至目标温度，待铅铋介质通过实验段后，用换热器12将铅铋介质冷却到实验系统设计温度范围内。根据实验需要，开展相关实验即可。
在第二种实验中，氧控系统8和净化系统9投用，换热器12投用。假定以第二实验段M2为测试对象，具体实施方法为：确认关闭所有气阀，即第一气阀Q-1至第四气阀Q-4，开启第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第三铅铋阀LBE-3、第四铅铋阀LBE-4、第十铅铋阀LBE-10、第十六铅铋阀LBE-16和第十七铅铋阀LBE-17，关闭第五铅铋阀LBE-5、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第八铅铋阀LBE-8、第九铅铋阀LBE-9。确定阀门状态后，开启机械泵16（对应需关闭第十三铅铋阀LBE-13、第十四铅铋阀LBE-14和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十一铅铋阀LBE-11和第十二铅铋阀LBE-12）或永磁泵17（对应需关闭第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14），通过调节频率调节机械泵16出力或通过调节电压调节永磁泵17出力，进而调节回路流量。如果实验段需要较高温度环境，可开启预热器5将铅铋介质短时间升温至目标温度，待铅铋介质通过实验段后，用换热器12将铅铋介质冷却到实验系统设计温度范围内。根据实验需要，开展相关实验即可。
在第三种实验中，实验对象是需要在线更换的试验件，试验件安装在手套箱7内。假定换热器12投用，具体说明实施方法：确认关闭所有气阀，即第一气阀Q-1至第四气阀Q-4，开启第一铅铋阀LBE-1、第二铅铋阀LBE-2、第三铅铋阀LBE-3和第四铅铋阀LBE-4，关闭第五铅铋阀LBE-5、第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第八铅铋阀LBE-8、第九铅铋阀LBE-9和第十铅铋阀LBE-10。确定阀门状态后，开启机械泵16（对应需关闭第十三铅铋阀LBE-13、第十四铅铋阀LBE-14和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十一铅铋阀LBE-11和第十二铅铋阀LBE-12）或永磁泵17（对应需关闭第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12和第十五铅铋阀LBE-15，开启第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14），通过调节频率调节机械泵16出力或通过调节电压调节永磁泵17出力，进而调节回路流量。如果实验段需要较高温度环境，可开启预热器5将铅铋介质短时间升温至目标温度，待铅铋介质通过实验段后，用换热器12将铅铋介质冷却到实验系统设计温度范围内。如果换热器12不投用，则需在开泵前关闭第三铅铋阀LBE-3和第四铅铋阀LBE-4，开启第九铅铋阀LBE-9，其它步骤与换热器12投用操作步骤相同. 根据实验需要，开展相关实验即可。
在第四种实验中，实验对象为机械泵16或永磁泵17，目的是测试机械泵16或永磁泵17。假定以机械泵16为测试对象，具体实施方法：确定实验前准备工作完成后，确认开启第十一铅铋阀LBE-11、第十二铅铋阀LBE-12和第十五铅铋阀LBE-15，关闭第一铅铋阀LBE-1、第四铅铋阀LBE-4、第五铅铋阀LBE-5、第九铅铋阀LBE-9、第十三铅铋阀LBE-13和第十四铅铋阀LBE-14，然后开启机械泵16，根据需要开展实验测试。同理，永磁泵17测试方法与机械泵16相同，需开启第十三铅铋阀LBE-13、第十四铅铋阀LBE-14和第十五铅铋阀LBE-15，关闭第一铅铋阀LBE-1、第四铅铋阀LBE-4、第五铅铋阀LBE-5、第九铅铋阀LBE-9、第十一铅铋阀LBE-11和第十二铅铋阀LBE-12，然后开启永磁泵17，根据需要开展实验测试。
在第五种实验中，目的是测量仪表。以测量流量计安装在第一实验段M1为例，具体实施方法为：开启第六铅铋阀LBE-6、第七铅铋阀LBE-7、第八铅铋阀LBE-8，关闭第十六铅铋阀LBE-16和第十七铅铋阀LBE-17，待铅铋液位达到膨胀箱13较高液位后，保持温度为目标温度一段时间。然后，确定温度均匀，关闭第五铅铋阀LBE-5和第十铅铋阀LBE-10，短暂开启储料箱1上的排气阀后关闭，使储料箱1内压力低于液态铅铋循环实验装置内压力和位差压力的和，使得液态铅铋循环实验装置内铅铋因位差重力作用从管线流至储料箱1，通过记录储料箱1内置液位计液位变化与测试用铅铋流量计读数，判断铅铋流量计精度。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
1、本发明通过储料箱外部的第一加热装置给铅铋合金进行加热，并通过铅铋合金所流经液体管道外部的第二加热装置继续加热并保持铅铋合金呈流动性的液态，能够确保与铅铋合金接触的压力边界均能被有效加热，避免局部铅铋合金凝固引发的问题，因此本发明具备完善的辅助加热和温控设计，具有整体升温快，温度控制精准等优点，使得本发明运行温度高，实验温度跨度大，可满足不同测试目的；
2、本发明在液体主管道上设有液态铅铋合金的氧控系统和净化系统，能够控制实验系统的氧浓度和杂质，可以为材料考验实验提供稳定的条件，同时设计了水换热器和预热器等高功率换热、加热设备，且在第一液体分管道上预留的第一实验段和在第六液体分管道上预留的第二实验段也可安装类似蒸汽发生器、燃料组件等装置，可用于研究铅铋合金流动热性和换热特性，同时还预留有多个开放式接口，可根据实际需要灵活调整，为不同领域的实验需求提供支持；
3、本发明在液体主管道上设有高温手套箱，可用于液态铅铋及测试件的在线取样和分析；
4、本发明在第五液体分管道上设有第三流量计和第五压力变送器，可长期测试液态金属用输送设备（电磁泵或机械泵）性能，解决了液态金属输送设备生产无法测试产品性能或测试周期短的问题；
5、本发明测点布置全面，可同时测试液态金属用传感器、仪表的性能，并可提供较多测试参数和数据，为产品性能测试、优化、研发提供全面的支持；
6、本发明在膨胀箱上设有排气过滤器，避免金属粉尘外泄对环境和人员健康造成损害。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，包括液态铅铋循环实验装置；其中，
所述液态铅铋循环实验装置包括：
液体主管道（L1）；
设置于所述液体主管道（L1）上，并通过所述液体主管道（L1）依序串接在一起形成连通回路的驱动泵组（2）、第一压力变送器（3）、第一流量计（4）、预热器（5）、第二压力变送器（6）、第一铅铋阀（LBE-1）、手套箱（7）、氧控系统（8）、净化系统（9）、第二流量计（10）、第二铅铋阀（LBE-2）、第三压力变送器（11）、第三铅铋阀（LBE-3）、换热器（12）、第四铅铋阀（LBE-4）以及膨胀箱（13）；
第一液体分管道（L2），所述第二液体分管道（L3）的两端并接在所述液体主管道（L1）上，且其一端位于所述预热器（5）和所述第二压力变送器（6）之间，另一端位于所述第三压力变送器（11）和所述换热器（12）之间；
设置于所述第一液体分管道（L2）上，并通过所述第一液体分管道（L2）依序串接在一起后与所述液体主管道（L1）连通的第五铅铋阀（LBE-5）、第三压力变送器（14）、第六铅铋阀（LBE-6）、第一实验段（M1）、第七铅铋阀（LBE-7）和第四压力变送器（15）；
第二液体分管道（L3），所述第二液体分管道（L3）的一端接入所述第一液体分管道（L2）中，且其上设有第八铅铋阀（LBE-8）；
通过所述第二液体分管道（L3）与所述第一液体分管道（L2）连通的储料箱（1）；其中，所述储料箱（1）中存储有一定量的铅铋合金，其一端与所述第二液体分管道（L3）的另一端相连，且其外壁上设有第一加热装置；
第三液体分管道（L4），所述第三液体分管道（L4）上设有第九铅铋阀（LBE-9）；其中，所述第三液体分管道（L4）的两端并接在所述液体主管道（L1）上，其一端位于所述第三压力变送器（11）和所述第三铅铋阀（LBE-3）之间，其另一端位于所述第四铅铋阀（LBE-4）和所述膨胀箱（13）之间；
第四液体分管道（L5），所述第四液体分管道（L5）上设有第十铅铋阀（LBE-10）；其中，所述第三液体分管道（L4）的两端分别接入所述液体主管道（L1）和所述第二液体分管道（L3）中，其接入所述液体主管道（L1）中的一端位于所述第二铅铋阀（LBE-2）和所述第三压力变送器（11）之间，其接入所述第二液体分管道（L3）中的一端位于所述第五铅铋阀（LBE-5）和所述第三压力变送器（14）之间。
2.如权利要求1所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述驱动泵组（2）包括机械泵（16）、永磁泵（17）、第十一铅铋阀（LBE-11）、第十二铅铋阀（LBE-12）、第十三铅铋阀（LBE-13）和第十四铅铋阀（LBE-14）；其中，
所述第十一铅铋阀（LBE-11）、第十二铅铋阀（LBE-12）和机械泵（16）形成第一驱动支路，所述第十三铅铋阀（LBE-13）、第十四铅铋阀（LBE-14）和永磁泵（17）形成第二驱动支路，且所述第一驱动支路和所述第二驱动支路相并接；其中，所述第十一铅铋阀（LBE-11）和所述第十二铅铋阀（LBE-12）分别设置于所述机械泵（16）的两侧；所述第十三铅铋阀（LBE-13）和所述第十四铅铋阀（LBE-14）分别设置于所述永磁泵（17）的两侧。
3.如权利要求2所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述液态铅铋循环实验装置还包括：
第五液体分管道（L6），所述第五液体分管道（L6）并接在所述液体主管道（L1）上，且其两端还分别连接所述驱动泵组（2）中第一驱动支路的两端以及第二驱动支路的两端；
设置于所述第五液体分管道（L6）上，并通过所述第五液体分管道（L6）串接在一起后与所述液体主管道（L1）连通的第十五铅铋阀（LBE-15）、第三流量计（18）和第五压力变送器（19）。
4.如权利要求3所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述液态铅铋循环实验装置还包括：
第六液体分管道（L7），所述第六液体分管道（L7）并接在所述第一液体分管道（L2）上，且其一端位于所述第三压力变送器（14）和所述第六铅铋阀（LBE-6）之间，另一端位于所述第七铅铋阀（LBE-7）和所述第四压力变送器（15）之间；
设置于所述第六液体分管道（L7）上，并通过所述第六液体分管道（L7）串接在一起与所述第一液体分管道（L2）连通的第十六铅铋阀（LBE-16）、第十七铅铋阀（LBE-17）和第二实验段（M2）；其中，所述第十六铅铋阀（LBE-16）和所述第十七铅铋阀（LBE-17）分别设置于所述第二实验段（M2）的两侧。
5.如权利要求4所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述储料箱（1）和所述膨胀箱（13）的内部均设有液位计。
6.如权利要求5所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述液体主管道（L1）、第一液体分管道（L2）、第二液体分管道（L3）、第三液体分管道（L4）、第四液体分管道（L5）、第五液体分管道（L6）和第六液体分管道（L7）之中一个或多个均设有第二加热装置。
7.如权利要求6所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述第一铅铋阀（LBE-1）、第二铅铋阀（LBE-2）、第三铅铋阀（LBE-3）、第四铅铋阀（LBE-4）、第五铅铋阀（LBE-5）、第六铅铋阀（LBE6）、第七铅铋阀（LBE-7）、第八铅铋阀（LBE-8）、第九铅铋阀（LBE-9）、第十铅铋阀（LBE-10）、第十一铅铋阀（LBE-11）、第十二铅铋阀（LBE-12）、第十三铅铋阀（LBE-13）、第十四铅铋阀（LBE-14）、第十五铅铋阀（LBE-15）、第十六铅铋阀（LBE-16）和第十七铅铋阀（LBE-17）均为止回阀。
8.如权利要求7所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，还包括实验系统清洗装置；其中，
所述实验系统清洗装置包括：
进气管道（J1），所述进气管道（J1）的两端分别与所述储料箱（1）及所述膨胀箱（13）相连；
气瓶（20），所述气瓶（20）充满有一定量的惰性气体，且所述气瓶（20）接入所述气体主管道（J1）中；
设置于所述进气管道（J1）上的第一气阀（Q-1）、第二气阀（Q-2）、第一气压表（21）和第二气压表（22）；其中，所述第一气阀（Q-1）和所述第一气压表（21）均位于所述气瓶（20）靠近所述储料箱（1）的一端，所述第二气阀（Q-2）和所述第二气压表（22）均位于所述气瓶（20）靠近所述膨胀箱（13）的一端；
抽气管道（J2），所述抽气管道（J2）设有第三气阀（Q-3），其一端与所述膨胀箱（13）相连；
真空泵（23），所述真空泵（23）与所述抽气管道（J2）的另一端相连。
9.如权利要求8所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述实验系统清洗装置还包括：
排气管道（J3），所述排气管道（J3）设有第四气阀（Q-4），其一端与所述膨胀箱（13）相连；
排气过滤器（24），所述排气过滤器（24）与所述排气管道（J3）的另一端相连。
10.如权利要求9所述的液态铅铋合金热工水力特性和腐蚀特性实验系统，其特征在于，所述第一气阀（Q-1）、第二气阀（Q-2）、第三气阀（Q-3）和第四气阀（Q-4）均为止回阀。
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