CN111024294B - 液态金属压力信息测量装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种液态金属压力信息测量装置，包括压力信息传感器、导压管、传感器侧安装件、密封膜盒、引压管侧安装件以及引压管，导压管的一端连接至压力信息传感器，导压管的另一端连接至传感器侧安装件，传感器侧安装件与引压管侧安装件固定连接，密封膜盒密封连接在传感器侧安装件和引压管侧安装件之间，引压管侧安装件形成有与密封膜盒的腔室连通的贯穿通道，引压管的一端连接在贯穿通道与密封膜盒相反的一端，引压管的另一端用于连接在外部液态金属管道上的引压孔。另外，本发明还提供一种液态金属压力信息测量系统。本发明可以测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且具有较大的压力测量范围。

Description

液态金属压力信息测量装置及系统

技术领域

本发明涉及液态金属压力信息测量技术领域，尤其涉及一种液态金属压力信息测量装置及系统。

背景技术

液态金属具有较高的导热系数，因此在高热流密度换热领域有着广泛的应用。如在核工业领域，液态金属钠、钠钾合金、锂铅合金与铅铋合金等作为第四代反应堆冷却剂的备选材料而被广泛研究和应用。与常规流体相比液态金属具有低Pr数和高熔点等物性特点，但其在工程层面应用尚不成熟，因此需对其进行大量的实验研究以了解其流动换热及腐蚀特性。

在液态金属流动换热特性研究过程中，压力压差测量是保证回路安全稳定运行的重要参数，由于液态金属具有一定腐蚀性(尤其是铅基介质)且运行温度较高等特性，故常规压力压差传感器不能直接应用于液态金属测量。目前有采用两组膜片传感器对液态金属的压力压差进行测量，但现有具有两组膜片传感器的压力压差测量装置结构较为复杂，实际应用较难成功。

专利号为ZL201210458198.9的中国专利公开了一种液态金属压力测量方法与装置，虽然其避开了两组膜片传感器的测量方式，但仍然存在诸多缺陷：(1)无法测量液态金属的动态压力值；(2)其引压缓冲管内部液态金属填充高度的变化会引起压力测量误差；(3)装置内部通过封闭惰性气体来隔离高温液态金属与压力传感器膜片，但气体的可压缩性会造成压力测量值的波动；(4)测量压力范围有限；(5)未考虑金属杂质上浮会堵塞引压管道对压力测量产生一定影响(液态铅铋合金等比重较大，装置回路中的铁屑和氧化物等杂质会上浮于液态铅铋合金表面)；(6)未考虑液态金属的回收。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液态金属压力信息测量装置，其可以测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且具有较大的压力测量范围。

本发明的另一目的在于提供一种液态金属压力信息测量系统，其可以测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且具有较大的压力测量范围。

为了实现上述目的，本发明提供了一种液态金属压力信息测量装置，包括压力信息传感器、导压管、传感器侧安装件、密封膜盒、引压管侧安装件以及引压管，所述导压管的一端连接至所述压力信息传感器，所述导压管的另一端连接至所述传感器侧安装件，所述传感器侧安装件与所述引压管侧安装件通过紧固件固定连接，所述密封膜盒密封连接在所述传感器侧安装件和所述引压管侧安装件之间，所述引压管侧安装件形成有与所述密封膜盒的腔室连通的贯穿通道，所述引压管的一端连接在所述贯穿通道与所述密封膜盒相反的一端，所述引压管的另一端用于连接在外部液态金属管道上的引压孔。

较佳地，所述传感器侧安装件和所述引压管侧安装件为RJ法兰。

较佳地，所述密封膜盒上设有与所述腔室连通的吹气孔结构。

较佳地，所述密封膜盒上设有用于测量所述腔室内的液态金属的温度的温度传感器。

较佳地，所述引压管侧安装件的外壁和所述引压管上设有加热元件。

较佳地，所述引压管侧安装件为带劲对焊法兰，包括法兰本体及位于所述法兰本体远离所述密封膜盒的一端的颈部，所述贯穿通道贯穿所述颈部，所述加热元件设在所述颈部和法兰本体的外壁。

较佳地，所述压力信息传感器为压力变送器或压差变送器。

为了实现上述另一目的，本发明提供了一种液态金属压力信息测量系统，包括液态金属管道及如上所述的液态金属压力信息测量装置，所述液态金属管道上设有贯穿其侧壁的引压孔，所述引压管连接在所述引压孔处。

较佳地，所述液态金属管道的外侧和所述引压管上包裹有保温材料。

较佳地，所述液态金属管道呈竖直设置，所述引压孔自内而外呈向上倾斜，所述引压管直线连通至所述引压孔。

与现有技术相比，本发明的液态金属压力信息测量装置在测量时通过引压管密封连接在液态金属管道的引压孔处，进而液态金属管道内的液态金属可经由引压管和引压管侧安装件的贯穿通道进入密封膜盒的腔室内，从而使得密封膜盒的腔室内充满液态金属，液态金属的压力作用在传感器侧安装件内附的测量膜片上，此时，压力信息传感器即可测量到对应的压力信息。本发明能够对液态金属回路的压力信息进行实时测量，而且测量装置、测量系统以及测量过程简单而可靠。此外，本发明能够测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且可以具有较大的测量压力范围。另外，在对竖直设置的液态金属管道内的液态金属进行测量时，由于引压孔自内而外呈向上倾斜，从而能够避免金属杂质进入引压孔而影响测量结果。再者，在液态金属回收时，借由吹气孔的设置，便于液态金属的回流；而在结合引压孔自内而外呈向上倾斜以及引压管直线连通在引压孔的设计，有利于液态金属的自然回流，完全避免了液态金属被贮存在引压管和贯穿通道内的情况。

附图说明

图1是本发明实施例液态金属压力信息测量系统的剖面结构示意图。

图2是本发明另一实施例液态金属压力信息测量系统的剖面结构示意图。

图3是图1的局部放大图。

具体实施方式

为详细说明本发明的内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

请参阅图1至图3，本发明公开了一种液态金属压力信息测量装置，包括压力信息传感器13、导压管12、传感器侧安装件9(内附有测量膜片)、密封膜盒8、引压管侧安装件6以及引压管4，导压管12的一端连接至压力信息传感器13，导压管12的另一端连接至传感器侧安装件9，传感器侧安装件9与引压管侧安装件6通过紧固件14固定连接，密封膜盒8密封连接在传感器侧安装件9和引压管侧安装件6之间，引压管侧安装件6形成有与密封膜盒8的腔室81连通的贯穿通道61，引压管4的一端连接在贯穿通道61与密封膜盒8相反的一端，引压管4的另一端用于连接在外部液态金属管道2上的引压孔3。优选地，压力信息传感器13为压力变送器或压差变送器，但不以此限。在本发明的一具体实例中，测量的液态金属为液态铅铋合金，常温下熔点为125℃，对镍基金属材质具有浸润腐蚀特性，因此与液态金属直接接触的测量膜片采用能够在高真空度下耐受高温环境的材质。另外，引压管4的设置可以通过对其选取合适的长度来避免引压管4较长对液态金属的填充和回流造成影响或者引压管4太短而导致不易于安装和产生底部高温传导。

在测量时，液态金属压力信息测量装置通过引压管4密封连接在液态金属管道2的引压孔3处，进而液态金属管道2内的液态金属可经由引压管4和引压管侧安装件6的贯穿通道61进入密封膜盒8的腔室81内，从而使得密封膜盒8的腔室81内充满液态金属，液态金属的压力作用在传感器侧安装件9内附的测量膜片上，此时，压力信息传感器13即可测量到对应的压力信息。由上可知，液态金属压力信息测量装置能够对液态金属回路的压力信息进行实时测量，而且测量结构及测量过程简单而可靠。此外，液态金属压力信息测量装置能够测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且可以具有较大的测量压力范围(主要取决于压力信息传感器13的量程)。

在一些实施例中，传感器侧安装件9和引压管侧安装件6为RJ法兰，该结构形式简单且易于安装固定，而且既可以耐液态金属的高温工况，又可以保证良好的密封性能。

在一些实施例中，密封膜盒8上设有与腔室81连通的吹气孔结构，从而液态金属泄放、回收时，可以通过吹气孔结构进行吹气以有利于液态金属的顺利回流。具体而言，吹气孔结构包括开设在密封膜盒8上的吹气孔82和密封连接在吹气孔82处的吹气管10，进而便于吹气作业的进行。

在一些实施例中，密封膜盒8上设有用于测量腔室81内的液态金属的温度的温度传感器7。具体而言，密封膜盒8上形成有测温孔85，测温孔85的末端靠近密封膜盒8的腔室81，温度传感器7具有插设在测温孔85的探测端；借由温度传感器7的探测端和测温孔85的配合，有利于准确地测量腔室81内的液态金属的温度。在优选的实施方式中，温度传感器与84控制系统(图未示)连接以便于控制系统实时获知液态金属的温度，防止运行过程中液态金属凝固而影响测量结果。

在一些优选的实例测试时，引压管4、引压管侧安装件6、密封膜盒8及传感器侧安装件9等组件相对液态金属管道2整体呈向上倾斜设置，而吹气孔结构则位于密封膜盒8的朝上的一侧以有利于吹气作业，温度传感器7则位于密封膜盒8的朝下的一侧。

在一些实施例中，引压管侧安装件6的外壁和引压管4上设有加热元件5，优选为电加热元件；从而可以防止回路运行过程中液态金属在引压管4、贯穿通道61及密封膜盒8内凝固进而影响压力或压差的测量。

作为优选的实施方式，引压管侧安装件6为带劲对焊法兰，包括法兰本体62及位于法兰本体62远离密封膜盒8的一端的颈部63，贯穿通道61贯穿颈部63，加热元件5设在颈部63和法兰本体62的外壁；通过该设计，能够更好地对贯穿通道61内的液态金属进行加热。

在一些实施例中，液态金属压力信息测量装置还包括支撑件11，支撑件11用于在测量时支撑引压管侧安装件6以使液态金属压力信息测量装置能够顺利进行测量作业。

请参阅图1至图3，另外，本发明还公开一种液态金属压力信息测量系统，包括液态金属管道2及如上所述的液态金属压力信息测量装置，液态金属管道2上设有贯穿其侧壁的引压孔3，引压管4连接在引压孔3处。具体地，液态金属管道2上开设有三个引压孔3，其中一个用于测量液态金属的压力值，另两个用于测量液态金属的压差值。需要注意的是，引压孔3的开孔大小需要避免开孔太小而影响液态金属回流，或者开孔太大而影响压力或压差测量的准确；在具体的实施例中，引压孔3的开孔大小约为2～3mm。

在测量时，液态金属管道2内的液态金属可经由引压管4和引压管侧安装件6的贯穿通道61进入密封膜盒8的腔室81内，从而使得密封膜盒8的腔室81内充满液态金属，液态金属的压力作用在传感器侧安装件9内附的测量膜片上，此时，压力信息传感器13即可测量到对应的压力信息。液态金属压力信息测量系统能够对液态金属回路的压力信息进行实时测量，而且测量结构及测量过程简单而可靠。此外，液态金属压力信息测量系统能够测量液态金属的动态压力值，不会因为测量方式而引起压力测量误差和波动，且可以具有较大的测量压力范围。

在一些实施例中，液态金属管道2的外侧和引压管4上包裹有保温材料1；通过保温材料1的设置，能够有效防止热量的散失。另外，在另一些实施例中，密封膜盒8的外侧也需要包裹保温材料，以防止液态金属的热量由所在位置散失。

在图1和图3显示的实施例中，液态金属管道2呈竖直设置，引压孔3自内而外呈向上倾斜，引压管4直线连通至引压孔3，从而有利于液态金属的自然回流，完全避免了液态金属被贮存在引压管4和贯穿通道61内的情况；而且，由于引压孔3自内而外呈向上倾斜，能够避免金属杂质进入引压孔3而影响压力、压差的测量结果；另外，液态金属管道2中若有气泡，气泡会沿管道2向上浮动，而不会进入管壁的引压孔3中。

在图2显示的液态金属压力信息测量系统中，引压孔3呈径向贯穿液态金属管道2，液态金属管道2呈水平设置并使引压孔3位于其中间位置以上，以避免杂质进入引压孔3内，同时也便于液态金属的自然回流。

下面以本发明具体实施例为例描述其具体测量过程，不应以此来限制本发明。

在充入液态金属前，需对液态金属回路进行抽真空作业，以避免液态金属压力、压差测量过程中的排气工作，并同时开启加热元件5对回路的相关结构加热至所需温度，后将液态金属充入液态金属管道2中，液态金属由液态金属管道2低处流向高处并逐步充满整个回路，同时压力、压差测量端的引压管4及密封膜盒8内也充满液态金属。此时压力变送器的测量值即为液态金属回路在对应测点的静态压力值，压差变送器的测量值即为液态金属回路的对应测点在静置状态下的压差值，若液态金属回路处于运行状态下(内部液态金属为流动状态)，此时压力变送器的测量值即为液态金属回路在对应测点的动态压力值，此时压差变送器的测量值减去回路静置状态下的压差值即为对应测点在液态金属回路运行中的压差值，回路运行完成后，管道2中的液态金属可依靠重力作用从上向下自然回流至储料箱(图未示)，而密封膜盒8内的液态金属需通过其上侧的吹气孔结构向腔室81内吹气使液态金属顺利回流，完成收集工作，最后在回路中充入惰性气体，以保证回路内部长期处于惰性气体环境，防止壁面发生氧化污染。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种液态金属压力信息测量装置，其特征在于，包括压力信息传感器、导压管、传感器侧安装件、密封膜盒、引压管侧安装件以及引压管，所述导压管的一端连接至所述压力信息传感器，所述导压管的另一端连接至所述传感器侧安装件的上端，所述传感器侧安装件的下端与所述引压管侧安装件的上端通过紧固件固定连接，所述密封膜盒密封连接在所述传感器侧安装件的下端和所述引压管侧安装件的上端之间，所述引压管侧安装件形成有与所述密封膜盒的腔室连通的贯穿通道，所述引压管的上端连接在所述贯穿通道与所述密封膜盒相反的一端，所述引压管的下端用于连接在外部液态金属管道上的引压孔；

所述贯穿通道包括体积较大的腔部和尺寸较小的细孔部，所述贯穿通道通过所述腔部与所述密封膜盒的体积较大的腔室连通，通过所述细孔部与所述引压管连通；

所述引压管、所述引压管侧安装件、所述密封膜盒、所述传感器侧安装件布置于所述引压孔的上方，所述液态金属管道呈水平布置时，所述液态金属管道周向倾斜向上的位置设有所述引压孔，所述引压管被配置为呈向上倾斜地连接至所述引压孔；

所述装置还包括吹气管，所述吹气管与所述密封膜盒的侧壁的吹气孔连接并通过所述吹气孔与所述密封膜 盒的腔室连通。

2.如权利要求1所述的液态金属压力信息测量装置，其特征在于，所述传感器侧安装件和所述引压管侧安装件为RJ法兰。

3.如权利要求1所述的液态金属压力信息测量装置，其特征在于，所述密封膜盒上设有用于测量所述腔室内的液态金属的温度的温度传感器。

4.如权利要求1所述的液态金属压力信息测量装置，其特征在于，所述引压管侧安装件的外壁和所述引压管上设有加热元件。

5.如权利要求4所述的液态金属压力信息测量装置，其特征在于，所述引压管侧安装件为带劲对焊法兰，包括法兰本体及位于所述法兰本体远离所述密封膜盒的一端的颈部，所述贯穿通道贯穿所述颈部，所述加热元件设在所述颈部和法兰本体的外壁。

6.如权利要求1所述的液态金属压力信息测量装置，其特征在于，所述压力信息传感器为压力变送器或压差变送器。

7.一种液态金属压力信息测量系统，其特征在于，包括液态金属管道及如权利要求1至6任一项所述的液态金属压力信息测量装置，所述液态金属管道上设有贯穿其侧壁的引压孔，所述引压管连接在所述引压孔处。

8.如权利要求7所述的液态金属压力信息测量系统，其特征在于，所述液态金属管道的外侧和所述引压管上包裹有保温材料。

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