CN113310537B - 一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，包括磁钢组件、液态金属管道、冷却组件和导电组件；液态金属管道穿过磁钢组件以使液态金属管道中的流量切割所述磁钢组件产生的磁感线以产生感应电信号；所述导电组件用于传递该感应电信号；所述冷却组件包括的冷却铜块和冷却铜管；所述冷却铜块设置在所述液态金属管道与磁钢组件之间以降低向磁钢传递的热量；所述冷却铜块中间设有内通冷却流体的冷却铜管以通过冷却流体对所述冷却铜块进行冷却。本发明的有益效果如下：本发明提供的永磁流量计能够适用于真空或大气环境，工质温度从熔点到1000℃范围管道内液态金属的流量测量，尤其适用于真空环境下600℃～1000℃范围管道内液态碱金属的流量测量。
Description
技术领域
本发明属于核工业领域，具体涉及一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计。
背景技术
随着科技发展，有时需要针对真空环境条件下1000℃高温液态碱金属工质的管道进行流量测量。
在真空环境条件下，高温管道产生的热辐射使得周边物体温度很高，对于测量，用近距离安装的永磁体而言，过高的温度会使其磁场减退甚至消失，而远距离安装则会引起永磁体的体积和重量急剧增加或流量计性能下降。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，本技术方案能够解决在真空环境下，高温液态金属，尤其是温度600℃～1000℃的液态碱金属管道内流量的测量问题。
本发明的技术方案如下：
一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，包括磁钢组件、液态金属管道、冷却组件和导电组件；所述液态金属管道穿过所述磁钢组件以使所述液态金属管道中的流量切割所述磁钢组件产生的磁感线以产生感应电信号；所述导电组件用于传递该感应电信号；所述冷却组件包括的冷却铜块和冷却铜管；所述冷却铜块设置在所述液态金属管道与磁钢组件之间以降低向磁钢传递的热量；所述冷却铜块中间设有内通冷却流体的冷却铜管以通过冷却流体对所述冷却铜块进行冷却。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述液态金属管道与所述冷却铜块之间还设置有隔热屏以降低来自液态金属管道的热辐射。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述隔热屏为多层设置；当流量计在空气中使用时，所述隔热屏采用陶瓷纤维或硅酸铝纤维材料以削减空气热对流传热。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述导电组件包括导电极板和导电针；所述导电针穿过所述磁钢组件与所述导电极板连接；所述导电极板将所述感应电信号传递给所述导电针；所述冷却铜块通过螺栓固定在所述导电极板上且所述冷却铜块与导电极板之间设置有绝缘板。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述导电针外部套有绝缘管以防止与磁钢接触；所述导电针尾部设置有防止所述绝缘管脱落的螺母。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述磁钢组件包括多个利用磁场互相吸引作用连接在一起立方体磁钢。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，所述磁钢的材料为钕铁硼、钐钴和铝镍钴中的一种或多种。
进一步地，上述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，还包括外壳组件，所述外壳组件包括外壳、拉杆和连板；所述连板设置在所述外壳上；所述外壳能够拼合以固定所述磁钢组件；所述拉杆两端分别连接在外壳上的不同连板上以使所述外壳保持拼合后的状态。
本发明的有益效果如下：
1、本发明提供的永磁流量计能够适用于真空或大气环境，工质温度从熔点到1000℃范围管道内液态金属的流量测量，尤其适用于真空环境下600℃～1000℃范围管道内液态碱金属的流量测量。
2、结构较简单，无动部件、可靠性高，材料获取较容易，成本适中，制造周期较短。
3、本发明提供的永磁流量计阻力小、温度效应小、输出信号大、体积重量小，可长期稳定工作。
4、本发明中的液态金属管道与回路工艺管道，也可以直接利用现有工艺管道替代，磁路可现场拼装，一般不需要额外的力学支吊(口径过大或过小除外)。
5、本发明通过冷却铜块和冷却铜管对金属液态管道中热量进行隔绝，能够使磁钢组件的永磁体的温度保持在70℃以下，甚至更低。也使得居里温度较低，但高磁能积的钕铁硼永磁体应用成为可能，保证了流量计电信号输出性能的同时，保持了较小的重量和体积。
附图说明
图1为本发明的一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计的结构示意图。
图2为本发明的磁钢组件的结构示意图。
图3为本发明另一实施例的结构示意图。
上述附图中，1、液态金属管道；2、外壳；3、磁钢组件；4、冷却铜块；5、冷却铜管；6、拉杆；7、连板；8、隔热屏；9、螺栓绝缘管；10、螺栓；11、绝缘板；12、导电极板；13、导电针；14、绝缘管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提供了一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，包括磁钢组件3、液态金属管道1、冷却组件和导电组件；所述液态金属管道1穿过所述磁钢组件3以使所述液态金属管道1中的流量切割所述磁钢组件3产生的磁感线以产生感应电信号；所述导电组件用于传递该感应电信号；所述冷却组件包括的冷却铜块4和冷却铜管5；冷却铜块4材料为导热良好的金属铜合金，设置在所述液态金属管道1与磁钢组件3之间以降低向磁钢传递的热量；所述冷却铜块4中间设有内通冷却流体的冷却铜管5以通过冷却流体对所述冷却铜块4进行冷却。如此，冷却组件嵌入在液态金属管道1和磁钢组件3中间，起到阻止液态金属管道1高温向磁钢方向的传热的作用。所述液态金属管道1与所述冷却铜块4之间还设置有隔热屏8以降低来自液态金属管道的热辐射。所述隔热屏8为多层设置；当流量计在空气中使用时，所述隔热屏8采用陶瓷纤维或硅酸铝纤维材料以削减空气热对流传热。隔热屏8通过螺钉固定在冷却铜块4上，材料推荐为铜，其表面抛光以增强反射，并依据流量计工作温度设置层数。
冷却铜块4与冷却铜管5之间通过加压膨胀紧密接触，冷却铜管5间彼此连接则采用了中频银铜钎焊。由于是真空环境下使用的设备，所述冷却铜管5的焊接除了进行常规的无损探伤、压力试验外，还进行了氦质谱检测以验证其密封性能。上下两个冷却铜块4通过螺栓10固定在导电极板12上，为了避免螺栓10与导电极板12导电，外面还套有陶瓷螺栓绝缘管9。
液态金属管道1主要通过2个途径向磁钢方向传热：导电极板12的导热以及高温管道表面热辐射。对于来自导热的热量，主要通过冷却铜块4接触冷却的形式将热量通过冷却水带走，对于来自管道的热辐射，则先通过多层隔热屏8进行阻隔降温后，再通过冷却铜块4将剩余热量带走。工作时，冷水机通过的冷却铜管5中的冷却流体移除热量。
导电组件包括导电极板12和导电针13；所述导电针13穿过所述磁钢组件3与所述导电极板12连接；所述导电极板12将所述感应电信号传递给所述导电针13；所述冷却铜块4通过螺栓固定在所述导电极板12上且所述冷却铜块4与导电极板12之间设置有绝缘板11。所述绝缘板11的材料是陶瓷纤维或云母。液态金属管道1与导电极板12之间，可以采用焊接方式连接。
液态金属管道1、导电极板12、导电针13，需根据工作介质要求进行选材，材料必须与工质相容且无磁。如：真空环境Na工质在600℃以下，推荐使用316奥氏体不锈钢。再如：真空环境Li工质，则推荐使用铌基合金。液态金属管道1组件金属部分必须使用同种材料制作，以防止异种金属间产生接触热电势，影响测量精度。液态金属管道1一般与工艺管道口径相同，以获取最低阻力，同时还使流量计后期安装成为可能。导电针13外部套有绝缘管14以防止与磁钢接触；所述导电针13尾部设置有防止所述绝缘管14脱落的螺母。
如图2所示，所述磁钢组件3包括多个利用磁场互相吸引作用连接在一起立方体磁钢。所述磁钢的材料为钕铁硼、钐钴和铝镍钴中的一种或多种，按照顺序推荐为：钕铁硼、钐钴、铝镍钴。本实施例中的磁钢组件3由4块立方体磁钢拼接构成回字形，并利用磁场互相吸引作用连接在一起。侧面磁钢开通孔，用于导电针13的贯穿。磁钢彼此间连接为磁力连接，不设置其它辅助连接，便于安装与拆卸。由于磁钢间相互作用力很大，拆装过程中需要使用专用工装。磁钢表面，一般做镀镍处理。
本实施例中，还包括外壳组件，所述外壳组件由上下两部分组成，包括外壳2、拉杆6和连板7，一般由304或316奥氏体不锈钢制成；所述连板7设置在所述外壳2上；所述外壳2能够拼合以固定所述磁钢组件3；所述拉杆6两端分别连接在外壳2上的不同连板7上以使所述外壳2保持拼合后的状态。如此，磁钢组件3、冷却组件、外壳2均由拼装件构成，如此能够实现磁路现场拼装。
本实施例中，外壳2与连板7之间采用螺钉连接，2个外壳2分别箍在磁钢组件3的上部和下部，彼此之间通过拉杆6连接在一起，并可以通过螺母调整拉力。
图3所示为本发明的流量计在空气中使用的实施例，此时，隔热屏可以采用绝热毡，一般建议工质温度≤650℃，但并非受至于流量计的性能，主要考虑大气环境中，温度过高对工艺系统管道的氧化、氮化问题。
本发明的流量计主体材料为金属结构，附带少量高温绝缘物，各部件均可一定范围内承受高温。依据具体使用情况和成本控制情况，选择适应的结构材料。如液态金属管道组件：真空环境Na工质在600℃以下，推荐使用316奥氏体不锈钢。再如：真空环境Li工质，则推荐使用铌基合金。磁钢组件材料，则按磁能积大小依次推荐为：钕铁硼、钐钴、铝镍钴。选择磁能积相对大的材料，可以相应减小流量计重量和体积。外壳材料则可以本着经济原则选择304或316不锈钢。
本发明提供的永磁流量计能够适用于真空或大气环境，工质温度从熔点到1000℃范围管道内液态金属的流量测量，尤其适用于真空环境下600℃～1000℃范围管道内液态碱金属的流量测量。结构较简单，无动部件、可靠性高，材料获取较容易，成本适中，制造周期较短。本发明提供的永磁流量计阻力小、温度效应小、输出信号大、体积重量小，可长期稳定工作。本发明中的液态金属管道与回路工艺管道，也可以直接利用现有工艺管道替代，磁路可现场拼装，一般不需要额外的力学支吊(口径过大或过小除外)。本发明通过冷却铜块和冷却铜管对金属液态管道中热量进行隔绝，能够使磁钢组件的永磁体的温度保持在70℃以下，甚至更低。也使得居里温度较低，但高磁能积的钕铁硼永磁体应用成为可能，保证了流量计电信号输出性能的同时，保持了较小的重量和体积。
对于常温固态需要预热融化后方能工作的液态金属(如Na、K、Li等)，可以在管道外增设电预热器后再使用本发明的流量计。本发明适用于液态碱金属或碱金属合金，如钠、钾、钠钾合金、锂等，工作范围从工质熔点到1000℃范围内，尤其适用于真空环境中适用，经过微小变动，也可以工作在大气环境中。当液态金属为常温固态时，还应在液态金属管道外配置电预热器使用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，包括磁钢组件、液态金属管道、冷却组件和导电组件；所述液态金属管道穿过所述磁钢组件以使所述液态金属管道中的流量切割所述磁钢组件产生的磁感线以产生感应电信号；所述导电组件用于传递该感应电信号；所述冷却组件包括的冷却铜块和冷却铜管；所述冷却铜块设置在所述液态金属管道与磁钢组件之间以降低向磁钢传递的热量；所述冷却铜块中间设有内通冷却流体的冷却铜管以通过冷却流体对所述冷却铜块进行冷却；
所述液态金属管道与所述冷却铜块之间还设置有隔热屏以降低来自液态金属管道的热辐射。
2.如权利要求1所述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，所述隔热屏为多层设置；当流量计在空气中使用时，所述隔热屏采用陶瓷纤维或硅酸铝纤维材料以削减空气热对流传热。
3.如权利要求1所述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，所述导电组件包括导电极板和导电针；所述导电针穿过所述磁钢组件与所述导电极板连接；所述导电极板将所述感应电信号传递给所述导电针；所述冷却铜块通过螺栓固定在所述导电极板上且所述冷却铜块与导电极板之间设置有绝缘板。
4.如权利要求3所述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，所述导电针外部套有绝缘管以防止与磁钢接触；所述导电针尾部设置有防止所述绝缘管脱落的螺母。
5.如权利要求1所述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，所述磁钢组件包括多个利用磁场互相吸引作用连接在一起立方体磁钢。
6.如权利要求5所述的主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，所述磁钢的材料为钕铁硼、钐钴和铝镍钴中的一种或多种。
7.如权利要求1-6任一所述主动冷却型真空环境高温液态金属流量计，其特征在于，还包括外壳组件，所述外壳组件包括外壳、拉杆和连板；所述连板设置在所述外壳上；所述外壳能够拼合以固定所述磁钢组件；所述拉杆两端分别连接在外壳上的不同连板上以使所述外壳保持拼合后的状态。
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