CN204269192U - 一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统 - Google Patents

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胡建生
孟献才
孙震
黄明
徐伟
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Abstract

本实用新型公开了一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，包括有用于放置液态金属的储藏罐、激光液位仪，储藏罐外包裹着加热器，储藏罐的底部设有液态金属的流出管道，流出管道上设有阀门，储藏罐的正上方设有真空隔断插板阀，真空隔断插板阀上端通过刀口密封结构与不锈钢加长管道相连，不锈钢加长管道的侧壁上及储藏罐的上端侧壁上分别设有抽气结构接口，抽气结构接口与真空抽气机组相连；不锈钢加长管道的顶部安装带有真空密封结构的石英玻璃观察窗口，激光液位仪通过支撑结构安装在石英玻璃观察窗口的正上方，激光液位仪与液位的采集系统电连接。本实用新型解决了现有技术中对强化学活性、高温易蒸发的液态金属液位的测量问题。

Description

一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统
技术领域
本实用新型涉及一种特殊液态金属，尤其是碱金属的液位的测量系统，涉及聚变反应堆领域，具体为一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统。
背景技术
在近年的核聚变研究中，流动的液态金属的研究逐渐被广泛的关注和实验。例如：流动的液态锂作为托卡马克装置的第一壁不仅可以有效地降低装置中的杂质水平、抑制边界再循环，提高对等离子体的约束能力；另一方面，具有自修复能力的流动的液态锂第一壁可以有效地解决高热负荷和粒子的排出问题，避免高温等离子体对固态第一壁的腐蚀，解决的传统第一壁使用寿命的问题。而且流动的液态锂壁能够实现损伤第一壁的自我修复、移除等离子体轰击产生的热及解决D/T的饱和问题，已经成为一个研究的热点。流动的钠-钾合金材料可以作为良好的反应堆冷却剂，作为未来聚变堆的包层及偏滤器等关键高热负载区域的冷却剂。流动的液态锂铅包层是国际上普遍关注和最有发展潜力的聚变堆包层概念设计之一。
上述流动的液态金属在核聚变装置中的应用过程中不可避免的涉及到液态金属液位的测量问题。液态金属液位的传统测量方法有三种，第一种方法是通过在液态金属的储藏罐顶部的盖子上安装长短不一的金属棒，通过读取浸入液态金属中金属棒的数量来粗略地得到锂罐中液态金属的液位，这种方法比较粗糙，测量的精度难以保证，这种方法在锂铅回路中得到广泛应用。第二种方法是通过在液态金属储藏罐中放入金属刻度尺，通过读取金属刻度尺的值来获得液态金属的液位，但是这种方法比较适合敞口的液态金属罐液位的测量，对于强化学活性的易氧化变性的碱金属则很难实现。第三种方法是通过测量放置在液态金属中的金属条的电阻的方法来间接测量液态金属储藏罐中液位的深度，通过实验的数据拟合出液态锂的深度与金属条阻值之间的函数关系，然后根据测量到的金属条阻值来推算出液态金属的液位信息。这种测量方法存在缺陷，在不同温度下，液态金属对金属条的粘附性有所不同，从而在金属条上的粘附的液态金属的长度及厚度都有所不同，这将会改变金属条的阻值，所以这种方法也很难给出不同温度下液态金属液位的精确值。第四种方法采用激光测距的方式测量。激光传感器发射不同频率的可见激光束，接收从被测物返回的散射激光，将接收到的激光信号与参考信号进行比较，最后用微处理器计算出相应相位偏移所对应的物体间距离。在传统的制铝业中已经开始使用激光液位仪的方式来测量铝液的液位，能够给出比较精确的液位信息。但是对于强化学活性及高温易蒸发的液态金属，尤其是碱性金属液位的测量，既要避免液态金属的与空气接触造成液态金属的污染，又要避免液态金属在高温下蒸发对玻璃观察窗口镀膜，还要考虑长时间工作条件下玻璃观察窗口的清洗与重新安装等问题，故需要设计一套强化学活性及高温易蒸发的液态金属液位的测量系统。
实用新型内容
本实用新型的目的是弥补已有技术的不足，提供了一种长时间及高精度对强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，利用此系统实现对强化学活性、高温易蒸发的液态金属液位长时间及高精度的测量，以解决现有技术中对强化学活性、高温易蒸发的液态金属液位的测量问题。
为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：
一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：包括有用于放置液态金属的储藏罐、激光液位仪，储藏罐外包裹着加热器，通过加热器加热实现金属的液化，储藏罐的底部设有液态金属的流出管道，流出管道上设有阀门，通过流出管道与外围的液态金属实验系统相连，储藏罐的正上方设有真空隔断插板阀，真空隔断插板阀上端通过刀口密封结构与不锈钢加长管道相连，不锈钢加长管道的侧壁上及储藏罐的上端侧壁上分别设有抽气结构接口，抽气结构接口与真空抽气机组相连，系统通过真空抽气机组实现真空运行，避免强化学活性的液态金属表面氧化变性；所述的不锈钢加长管道的顶部安装带有真空密封结构的石英玻璃观察窗口，不锈钢加长管道的侧壁上还固定安装有支撑结构，激光液位仪通过支撑结构安装在石英玻璃观察窗口的正上方，激光液位仪与液位的采集系统电连接，液位的采集系统实时的获得并存储液态金属的液位信息。
所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的抽气结构接口包括有标准的KF40法兰接口及两端为KF40接口的角阀。
所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的液态金属的储藏罐及流出管道均采用不锈钢材料316L制得，并采用刀口密封结构。
所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的真空抽气机组由分子泵和机械泵集成构成。
所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的不锈钢加长管道的尺寸为长1.0-1.1m，直径0.05-0.06m。
所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的激光液位仪的测量范围为0.1-30m，测量精度为0.1mm。
本实用新型的优点是：
本实用新型利用真空抽气及测量系统实现系统的真空状态运行，阻止强化学活性的液态金属的污染；利用液态金属的流出管道及阀门实现的液态金属的流动与关断，利用高温液态金属蒸汽运动的平均自由程较小，且遇冷易凝固沉积的特点，设计不锈钢加长管道减弱甚至阻止高温蒸发的液态金属蒸汽对石英玻璃观察窗口的镀膜；通过真空隔断插板阀的开启实现在实验所需时段液位的测量，避免蒸汽对石英玻璃观察窗的镀膜；通过关闭真空隔断插板阀实现对石英玻璃观察窗口的拆卸与清洗，避免储罐内的污染，通过不锈钢加长管道的抽气口的抽气，顺利实现加长不锈钢管道与真空状态下的储罐的对接；利用激光液位测量仪及采集系统实现对液态金属液位的测量，通过液位的变化进一步算得液态金属在管道中的流速；本实用新型提供了一种对强化学活性且高温易蒸发的液态金属液位的长时间、高精确度测量方法，能够快速地、有效地解决现有技术中对强化学活性、高温易蒸发的液态金属液位的测量问题，为未来聚变堆中各种液态金属的应用提供很好的液位测量装置。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
参见附图，一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，包括有用于放置液态金属1的储藏罐2、激光液位仪10，储藏罐2外包裹着加热器，通过加热器加热实现金属的液化，储藏罐2的底部设有液态金属的流出管道4，流出管道4上设有阀门3，通过流出管道4与外围的液态金属实验系统相连，储藏罐2的正上方设有真空隔断插板阀6，真空隔断插板阀6上端通过刀口密封结构与不锈钢加长管道7相连，不锈钢加长管道7的侧壁上及储藏罐2的上端侧壁上分别设有抽气结构接口8，抽气结构接口8与真空抽气机组5相连，系统通过真空抽气机组5实现真空运行，避免强化学活性的液态金属表面氧化变性；所述的不锈钢加长管道7的顶部安装带有真空密封结构的石英玻璃观察窗口9，不锈钢加长管道7的侧壁上还固定安装有支撑结构11，激光液位仪10通过支撑结构11安装在石英玻璃观察窗口9的正上方，激光液位仪10与液位的采集系统12电连接，液位的采集系统12实时的获得并存储液态金属的液位信息。
抽气结构接口8包括有标准的KF40法兰接口及两端为KF40接口的角阀。
液态金属的储藏罐2及流出管道4均采用不锈钢材料316L制得，并采用刀口密封结构。真空抽气机组5由分子泵和机械泵集成构成。不锈钢加长管道7的尺寸为长1.0-1.1m，直径0.05-0.06m。激光液位仪10的测量范围为0.1-30m，测量精度为0.1mm。
本实用新型的原理是：
利用高温液态金属1蒸汽运动的平均自由程较小，且遇冷易凝固沉积的特点，设计不锈钢加长管道7减弱甚至阻止高温蒸发的液态金属蒸汽对石英玻璃观察窗9的镀膜。通过真空隔断插板阀6的开启实现在实验所需时段液位的测量，避免非实验阶段蒸汽对石英玻璃观察窗口9的镀膜。通过关闭真空隔断插板阀6实现对石英玻璃观察窗口9的拆卸与清洗，避免储罐内的污染，通过不锈钢加长管道的抽气结构接口8的抽气，顺利实现加长不锈钢管道7与真空状态下的储罐罐2的对接。利用激光液位测量仪10及采集系统12实现对液态金属1液位的测量，通过液态金属液位的变化进一步算得液态金属1在管道中的流速。

Claims (6)

1.一种强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：包括有用于放置液态金属的储藏罐、激光液位仪，储藏罐外包裹着加热器，储藏罐的底部设有液态金属的流出管道，流出管道上设有阀门，储藏罐的正上方设有真空隔断插板阀，真空隔断插板阀上端通过刀口密封结构与不锈钢加长管道相连，不锈钢加长管道的侧壁上及储藏罐的上端侧壁上分别设有抽气结构接口，抽气结构接口与真空抽气机组相连；所述的不锈钢加长管道的顶部安装带有真空密封结构的石英玻璃观察窗口，不锈钢加长管道的侧壁上还固定安装有支撑结构，激光液位仪通过支撑结构安装在石英玻璃观察窗口的正上方，激光液位仪与液位的采集系统电连接，液位的采集系统实时的获得并存储液态金属的液位信息。
2.根据权利要求1所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的抽气结构接口包括有标准的KF40法兰接口及两端为KF40接口的角阀。
3.根据权利要求1所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的液态金属的储藏罐及流出管道均采用不锈钢材料316L制得，并采用刀口密封结构。
4.根据权利要求1所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的真空抽气机组由分子泵和机械泵集成构成。
5.根据权利要求1所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的不锈钢加长管道的尺寸为长1.0-1.1m，直径0.05-0.06m。
6.根据权利要求1所述的强化学活性、高温易蒸发液态金属液位的测量系统，其特征在于：所述的激光液位仪的测量范围为0.1-30m，测量精度为0.1mm。
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