DE1598606C3

DE1598606C3 - Vorrichtung zur Erfassung von Gasblasen in strömenden Flüssigmetallen

Info

Publication number: DE1598606C3
Application number: DE1598606A
Authority: DE
Inventors: Leonid 5060 Bensberg Jegoroff
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1965-10-21
Filing date: 1965-10-21
Publication date: 1974-08-15
Also published as: DE1598606A1; DE1598606B2

Description

3 4

körper aus weichmagnetischem Werkstoff anzuord- stoff armer Baustahl); dadurch wird ein verhältnismä-

nen, dessen Schenkel das durchströmte Rohr von ge- ßiger hoher Gradient der magnetischen Feldstärke in

genüberliegenden Seiten umschließen. Hierfür ist in der Nähe der Spulenenden erzielt und dementspre-

weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, chend hoch ist auch das durch Wirbelströme hervor-

daß der Verdrängungskörper zwei Seitenstege auf- 5 gerufene Gegenfeld.

weist, die das Rohr quer zu der Verbindungslinie der Für die Anwendung bei hohen Temperaturen des

Magnetpole durchsetzen und den Flüssigkeitsstrom flüssigen Metalls wird für die Spulenwicklung bei-

in jeweils den Jochschenkeln zugewandte Hälften spielsweise Nickeldraht mit einer nichtleitenden Um-

von gleicher Dicke teilen. spinnung aus Asbest verwendet.

Die meßtechnische Verwertung der durch Blasen io Bei der Ausführung nach F i g. 2 ist das Magnetin Flüssigmetall hervorgerufenen Spannungsimpulse feld senkrecht zur Achse A des Rohres 1 gerichtet, kann auf verschiedene Weise erfolgen: Die felderzeugende Wicklung sitzt außerhalb des

1. Zählung der einzelnen Spannungsspitzen unab- Rohres auf einem Spulenkörper. Der magnetische hängig von ihrer Größe; Schluß wird durch einen U-förmigen Jochkörper 6

2. Messung des zeitlichen Mittelwertes der sich 15 aus weichmagnetischem Werkstoff erzielt. Der Querdurch anfallende Blasen ergebenden Wechsel- schnitt des Verdrängungskörpers 2 im Innern des spannung; Rohres 1 wird durch zwei Seitenstege 2 α ergänzt, die

3. Meldung, wenn der zeitliche Mittelwert der das Rohrl quer durchsetzen und den Flüssigkeitsdurch Gasblasen hervorgerufene Wechselspan- strom in zwei jeweils den Jochschenkeln 6 a zugenung einen Grenzwert überschreitet. 20 wandte Hälften teilen. Bei dieser Ausführung er-

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in wärmt sich die Spule auch bei hoher Temperatur des der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen Flüssigmetalls nicht so stark wie im Falle der Ausnäher erläutert, führung nach Fig. 1. Demgemäß sind an die Werk-

DieFig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer sol- stoffe der Spule nicht so hohe Anforderungen hinchen Meßanordnung. Bei dieser Ausführung wird 25 sichtlich der Temperaturfestigkeit zu stellen,
das Medium durch ein Rohr 1 aus nicht ferromagne- Die galvanische Trennung des Meßsystems von tischem Werkstoff (z. B. austenitischer Stahl) geleitet, der zur Erzeugung des Magnetfeldes dienenden in welches ein ferromagnetischer Verdrängungskör- Stromquelle kann dadurch geschehen, daß beispielsper2 (z.B. ferritischer Stahl) von zylindrischer Form weise außer der Feldwicklung in den Spulen jeweils derart eingebracht ist, daß die Achsen von Rohr 1 30 noch eine getrennte zweite Wicklung angebracht und Verdrängungskörper2 zusammenfallen.. Das wird, an welcher die induzierten Spannungsimpulse flüssige Metall strömt in den zwischen dem Verdrän- ebenfalls auftreten.

gungskörper2 und der Rohrinnenseite 1 entstehen- Um Änderungen in der Netzspannung auszugleiden Raum und füllt diesen ganz aus. Auf das Rohr 1 chen, wird weiter eine Anordnung nach F i g. 3 vorist eine Spule 3 aus beliebigem Leiterwerkstoff derart 35 geschlagen. Es sind in diesem Falle drei räumlich geaufgebracht, daß die einzelnen Windungen in zur trennte Wicklungen vorhanden, wobei die mittlere Mittelachse des Rohres 1 senkrechten Ebenen liegen 3 α der Felderzeugung dient und die Signale der bei- und die Mittelachse der Spule 3 mit der des Rohres 1 den äußeren 3 b, 3 c gegeneinander geschaltet werzusammenfällt. den. Auf diese Weise werden Feldänderungen,

Die Umhüllung 4 der Spule 3 besteht aus ferro- 40 welche sich auf beide Außenspulen gleichmäßig ausmagnetischem Werkstoff (z. B. nichtlegierter, kohlen- wirken, völlig kompensiert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 induzierte Wechselspannung überwacht wird. Wird Patentansprüche: die Lage der Spulen relativ zum Werkstück verändert und treten dabei Schwankungen in der Sekundär-

1. Vorrichtung zur Erfassung von Gasblasen, spannung auf, so deutet dies auf Inhomogenitäten in die von Flüssigmetallen mitgeführt werden, die in 5 der Zusammensetzung des Werkstücks hin. Aus der einem Rohr aus nichtmagnetischem Werkstoff USA.-Patentschrift 2 519 367 ist auch ein Verfahren fließen, bei der außerhalb des Rohrs eine ein Ma- bekannt, bei dem statt des Wechselfeldes durch einen gnetfeld erzeugende Erregerspule angeordnet ist, Permanentmagneten oder eine mit Gleichstrom erdurch das in dem strömenden Flüssigmetall Wir- regte Spule ein statisches Magnetfeld erzeugt wird. In beiströme hervorgerufen werden, die in einer io beiden Fällen bilden sich in dem elektrisch leitenden ebenfalls außerhalb des Rohres angeordneten Werkstoff Wirbelströme aus, sobald dieser relativ zu Meßspule meßbare, in Abhängigkeit vom Vor- den Spulen bewegt wird. Diskontinuitäten im Werkhandensein von Gasblasen veränderliche Span- stoff führen zu Unterbrechungen der Wirbelstromnungsimpulse hervorrufen, dadurch ge- pfade und damit zu Änderungen der in der Sekundärkennzeichnet, daß innerhalb des Rohres 15 spule erzeugten Spannung bzw. in der Induktivität (1) im Bereich der Spule (3) ein zylindrischer der magnetfelderzeugenden Wicklung. Aus der öster-Verdrängungskörper (2) aus weichmagnetischem reichischen Patentschrift 202 800 ist eine Anwen-Werkstoff so angebracht ist, daß seine Längs- dung dieses Verfahrens zur Bestimmung des Gehalachse mit der Rohrachse zusammenfällt. tes an ferromagnetischem Metall in Amalgamen be-

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die 20 kannt. Die in den genannten Veröffentlichungen befelderzeugende Spulenwicklung außerhalb des schriebenen Vorrichtungen eignen sich jedoch nur Rohres auf einem U-förmigen Jochkörper aus zur Überprüfung verhältnismäßig dünner Stäbe bzw. weichmagnetischem Werkstoff sitzt, dessen Rohrleitungen, da die Eindringtiefe der Feldlinien Schenkel das durchströmte Rohr von gegenüber- der Erregerspulen verhältnismäßig begrenzt ist. Bei liegenden Seiten umschließen, dadurch gekenn- 25 der Anwendung auf flüssigmetallführende Rohrleizeichnet, daß der Verdrängungskörper (2) zwei tungen der oben angeführten Größenordnung wür-Seitenstege (la) aufweist, die das Rohr (1) quer den die Meßvorrichtungen einen wirtschaftlich nicht zu der Verbindungslinie der Magnetpole durch- vertretbaren Umfang annehmen.

setzen und den Flüssigkeitsstrom in jeweils den Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaf-

Jochschenkeln (6 a) zugewandte Hälften von glei- 30 fung einer Vorrichtung, die eine Anwendung des eher Dicke teilen. Wirbelstromverfahrens auf flüssigmetallführende

Rohrleitungen größerer Abmessungen gestattet, wie sie beispielsweise in mit Natrium gekühlten Kern-

energieanlagen benötigt werden.

35 Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß innerhalb des Rohres im Bereich der Spule ein zylindrischer Verdrängungskör-

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrich- per aus weichmagnetischem Werkstoff so angebracht tung zur Erfassung von Gasblasen, die von Flüssig- ist, daß seine Längsachse mit der Rohrachse zusammetallen mitgeführt werden, die in einem Rohr aus 4° menfällt. Dadurch wird die Schichtdicke des zu übernichtmagnetischem Werkstoff fließen, bei der außer- wachenden Mediums so verringert, daß sie in ihrer halb des Rohrs eine ein Magnetfeld erzeugende Er- Gesamtheit von den Feldlinien durchdrungen wird regerspule angeordnet ist, durch das in dem strömen- und eine Schließung der Wirbelstrompfade um die den Flüssigmetall Wirbelströme hervorgerufen wer- festzustellenden Gasblasen herum erschwert wird,
den, die in einer ebenfalls außerhalb des Rohres an- 45 Bei Wechselstrombetrieb ist es zweckmäßig, eine geordneten Meßspule meßbare, in Abhängigkeit vom aus einer Primär- und zwei Sekundärwicklungen beVorhandensein von Gasblasen veränderliche Span- stehende Spulenanordnung zu verwenden, wobei die nungsimpulse hervorrufen. Die Erfindung ermöglicht beiden letzteren Spulen elektrisch gegeneinander geeine Erhöhung der Sicherheit von Kernreaktoranla- schaltet sind. Die drei Wicklungen sind räumlich gegen mit flüssigem Natrium oder Natriumlegierungen so trennt angebracht. Die mittlere Wicklung dient der als Kühlmittel dadurch, daß sie ein frühzeitiges Er- Felderzeugung und die beiden äußeren, gegeneinankennen von kleinen Lecks im Dampferzeuger gestat- der geschalteten Wicklungen nehmen Signale auf. tet. In Anlagen dieser Art fließt Flüssigmetall in Dadurch wird erreicht, daß Feldänderungen beiRohren, die zum Teil Durchmesser von 500 mm und spielsweise durch Netzspannungsschwankungen sich darüber aufweisen. 55 auf beide Außenspulen gleichmäßig auswirken, so

Zum Zwecke der zerstörungsfreien Werkstoffprü- daß eine Kompensation erreicht wird,
fung, z. B. der Untersuchung von Rohren auf Ein- Bei Gleichstrombetrieb kann die Spulenanordnung

Schlüsse fremder Stoffe oder auf Haarrisse ist es be- aus zwei galvanisch voneinander getrennten Winkannt, sich des Wirbelstromverfahrens zu bedienen, dungsteilen bestehen, wobei die eine Spule zur Erwie es beispielsweise in dem Aufsatz »Theoretische 60 zeugung des Magnetfeldes dient, während die andere und experimentelle Grundlagen der zerstörungsfreien das Meßsystem darstellt. Dabei ist eine Ausbildung Werkstoffprüfung mit Wirbelstromverfahren« von in der Weise möglich, daß in einer Spule noch eine Förster in der Zeitschrift für Metallkunde (45), zweite getrennte Wicklung angebracht wird, an wel-1954, auf den S. 180 und 221 beschrieben ist. Auch eher die induzierten Spannungsimpulse auftreten, aus der USA.-Patentschrift 2 034 501 ist ein Verfah- 65 Um die Spulen der Einwirkung der von dem Flüssigren und eine Vorrichtung bekannt, bei dem eine das metall abgestrahlten Wärme zu entziehen, kann es zu prüfende Werkstück umgebende Spule mit Wech- von Vorteil sein, die felderzeugende Spulenwicklung selstrom erregt wird, und die in einer zweiten Spule außerhalb des Rohres auf einem U-förmigen Joch-