液态金属流动压力、压差的测量系统及测量方法

1.本发明涉及多相流流动参数测量技术领域和核反应堆热工水力领域，具体地，涉及液态金属流动压力、压差的测量系统及测量方法。


背景技术：

2.在核反应堆安全运行过程中，对压力的测量是必不可少的一环，在获得核反应堆运行参数，优化反应堆设计之外，还能有效监测运行的安全稳定，预防可能发生的安全问题。
3.然而在以铅基快堆为主选堆型的第四代核反应堆中，高温高粘且带有腐蚀性的液态金属给压力测量带来了很大的困难。一方面，传统的压力表无法适应恶劣的测量条件，另一方面，现有的可以测量液态金属的压力表不仅结构复杂，操作不简便，成本非常高，对安装使用及科研人员的技术研发很不友好。因此，目前需要开发一种结构简单，操作不复杂，易于加工且成本较低的液态金属流动压力测量系统，实现对液态金属流动过程中压力的测量。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种液态金属流动压力、压差的测量系统及测量方法。
5.根据本发明提供的一种液态金属流动压力的测量系统，包括：液态金属回路9、第一阀门1、引压管4、储液管5、第二阀门2、第三阀门3、注油管6、弯管7以及压力变送器8；
6.所述液态金属回路9与所述第一阀门1的一端连接；所述第一阀门1的另一端通过所述引压管4与所述储液罐5连接；所述储液罐5与所述第二阀门2的一端连接；所述第二阀门2的另一端分别与所述第三阀门3的一端连接以及通过所述弯管7与所述压力变送器8连接；所述第三阀门3的另一端与所述注油管6连接。
7.优选地，所述引压管4、所述储液罐5、所述注油管6以及所述弯管7均使用耐腐蚀性好的316l不锈钢制作。
8.优选地，所述压力变送器8采用单晶硅谐振式传感器。
9.根据本发明提供的一种液态金属流动压力的测量方法，利用上述所述的液态金属流动压力的测量系统执行如下步骤：
10.步骤s1：关闭所述第二阀门2以及所述第三阀门3，打开所述第一阀门1，开启所述液态金属回路9真空泵，将所述引压管4以及所述储液罐5抽至真空；
11.步骤s2：打开所述第三阀门3，保持所述第二阀门2关闭状态，通过所述注油管6 注入高温导压油，当所述弯管7内注满高温导压油后，关闭第三阀门3；
12.步骤s3：待液态金属充满所述液态金属回路9后，打开所述第一阀门1，液态金属在所述引压管4内上升至所述储液罐5上部所述第二阀门2处，打开所述第二阀门2液态金属与高温导压油接触，接触位置位于所述第二阀门2处；
13.步骤s4：启动所述压力变送器，实现压力的测量。
14.优选地，所述高温导压油使用硅油。
15.根据本发明提供的一种液态金属流动压差的测量系统，包括：液态金属回路9、第一阀门1、引压管4、储液管5、第二阀门2、第三阀门3、注油管6、弯管7、压差变送器10、第四阀门11、第二引压管14、第二储液罐15、第五阀门12、第六阀门13、第二注油管16；
16.所述液态金属回路9与所述第一阀门1的一端连接；所述第一阀门1的另一端通过所述引压管4与所述储液罐5连接；所述储液罐5与所述第二阀门2的一端连接；所述第二阀门2的另一端分别与所述第三阀门3的一端连接以及通过所述弯管7与所述压差变送器10连接；所述第三阀门3的另一端与所述注油管6连接；
17.所述液态金属回路9与所述第四阀门11的一端连接；所述第四阀门11的另一端通过所述第二引压管14与所述第二储液罐15连接；所述第二储液罐15与所述第五阀门 12的一端连接；所述第五阀门12的另一端分别与所述第六阀门13的一端连接以及通过所述弯管7与所述压差变送器10连接；所述第六阀门13的另一端与所述第二注油管16 连接。
18.根据本发明提供的一种液态金属流动压差的测量方法，利用上述所述的液态金属流动压差的测量系统执行如下步骤：
19.步骤s1：关闭所述第二阀门2、所述第三阀门3、所述第五阀门12以及所述第六阀门13，打开所述第一阀门1以及所述第四阀门11，开启所述液态金属回路9真空泵，将所述引压管4、所述储液罐5、第二引压管14以及第二储液罐15抽至真空；
20.步骤s2：分别打开所述第三阀门3和所述第六阀门13，保持所述第二阀门2以及所述第五阀门12关闭状态，分别通过所述注油管6和所述第二注油管16注入高温导压油，当所述弯管7内注满高温导压油后，分别关闭第三阀门3和所述第六阀门13；
21.步骤s3：待液态金属充满所述液态金属回路9后，分别打开所述第一阀门1和所述第五阀门11，液态金属分别在所述引压管4内上升至所述储液罐5上部所述第二阀门2 处和在所述第二引压管14内上升至所述第二储液罐15上部所述第五阀门12处；分别打开所述第二阀门2和所述第五阀门12液态金属与高温导压油接触，接触位置位于所述第二阀门2和所述第五阀门12处；
22.步骤s4：启动所述压差变送器，实现压差的测量。
23.优选地，所述第二阀门2和所述第五阀门12、以及所述储液罐5和所述第二储液罐 15的高度对应相同。
24.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
25.1、本发明通过简单的管路连接，实现了高温且腐蚀性强的液态金属流动压力的测量，有助于满足核反应堆领域和科研人员等的压力测量需求；
26.2、本发明以传统压力变送器代替专有的高温高粘耐腐蚀压力变送器，极大地降低了测量成本；
27.3、本发明通过在压力表外接回路的形式，实现了高温且腐蚀性强的液态金属流动压力的测量，相比于现有液态金属压力测量装置，本发明结构简单，操作简便，并且大大降低了成本，满足了核反应堆内液态金属压力的测量需求并降低了相关科研人员的实验成本。
附图说明
28.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
29.图1为本发明主要体现液态金属流动压力的测量系统示意图；
30.图2为本发明主要体现液态金属流动压差的测量系统示意图；
31.其中，1-第一阀门；2-第二阀门；3-第三阀门；4-引压管；5-储液罐；6-注油管；7-弯管；8-压力变送器；9-液态金属回路；10-压差变送器；11-第四阀门；14
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第二引压管；15-第二储液罐；12-第五阀门；13-第六阀门；16-第二注油管。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
33.本发明液态金属流动压力、压差的测量系统及测量方法的原理包括：硅油导压原理。硅油用作电子仪表的灌充液，利用硅油的闪点高(耐高温、不挥发、抗氧化性)、凝固点低(耐低温、不冻凝)、温粘系数小、以及无腐蚀性等优点，在仪表制造领域几乎都采用硅油作为隔膜式压力、差压变送器的毛细管或测量室的灌充液，以及隔膜压力表的灌充液。本发明中，由于液态高温高粘及腐蚀性强不能直接与压力变送器本体接触，需要采用高温导压油作为压力传输介质。
34.储液罐相较于引压管和弯管体积较大，用来减小液态金属液位的上下波动，缓冲压力的变化。当测量结束时，液态金属液位下降，储液罐起到存储硅油的作用，防止硅油沿管道进入液态金属流动回路。
35.液态金属温度较高，硅油会传导一部分液态金属的热量，为了使硅油温度尽可能降低以不损害压力变送器，设置一段弯管加强硅油散热。
36.实施例1
37.根据本发明提供的一种液态金属流动压力的测量系统，如图1所示，包括：液态金属回路9、第一阀门1、引压管4、储液管5、第二阀门2、第三阀门3、注油管6、弯管7以及压力变送器8；
38.所述液态金属回路9与所述第一阀门1的一端连接；所述第一阀门1的另一端通过所述引压管4与所述储液罐5连接；所述储液罐5与所述第二阀门2的一端连接；所述第二阀门2的另一端分别与所述第三阀门3的一端连接以及通过所述弯管7与所述压力变送器8连接；所述第三阀门3的另一端与所述注油管6连接。
39.具体地，所述引压管4、所述储液罐5、所述注油管6以及所述弯管7均使用耐腐蚀性好的316l不锈钢制作。
40.具体地，所述压力变送器8采用单晶硅谐振式传感器。
41.为了获得最佳的测量数据，引压管4和弯管7等管段内径为8mm，壁厚1mm。储液罐5高140mm，内径55mm，壁厚2.5mm。管道的结构参数可以根据待测液态金属回路 9的大小和压力变送器8的结构进行优化调整。
42.本发明的结构简单，通过外置回路，实现了普通压力表测量高温高粘带有腐蚀性的液态金属流动压力测量。
43.根据本发明提供的一种液态金属流动压力的测量方法，利用上述所述的液态金属流动压力的测量系统实现，高温导压油通过所述注油管6在特定阶段内注入，实现压力的传导、隔热和防腐蚀；三个相同的所述阀门1、2、3通过在不同阶段的开闭实现液态金属与硅油的接触。
44.所述液态金属流动压力的测量方法，包括：
45.步骤s1：关闭所述第二阀门2以及所述第三阀门3，打开所述第一阀门1，开启所述液态金属回路9真空泵，将所述引压管4以及所述储液罐5抽至真空；
46.步骤s2：打开所述第三阀门3，保持所述第二阀门2关闭状态，通过所述注油管6 注入高温导压油，当所述弯管7内注满高温导压油后，关闭第三阀门3；
47.步骤s3：待液态金属充满所述液态金属回路9后，打开所述第一阀门1，液态金属在所述引压管4内上升至所述储液罐5上部所述第二阀门2处，打开所述第二阀门2液态金属与高温导压油接触，接触位置位于所述第二阀门2处；
48.步骤s4：启动所述压力变送器，实现压力的测量。
49.具体地，所述高温导压油使用硅油。
50.实施例2
51.根据本发明提供的一种液态金属流动压差的测量系统，如图2所示，包括：液态金属回路9、第一阀门1、引压管4、储液管5、第二阀门2、第三阀门3、注油管6、弯管 7、压差变送器10、第四阀门11、第二引压管14、第二储液罐15、第五阀门12、第六阀门13、第二注油管16；
52.所述液态金属回路9与所述第一阀门1的一端连接；所述第一阀门1的另一端通过所述引压管4与所述储液罐5连接；所述储液罐5与所述第二阀门2的一端连接；所述第二阀门2的另一端分别与所述第三阀门3的一端连接以及通过所述弯管7与所述压差变送器10连接；所述第三阀门3的另一端与所述注油管6连接；
53.所述液态金属回路9与所述第四阀门11的一端连接；所述第四阀门11的另一端通过所述第二引压管14与所述第二储液罐15连接；所述第二储液罐15与所述第五阀门 12的一端连接；所述第五阀门12的另一端分别与所述第六阀门13的一端连接以及通过所述弯管7与所述压差变送器10连接；所述第六阀门13的另一端与所述第二注油管16 连接。
54.根据本发明提供的一种液态金属流动压差的测量方法，利用上述所述的液态金属流动压差的测量系统执行如下步骤：
55.步骤s1：关闭所述第二阀门2、所述第三阀门3、所述第五阀门12以及所述第六阀门13，打开所述第一阀门1以及所述第四阀门11，开启所述液态金属回路9真空泵，将所述引压管4、所述储液罐5、第二引压管14以及第二储液罐15抽至真空；
56.步骤s2：分别打开所述第三阀门3和所述第六阀门13，保持所述第二阀门2以及所述第五阀门12关闭状态，分别通过所述注油管6和所述第二注油管16注入高温导压油，当所述弯管7内注满高温导压油后，分别关闭第三阀门3和所述第六阀门13；
57.步骤s3：待液态金属充满所述液态金属回路9后，分别打开所述第一阀门1和所述第五阀门11，液态金属分别在所述引压管4内上升至所述储液罐5上部所述第二阀门2 处和在所述第二引压管14内上升至所述第二储液罐15上部所述第五阀门12处；分别打开所述第
二阀门2和所述第五阀门12液态金属与高温导压油接触，接触位置位于所述第二阀门2和所述第五阀门12处；
58.步骤s4：启动所述压差变送器，实现压差的测量。
59.优选地，所述第二阀门2和所述第五阀门12、以及所述储液罐5和所述第二储液罐 15的高度对应相同，目的是保证引压管4和引压管14内液态金属和硅油的接触液位高度相同，忽略液态金属重力压差的影响。
60.本发明无需繁琐操作，仅通过外接回路的方式即可实现压力测量，能够满足高温高粘腐蚀性强的液态金属流动压力的测量。解决了液态金属流动压力测量困难和成本高昂的难题。
61.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。