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      一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)及其使用方法與流程

      文檔序號:12862480閱讀:684來源:國知局

      本發(fā)明屬于液態(tài)金屬凈化技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)及其使用方法。



      背景技術(shù):

      液態(tài)金屬因其熔點(diǎn)低、沸點(diǎn)高、熱導(dǎo)率好成為新一代液態(tài)金屬反應(yīng)堆冷卻劑的首選,如鉛基反應(yīng)堆中使用鉛做冷卻劑,加速器驅(qū)動次臨界系統(tǒng)中使用鉛鉍合金作冷卻劑,已經(jīng)在世界范圍內(nèi)開展廣泛研究。在液態(tài)金屬反應(yīng)堆或回路中,面臨的一個重要問題是液態(tài)金屬對結(jié)構(gòu)材料的腐蝕容易導(dǎo)致產(chǎn)生雜質(zhì),同時在檢修、裝卸料或者在原料中也可能引入雜質(zhì),這些雜質(zhì)容易堵塞換熱器流道和回路管道,降低傳熱效率等。

      為保證回路和反應(yīng)堆的安全運(yùn)行,必須對冷卻劑進(jìn)行凈化,但目前凈化技術(shù)不成熟,故需要凈化回路以開展實(shí)驗(yàn),通常凈化實(shí)驗(yàn)在腐蝕實(shí)驗(yàn)回路中進(jìn)行,但由于腐蝕回路運(yùn)行成本高,實(shí)驗(yàn)代價大,且液態(tài)金屬中的雜質(zhì)來源主要為液態(tài)金屬長時間腐蝕管道所致,實(shí)驗(yàn)時間長,效率低下。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本發(fā)明解決的目的在于:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種液態(tài)金屬回路用凈化回路及其使用方法,可以開展凈化實(shí)驗(yàn),且可以通過膨脹箱添加雜質(zhì),以模擬真實(shí)工況,另外其運(yùn)行成本低,實(shí)驗(yàn)效率高,且可以對各種濾芯進(jìn)行測試。

      本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:

      一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng),包括熔化罐、儲藏罐和回路,所述回路本體包括主回路單元和凈化支路單元;所述主回路單元包括流量計(jì)一、電磁泵、加熱器、膨脹箱、閥門一和冷卻器一,所述流量計(jì)一通過管道依次與所述電磁泵、加熱器、膨脹箱、閥門一及冷卻器一連接形成主回路單元;所述閥門一兩端并聯(lián)設(shè)置有所述凈化支路,所述凈化支路包括順序串聯(lián)的冷卻器二、流量計(jì)二和凈化實(shí)驗(yàn)裝置,所述冷卻器二的一端通過管道接于膨脹箱和閥門一之間;另一端與流量計(jì)二連接;所述凈化實(shí)驗(yàn)裝置通過管道接于流量計(jì)二和閥門一之間;所述凈化實(shí)驗(yàn)裝置的兩端還設(shè)有壓差計(jì);所述熔化罐的頂部設(shè)有熱電偶一和液位計(jì)一,所述熔化罐的底部和所述儲藏罐側(cè)壁的上部通過連接管一連接,所述連接管一上設(shè)置有閥門二;所述儲藏罐的頂部設(shè)有液位計(jì)二、熱電偶二、壓力計(jì)和氣路接口;所述儲藏罐的頂部通過連接管二接入冷卻器一和流量計(jì)一之間的管道,所述連接管二上設(shè)置有閥門三。

      進(jìn)一步的,所述熔化罐、儲藏罐、膨脹箱以及凈化試驗(yàn)裝置的外壁均設(shè)有加熱絲,所述加熱絲外包裹有保溫層。

      進(jìn)一步的,所述管道、連接管一和連接管二外均纏繞有加熱絲,所述加熱絲外均包裹有保溫層。

      進(jìn)一步的,所述熔化罐通過法蘭密封;所述膨脹箱通過法蘭密封。

      進(jìn)一步的,所述保溫層為石棉。

      進(jìn)一步的,所述儲藏罐位于所述回路系統(tǒng)的最下方,所述膨脹箱位于所述回路系統(tǒng)的最上方。

      進(jìn)一步的,所述氣路接口外設(shè)置有惰性高壓氣瓶與其相連。

      本發(fā)明還提供一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的使用方法,該使用方法包括以下步驟:

      (1)關(guān)閉閥門二,打開熔化罐,將金屬鑄錠裝入后用法蘭將熔化罐密封,接通電源,所述熔化罐外壁的加熱絲對熔化罐進(jìn)行加熱,加熱到一定溫度使鑄錠熔化形成液態(tài)金屬后,打開閥門二,使液態(tài)金屬從所述熔化罐流入儲藏罐,再關(guān)閉閥門二;

      (2)打開閥門一,接通電源,所述熔化罐、膨脹箱、凈化試驗(yàn)裝置、管道和連接管二外加熱絲對其進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱到目標(biāo)溫度;同時所述儲藏罐的加熱絲對儲藏罐進(jìn)行加熱,加熱到一定溫度使儲藏在其中的金屬熔化;

      (3)將所述氣路接口與惰性高壓氣瓶連接,利用惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐內(nèi)的液態(tài)金屬通過連接管道二壓入所述回路本體,待所述回路主體充滿液態(tài)金屬后,關(guān)閉閥門三;

      (4)開啟電磁泵,液態(tài)金屬在所述主回路中流動,首先經(jīng)過加熱器,加熱到目標(biāo)溫度,進(jìn)入膨脹箱,在所述膨脹箱內(nèi)加入雜質(zhì),然后一部分流經(jīng)凈化支路單元,通過調(diào)整閥門一的開度,來調(diào)節(jié)凈化支路的液態(tài)金屬流量,通過所述冷卻器二調(diào)節(jié)溫度,通過所述流量計(jì)二測量流量,通過所述壓差計(jì)測凈化實(shí)驗(yàn)測試濾芯的壓降;

      (5)凈化支路和主回路的液態(tài)金屬匯合流經(jīng)冷卻器一后,即完成一次液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)循環(huán)過程。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果為:

      (1)本發(fā)明液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)可以通過膨脹箱人為添加雜質(zhì),據(jù)此可以縮短凈化實(shí)驗(yàn)時間,提高凈化實(shí)驗(yàn)效率。通過調(diào)節(jié)閥門的開度和加熱絲加熱功率,使本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同流量、不同溫度等條件下的凈化實(shí)驗(yàn),可以測試不同類型濾芯的壓降、凈化效率等。

      (2)本發(fā)明的熔化罐通過法蘭密封,具有優(yōu)良的密封性能,能加快金屬鑄錠的熔化;膨脹箱通過法蘭密封,能便于拆卸,從而便于向回路中人為添加雜質(zhì),提高凈化實(shí)驗(yàn)效率。

      (3)本發(fā)明實(shí)驗(yàn)時,金屬鑄錠通過加熱絲加熱,并通過石棉保溫,既能夠使金屬鑄錠快速熔化,減少加熱時間,又能使熔化后的液態(tài)金屬保持熔融狀態(tài),便于提高實(shí)驗(yàn)效率。

      附圖說明

      圖1是本發(fā)明一種液態(tài)金屬凈化試驗(yàn)回路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;

      其中,附圖標(biāo)記為:

      1-熔化罐;2-儲藏罐;3-主回路單元;4-凈化支路單元;5-流量計(jì)一;6-電磁泵;7-加熱器;8-膨脹箱;9-閥門一;10-冷卻器一;11-管道;12-冷卻器二;13-流量計(jì)二;14-凈化實(shí)驗(yàn)裝置;15-壓差計(jì);16-熱電偶一;17-液位計(jì)一;18-連接管一;19-閥門二;20-液位計(jì)二;21-熱電偶二;22-壓力計(jì);23-氣路接口;24-連接管二;25-閥門三。

      具體實(shí)施方式

      下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

      請參閱圖1,一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng),包括熔化罐1、儲藏罐2和回路本體,回路本體包括主回路單元3和凈化支路單元4;主回路單元3包括流量計(jì)一5、泵6、加熱器7、膨脹箱8、閥門一9和冷卻器一10,流量計(jì)一5通過管道11依次與電磁泵6、加熱器7、膨脹箱8、閥門一9及冷卻器一10連接形成主回路3;閥門一9兩端的管道11上并聯(lián)設(shè)置有凈化支路單元4,凈化支路4包括順序串聯(lián)的冷卻器二12、流量計(jì)二13和凈化實(shí)驗(yàn)裝置14,冷卻器二12的一端通過管道接于膨脹箱8和閥門一9之間;另一端與流量計(jì)二13連接;所述凈化實(shí)驗(yàn)裝置14通過管道接于流量計(jì)二13和閥門一9之間;所述凈化實(shí)驗(yàn)裝置14的兩端還設(shè)有壓差計(jì)15;熔化罐1的頂部設(shè)有熱電偶一16和液位計(jì)一17,熔化罐1的底部和儲藏罐2側(cè)壁的上部通過連接管一18連接,連接管一18上設(shè)置有閥門二19;儲藏罐2的頂部設(shè)有液位計(jì)二20、熱電偶二21、壓力計(jì)22和氣路接口23;儲藏罐2的頂部通過連接管二24接入冷卻器一10和流量計(jì)一5之間的管道11,連接管二24伸入儲藏罐2的底部,并且連接管二24上設(shè)置有閥門三25。流量計(jì)一5設(shè)置于主回路3中冷卻器一10的后面;流量計(jì)二設(shè)置于凈化支路4中冷卻器二12的后面,使加熱后的液態(tài)金屬先經(jīng)過冷卻,流量計(jì)位于低溫段,能增加其準(zhǔn)確性和使用壽命。

      本實(shí)施例液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)可以通過膨脹箱8人為添加雜質(zhì),可以縮短凈化實(shí)驗(yàn)時間,提高凈化實(shí)驗(yàn)效率。通過調(diào)節(jié)閥門的開度,使本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)不同流量、不同溫度等條件下的凈化實(shí)驗(yàn),可以測試不同類型濾芯的壓降、凈化效率等。

      其中,熔化罐1、儲藏罐2、膨脹箱8以及凈化試驗(yàn)裝置的外壁均設(shè)有加熱絲,加熱絲外包裹有保溫層。管道11、連接管一18和連接管二24外均纏繞有加熱絲,加熱絲外均包裹有保溫層,保溫層為石棉。金屬鑄錠通過加熱絲加熱,并通過石棉保溫,既能夠使金屬鑄錠快速熔化,減少加熱時間,又能使熔化后的液態(tài)金屬保持熔融狀態(tài),便于提高實(shí)驗(yàn)效率。

      其中,所述熔化罐通過法蘭密封,具有優(yōu)良的密封性能,能加快金屬鑄錠的熔化;膨脹箱8通過法蘭密封,能便于拆卸,從而便于向回路中人為添加雜質(zhì),提高凈化實(shí)驗(yàn)效率。

      其中,電磁泵6是處在磁場中的通電流體在電磁力作用下向一定方向流動的泵。利用磁場和導(dǎo)電流體中電流的相互作用,使液態(tài)金屬受電磁力作用而產(chǎn)生壓力梯度,從而推動液態(tài)金屬運(yùn)動。

      其中,為了使液態(tài)金屬流入回路主體中,在氣路接口23外設(shè)置有惰性高壓氣瓶與其相連,通過將惰性高壓氣瓶內(nèi)的惰性高壓氣體充入儲藏罐2,使儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬受到高壓后壓入回路主體。

      由于液態(tài)金屬在主回路3內(nèi)流動,隨著溫度升高體積膨脹、壓力升高,為了吸收這部分膨脹體積、降低主回路3和凈化支路4的壓力,進(jìn)行氣液分離,并釋放系統(tǒng)壓力,位置需要高于冷卻器,本實(shí)施例將膨脹箱8位于回路系統(tǒng)的最上方。為了便于惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬壓入回路本體,本實(shí)施例將儲藏罐2設(shè)置于回路系統(tǒng)的最下方。

      本實(shí)施例還提供一種液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)回路系統(tǒng)的使用方法,該使用方法包括以下步驟:

      (1)關(guān)閉閥門二19,打開熔化罐1,將金屬鑄錠裝入后用法蘭將熔化罐1密封,接通電源,所述熔化罐1外壁的加熱絲對熔化罐1進(jìn)行加熱,加熱到一定溫度使鑄錠熔化形成液態(tài)金屬后,打開閥門二19,使液態(tài)金屬從所述熔化罐1流入儲藏罐2,再關(guān)閉閥門二19;

      (2)打開閥門一9,接通電源,所述熔化罐1、膨脹箱8、凈化試驗(yàn)裝置14、管道11和連接管二24外加熱絲對其進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)熱到目標(biāo)溫度;同時所述儲藏罐2的加熱絲對儲藏罐2進(jìn)行加熱,加熱到一定溫度使儲藏在其中的金屬熔化;

      (3)將所述氣路接口與惰性高壓氣瓶連接,利用惰性高壓氣瓶內(nèi)的氣體壓力將儲藏罐2內(nèi)的液態(tài)金屬通過連接管道二24壓入所述回路本體,待所述回路主體充滿液態(tài)金屬后,關(guān)閉閥門三25;

      (4)開啟電磁泵6,液態(tài)金屬在所述主回路中流動,首先經(jīng)過加熱器7,加熱到目標(biāo)溫度,進(jìn)入膨脹箱8,在所述膨脹箱8內(nèi)加入雜質(zhì),然后一部分流經(jīng)凈化支路單元4,通過調(diào)整閥門一的開度,來調(diào)節(jié)凈化支路的液態(tài)金屬流量,通過所述冷卻器二調(diào)節(jié)溫度,通過所述流量計(jì)二測量流量,通過所述壓差計(jì)測凈化實(shí)驗(yàn)測試濾芯的壓降;

      (5)凈化支路和主回路的液態(tài)金屬匯合流經(jīng)冷卻器一后,即完成一次液態(tài)金屬凈化實(shí)驗(yàn)循環(huán)過程。

      上述說明是針對本發(fā)明較佳可行實(shí)施例的詳細(xì)說明,但實(shí)施例并非用以限定本發(fā)明的專利申請范圍,凡本發(fā)明所提示的技術(shù)精神下所完成的同等變化或修飾變更,均應(yīng)屬于本發(fā)明所涵蓋專利范圍。

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