一種強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種特殊液態(tài)金屬，尤其是堿金屬的液位的測(cè)量系統(tǒng)，涉及聚變反應(yīng)堆領(lǐng)域，具體為一種強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在近年的核聚變研宄中，流動(dòng)的液態(tài)金屬的研宄逐漸被廣泛的關(guān)注和實(shí)驗(yàn)。例如:流動(dòng)的液態(tài)鋰作為托卡馬克裝置的第一壁不僅可以有效地降低裝置中的雜質(zhì)水平、抑制邊界再循環(huán)，提高對(duì)等離子體的約束能力；另一方面，具有自修復(fù)能力的流動(dòng)的液態(tài)鋰第一壁可以有效地解決高熱負(fù)荷和粒子的排出問題，避免高溫等離子體對(duì)固態(tài)第一壁的腐蝕，解決的傳統(tǒng)第一壁使用壽命的問題。而且流動(dòng)的液態(tài)鋰壁能夠?qū)崿F(xiàn)損傷第一壁的自我修復(fù)、移除等離子體轟擊產(chǎn)生的熱及解決D/T的飽和問題，已經(jīng)成為一個(gè)研宄的熱點(diǎn)。流動(dòng)的鈉-鉀合金材料可以作為良好的反應(yīng)堆冷卻劑，作為未來聚變堆的包層及偏濾器等關(guān)鍵高熱負(fù)載區(qū)域的冷卻劑。流動(dòng)的液態(tài)鋰鉛包層是國際上普遍關(guān)注和最有發(fā)展?jié)摿Φ木圩兌寻鼘痈拍钤O(shè)計(jì)之一。
[0003]上述流動(dòng)的液態(tài)金屬在核聚變裝置中的應(yīng)用過程中不可避免的涉及到液態(tài)金屬液位的測(cè)量問題。液態(tài)金屬液位的傳統(tǒng)測(cè)量方法有三種，第一種方法是通過在液態(tài)金屬的儲(chǔ)藏罐頂部的蓋子上安裝長(zhǎng)短不一的金屬棒，通過讀取浸入液態(tài)金屬中金屬棒的數(shù)量來粗略地得到鋰罐中液態(tài)金屬的液位，這種方法比較粗糙，測(cè)量的精度難以保證，這種方法在鋰鉛回路中得到廣泛應(yīng)用。第二種方法是通過在液態(tài)金屬儲(chǔ)藏罐中放入金屬刻度尺，通過讀取金屬刻度尺的值來獲得液態(tài)金屬的液位，但是這種方法比較適合敞口的液態(tài)金屬罐液位的測(cè)量，對(duì)于強(qiáng)化學(xué)活性的易氧化變性的堿金屬則很難實(shí)現(xiàn)。第三種方法是通過測(cè)量放置在液態(tài)金屬中的金屬條的電阻的方法來間接測(cè)量液態(tài)金屬儲(chǔ)藏罐中液位的深度，通過實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)擬合出液態(tài)鋰的深度與金屬條阻值之間的函數(shù)關(guān)系，然后根據(jù)測(cè)量到的金屬條阻值來推算出液態(tài)金屬的液位信息。這種測(cè)量方法存在缺陷，在不同溫度下，液態(tài)金屬對(duì)金屬條的粘附性有所不同，從而在金屬條上的粘附的液態(tài)金屬的長(zhǎng)度及厚度都有所不同，這將會(huì)改變金屬條的阻值，所以這種方法也很難給出不同溫度下液態(tài)金屬液位的精確值。第四種方法采用激光測(cè)距的方式測(cè)量。激光傳感器發(fā)射不同頻率的可見激光束，接收從被測(cè)物返回的散射激光，將接收到的激光信號(hào)與參考信號(hào)進(jìn)行比較，最后用微處理器計(jì)算出相應(yīng)相位偏移所對(duì)應(yīng)的物體間距離。在傳統(tǒng)的制鋁業(yè)中已經(jīng)開始使用激光液位儀的方式來測(cè)量鋁液的液位，能夠給出比較精確的液位信息。但是對(duì)于強(qiáng)化學(xué)活性及高溫易蒸發(fā)的液態(tài)金屬，尤其是堿性金屬液位的測(cè)量，既要避免液態(tài)金屬的與空氣接觸造成液態(tài)金屬的污染，又要避免液態(tài)金屬在高溫下蒸發(fā)對(duì)玻璃觀察窗口鍍膜，還要考慮長(zhǎng)時(shí)間工作條件下玻璃觀察窗口的清洗與重新安裝等問題，故需要設(shè)計(jì)一套強(qiáng)化學(xué)活性及高溫易蒸發(fā)的液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是彌補(bǔ)已有技術(shù)的不足，提供了一種長(zhǎng)時(shí)間及高精度對(duì)強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)的液態(tài)金屬液位長(zhǎng)時(shí)間及高精度的測(cè)量，以解決現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)的液態(tài)金屬液位的測(cè)量問題。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括有用于放置液態(tài)金屬的儲(chǔ)藏罐、激光液位儀，儲(chǔ)藏罐外包裹著加熱器，通過加熱器加熱實(shí)現(xiàn)金屬的液化，儲(chǔ)藏罐的底部設(shè)有液態(tài)金屬的流出管道，流出管道上設(shè)有閥門，通過流出管道與外圍的液態(tài)金屬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相連，儲(chǔ)藏罐的正上方設(shè)有真空隔斷插板閥，真空隔斷插板閥上端通過刀口密封結(jié)構(gòu)與不銹鋼加長(zhǎng)管道相連，不銹鋼加長(zhǎng)管道的側(cè)壁上及儲(chǔ)藏罐的上端側(cè)壁上分別設(shè)有抽氣結(jié)構(gòu)接口，抽氣結(jié)構(gòu)接口與真空抽氣機(jī)組相連，系統(tǒng)通過真空抽氣機(jī)組實(shí)現(xiàn)真空運(yùn)行，避免強(qiáng)化學(xué)活性的液態(tài)金屬表面氧化變性；所述的不銹鋼加長(zhǎng)管道的頂部安裝帶有真空密封結(jié)構(gòu)的石英玻璃觀察窗口，不銹鋼加長(zhǎng)管道的側(cè)壁上還固定安裝有支撐結(jié)構(gòu)，激光液位儀通過支撐結(jié)構(gòu)安裝在石英玻璃觀察窗口的正上方，激光液位儀與液位的采集系統(tǒng)電連接，液位的采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)的獲得并存儲(chǔ)液態(tài)金屬的液位信息。
[0007]所述的強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的抽氣結(jié)構(gòu)接口包括有標(biāo)準(zhǔn)的KF40法蘭接口及兩端為KF40接口的角閥。
[0008]所述的強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的液態(tài)金屬的儲(chǔ)藏罐及流出管道均采用不銹鋼材料316L制得，并采用刀口密封結(jié)構(gòu)。
[0009]所述的強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的真空抽氣機(jī)組由分子泵和機(jī)械泵集成構(gòu)成。
[0010]所述的強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的不銹鋼加長(zhǎng)管道的尺寸為長(zhǎng)1.0-1.lm，直徑0.05-0.06m。
[0011]所述的強(qiáng)化學(xué)活性、高溫易蒸發(fā)液態(tài)金屬液位的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的激光液位儀的測(cè)量范圍為0.l-30m，測(cè)量精度為0.1mm。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]本實(shí)用新型利用真空抽氣及測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的真空狀態(tài)運(yùn)行，阻止強(qiáng)化學(xué)活性的液態(tài)金屬的污染；利用液態(tài)金屬的流出管道及閥門實(shí)現(xiàn)的液態(tài)金屬的流動(dòng)與關(guān)斷，利用高溫液態(tài)金屬蒸汽運(yùn)動(dòng)的平均自由程較小，且遇冷易凝固沉積的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)不銹鋼加長(zhǎng)管道減弱甚至阻止高溫蒸發(fā)的液態(tài)金屬蒸汽對(duì)石英玻璃觀察窗口的鍍膜；通過真空隔斷插板閥的開啟實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)所需時(shí)段液位的測(cè)量，避免蒸汽對(duì)石英玻璃觀察窗的鍍膜；通過關(guān)閉真空隔斷插板閥實(shí)現(xiàn)對(duì)石英玻璃觀察窗口的拆卸與清