CN203561474U - 压力测量装置以及压力测量组件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种压力测量装置，包括：引压管，一端延伸到待测空间内而限定引压点，另一端封闭且位于待测空间外，待测空间内容纳液体；液柱高度测量器，构造成测量引压管内从引压点到引压管内的液面的液柱高度；气体引入管，构造成将气体引入到引压管的另一端内；以及压力传感器，构造成测量引压管内的气体压力。本实用新型还涉及一种压力测量***，包括多个上述的压力测量装置，其中多个压力测量装置中的两个压力测量装置的引压点分别位于引压管的内壁表面处以及引压管的管道中心。本实用新型的技术方案中，由于使用了气体进行压力传导，在气体不与压力待测液体发生反应的情况下，解决了传导介质耐高温且不与压力待测液体发生化学反应的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及压力测量，尤其是涉及高温熔盐回路的压力测量。
背景技术
熔盐反应堆(MSR)作为***堆的六种堆型之一，其冷却剂甚至是燃料本身皆是熔盐混和物。在许多设计方案中，最为推崇的是核燃料溶于熔融的氟盐冷却剂中。氟盐的工作压力较低，一般稍高于1个大气压，工作温度高达800℃，但其熔点在450℃左右，而且高温氟盐具有很强的腐蚀性，为管道测压带来很大的困难。
现有压力传感器一般采用金属膜片作为感应元件，在如此高的温度，而且有很强的腐蚀性，感应元件受到腐蚀并伴有热应力，使其无法正常工作。同时普通压力传感器要求有取压管，如果不加防护措施，将造成熔盐的凝固。即使感应元件可以与工作环境适应，其传导介质(硅油或其它油)最高耐温仅310℃，无法完成高温熔盐的压力测量。
在金属钠回路压力测量方面，专利CN102435381A进行了有关的探讨，其压力感受部件依然采用应变片，无法适用于高温腐蚀性熔盐环境。
专利CN101750181A进行了有关高温熔盐压力测量的探讨，但其使用温度不高于450℃，而且由于腐蚀和热应力的原因，隔膜膜片结构不宜在氟盐环境下使用。
实用新型内容
为解决压力感受部件热应力和腐蚀的问题，实现例如高温腐蚀性熔盐回路的压力测量，提出本实用新型。
本实用新型提供了一种压力测量装置，包括：引压管，引压管的一端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的另一端封闭且位于待测空间外，待测空间内容纳液体；液柱高度测量器，构造成测量引压管内从引压点到引压管内的液面的液柱高度；气体引入管，构造成将气体引入到引压管的另一端内；以及压力传感器，构造成测量引压管内的气体压力。
可选地，引压管的下端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的上端封闭且位于待测空间外；气体引入管构造成将气体引入到所述引压管内的液面上方。
可选地，引压管的上端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的下端封闭且位于待测空间外；气体引入管构造成将气体引入到所述引压管内的液面下方。
可选地，所述待测空间为熔盐反应堆中使用的熔盐回路。进一步的，所述气体引入管与气源相通，且引入到引压管内的气体压力是能够调节的。
可选地，所述引压管具有直径扩大部，所述液面位于所述直径扩大部处。
可选地，所述压力测量装置还包括保温层，围绕位于待测空间外部的引压管设置。
上述压力测量装置中，可选地，所述液柱高度测量器包括沿液柱高度方向依次布置的多对光发射端和光接收端，每一对中的光发射端和光接收端沿引压管的径向方向彼此水平相对，每一对中从光发射端发出的光被光接收端接收。进一步的，每一个光发射端和每一个光接收端均包括光纤和设置在光纤外部的套管；引压管的管壁上设置有与光发射端和光接收端对应的多个通孔，套管设置在对应的通孔内；且每一个套管在其所安装的通孔的径向外端附近与引压管的管壁焊接。或者可选地，所述液柱高度测量器包括设置在所述引压管的所述另一端的端壁的内壁上的发射端和接收端，光或者超声波从所述发射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而进入所述光接收端。
可选地，上述压力测量装置还包括：直通终端接头，设置在待测空间的壁面上的安装孔中，所述引压管的所述一端穿过所述直通终端接头而进入到所述待测空间内。进一步地，所述引压管适于改变延伸到所述待测空间内的深度。
本实用新型还提出一种压力测量***，包括多个上述的压力测量装置，其中多个压力测量装置中的两个压力测量装置的引压点分别位于引压管的内壁表面处以及引压管的管道中心。
本实用新型的技术方案中，由于使用了气体进行压力传导，在气体不与压力待测液体发生反应的情况下，解决了传导介质耐高温且不与压力待测液体发生化学反应的问题。
附图说明
图1是根据本实用新型的一个示例性实施例的压力测量装置的结构示意图；
图2是根据本实用新型的一个示例性实施例的压力测量装置的局部放大示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
如图1-2所示，本实用新型提供了一种压力测量装置，包括：
引压管1，引压管1的一端延伸到待测空间内而限定引压点A，引压管的另一端封闭且位于待测空间S外，待测空间S内容纳液体；
液柱高度测量器(对应于后面提及的204和205)，构造成测量引压管1内从引压点A到引压管内的液面的液柱高度；
气体引入管2，构造成将气体引入到引压管的另一端内；以及
压力传感器3，构造成测量引压管内的气体压力。
可选地，如图1所示，引压管1的下端延伸到待测空间S内而限定引压点A，引压管1的上端封闭且位于待测空间S外；气体引入管2构造成将气体引入到所述引压管内的液面上方。
需要指明的是，本实用新型中提及的液柱高度是液柱在高度方向上的有效高度，即在高度方向上，引压点与液面之间的距离。因此，在图1-2中，引压管1可以倾斜布置，也可以竖直布置。
虽然没有示出，可选地，引压管的上端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的下端封闭且位于待测空间外；气体引入管构造成将气体引入到所述引压管内的液面下方。
可选地，所述待测空间为熔盐反应堆中使用的熔盐回路，所述液体为熔盐；所述气体不与所述熔盐发生化学反应。进一步的，所述气体包括氮气、氦气、二氧化碳中的一种。进一步的，所述气体引入管与气源相通，且引入到引压管内的气体压力是能够调节的。例如，当液面高度高于液柱高度测量器所能够测量的范围，如高于图2中的最高处的光发射端和光接收端或者低于图2中的最低处的光发射端和光接收端时，可以改变引入气体的压力，以调节液面的高度到合适的范围内。
上述压力测量装置中，可选地，如图2所示，所述液柱高度测量器包括沿液柱高度方向依次布置的多对光发射端204和光接收端205，每一对中的光发射端和光接收端沿引压管的径向方向彼此水平相对，每一对中从光发射端发出的光被光接收端接收。进一步的，每一个光发射端和每一个光接收端均包括光纤和设置在光纤外部的套管；引压管的管壁上设置有与光发射端和光接收端对应的多个通孔，套管设置在对应的通孔内；且每一个套管在其所安装的通孔的径向外端附近与引压管的管壁焊接。或者可选地，所述液柱高度测量器包括设置在所述引压管的所述另一端的端壁的内壁上的发射端和接收端，光或者超声波从所述发射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而进入所述光接收端。
充分利用熔盐易凝固的特性，解决光纤与不锈钢套管之间的密封。激光发生和接收端的每一根数据光纤都套有不锈钢套管，套管与膨胀腔的外壁面以焊接的方式连接，熔盐会通过光纤与套管之间的缝隙外渗，一旦穿过带加热的保温层之外，由于环境温度较低而发生熔盐凝固，起到了自密封的作用。
可选地，如图1所示，上述压力测量装置还包括：直通终端接头5，设置在待测空间的壁面上的安装孔中，所述引压管1的所述一端穿过所述直通终端接头5而进入到所述待测空间S内。进一步地，所述引压管1适于改变延伸到所述待测空间内的深度。如此，可以得到压力沿径向的分布，为速度分析和流量计算提供参考。如设置引压管紧贴管道内壁面和布置在管道中心，通过测量的压测可以管道中心熔盐流速，结合相关温度测量、物性查询和流体力学相关理论即可获得测量截面上熔盐流速分布，最后通过流速在横截面上的积分可以获得熔盐流量。
本实用新型还提出一种压力测量***，包括多个上述的压力测量装置，其中多个压力测量装置中的两个压力测量装置的引压点分别位于引压管的内壁表面处以及引压管的管道中心。如此，可以得到压力沿径向的分布，为速度分析和流量计算提供参考。
下面以待测空间为熔盐反应堆中使用的熔盐回路、所述液体为熔盐的具体示例参照图1、2具体说明。
设光纤液位计(对应于多对光发射端204和光接收端205)最上端距引压点A距离为L，取引压点为液位0点，通过光纤液位计可以测量引压管熔盐上表面距离引压点的高度H。引压管上部气体压力传感器3的示数为Pa，则被测点熔盐压力可表示为P=Pa+ρgH，其中ρ为熔盐的密度，g为重力加速度。一旦液位显示达到L，则要适当增加引压管1上部气空间的压力，保证熔盐液位测量的准确性。根据流体力学的静态方程可获得被测点熔盐压力。通过光纤液位计进行引压管熔盐液位的测量，然后根据流体力学的静态方程获得被测点熔盐压力，由于光纤传感响应速度快，能够实现压力波动信号的捕捉。
在图1-2示出的压力测量装置的具体示例中，压力测量装置包括：引压管1、直通终端接头5、带加热的保温层4、数据、控制线引线口6、隔热陶瓷环7(防止引线被过度加热，不过在引线口6并不邻近形成待测空间S的管道8的管壁设置的情况下，可以不设置隔热陶瓷环)、表阀9、压力传感器3、排气阀10、氮气瓶11、氮气减压阀12、截止阀13，直通终端接头5焊接在管道8上，引压管1与直通终端接头5通过卡套和卡环实现连接和密封，带加热的保温层4确保了引压管内熔盐不发生凝固。
由于被测点熔盐的压力高于引压管1上部大气压力，熔盐将通过引压管1涌出，压缩上部气体，最后通过气体作为传导介质将压力信号传递到压力传感器3。为了测得引压点熔盐压力，必须知道引压管1内熔盐的液位高度，设计了如图2所示可测量液位的引压管，它主要由下接管201、上直通终端接头202、膨胀腔203、激光发射端204、激光接收端205、下直通终端接头206、上接管207。下接管201与直通终端接头5连接，熔盐将涌入膨胀腔203，膨胀腔截面积较下接管201大，避免毛细作用对测量的影响。激光发射端204自左侧发生激光，在熔盐液位高度为到达的位置，激光接收端205将接收到光信号，通过后续装置转化为高电平，一旦发射端被熔盐淹没，则接收端无法得到光信号，显示低电平，通过对每一对发射和接收端进行定位和编号，通过编号对应的高低电平来分析当前的引压管内熔盐的液位高度。
在使用前，首先将氮气减压阀12整定到合理位置，打开截止阀13，通过保护性气体(N2)将回路中的空气排出。打开表阀9，启动熔盐泵向回路充盐，此时通过压力传感器3的读数来操作排气阀10，通过排气将引压管上部气压整定在1个标准大气压左右。
在进行压力较高回路熔盐压力测量时，如专利CN101750181A所述的工作压力时，通过氮气瓶11和减压阀12，配合着熔盐回路的升压过程建立引压管2上部的气压。
利用本实用新型的技术方案，可以至少实现如下技术效果之一：
在采用不与熔盐反应的气体进行压力传导时，可以满足传导介质耐高温且不与高温熔盐发生化学反应的要求，使得压力传感器具有良好的工作环境；
通过光纤进行熔盐液位的测量，响应速度快，测量精度高；
通过调节引入到引压管内的气体的压力，使得该测量装置应用的范围得到很大的扩展；
通过在壁面和引压管上设置直通终端接头，可以随意改变引压管***管道的深度，得到压力沿径向的分布，为速度分析和流量计算提供参考；
通过利用熔盐遇冷自凝的特性，可以解决光纤与套管之间密封的问题。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本实用新型的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (13)
1.一种压力测量装置，其特征在于，包括：
引压管，引压管的一端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的另一端封闭且位于待测空间外，待测空间内容纳液体；
液柱高度测量器，构造成测量引压管内从引压点到引压管内的液面的液柱高度；
气体引入管，构造成将气体引入到引压管的另一端内；以及
压力传感器，构造成测量引压管内的气体压力。
2.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于：
引压管的下端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的上端封闭且位于待测空间外；
气体引入管构造成将气体引入到所述引压管内的液面上方。
3.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于：
引压管的上端延伸到待测空间内而限定引压点，引压管的下端封闭且位于待测空间外；
气体引入管构造成将气体引入到所述引压管内的液面下方。
4.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于：
所述待测空间为熔盐反应堆中使用的熔盐回路。
5.根据权利要求4所述的压力测量装置，其特征在于：
所述气体引入管与气源相通，且引入到引压管内的气体压力是能够调节的。
6.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于：
所述引压管具有直径扩大部，所述液面位于所述直径扩大部处。
7.根据权利要求1所述的压力测量装置，其特征在于，还包括：
保温层，围绕位于待测空间外部的引压管设置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的压力测量装置，其特征在于：
所述液柱高度测量器包括沿液柱高度方向依次布置的多对光发射端和光接收端，每一对中的光发射端和光接收端沿引压管的径向方向彼此水平相对，每一对中从光发射端发出的光被光接收端接收。
9.根据权利要求8所述的压力测量装置，其特征在于：
每一个光发射端和每一个光接收端均包括光纤和设置在光纤外部的套管；
引压管的管壁上设置有与光发射端和光接收端对应的多个通孔，套管设置在对应的通孔内；且
每一个套管在其所安装的通孔的径向外端附近与引压管的管壁焊接。
10.根据权利要求8所述的压力测量装置，其特征在于：
所述液柱高度测量器包括设置在所述引压管的所述另一端的端壁的内壁上的发射端和接收端，光或者超声波从所述发射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而进入所述光接收端。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的压力测量装置，其特征在于，还包括：
直通终端接头，设置在待测空间的壁面上的安装孔中，所述引压管的所述一端穿过所述直通终端接头而进入到所述待测空间内。
12.根据权利要求11所述的压力测量装置，其特征在于：
所述引压管适于改变延伸到所述待测空间内的深度。
13.一种压力测量***，其特征在于，包括多个根据权利要求1-12中任一项所述的压力测量装置，其中多个压力测量装置中的两个压力测量装置的引压点分别位于引压管的内壁表面处以及引压管的管道中心。
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