壓力測量裝置以及壓力測量組件的製作方法
2023-10-09 06:27:54 2
壓力測量裝置以及壓力測量組件的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種壓力測量裝置，包括：引壓管，一端延伸到待測空間內而限定引壓點，另一端封閉且位於待測空間外，待測空間內容納液體；液柱高度測量器，構造成測量引壓管內從引壓點到引壓管內的液面的液柱高度；氣體引入管，構造成將氣體引入到引壓管的另一端內；以及壓力傳感器，構造成測量引壓管內的氣體壓力。本實用新型還涉及一種壓力測量系統，包括多個上述的壓力測量裝置，其中多個壓力測量裝置中的兩個壓力測量裝置的引壓點分別位於引壓管的內壁表面處以及引壓管的管道中心。本實用新型的技術方案中，由於使用了氣體進行壓力傳導，在氣體不與壓力待測液體發生反應的情況下，解決了傳導介質耐高溫且不與壓力待測液體發生化學反應的問題。
【專利說明】壓力測量裝置以及壓力測量組件
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及壓力測量，尤其是涉及高溫熔鹽迴路的壓力測量。
【背景技術】
[0002]熔鹽反應堆(MSR)作為第四代堆的六種堆型之一，其冷卻劑甚至是燃料本身皆是熔鹽混和物。在許多設計方案中，最為推崇的是核燃料溶於熔融的氟鹽冷卻劑中。氟鹽的工作壓力較低，一般稍高於I個大氣壓，工作溫度高達800°c，但其熔點在450°C左右，而且高溫氟鹽具有很強的腐蝕性，為管道測壓帶來很大的困難。
[0003]現有壓力傳感器一般採用金屬膜片作為感應元件，在如此高的溫度，而且有很強的腐蝕性，感應元件受到腐蝕並伴有熱應力，使其無法正常工作。同時普通壓力傳感器要求有取壓管，如果不加防護措施，將造成熔鹽的凝固。即使感應元件可以與工作環境適應，其傳導介質(矽油或其它油)最高耐溫僅310°C，無法完成高溫熔鹽的壓力測量。
[0004]在金屬鈉迴路壓力測量方面，專利CN102435381A進行了有關的探討，其壓力感受部件依然採用應變片，無法適用於高溫腐蝕性熔鹽環境。
[0005]專利CN101750181A進行了有關高溫熔鹽壓力測量的探討，但其使用溫度不高於450°C，而且由於腐蝕和熱應力的原因，隔膜膜片結構不宜在氟鹽環境下使用。
實用新型內容
[0006]為解決壓力感受部件熱應力和腐蝕的問題，實現例如高溫腐蝕性熔鹽迴路的壓力測量，提出本實用新型。
[0007]本實用新型提供了一種壓力測量裝置，包括:引壓管，引壓管的一端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的另一端封閉且位於待測空間外，待測空間內容納液體；液柱高度測量器，構造成測量引壓管內從引壓點到引壓管內的液面的液柱高度；氣體引入管，構造成將氣體引入到引壓管的另一端內；以及壓力傳感器，構造成測量引壓管內的氣體壓力。
[0008]可選地，引壓管的下端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的上端封閉且位於待測空間外；氣體引入管構造成將氣體引入到所述引壓管內的液面上方。
[0009]可選地，引壓管的上端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的下端封閉且位於待測空間外；氣體引入管構造成將氣體引入到所述引壓管內的液面下方。
[0010]可選地，所述待測空間為熔鹽反應堆中使用的熔鹽迴路。進一步的，所述氣體引入管與氣源相通，且引入到引壓管內的氣體壓力是能夠調節的。
[0011]可選地，所述引壓管具有直徑擴大部，所述液面位於所述直徑擴大部處。
[0012]可選地，所述壓力測量裝置還包括保溫層，圍繞位於待測空間外部的引壓管設置。
[0013]上述壓力測量裝置中，可選地，所述液柱高度測量器包括沿液柱高度方向依次布置的多對光發射端和光接收端，每一對中的光發射端和光接收端沿引壓管的徑向方向彼此水平相對，每一對中從光發射端發出的光被光接收端接收。進一步的，每一個光發射端和每一個光接收端均包括光纖和設置在光纖外部的套管；引壓管的管壁上設置有與光發射端和光接收端對應的多個通孔，套管設置在對應的通孔內；且每一個套管在其所安裝的通孔的徑向外端附近與引壓管的管壁焊接。或者可選地，所述液柱高度測量器包括設置在所述引壓管的所述另一端的端壁的內壁上的發射端和接收端，光或者超聲波從所述發射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而進入所述光接收端。
[0014]可選地，上述壓力測量裝置還包括:直通終端接頭，設置在待測空間的壁面上的安裝孔中，所述引壓管的所述一端穿過所述直通終端接頭而進入到所述待測空間內。進一步地，所述引壓管適於改變延伸到所述待測空間內的深度。
[0015]本實用新型還提出一種壓力測量系統，包括多個上述的壓力測量裝置，其中多個壓力測量裝置中的兩個壓力測量裝置的引壓點分別位於引壓管的內壁表面處以及引壓管的管道中心。
[0016]本實用新型的技術方案中，由於使用了氣體進行壓力傳導，在氣體不與壓力待測液體發生反應的情況下，解決了傳導介質耐高溫且不與壓力待測液體發生化學反應的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是根據本實用新型的一個示例性實施例的壓力測量裝置的結構示意圖；
[0018]圖2是根據本實用新型的一個示例性實施例的壓力測量裝置的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本實用新型的實例性的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中相同或相似的標號表示相同或相似的元件。下面參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0020]如圖1-2所示，本實用新型提供了一種壓力測量裝置，包括:
[0021]弓丨壓管1，引壓管I的一端延伸到待測空間內而限定引壓點A，引壓管的另一端封閉且位於待測空間S外，待測空間S內容納液體；
[0022]液柱高度測量器(對應於後面提及的204和205)，構造成測量引壓管I內從引壓點A到引壓管內的液面的液柱高度；
[0023]氣體引入管2，構造成將氣體引入到引壓管的另一端內；以及
[0024]壓力傳感器3，構造成測量引壓管內的氣體壓力。
[0025]可選地，如圖1所示，引壓管I的下端延伸到待測空間S內而限定引壓點A，引壓管I的上端封閉且位於待測空間S外；氣體引入管2構造成將氣體引入到所述引壓管內的液面上方。
[0026]需要指明的是，本實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，引壓點與液面之間的距離。因此，在圖1-2中，引壓管I可以傾斜布置，也可以豎直布置。
[0027]雖然沒有示出，可選地，引壓管的上端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的下端封閉且位於待測空間外；氣體引入管構造成將氣體引入到所述引壓管內的液面下方。
[0028]可選地，所述待測空間為熔鹽反應堆中使用的熔鹽迴路，所述液體為熔鹽；所述氣體不與所述熔鹽發生化學反應。進一步的，所述氣體包括氮氣、氦氣、二氧化碳中的一種。進一步的，所述氣體引入管與氣源相通，且引入到引壓管內的氣體壓力是能夠調節的。例如，當液面高度高於液柱高度測量器所能夠測量的範圍，如高於圖2中的最高處的光發射端和光接收端或者低於圖2中的最低處的光發射端和光接收端時，可以改變引入氣體的壓力，以調節液面的高度到合適的範圍內。
[0029]上述壓力測量裝置中，可選地，如圖2所示，所述液柱高度測量器包括沿液柱高度方向依次布置的多對光發射端204和光接收端205,每一對中的光發射端和光接收端沿引壓管的徑向方向彼此水平相對，每一對中從光發射端發出的光被光接收端接收。進一步的，每一個光發射端和每一個光接收端均包括光纖和設置在光纖外部的套管；引壓管的管壁上設置有與光發射端和光接收端對應的多個通孔，套管設置在對應的通孔內；且每一個套管在其所安裝的通孔的徑向外端附近與引壓管的管壁焊接。或者可選地，所述液柱高度測量器包括設置在所述引壓管的所述另一端的端壁的內壁上的發射端和接收端，光或者超聲波從所述發射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而進入所述光接收端。
[0030]充分利用熔鹽易凝固的特性，解決光纖與不鏽鋼套管之間的密封。雷射發生和接收端的每一根數據光纖都套有不鏽鋼套管，套管與膨脹腔的外壁面以焊接的方式連接，熔鹽會通過光纖與套管之間的縫隙外滲，一旦穿過帶加熱的保溫層之外，由於環境溫度較低而發生熔鹽凝固，起到了自密封的作用。
[0031]可選地，如圖1所示，上述壓力測量裝置還包括:直通終端接頭5，設置在待測空間的壁面上的安裝孔中，所述引壓管I的所述一端穿過所述直通終端接頭5而進入到所述待測空間S內。進一步地，所述引壓管I適於改變延伸到所述待測空間內的深度。如此，可以得到壓力沿徑向的分布，為速度分析和流量計算提供參考。如設置引壓管緊貼管道內壁面和布置在管道中心，通過測量的壓測可以管道中心熔鹽流速，結合相關溫度測量、物性查詢和流體力學相關理論即可獲得測量截面上熔鹽流速分布，最後通過流速在橫截面上的積分可以獲得熔鹽流量。
[0032]本實用新型還提出一種壓力測量系統，包括多個上述的壓力測量裝置，其中多個壓力測量裝置中的兩個壓力測量裝置的引壓點分別位於引壓管的內壁表面處以及引壓管的管道中心。如此，可以得到壓力沿徑向的分布，為速度分析和流量計算提供參考。
[0033]下面以待測空間為熔鹽反應堆中使用的熔鹽迴路、所述液體為熔鹽的具體示例參照圖1、2具體說明。
[0034]設光纖液位計(對應於多對光發射端204和光接收端205)最上端距引壓點A距離為L，取引壓點為液位O點，通過光纖液位計可以測量引壓管熔鹽上表面距離引壓點的高度H。引壓管上部氣體壓力傳感器3的示數為Pa，則被測點熔鹽壓力可表示為P=Pa+P gH，其中P為熔鹽的密度，g為重力加速度。一旦液位顯示達到L，則要適當增加引壓管I上部氣空間的壓力，保證熔鹽液位測量的準確性。根據流體力學的靜態方程可獲得被測點熔鹽壓力。通過光纖液位計進行引壓管熔鹽液位的測量，然後根據流體力學的靜態方程獲得被測點熔鹽壓力，由於光纖傳感響應速度快，能夠實現壓力波動信號的捕捉。
[0035]在圖1-2示出的壓力測量裝置的具體示例中，壓力測量裝置包括:引壓管1、直通終端接頭5、帶加熱的保溫層4、數據、控制線引線口 6、隔熱陶瓷環7(防止引線被過度加熱，不過在引線口 6並不鄰近形成待測空間S的管道8的管壁設置的情況下，可以不設置隔熱陶瓷環)、表閥9、壓力傳感器3、排氣閥10、氮氣瓶11、氮氣減壓閥12、截止閥13，直通終端接頭5焊接在管道8上，引壓管I與直通終端接頭5通過卡套和卡環實現連接和密封，帶加熱的保溫層4確保了引壓管內熔鹽不發生凝固。
[0036]由於被測點熔鹽的壓力高於引壓管I上部大氣壓力，熔鹽將通過引壓管I湧出，壓縮上部氣體，最後通過氣體作為傳導介質將壓力信號傳遞到壓力傳感器3。為了測得引壓點熔鹽壓力，必須知道引壓管I內熔鹽的液位高度，設計了如圖2所示可測量液位的引壓管，它主要由下接管201、上直通終端接頭202、膨脹腔203、雷射發射端204、雷射接收端205、下直通終端接頭206、上接管207。下接管201與直通終端接頭5連接，熔鹽將湧入膨脹腔203，膨脹腔截面積較下接管201大，避免毛細作用對測量的影響。雷射發射端204自左側發生雷射，在熔鹽液位高度為到達的位置，雷射接收端205將接收到光信號，通過後續裝置轉化為高電平，一旦發射端被熔鹽淹沒，則接收端無法得到光信號，顯示低電平，通過對每一對發射和接收端進行定位和編號，通過編號對應的高低電平來分析當前的引壓管內熔鹽的液位高度。
[0037]在使用前，首先將氮氣減壓閥12整定到合理位置，打開截止閥13，通過保護性氣體(N2)將迴路中的空氣排出。打開表閥9，啟動熔鹽泵向迴路充鹽，此時通過壓力傳感器3的讀數來操作排氣閥10，通過排氣將引壓管上部氣壓整定在I個標準大氣壓左右。
[0038]在進行壓力較高迴路熔鹽壓力測量時，如專利CN101750181A所述的工作壓力時，通過氮氣瓶11和減壓閥12，配合著熔鹽迴路的升壓過程建立引壓管2上部的氣壓。
[0039]利用本實用新型的技術方案，可以至少實現如下技術效果之一:
[0040]在採用不與熔鹽反應的氣體進行壓力傳導時，可以滿足傳導介質耐高溫且不與高溫熔鹽發生化學反應的要求，使得壓力傳感器具有良好的工作環境；
[0041]通過光纖進行熔鹽液位的測量，響應速度快，測量精度高；
[0042]通過調節引入到引壓管內的氣體的壓力，使得該測量裝置應用的範圍得到很大的擴展；
[0043]通過在壁面和引壓管上設置直通終端接頭，可以隨意改變引壓管插入管道的深度，得到壓力沿徑向的分布，為速度分析和流量計算提供參考；
[0044]通過利用熔鹽遇冷自凝的特性，可以解決光纖與套管之間密封的問題。
[0045]儘管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對於本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行變化。本實用新型的適用範圍由所附權利要求及其等同物限定。
【權利要求】
1.一種壓力測量裝置，其特徵在於，包括: 引壓管，引壓管的一端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的另一端封閉且位於待測空間外，待測空間內容納液體； 液柱高度測量器，構造成測量引壓管內從引壓點到引壓管內的液面的液柱高度； 氣體引入管，構造成將氣體引入到引壓管的另一端內；以及 壓力傳感器，構造成測量引壓管內的氣體壓力。
2.根據權利要求1所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 弓丨壓管的下端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的上端封閉且位於待測空間外； 氣體引入管構造成將氣體引入到所述引壓管內的液面上方。
3.根據權利要求1所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 引壓管的上端延伸到待測空間內而限定引壓點，引壓管的下端封閉且位於待測空間外； 氣體引入管構造成將氣 體引入到所述引壓管內的液面下方。
4.根據權利要求1所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 所述待測空間為熔鹽反應堆中使用的熔鹽迴路。
5.根據權利要求4所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 所述氣體引入管與氣源相通，且引入到引壓管內的氣體壓力是能夠調節的。
6.根據權利要求1所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 所述引壓管具有直徑擴大部，所述液面位於所述直徑擴大部處。
7.根據權利要求1所述的壓力測量裝置，其特徵在於，還包括: 保溫層，圍繞位於待測空間外部的引壓管設置。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 所述液柱高度測量器包括沿液柱高度方向依次布置的多對光發射端和光接收端，每一對中的光發射端和光接收端沿引壓管的徑向方向彼此水平相對，每一對中從光發射端發出的光被光接收端接收。
9.根據權利要求8所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 每一個光發射端和每一個光接收端均包括光纖和設置在光纖外部的套管； 引壓管的管壁上設置有與光發射端和光接收端對應的多個通孔，套管設置在對應的通孔內；且 每一個套管在其所安裝的通孔的徑向外端附近與引壓管的管壁焊接。
10.根據權利要求8所述的壓力測量裝置，其特徵在於: 所述液柱高度測量器包括設置在所述引壓管的所述另一端的端壁的內壁上的發射端和接收端，光或者超聲波從所述發射端朝向所述液面出射，由所述液面反射而進入所述光接收端。
11.根據權利要求1-7中任一項所述的壓力測量裝置，其特徵在於，還包括: 直通終端接頭，設置在待測空間的壁面上的安裝孔中，所述引壓管的所述一端穿過所述直通終端接頭而進入到所述待測空間內。
12.根據權利要求11所述的壓力測量裝置，其特徵在於:所述引壓管適於改變延伸到所述待測空間內的深度。
13.一種壓力測量系統，其特徵在於，包括多個根據權利要求1-12中任一項所述的壓力測量裝置，其中多個壓力測量裝置中的兩個壓力測量裝置的引壓點分別位於引壓管的內壁表面處以及引壓管的管道 中心。
【文檔編號】G01L7/18GK203561474SQ201320727703
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月18日 優先權日:2013年11月18日
【發明者】王盟, 孟現珂, 陳耀東 申請人:國核（北京）科學技術研究院有限公司