一種適用於實現氧控反應的實驗裝置的製作方法

2023-06-30 04:54:51 1

專利名稱：一種適用於實現氧控反應的實驗裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於加速器驅動次臨界堆(ADS)中氧控制技術的預研裝置，為未來應用於ADS反應堆的氧控技術提供簡單易行的研究平臺。
背景技術：
鉛鉍合金以其特殊的熱物理性質和化學性質成為ADS散裂靶和冷卻劑的首選候選材料，在世界範圍內得到廣泛研究。在ADS中鉛鉍用於冷卻劑的一個重要問題是迴路中結構材料的腐蝕。由於核系統中鋼的主要合金成分的高的溶解度，如果不實施保護措施，液態鉛鉍通過質量溶解對鋼的腐蝕非常嚴重。結構材料的腐蝕是鉛鉍作為ADS和先進核反應堆核冷卻劑的一個重大挑戰。降低腐蝕的一種方法是形成穩定的氧化層以保護結構材料，因為金屬氧化物的溶解度比用做鋼基體的合金元素的溶解度低很多。鉛鉍的操作條件必須要保護氧化層的動力學平衡。由於這個原因，在熔化的鉛鉍中，一定活性的溶解氧必須存在。溶解氧的活性必須足夠多以避免保護氧化層的熱力學溶解，但是也要同時低於PbO生成的氧活性。PbO可能阻塞或者毀壞系統或者提供不易清除的氧源。由於這個原因，控制鉛鉍合金中的氧濃度和活性是很必要的。通過控制溫度和鉛鉍中的溶解氧的濃度，可以在鋼容器或者基體的表面獲得有效的氧化層來增強結構材料抗腐蝕的阻力。正是氧控技術的需求，研究裝置的搭建的意義至關重要。一種適用於實現氧控反應的實驗裝置可以提供氧控技術研究的重要實驗平臺。一般國外的實驗裝置是密閉的環境中，在加熱使鉛鉍熔化狀態下密封以及打開裝置的密封法蘭，以實現測氧儀、熱電偶等需要深入鉛鉍液面下的器件實現升降，需要藉助手套箱、內置加熱爐等設備，操作上不方便。

發明內容
本發明的技術解決問題是克服現有技術的不足，提供一種可以在一般環境中操作，安全性好，且結構簡單，便於操作的適用於實現氧控反應的實驗裝置。本發明的技術解決方案是一種適用於實現氧控反應的實驗裝置包括測氧儀7、熱電偶8、攪拌器I、連接件6、第一波紋管3、第二波紋管9、密封法蘭2、進氣口 4和出氣/出液口 5 ;所述攪拌器I通過第一波紋管3連接到法蘭盤10上；攪拌器I由電機、金屬連杆和葉片組成，金屬連杆與葉片連接，電機通過金屬連杆帶動葉片實現對液態鉛鉍的攪動，通過第一波紋管3的伸縮能夠控制葉片深入到鉛鉍液面下的位置，實現改變液態鉛鉍流場分布的實驗；所述測氧儀7和熱電偶8通過連接件6固定在一起，測氧儀7通過第二波紋管9連接密封到法蘭盤10上，第二波紋管9的伸縮帶動測氧儀7和熱電偶8的上下移動升降，實現測氧儀7和熱電偶8的升降及在液態鉛鉍中插入的深度，用來測量不同鉛鉍液面深度下的氧濃度和溫度分布；所述密封法蘭2用來密封熱電偶8和測氧儀7 ;所述進氣口 4和出氣/出液口 5分別以螺紋的方式密封安裝在法蘭盤10上，通過螺紋旋轉控制進氣口 4和出氣/出液口 5的升降深度，實現不同的功能。、
所述攪拌器I的金屬連杆和葉片之間通過螺紋連接，方便拆卸安裝，通過更換不同尺寸的葉片來實現不同速度和流場分布的氧控實驗。所述進氣口 4通過螺紋密封，通過旋轉螺紋的方式實現不同的通氣方式，旋轉螺紋使進氣口 4位於鉛鉍液面以上，進氣口 4將氣體通入覆蓋氣體中實現反應，旋轉螺紋使進氣口 4位於鉛鉍液面以下，進氣口 4將氣體鼓入鉛鉍中可以加快反應速度。所述出氣/出液口 5與法蘭盤10之間是螺紋密封，通過旋轉螺紋能夠實現出氣/出液口 5的升降，氧控實驗中旋轉螺紋使出氣/出液口 5位於鉛鉍液面以上，出氣/出液口5作為出氣口用來排出反應氣體，可以通過旋轉螺紋的方式使出氣/出液口 5遠離鉛鉍液面，以保證通入的混合氣體充分反應，儘快實現化學反應平衡。氧控實驗後可以旋轉螺紋使出氣/出液口 5位於鉛鉍液面以下，出氣/出液口 5作為鉛鉍出液口，通過氣體壓力將液態鉛鉍排空。
本發明與現有技術相比具有的優點如下( I)本發明的整個結構設計的結構簡單，安全性好，不需要在特殊的密閉容器中加熱狀態下進行拆卸安裝。解決了常溫固態鉛鉍下，裝置的密封連接、拆卸以及測量準確度問題，本發明易於實現和操作，可普遍用於鉛鉍氧控實驗研究。(2)本發明的出氣/出液口具備排氣和排液兩種功能，實驗過程中用於排放反應氣體，實驗後如需將鉛鉍排空，可以將其旋到液面下，通過裝置中覆蓋的氣體壓力將鉛鉍排出。(3)本發明的進氣口通過螺紋密封與法蘭盤連接，可以實現不同的通氣方式，螺紋旋轉使通氣口在鉛鉍液面以上時氣體通入覆蓋氣體中實現反應，通過旋轉使其到液面以下時氣體鼓入鉛鉍可以加快反應。(4)本發明採用電機帶動的葉片組成的攪拌器來實現對液態鉛鉍的攪拌，同時葉片與金屬連杆之間的螺紋連接可以實現對不同型號葉片的更換，實現不同流場的實驗參數需求。(5)本發明採用波紋管對攪拌器和測氧儀進行連接密封，同時能實現對密封器件的升降以及定量控制深入鉛鉍的深度，用來測量不同深度鉛鉍的溫度和氧濃度的分布。(6)本發明的熱電偶通過連接件與測氧儀相連實現升降效果，避免了再次用波紋管密封的複雜性。


圖I為本發明結構示意圖；圖2為本發明中攪拌器的葉片結構示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明包括測氧儀7、熱電偶8、攪拌器I、連接件6、第一波紋管3和第二波紋管9、密封法蘭2、進氣口 4、出氣/出液口 5。攪拌器I通過第一波紋管3連接到法蘭盤10上，攪拌器I由電機、金屬連杆和葉片組成，電機通過金屬連杆帶動葉片實現對液態鉛鉍的攪動，通過波紋管的伸縮可以定量的控制葉片深入到鉛鉍液面下的位置，實現改變液態鉛鉍流場分布的氧控實驗；所述攪拌器I的金屬連杆和葉片之間通過螺紋連接，方便拆卸安裝，也可以通過更換不同尺寸的葉片來實現不同速度和流場分布的氧控實驗；所述測氧儀7和熱電偶8通過連接件6固定在一起，測氧儀7通過第二波紋管9連接密封到法蘭盤10上，第二波紋管9的伸縮帶動測氧儀7和熱電偶8的上下移動升降，實現測氧儀7和熱電偶8的升降以及在液態鉛鉍中插入的深度用來測量不同深度鉛鉍中的溫度和氧濃度分布；所述進氣口 4和出氣/出液口 5分別通過螺紋密封的方式安裝在法蘭盤10上，通過旋轉螺紋使進氣口 4和出氣/出液口 5升降到不同的位置實現不同的功能。進氣口 4通過螺紋密封，可以通過旋轉螺紋的方式實現不同的通氣方式，旋轉在鉛鉍液面以上氣體通入覆蓋氣體中實現反應，旋轉到液面以下將氣體鼓入鉛鉍中可以加快反應速度。出氣/出液口 5與法蘭盤10之間是螺紋密封，通過旋轉螺紋可以使出氣/出液口 5升降，實驗中旋轉螺紋使其在鉛鉍液面以上作為出氣口用來排出反應氣體，通過旋轉螺紋的方式遠離鉛鉍液面，以保證通入的混合氣體充分反應，儘快實現化學反應平衡，實驗後可以旋轉螺紋使出氣/出液口 5處於液面以下作為鉛鉍出液口，通過裝置內覆蓋氣體壓力將液態鉛鉍排空。密封法蘭2通過無氧銅密封圈來密封熱電偶8和測氧儀7，在熱電偶8與測氧儀7出現狀況的 時候能夠實現拆卸替換。實驗前，法蘭10密封罐體，測氧儀7、熱電偶8、攪拌器I、出氣/出液口 5提升在固態鉛鉍上面。實驗時，鉛鉍處於加熱熔化狀態，氣體通過進氣口 4進入到反應罐中或鼓入到鉛鉍中，通過出氣/出液口 5排出尾氣，測氧儀7和熱電偶8 一起通過第二波紋管9的壓縮插入到液態鉛鉍中進行氧濃度和溫度的測量。為了實現不同流速的反應，可以通過第一波紋管3的壓縮，使攪拌器I伸入到液態鉛鉍中不同深度或更換不同類型葉片攪動液態鉛鉍來實現不同的流速流場控制反應的進行。實驗後，待鉛鉍固化之前，通過第二波紋管9的拉伸將測氧儀7和熱電偶8提升到鉛鉍液面之上，通過第一波紋管3的拉伸將攪拌器I提升到鉛鉍液面之上，通過螺紋旋轉使進氣口 4提升到鉛鉍液面之上。若要排空鉛鉍，則將出氣/出液口 5螺紋旋轉至鉛鉍底端，通過向進氣口 4鼓入氣體，將鉛鉍從出氣/出液口 5排出，全部流入到指定的容器。最後切斷進氣口的氣源，完成整個實驗操作。如圖2所示，為攪拌器I的葉片結構示意圖，葉片主要由十字形的金屬片和上端一段帶外螺紋的金屬杆組成。攪拌器I的金屬連杆下端有一段與葉片外螺紋吻合的內螺紋，葉片與金屬連杆通過內外螺紋的契合連接到一起。攪拌器I的電機通過帶動金屬連杆的旋轉帶動葉片的旋轉，旋轉方向與螺紋的旋轉方向一致。具有不同長度和寬度金屬片的葉片在電機帶動下會產生不同的流速和流場，通過更換不同外形結構的葉片可以實現不同流速和流場下的氧控實驗。
權利要求
1.一種適用於實現氧控反應的實驗裝置，其特徵在於包括測氧儀(7)、熱電偶(8)、攪拌器(I)、連接件(6)、第一波紋管(3)、第二波紋管(9)、密封法蘭(2)、進氣口(4)和出氣/出液口(5);所述攪拌器(I)通過第一波紋管(3)連接到法蘭盤(10)上；攪拌器(I)由電機、金屬連杆和葉片組成，金屬連杆與葉片連接，電機通過金屬連杆帶動葉片實現對液態鉛鉍的攪動，通過第一波紋管(3)的伸縮能夠控制葉片深入到鉛鉍液面下的位置，實現改變液態鉛鉍流場分布的實驗；所述測氧儀(7)和熱電偶(8)通過連接件(6)固定在一起，測氧儀(7)通過第二波紋管(9)連接密封到法蘭盤(10)上，第二波紋管(9)的伸縮帶動測氧儀(7)和熱電偶(8)的上下移動，實現測氧儀(7)和熱電偶(8)的升降及在液態鉛鉍中插入的深度，用來測量不同鉛鉍液面深度下的氧濃度和溫度分布；所述密封法蘭(2)用來密封熱電偶(8)和測氧儀(7);所述進氣口(4)和出氣/出液口(5)分別以螺紋的方式密封安裝在法蘭盤(10)上，通過螺紋旋轉控制進氣口(4)和出氣/出液口(5)的升降深度，實現不同的功倉泛。
2.根據權利要求I所述的一種適用於實現氧控反應的實驗裝置，其特徵在於所述攪 拌器(I)的金屬連杆和葉片之間通過螺紋連接，方便拆卸安裝，通過更換不同尺寸的葉片來實現不同速度和流場分布的氧控實驗。
3.根據權利要求I所述的一種適用於實現氧控反應的實驗裝置，其特徵在於所述進氣口(4)通過螺紋密封，通過旋轉螺紋的方式實現不同的通氣方式，旋轉螺紋使進氣口(4)位於鉛鉍液面以上，進氣口(4)將氣體通入覆蓋氣體中實現反應，旋轉螺紋使進氣口(4)位於鉛鉍液面以下，進氣口(4)將氣體鼓入鉛鉍中可以加快反應速度。
4.根據權利要求I所述的一種適用於實現氧控反應的實驗裝置，其特徵在於所述出氣/出液口(5)與法蘭盤(10)之間是螺紋密封，通過旋轉螺紋能夠實現出氣/出液口(5)的升降，氧控實驗中旋轉螺紋使出氣/出液口(5)位於鉛鉍液面以上，出氣/出液口(5)作為出氣口用來排出反應氣體，可以通過旋轉螺紋的方式使出氣/出液口( 5)遠離鉛鉍液面，以保證通入的混合氣體充分反應，儘快實現化學反應平衡；氧控實驗後可以旋轉螺紋使出氣/出液口(5)位於鉛鉍液面以下，出氣/出液口(5)作為鉛鉍出液口，通過氣體壓力將液態鉛鉍排空。
全文摘要
一種適用於實現氧控反應的實驗裝置，用於鉛鉍中不同溫度和氧濃度測控條件下的氧控相關實驗。該裝置解決了常溫固態鉛鉍下，裝置的密封連接、拆卸以及測量準確度的問題，它由波紋管、測氧儀、熱電偶、攪拌器、連接件、密封法蘭、進氣口、出氣/出液口組成。本發明採用波紋管連接密封，實現攪拌器和測氧儀的升降，解決了該反應裝置無法在常溫固態鉛鉍狀態下密封的問題；同時用連接件連接熱電偶和測氧儀，保證熱電偶和測氧儀的同步升降實現測氧儀附近液態鉛鉍中的溫度測量，使測氧儀信號對應的溫度更為準確；攪拌器的葉片與上端金屬連杆之間採用螺紋連接方便拆卸，同時可以更換不同型號的葉片實現不同的液態鉛鉍流場的實驗；密閉法蘭用來連接密封測氧儀和熱電偶便於更換。該裝置的設計特別適用於不同溫度和流速參數的液態鉛鉍氧控實驗研究。
文檔編號G01K7/04GK102749949SQ20121021991
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月29日 優先權日2012年6月29日
發明者張敏, 武欣, 王改英, 高勝, 黃群英 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院