[發(fā)明專利]一種小直徑球床高溫氦氣壓降測量裝置及方法

有效

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• 申請日: 2016-03-10
• 公開（公告）號: CN105784257B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發(fā)明（設計）人: 蘇光輝;田文喜;劉鏑;秋穗正
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L13/00
• 分類號: G01L13/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發(fā)明屬于壓降測量技術領域，具體涉及一種小直徑球床高溫氦氣壓降測量裝置及方法。

技術背景

各種形式的球床廣泛應用于球床水冷堆、熔鹽堆、核聚變包層、高效換熱器、化學反應器等領域。在聚變固態(tài)包層中，球床用于增殖區(qū)產(chǎn)氚，同時使用低壓氦氣吹掃球床，載帶增殖劑小球所產(chǎn)生的氚，進入氚提取系統(tǒng)提氚，用作聚變堆自身燃料。因此，氦氣通過球床的流動阻力特性是提純系統(tǒng)設計的重要參數(shù)。聚變包層設計中，氦氣泵的選型及提純氣的流量確定都需要氦氣流動阻力確定，本研究對于聚變堆包層設計及運行具有重要意義。

聚變固態(tài)包層中的增殖區(qū)產(chǎn)氚球床直徑較小，在0.5mm左右。流速較低，小于0.5m/s。氦氣溫度較高，最高可達800℃。氦氣在球床中的流動壓降和球床孔隙率、直徑及氦氣壓力、流量、溫度有關，因此測量裝置必須能夠靈活的改變上述參數(shù)，以獲得流動不同距離下的流動壓降。目前傳統(tǒng)的實驗方法無法精確測量該小直徑球、小流量、高溫環(huán)境下的氦氣流動壓降。中國專利CN201410391127涉及一種聚變堆增殖包層球床吹氚氦氣熱工水力特性實驗裝置及方法，但該方法中球床通過電磁感應加熱，氦氣流動過程中溫度會逐步升高，難以控制恒溫，并且該方法的壓降測點少，無法測量沿程壓降。國外文獻“Performance characterization of the FLEX low pressure helium facilityfor fusion technology experiments”涉及一種氦氣回路裝置，但該裝置無法測量高溫氦氣，回路含有風機，氣密性較差。

本發(fā)明通過耐高溫高密封矩形實驗段裝載小直徑球，利用匯流方式測量多點壓降，結合熱式氣體流量計測量氣體流量、熱電偶測量溫度、減壓閥調(diào)節(jié)壓力，解決了對球床高溫氦氣沿程流動壓降的精確測量問題。

基于以上背景技術，針對國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃專項課題(2014GB114001)研究的任務需求，特提出本發(fā)明專利。

發(fā)明說明

為了解決上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供了一種小直徑球床高溫氦氣壓降測量裝置及方法，能夠精確的獲得高溫氦氣沿程壓降，解決了高溫氦氣的加熱及球床密封問題；解決了實驗段入口氦氣壓力、流量、溫度不均衡及難以調(diào)整的現(xiàn)有技術缺陷。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種小直徑球床高溫氦氣壓降測量裝置，包括氦氣瓶1，連接在氦氣瓶1出口管路上的加熱段和實驗段14，連接在實驗段14管路出口的止回閥17，在連接氦氣瓶1出口與加熱段的管路上設置有可調(diào)減壓閥2和氣體質(zhì)量流量計3；所述加熱段的管壁上纏繞有加熱絲4，且加熱段連接有高壓側(cè)引壓管8和熱電偶6，高壓側(cè)引壓管8上依次設置有冷卻器13、針型閥12、壓力表5和差壓表9；所述實驗段14進口及出口法蘭處通過法蘭金屬濾芯7對實驗段14內(nèi)的小直徑球15進行密封，且實驗段14沿管內(nèi)氣體流動方向沿程布置多個壓力測點，每個壓力測點連接低壓側(cè)引壓管11，實驗段14與低壓側(cè)引壓管11通過引壓管金屬濾芯16進行密封，低壓側(cè)引壓管11匯集至匯流排10中，在各低壓側(cè)引壓管11上設置有進行流量通斷的針型閥12，各針型閥12上游設置有用于冷卻高溫氣體的冷卻器13；所述加熱段上設置的高壓側(cè)引壓管8出口連接至匯流排10。

所述加熱段的加熱絲4外部覆蓋有加熱段保溫棉18，所述實驗段14管壁外覆蓋有實驗段保溫棉19。

所述實驗段14為圓管內(nèi)切割的矩形槽。

所述小直徑球15采用耐高溫不銹鋼制造，直徑為0.1mm‐1mm。

所述實驗段14的長度為500mm，沿程設有5個壓力測點。

上述所述小直徑球床高溫氦氣壓降測量裝置的測量方法，包括如下步驟：

步驟1:調(diào)節(jié)可調(diào)減壓閥2的開度以及加熱絲4的加熱功率，獲得所需的流量、壓力及氣體溫度；

步驟2:在關閉所有引壓管針型閥情況下，打開高壓側(cè)引壓管8處針型閥12；

步驟3:打開一個低壓側(cè)引壓管11處針型閥12；

步驟4:讀取差壓表9的數(shù)據(jù)，獲得的數(shù)據(jù)為該低壓側(cè)引壓管11處針型閥12所在引壓管所連的壓力測點與高壓側(cè)引壓管壓力測點間的壓降，即為氣體流過這段距離的壓降；

步驟5:關閉步驟3打開的針型閥12，打開下一個針型閥12，重復步驟3和步驟4，直至所有壓降測量完成；所有測量的壓降即為氣體沿程壓降；

步驟6:再結合氣體質(zhì)量流量計3所測量的流量、壓力表5所測量的壓力以及熱電偶6所測量的溫度，即得到該流量、壓力、溫度下的氣體沿程壓降。