УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛОКАЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА

Решение относится к конструкции устройств контроля параметров высокотемпературных жидких металлов и может быть использовано, например, в исследовательских стендах со свинец-висмутовым или свинцовым теплоносителем, в реакторных установках с жидкометаллическим охлаждением, в цветной металлургии.
Известно устройство для измерения направления и величины скорости потока жидкости и расплава, содержащее обтекаемое тело в виде шара, прикрепленное к одному концу изогнутой в виде рычага 90° вращающейся штанги, другой конец которой соединен с первичным преобразователем, выполненным в виде мотор-редуктора, и блок управления. Недостатком этого устройства является сильное возмущение вращающимся на штанге обтекаемым телом поля локальных скоростей потока (патент RU 2267789 кл. G01P 5/02, G01F 1/05, 2004).
Известно устройство для измерения локальной скорости жидкого металла, содержащее корпус, в котором установлен измерительный зонд с датчиком полного напора в виде трубки Пито, сообщенный с блоком регистрации давления, и механизм перемещения измерительного зонда (Г.Г.Брановер, Турбулентные магнитогидродинамические течения в трубах, Рига, 1967 г., с.134-135) - прототип.
Недостатком данного технического решения является невозможность измерения локальной скорости жидкого металла, имеющего температуру кристаллизации и плавления существенно выше температуры атмосферного воздуха, например эвтектики свинец-висмут с температурой плавления 125°С и свинца с температурой плавления 327°С, так как в конструкции данного устройства не предусмотрен обогрев заполняемых жидким металлом полостей, а также применены уплотнения, не рассчитанные на высокие температуры.
Задача, решаемая полезной моделью - расширение области применения устройства для измерения локальной скорости жидкого металла.
Технический результат - обеспечение возможности измерения локальной скорости жидких металлов, имеющих сравнительно высокие температуры плавления, например, свинец-висмутового и свинцового теплоносителей ядерных реакторов на быстрых нейтронах, в том числе и в пристенной области, что имеет существенное значение при несмачивании жидким металлом стенки, ограничивающей поток в канале.
Этот технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения локальной скорости жидкого металла, содержащем корпус, в котором установлен измерительный зонд с датчиком полного напора в виде трубки Пито, сообщенный с
блоком регистрации давления, и механизм перемещения измерительного зонда, датчик измерительного зонда выполнен в виде изогнутой капиллярной трубки, открытый конец которой расположен параллельно оси потока, а другой конец установлен в обтекателе, внутренняя полость которого сообщена с полостью капиллярной трубки и с полостью радиальной трубы измерительного зонда, установленной в направляющих, расположенных вне потока жидкого металла. Кроме того, что на участке корпуса, охватывающем радиальную трубу, установлен металлический сильфон, допускающий перемещение измерительного зонда, а блок регистрации давления выполнен в виде емкости, оборудованной электроконтактными сигнализаторами уровня жидкого металла и штуцерами газовой системы.
Возможность измерения устройством локальных скоростей жидких металлов со сравнительно высокой температурой плавления обеспечивается отказом от применения в его конструкции уплотнений из материалов с низкой температурой ползучести и плавления, таким образом устройство может эксплуатироваться при температурах до 500°С, обеспечиваемых, например, электрообогревом всех элементов устройства, содержащих жидкий металл.
На фиг. представлена схема предлагаемого устройства для измерения локальной скорости жидкого металла.
В корпусе 1 установлен перемещаемый в потоке жидкого металла 2 измерительный зонд 3, сообщенный каналом 4 с блоком 5 регистрации давления. Устройство имеет механизм 6 перемещения измерительного зонда 3. Рабочий элемент (датчик) измерительного зонда 3 выполнен в виде изогнутой капиллярной трубки 7, открытый конец которой располагается параллельно оси потока жидкого металла 2, а другой конец установлен в обтекателе 8, внутренняя полость которого сообщена с полостью капиллярной трубки 7 и с полостью радиальной трубы 9 измерительного зонда 3, установленной в направляющих 10, расположенных вне потока жидкого металла 2. Радиальная труба 9 связана с механизмом 6 перемещения зонда, а ее полость сообщена с блоком 5 регистрации давления жидкого металла. Внутренние полости корпуса 1 устройства отделены от окружающей среды сильфоном 11, герметично соединенным с корпусом 1 и с радиальной трубой 9, допуская их взаимное перемещение. Блок 5 регистрации давления выполнен в виде емкости 12 со свободным уровнем 13 жидкого металла, оборудованной электроконтактными сигнализаторами уровня 14 жидкого металла и штуцерами 15 газовой системы, и сообщенной с полостью радиальной трубы 9 посредством полностью или частично гибкого металлического гофрированного шланга 16, подключенного к нижней части емкости 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Устройство устанавливается в контур жидкого металла. Все соответствующие элементы устройства разогреваются до температуры, превышающей температуру кристаллизации жидкого металла. Заполнение устройства жидким металлом производится совместно с контуром, к которому подключено устройство. При этом жидким металлом полностью заполняются внутренние полости корпуса 1, измерительного зонда 3, шланга 16, и, частично, емкости 12 блока 5 регистрации давления, в которой устанавливается свободный уровень 13 жидкого металла, фиксируемый электроконтактным сигнализатором уровня 14.
После начала циркуляции по контуру динамический напор потока жидкого металла 2 через полости капиллярной трубки 7, обтекателя 8, радиальной трубы 9 и гибкого шланга 16 поднимает уровень 13 жидкого металла в емкости 12 блока 5 регистрации давления жидкого металла. Противодавление газа, подаваемого через штуцер 15, уравновешивает давление жидкого металла при положении его уровня 13 в районе электроконтактного сигнализатора уровня 14, что контролируется по его показаниям. Полный напор потока жидкого металла 2 в открытом конце капиллярной трубки 7 определяется разностью высотных отметок открытого конца капиллярной трубки 7 и свободного уровня 13 жидкого металла и давлением газа в емкости 12 блока 5 регистрации давления жидкого металла. Величина локального полного напора жидкого металла позволяет судить о его локальной скорости.
При необходимости произвести замер локальной скорости потока жидкого металла 2 в нескольких точках поперечного сечения потока в проточной части корпуса 1 капиллярная трубка 7 в составе измерительного зонда 3 перемещается в направляющих 10 поперек потока жидкого металла 2 за счет работы механизма 6 перемещения зонда.
Возможно измерение локальной скорости потока жидкого металла 2 при произвольной ориентации устройства в пространстве, в том числе при вертикальном, горизонтальном и наклонном направлении потока жидкого металла 2, при условии сохранения вертикального положения устройства 5 регистрации давления жидкого металла.
Применение предлагаемого технического решения позволяет производить измерение локальной скорости жидкого металла, например, свинцового и свинец-висмутового теплоносителей с температурой кристаллизации, существенно превышающих температуру атмосферного воздуха, и обеспечивает измерение локальной скорости в пристенной области потока жидкого металла, не смачивающего стенки канала, ограничивающие поток жидкого металла. Это позволяет определить экспериментально
параметры потока жидкого металла и обоснованно производить инженерные расчеты оборудования и трубопроводов контуров и систем с жидкометаллическими теплоносителями на основе свинца.