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CN115326321A - 互感式液态金属泄漏监测装置及其应用 - Google Patents

互感式液态金属泄漏监测装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种互感式液态金属泄漏监测装置及其应用，互感式液态金属泄漏监测装置包括用于插入泄漏监测位置中的探测传感器；所述探测传感器包括可弯曲的管体、设置在所述管体一端部的探头组件、穿设在所述管体内并与所述探头组件连接的电缆；所述探头组件包括与所述管体连接的保护套、设置在所述保护套内的线圈骨架、依次缠绕在所述线圈骨架上的初级线圈和次级线圈；所述初级线圈和次级线圈的接头分别穿过所述线圈骨架，连接所述电缆。本发明的互感式液态金属泄漏监测装置，基于电磁感应原理进行监测，无需接触被测介质，避免由于杂质污染、绝缘老化等导致的误触发问题，有效降低误报率；具有可靠性高、灵敏度高等优点。

Description

互感式液态金属泄漏监测装置及其应用
技术领域
本发明涉及液态金属泄漏监测技术领域，尤其涉及一种互感式液态金属泄漏监测装置及其应用。
背景技术
液态金属具有密度大、温度高、腐蚀性强等特征，使得金属管道、罐箱、连接法兰和阀门等金属部件更容易受到热老化和腐蚀影响，进而导致泄漏。部分化学性质活泼的液态金属，如钠，在与空气接触会发生剧烈的燃烧，导致严重的后果；同时在液态金属快堆中，用于一回路冷却剂的液态金属具有较高的放射性，因此需采取有效的手段对其泄漏进行监测。
针对液态金属泄漏监测，目前主要采用接触式探测器。接触式探测器基于液态金属的导电性，当用于探测的两根导线由于泄漏的液态金属造成短接时发出报警，在钠冷快堆具有成熟而广泛的应用。由于探测器具有体积小、安装灵活的特点，可用于管道、泵、容器和法兰等部件的泄漏探测。但是，由于接触式探测器的探头直径非常小(毫米级)，接触式探测器易受杂质干扰、绝缘老化、线芯弯曲误触碰等因素的影响，导致误报率高。
此外，由于探测器处于高温辐射环境，探测器探针易发生氧化，形成氧化膜使探针导电性能下降，无法正确地监测泄漏。如果液态金属没充分的润湿电极，可能无法及时探测到液态金属泄漏。在某些环境恶劣的重要监测部位，对探测器灵敏度和准确度具有更高的要求，并且需考虑探测器多样化设计，因而需提出新的监测手段以精准地监测液态金属的泄漏。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种互感式液态金属泄漏监测装置及其应用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种互感式液态金属泄漏监测装置，包括用于插入泄漏监测位置中的探测传感器；
所述探测传感器包括可弯曲的管体、设置在所述管体一端部的探头组件、穿设在所述管体内并与所述探头组件连接的电缆；
所述探头组件包括与所述管体连接的保护套、设置在所述保护套内的线圈骨架、依次缠绕在所述线圈骨架上的初级线圈和次级线圈；所述初级线圈和次级线圈的接头分别穿过所述线圈骨架，连接所述电缆。
优选地，所述探头组件的外径≤26mm。
优选地，所述保护套朝向所述管体的端部设有凸出的第一环形台阶，所述第一环形台阶上设有外螺纹；所述管体朝向所述保护套的端部设有凸出的第二环形台阶，所述第二环形台阶上设有与所述外螺纹相适配的内螺纹；
所述第一环形台阶和第二环形台阶通过螺纹配合紧密连接。
所述管体内设有若干沿其轴向间隔排布的支撑结构，所述支撑结构连接在所述管体的内壁面和电缆的外周面之间，对所述电缆进行定位支撑。
优选地，所述管体为金属软管。
优选地，所述保护套采用耐高温的无磁不锈钢制成。
优选地，所述初级线圈和次级线圈分别采用不锈钢铠装氧化镁绝缘的单芯镍电缆缠绕形成。
优选地，所述互感式液态金属泄漏监测装置还包括布置在泄漏监测位置，用于所述探测传感器插入其中的导向筒。
优选地，所述导向筒为一端封闭、另一端开放的筒体结构；
所述探测传感器的探头组件插入至所述导向筒的封闭端内。
优选地，所述互感式液态金属泄漏监测装置还包括与所述探测传感器连接的监测仪表；所述监测仪表为所述探测传感器的初级线圈提供稳定的交流电源，接收并处理所述次级线圈输出的信号。
优选地，所述泄漏监测位置包括双层容器的夹层缝隙、管道、罐体、箱体、连接法兰、阀门。
本发明还提供一种互感式液态金属泄漏监测装置的应用，将所述探测传感器伸入至装液态金属的双层容器的夹层缝隙中。
本发明的互感式液态金属泄漏监测装置，基于电磁感应原理进行监测，无需接触被测介质，避免由于杂质污染、绝缘老化等导致的误触发问题，有效降低误报率；具有可靠性高、灵敏度高等优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的互感式液态金属泄漏监测装置在双层容器上的剖面结构示意图；
图2是本发明一实施例的互感式液态金属泄漏监测装置中探测传感器的的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
参考图1-2，本发明一实施例的互感式液态金属泄漏监测装置，包括探测传感器10、导向筒20以及监测仪表30。
探测传感器10用于插入泄漏监测位置中。导向筒20用于设置在泄漏监测位置处，为探测传感器10提供一个探测通道，同时将探测传感器10与被测介质(如液态金属)进行隔离，避免被测介质接触探测传感器10而污染或腐蚀探测传感器10。
监测仪表30与探测传感器10连接，为探测传感器10提供稳定的交流电源，并且接收来自探测传感器10输出的信号，根据信号判断泄漏监测位置是否发生泄漏。在判断为泄漏的情况下，还可发出警报。
其中，探测传感器10包括管体11、探头组件12以及电缆13。探头组件12连接在管体11的一端，作为探测传感器10的探头部分。电缆13穿设在管体11内并与探头组件12连接。电缆13远离探头组件12的一端可穿出管体11外，以与监测仪表30连接。
管体11可根据泄漏监测位置设置不同长度，并且具备弯曲能力，实现在弯曲路径中的布置。管体11优选为金属软管。
为将电缆13定位在管体11内，避免在管体11内移动或堆积等，管体11内可设有若干沿其轴向间隔排布的支撑结构14，支撑结构14连接在管体11的内壁面和电缆13的外周面之间，对电缆13进行定位支撑。
作为选择，支撑结构14可以是环形支架、环形支撑片等，其外周固定在管体11的内壁面上，中部孔供电缆13穿过，并且与电缆13之间为紧配合。
本发明中，探头组件12包括与管体11连接的保护套121、设置在保护套121内的线圈骨架122、依次缠绕在线圈骨架122上的初级线圈123和次级线圈124。初级线圈123和次级线圈124的接头分别穿过线圈骨架122，可再通过导线连接电缆13。
具体地，保护套121为两端开放的筒状体，轴向连接在管体11的端部。作为保护套121和管体11的选择性连接方式，在图2中所示实施例中，保护套121朝向管体11的端部设有凸出的第一环形台阶125，第一环形台阶125上设有外螺纹(未图示)；管体11朝向保护套121的端部设有凸出的第二环形台阶111，第二环形台阶111上设有与外螺纹相适配的内螺纹(未图示)；第一环形台阶125和第二环形台阶111通过螺纹配合紧密连接，实现了保护套121与管体11在轴向上的连接。
在其他实施例中，保护套121和管体11之间还可通过卡套、螺纹、焊接、过盈配合等方式实现连接。
线圈骨架122紧密配合在保护套121内，通过保护套121对其进行定位支撑。如图2所示，线圈骨架122可为工字型骨架，初级线圈123紧密缠绕在线圈骨架122上，次级线圈124紧密缠绕在初级线圈123外侧，初级线圈123和次级线圈124均处于工字型骨架的凹部内。
为与电缆13连接，线圈骨架122朝向电缆13的端面上设有通孔(未图示)，初级线圈123和次级线圈124的接头分别穿过通孔并与电缆13连接。
在材料方面，保护套121采用耐高温的无磁不锈钢制成，确保保护套121具有较高的透磁性能，以使在保护套121中的磁损失率降到最低。线圈骨架122采用耐高温、弱磁导性的304不锈钢制成。初级线圈123和次级线圈124分别采用不锈钢铠装氧化镁绝缘的单芯镍电缆缠绕形成。初级线圈123和次级线圈124的线缆直径优选限制在1mm内。
进一步地，为了方便探测传感器在狭窄环境中使用，探头组件12的尺寸在满足工艺和性能要求前提下尽可能小设置，例如探头组件12的外径≤26mm，即探测传感器10的探头部分的外径≤26mm。
线圈骨架122的尺寸、初级线圈123和次级线圈124的线圈层数和匝数，电缆13长度、电源频率等可根据监测环境进行调整，以适应不同环境的需求。
导向筒20为一端封闭、另一端开放的硬质筒体结构，具有一定的结构强度。导向筒20内部中空的通道形成探测通道，用于探测传感器10插入其中。导向筒20作为探测传感器10的保护外壳，对探测传感器10起到导向、定位以及隔离被测介质(如液态金属)的作用，可根据泄漏监测位置设置不同长度。
导向筒20可固定或成型在泄漏监测位置所在的器件上，如容器、管道、阀门等器件上。导向筒20的封闭端应能够处于泄漏监测位置的监测点。
探测传感器10插入导向筒20时，以探测组件12从导向筒20的开放端插入，直至探头组件12达到导向筒20的封闭端内。导向筒20的内径对应探测传感器10的外径设置，以稍大于探测传感器10的外径设置为优，在方便探测传感器10自由插拔的同时，尽量减少导向筒20外部被测介质与探测传感器20之间的距离，确保探测传感器10的灵敏度及探测准确性。
导向筒20可为不锈钢筒体，进一步优选采用耐高温的无磁不锈钢制成，发生液态金属泄漏时，充当探测传感器10的密封边界，避免探测传感器10与液态金属直接接触。
结合探头组件12的结构形式，监测仪表30为探测传感器10的初级线圈123提供稳定的交流电源，接收并处理次级线圈124输出的信号。具体地，该监测仪表30设有电源转换模块和CPU处理模块，电源转换模块用于给初级线圈123提供稳定的交流电源，CPU处理模块主要用于处理次级线圈124输出的信号，判断是否发生泄漏并输出报警。此外，信号处理和阈值报警功能后续也可集中在全厂控制系统(DCS)集成实现。
探测传感器10中，通过管体11的可弯曲设置，使得探测传感器10整体在导向筒20内为可弯曲自由插拔设计。管体11满足结构强度要求的同时具备一定的弯曲能力，以便在长距离、狭窄和弯曲路径环境中将探头组件12伸到监测位置探测。正常运行工况下，探测传感器10在含辐射、高温环境中持续工作，在探测传感器10由于长时间运行导致的性能下降或探测传感器10故障等情况下，探测传感器10可从导向筒20中抽出进行维修或更换。
本发明的互感式液态金属泄漏监测装置，适用的泄漏监测位置包括双层容器的夹层缝隙、管道、罐体、箱体、连接法兰、阀门等等。
下面以本发明的互感式液态金属泄漏监测装置在双层容器40上的应用为例进行说明。
如图1所示，根据双层容器40的夹层缝隙41的深度及弯曲度，导向筒20在双层容器40制备时成型在其夹层缝隙41中，导向筒20的开放端对应在夹层缝隙41的开口处，导向筒20的封闭端延伸至双层容器40的底部。将探测传感器10伸入至双层容器40的夹层缝隙41中，直至探头组件12到达导向筒20的封闭端。
探测传感器10的电缆13连接至监测仪表30。启动监测仪表30，通过监测仪表30为探测传感器10提供稳定的交流电源。探测传感器10的探头组件12在夹层缝隙41中，对双层容器40所装的液态金属是否泄漏至夹层缝隙41中进行监测。其中，在初级线圈123施加高频恒流源激励，使次级线圈124通过交变磁通产生感应电动势。当发生液态金属泄漏时，初级线圈123产生的交变磁通在液态金属产生涡流，产生与主通量反向的磁通，通过次级线圈124的净磁通量减少，次级线圈124的电动势降低，从而通过测量次级线圈124电动势可判断是否发生泄漏。即：当监测仪表30接收到的次级线圈124输出信号(电动势对应信号)，处理信号获得次级线圈124的电动势，通过对比电动势，从电动势是否降低判断是否发生泄漏。当电动势降低，则说明发生液态金属泄漏。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，包括用于插入泄漏监测位置中的探测传感器；
所述探测传感器包括可弯曲的管体、设置在所述管体一端部的探头组件、穿设在所述管体内并与所述探头组件连接的电缆；
所述探头组件包括与所述管体连接的保护套、设置在所述保护套内的线圈骨架、依次缠绕在所述线圈骨架上的初级线圈和次级线圈；所述初级线圈和次级线圈的接头分别穿过所述线圈骨架，连接所述电缆。
2.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述探头组件的外径≤26mm。
3.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于， 所述保护套朝向所述管体的端部设有凸出的第一环形台阶，所述第一环形台阶上设有外螺纹；所述管体朝向所述保护套的端部设有凸出的第二环形台阶，所述第二环形台阶上设有与所述外螺纹相适配的内螺纹；
所述第一环形台阶和第二环形台阶通过螺纹配合紧密连接。
4.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述管体内设有若干沿其轴向间隔排布的支撑结构，所述支撑结构连接在所述管体的内壁面和电缆的外周面之间，对所述电缆进行定位支撑。
5.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述管体为金属软管。
6.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述保护套采用耐高温的无磁不锈钢制成。
7.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述初级线圈和次级线圈分别采用不锈钢铠装氧化镁绝缘的单芯镍电缆缠绕形成。
8.根据权利要求1所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述互感式液态金属泄漏监测装置还包括布置在泄漏监测位置，用于所述探测传感器插入其中的导向筒。
9.根据权利要求8所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述导向筒为一端封闭、另一端开放的筒体结构；
所述探测传感器的探头组件插入至所述导向筒的封闭端内。
10.根据权利要求1-9任一项所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述互感式液态金属泄漏监测装置还包括与所述探测传感器连接的监测仪表；所述监测仪表为所述探测传感器的初级线圈提供稳定的交流电源，接收并处理所述次级线圈输出的信号。
11.根据权利要求1-9任一项所述的互感式液态金属泄漏监测装置，其特征在于，所述泄漏监测位置包括双层容器的夹层缝隙、管道、罐体、箱体、连接法兰、阀门。
12.一种权利要求1-11任一项所述的互感式液态金属泄漏监测装置的应用，其特征在于，将所述探测传感器伸入至装液态金属的双层容器的夹层缝隙中。
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