[发明专利]一种钟罩式密封液态重金属旋转装置

说明书

技术领域

本发明涉及了一种钟罩式密封液态重金属旋转装置，通过营造高速度场和温度场，为结构材料在液态金属中的腐蚀行为特性研究提供实验平台，为高温高速流体场中材料的应用、选材、设计及结构优化提供技术支持和实验依据。

背景技术

铅基合金因其特殊的物理化学性质成为第四代堆型液态重金属反应堆的散裂靶靶材和首选冷却剂。但是铅基合金与结构材料之间相容性问题是ADS反应堆商用化之前必须解决的关键问题。虽然国际上已开展了诸多研究，但流速均在低于2m/s的条件下进行。未来商用化铅基合金反应堆冷却剂的流动主要借助核主泵驱动，其叶轮材料的抗腐蚀与冲蚀性能直接决定了堆的稳定运行和安全；除核主泵过流部件外，堆内部分构件也同样会处于较高速度场和较高温度场的极端环境下，由此带来的腐蚀和侵蚀作用将有可能直接破坏堆内结构并带来安全隐患。此外，铅基回路技术中强迫循环实验回路所使用的驱动机械泵，其过流部件所经受的流体冲击速度可达10m/s甚至更高,腐蚀现象尤为严重，将直接影响机械泵整体性能。

因此，通过开展结构材料在高温高流速场下的腐蚀实验研究，不仅可以对反应堆堆结构材料、核主泵结构材料、机械泵过流部件材料等进行选择；还可对这些结构材料的成分进行优化设计，熔炼制备抗腐蚀性能更好的材料；同时还可以利用流体力学与水力设计方法对这些过流部件的结构进行设计，优化构型以减小高速流场的冲刷腐蚀作用。

现有液态重金属旋转装置主要是电磁驱动式，利用异性磁极相互作用的原理，通过一端磁极转子的转动带动密封在容器内另一端磁极转子的转动，虽然该类装置的优点是密封性较高，但由于实验状态下该装置处于高温状态，从而会影响磁极转子的磁场强度性能，出现高温消磁现象，进而影响旋转的转速，不能开展超高温条件下的旋转实验研究，所以该类装置的无法满足高速与超高温实验需求。此外，常规机械密封和填料密封不仅存在磨损问题，还需要外加气体保护与监控措施，用以防止外界空气进入实验装置，该类装置结构复杂，成本较高；且密封系统也会处在高温状态下，也将使得密封寿命大大降低。

因此，本发明通过采用钟罩式密封不仅能够满足液态重金属实验装置密封需求，同时能够在变频电机的驱动下开展超高速实验，也因不存在高温消磁效应而能开展超高温实验研究，可大幅提高旋转装置的运行速度与工作温度，有利于开展更广泛的科学研究。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有电磁转子驱动技术的转速较低、高温消磁不足，同时避免常规机械密封易磨损和更换的缺点，提供一种钟罩式密封液态重金属旋转装置，具有可靠的密封性，可开展超高温800℃和高流速10-20m/s条件下的实验研究。

本发明的技术解决方案：一种钟罩式密封液态重金属旋转装置，其特征在于包括：变频电机1、熔盐融化箱2、导流管3、阀门4、插入式热电偶5、液位计6、液位罐7、连通管8、下钟罩外壳9、集液箱10、联轴器11、滚轴系统12、扇叶法兰13、波纹管14、电机支架15、导气管16、真空阀17、支持杆18、驱动轴19、轴样品实验段20、下钟罩内壳21、上钟罩23、下钟罩内壳中空区24和大法兰25；所述集液箱10位于整个装置的下部，电机支架15通过法兰与集液箱10相连，电机支架15上端是变频电机1，变频电机1固定在电机支架15上；滚轴系统12用于支撑和固定驱动轴19，联轴器11下端与驱动轴19相连，联轴器19上端与变频电机1相连；轴样品实验段20位于驱动轴19的最下端；下钟罩外壳9和下钟罩内壳21位于电机支架15下面的大法兰25上；扇叶法兰13固定在驱动轴19上，波纹管14通过法兰分别与扇叶法兰13和下钟罩外壳9上的法兰连接起来；支撑杆18连接在波纹管14下端法兰上，上钟罩23与驱动轴19连在一起，上钟罩23位于下钟罩内壳21和下钟罩外壳9之间，导气管16焊接在大法兰25上，真空阀17装配在导气管16上；液位罐7固定在大法兰25上，并通过连通管8与下钟罩外壳9的相连；导流管3、插入式热电偶5和液位计6连接在液位罐7上，熔盐融化箱2的位置高于液位罐7，阀门4装配在导流管3上，熔盐熔化罐2和液位罐7之间可用阀门4进行隔断。

所述扇叶法兰13与驱动轴19的连接采用密封焊接，在整个设备抽真空排出空气阶段，扇叶法兰13与波纹管14上端法兰连接起到密封作用，在变频电机1运行时则与波纹管法兰分开随着驱动轴19同步转动，同时其上端的扇叶可起到风冷效果，阻止热量沿驱动轴1）传递给变频电机1。