[发明专利]一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统

说明书

本发明公开了一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，包括设置在液态金属泵的泵轴和泵壳上的磁场生成系统、设置在液态金属泵的泵叶片表面处的探针阵列，通过与探针阵列通过导电金属丝与泵轴中的输出信号线连接，输出信号线与电势采集系统连接，电势采集系统与转换器连接，转换器输出液态金属在整个叶片表面上的相对流速。该测量系统可以实现对液态金属泵叶片上流体相对流速的精确测量。本发明克服了液态金属动态系统流速难以测量的难点，可用于液态金属对壁面材料腐蚀速率的研究。

技术领域

本发明属于流速测量技术领域，尤其涉及一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统。

背景技术

液态金属由于其良好的导热特性等优点，被用作反应堆的冷却剂材料，目前国内外针对小型模块化快堆的研究主要集中于固定式反应堆的概念设计，一回路大多采用自然循环，为满足自然循环所需压差，无法满足核电源反应堆移动式运行对尺寸紧凑性的要求。为了解决这一问题，目前广泛使用主循环泵驱动一回路冷却剂循环运动。主循环泵起到给冷却剂增压的作用，以满足设备的运行要求。

一些液态金属在流动时会对主泵的壁面材料有一定的腐蚀作用，如铅铋合金。铅铋合金与泵体壁面材料长期接触时，Fe等元素会溶解于铅基冷却剂中，从而使也叶片遭受较强的腐蚀作用，腐蚀的速率与液态金属和壁面之间的相对流速有关。液态金属的流速越大，对壁面材料的腐蚀速率也就越大。为了研究液态金属对壁面材料的腐蚀作用，就需要测量其在叶片表面处的相对流速，并结合实验，研究出相对流速和腐蚀速率之间的关系。

由于液态金属的不透明性和较高的温度，许多传统的流速测量方法都无法使用或者不能取得良好的效果。一些简单的测量液态金属流速的方法由于精度较低而且容易受到外界条件的干扰，往往不能满足实验的要求。近些年新出现的测量液态金属流速的方法，如温度相关性方法，不能很方便的测量出叶片旋转时液态金属在叶片表面处的相对流速。因为循环回路中的液态金属温度较高，加热的电阻丝难以使流体的温度有明显的变化。

目前已有的专利，如申请公布号为CN 110794164 A，名称为强磁场下液态金属速度场高时空精度的测量系统及方法。该系统不适用于运动结构设备内液态金属流速的测量，难以运用到不断旋转的泵叶片中，在外部的强磁场下，叶片旋转时切割磁感线会对测量造成影响，使测量难以进行。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，基于电磁感应原理，通过采集电势探针上产生的电势信号，得到液态金属与泵叶片之间的相对流速信息。设计磁场生成系统、探针的排布方式、电势信号的采集方式及数据的处理方法等，提供研究液态金属对泵叶片腐蚀速率的影响的方案。

为实现上述目的，本发明采用以下方案：

一种液态金属泵叶片表面处液态金属流速测量实验系统，包括设置在液态金属泵的泵轴1-1和泵壳1-2上的磁场生成系统、设置在液态金属泵的泵叶片1-9表面处的探针阵列1-8，通过与探针阵列1-8连接的导电金属丝1-4以及泵轴1-1中的输出信号线1-5连接的位于液态金属泵外的电势采集系统1-6，与电势采集系统1-6连接的转换器1-7；

所述泵轴1-1包括泵轴外壳2-4和泵轴中心层2-7；所述磁场生成系统包括固定设置在泵轴外壳2-4与泵轴中心层2-7间的内环形磁铁2-5和内环磁屏蔽层2-6，其中内环磁屏蔽层2-6与泵轴中心层2-7接触位于内环形磁铁2-5内部；所述磁场生成系统还包括固定设置在泵壳1-2外部的外环形磁铁2-2以及设置在外环形磁铁2-2外部的外环磁屏蔽层2-1；

所述泵叶片1-9安装在泵轴外壳2-4上，探针阵列1-8分布在泵叶片1-9的不同空间位置上，以此来测量叶片上不同空间位置处液态金属与泵叶片之间的相对流速；