一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置

技术领域

本发明涉及液态金属高温腐蚀技术领域，具体涉及一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置。

背景技术

泵、阀门、管道、核燃料组件等反应堆结构材料与高温液态金属接触时会发生包括氧化、溶解、冲蚀和微动磨损等多种腐蚀现象，因此在高温液态金属环境中开展结构材料的动态腐蚀试验对于快堆研发和安全运行是必不可少的。在液态金属环境中开展动态腐蚀试验过程中，试验样品取样和换料是最关键步骤之一；已有的换料方式主要为两种：离线换料和在线换料，离线换料需要关闭装置取料和换料，换料过程繁琐，需要花费大量的时间；在线换料可直接在液态金属环境中进行样品取出及安装，大幅缩减了实验步骤，显著的节省能源以及时间成本，但是在线换料时，由于管道内部存在高温高压气体，取出样品时，会使得高温高压气体与液态金属喷溅出来，对换料人员造成伤害。

鉴于此，现有技术还有待改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置，旨在解决现有液态金属高温腐蚀实验中，管道换料口存在高温高压气体，换料时会造成高温高压气体与液态金属喷溅而出的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置，其特征在于，包括：

手套箱；

实验回路管道，其顶部具有开口并位于所述手套箱内部，所述实验回路管道的中部一侧设置有管道出口，所述管道出口位于所述手套箱的底部；

排气管，与位于所述手套箱内的所述实验回路管道相连通，并贯穿所述手套箱的侧壁，所述排气管上设置有排气阀，所述排气阀位于所述手套箱外；

密封盖板，设置于所述开口的正上方，所述密封盖板的底部设置有样品杆，所述样品杆位于所述实验回路管道内；

升降组件，设置于所述手套箱的内部，所述升降组件与所述密封盖板相连接，用于驱动所述密封盖板竖向移动，以对所述开口进行封闭与打开。

进一步的，所述实验回路管道的顶部一侧连接有压力表，所述实验回路管道以及所述排气管上缠绕设置有加热带。

进一步的，所述加热带包括：

第一加热带，设置于所述实验回路管道的下部，所述第一加热带的顶壁位置高于所述管道出口的位置；

第二加热带，设置于所述实验回路管道的上部以及所述排气管上。

进一步的，所述实验回路管道上套设有法兰，所述法兰通过螺栓与所述手套箱底壁连接。

进一步的，所述法兰的内部设置有水冷盘，所述水冷盘与外部的水泵相连通，以形成回路。

进一步的，所述升降组件包括：

手摇器，设置于所述手套箱内部；

棘轮限制器，设置于所述手套箱内部，且位于所述手摇器的上部；

滑轮组，设置于所述手套箱内部，且位于所述棘轮限制器的上部；

拉绳，所述拉绳一端设置于所述手摇器上，另一端经过所述棘轮限制器以及所述滑轮组设置于所述密封盖板的顶壁。

进一步的，所述排气管与所述实验回路管道侧壁倾斜设置。

进一步的，所述手套箱的两侧分别设置有大物品舱和小物品舱。

进一步的，所述手套箱的内顶壁设置有气体纯化装置。

进一步的，所述手套箱的内顶壁设置有照明装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，手套箱底部设置有实验回路管道，实验回路管道顶部具有开口并部分位于手套箱内部，实验回路管道的中部一侧设置有管道出口，且管道出口位于手套箱的底部，位于手套箱内部的实验回路管道的一侧连通有排气管，并贯穿手套箱的侧壁，且排气管上设置有排气阀，开口的上方设置有密封盖板，且密封盖板底部设置有样品杆，样品杆可通过开口放置在实验回路管道内，手套箱的内部还设有升降组件，升降组件与密封盖板相连接，用于驱动密封盖板竖向移动，对开口进行封闭与打开；在线换样时，通过打开排气阀，使得实验回路管道内顶部的高温气体进行释放，减少实验回路管道顶部气体的压力，防止高温高压气体与液态金属喷溅至手套箱内部，有效的避免了手套箱内的装置或设备因高温损坏，同时管道出口设置在实验回路管道的中部位置，使其与开口有一定距离，也可以有效的防止液态金属喷溅出来，避免对换料人员造成伤害。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明升降组件结构示意图。

图中所述数字标注表示为：1、手套箱；11、大物品舱；12、小物品舱；13、气体纯化装置；14、照明装置；2、实验回路管道；21、管道出口；22、压力表；23、加热带；3、排气管；31、排气阀；4、密封盖板；41、样品杆；42、样品架；5、升降组件；51、手摇器；52、棘轮限制器；53、滑轮组；54、拉绳；6、法兰；61、水冷盘。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

鉴于现有技术的不足之处，本实施例提供了一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置，具体可参照如下所述：

如附图1所示，一种液态金属环境动态腐蚀样品在线换料装置包括手套箱1、实验回路管道2、排气管3、密封盖板4以及升降组件5，手套箱1的底部设置有实验回路管道2，且实验回路管道2贯穿手套箱1底壁，部分延伸至手套箱1内部，实验回路管道2底部的连接口为管道进口，实验回路管道2的中部一侧设置有管道出口21，管道出口21位于手套箱1的底部，管道进口与管道出口21均与外部液态金属循环输送设备相连接，以实现液态金属在实验回路管道2内部的流动，实验回路管道2的顶部设置有开口，位于手套箱1内部的实验回路管道2的顶部一侧连通有排气管3，即排气管3与实验回路管道2连接的位置位于手套箱1内部，且排气管3远离实验回路管道2的一端贯穿手套箱1的侧壁，排气管3的出口位于手套箱1的外部，排气管3上设置有排气阀31，且排气阀31位于手套箱1外，通过打开排气阀31可将实验回路管道2顶部的高温高压气体排出，实验回路管道2的开口正上方设置有密封盖板4，密封盖板4的底部设置有样品杆41，样品杆41是用于测试动态腐蚀的，样品杆41可经过开口放置在实验回路管道2内部，且样品杆41的下部位于管道出口21与管道进口之间，手套箱1内部还设置有升降组件5，升降组件5与密封盖板4相连接，用于驱动密封盖板4竖向移动，以对开口进行封闭与打开，同时也用于将样品杆41移动出实验回路管道2或者移动入实验回路管道2内。

具体的，通过外部液态金属输送设备与管道进口以及管道出口21连接，向实验回路管道2内部注入液态金属，液态金属会通过管道出口21流出，实验时，需要先通过升降组件5将密封盖板4竖向移动至实验回路管道2的开口位置，并对开口进行密封，防止实验回路管道2内部的高温气体流动至手套箱1内，样品杆41位于实验回路管道2内，且部分位于管道出口21与管道进口之间，同时实验回路管道2内部的液态金属液位要略高于管道出口21，要低于手套箱1底壁，通过在实验回路管道2内部不断输入液态金属，对样品杆41进行腐蚀测试；

当需要更换样品杆41时，将实验回路管道2内的液态金属的温度与流速降低至较低的水平，缓慢打开排气阀31，将实验回路管道2上部的高温高压气体排出，保证实验回路管道2内部的高温气体压力处于低状态下，避免造成高温高压气体以及液态金属喷溅而出，防止对换料人员造成伤害，然后关闭排气阀31，通过升降组件5，将密封盖板4以及样品杆41向上提拉，直至样品杆41完全脱离实验回路管道2，然后通过手套箱1的手套孔进行更换样品杆41，再通过升降组件5，将样品杆41放置到实验回路管道2内部，密封盖板4密封实验回路管道2顶部的开口，调整液态金属的温度与流速至预定水平，进行下一组实验即可。

在本申请中一实施例，实验回路管道2的顶部一侧连接有压力表22，压力表22位于手套箱1内部，实验回路管道2以及排气管3上缠绕设置有加热带23，加热带23用于给实验回路管道2以及排气管3进行加热，实验回路管道2与手套箱1底壁接触位置使用隔温圈进行隔开，防止加热带23加热时，对手套箱1造成损坏；压力表22是用于检测实验回路管道2内顶部的气体的压力，防止在使用排气管3排气后，还存在一定压力的高温气体，在打开密封盖板4时，高温气体与液态金属溅射到手套箱1内部，避免对手套箱1内部的设备造成损坏；

进一步的，压力表22通过管道与实验回路管道2的顶部连通，在更换样品杆41时，会有一定的金属液态流动至压力表22与实验回路管道2连接位置，然后凝固，使得压力表22检测不到准确的压力值，同时排气过程中，气体也会夹带液态金属附着到压力表22与实验回路管道2连接的位置，甚至进入压力表22与实验回路管道2连接的管道内，凝固后对管道进行封堵；本申请在实验回路管道2外侧设置有加热带23，当需要更换样品杆41时，先通过加热带23对实验回路管道2进行加热，防止液态金属凝固在实验回路管道2的顶部侧壁上，不仅影响压力表22的检测，而且也会影响样品杆41的放置；同时排气过程中，气体也会夹带液态金属附着到排气管3内壁，通过在排气管3外部缠绕加热带23，可以有效防止液态金属在排气管3内壁凝固，影响后续排气。

在本实施例中，排气管3与实验回路管道2侧壁倾斜设置，排气管3沿实验回路管道2连接处向手套箱1顶壁倾斜设置，可通过实验要求进行一定角度的倾斜设置，目的是为了方便液态金属在重力作用下回流至实验回路管道2内，防止在排气管3内壁进行凝固。

在本实施例中，加热带23包括第一加热带23与第二加热带23，第一加热带23位于实验回路管道2的下部，第一加热带23的顶壁位于高于管道出口21的位置，第一加热带23的顶部高于实验回路管道2内部液态金属的液位，以对实验回路管道2内部流动的液态金属进行加热，防止液态金属与外界换热凝固；第二加热带23底壁与第一加热带23的顶壁接触，使得第一加热带23与第二加热带23进行衔接，保证实验回路管道2外表面均被加热带23覆盖，第二加热带23从第一加热带23顶壁延伸至实验回路管道2的开口位置，同时排气管3上也缠绕有第二加热带23；第一加热带23与第二加热带23分开控制，第一加热带23在实验开始，始终对实验回路管道2进行加热，第二加热带23在进行换料的时候，进行加热，保证实验回路管道2顶部的内壁凝固的液态金属变为液体，方便样品杆41在实验回路管道2内部升降，同时也防止排气管3内有液态金属凝固，第一加热带23与第二加热带23分开控制，也可以节省能源。

在本申请中一实施例，手套箱1为现有技术，手套箱1整体采用透明玻璃制作，方便人工观察内部的情况，以及通过手套箱1的手套孔进行更换样品杆41等。

在本申请中一实施例，样品杆41的底部设置有多个样品架42，样品架42为槽孔，竖向间隔设置在样品杆41内部，且呈贯穿设置，可将样品挂设在样品架42上，以实现对不同样品的实验；同时样品杆41上也可不设置样品架42，样品杆41本身可用于实验。

如附图1所示，实验回路管道2上套设有法兰6，法兰6通过螺栓与手套箱1底壁链接，法兰6中间设置有孔洞，实验回路管道2穿过孔洞，且与法兰6相固定，通过法兰6固定在手套箱1底部，实验回路管道2与手套箱1进一步固定；

在法兰6的内部设置有水冷盘61，水冷盘61与外部的水泵相连通，以使水冷盘61与外部的水泵以及连接管道形成一个回路，使得冷水在水冷盘61内部流动，对法兰6进行冷却；由于法兰6直接与实验回路管道2接触，在实验回路管道2内部的液态金属的作用下，实验回路管道2通过热传导而具备高温，为防止实验回路管道2的高温延伸至手套箱1底壁，而高温会对手套箱1造成损坏，从而在法兰6内部设置水冷盘61，使得实验回路管道2内的热传导延伸至法兰6底壁即可，有效的保护了手套箱1受到高温的影响。

如附图2所示，升降组件5包括手摇器51、棘轮限制器52、滑轮组53以及拉绳54，手摇器51设置在手套箱1的内部，棘轮限制器52也设置在手套箱1内部(棘轮限制器52为现有技术，可参考棘轮拉紧器等)，且位于手摇器51的上方，滑轮组53设置在手套箱1的内部，位于棘轮限制器52的上方，拉绳54一端设置在手摇器51上，另一端经过棘轮限制器52以及滑轮组53设置在密封盖板4的顶壁，滑轮组53包括两个滑轮，且并列设置(如附图2所示)，拉绳54分别位于两滑轮的表面，滑轮可在拉绳54的作用下进行转动；棘轮限制器52初始状态下，可允许拉绳54向下进行拉动，而不能向上拉动，同时棘轮限制器52一侧设置有开关按钮，通过按压开关按钮，可使得棘轮限制器52失去限制作用，可使得拉绳54向上拉动；通过手摇器51进行转动，手摇器51收卷拉绳54，拉绳54远离手摇器51的一端拉扯密封盖板4向上移动，使得密封盖板4脱离实验回路管道2的顶壁，以及使得样品杆41移动出实验回路管道2，可方便对样品杆41进行更换，实现在线更换样品杆41的作用，提高实验效率；当更换样品杆41后，人工可按压开关按钮，同时手扶手摇器51，可缓慢将样品杆41放回实验回路管道2内部，密封盖板4重新盖在实验回路管道2的顶壁位置，人工放开开关按钮，即可再次进行实验。

进一步的，棘轮限制器52内部包括棘轮机构和缓降装置，棘轮机构和缓降装置均为现有技术，棘轮机构是为了防止密封盖板4上升过程中出现回退，避免人员操作失误导致密封盖板4与样品杆41下坠，棘轮限制器52的开关按钮是用于操控缓降装置下降的按钮，通过按下缓降装置的按钮，密封盖板4和样品杆41可在自重作用下缓慢下降，松开开关按钮可使得密封盖板4因棘轮机构而卡在某个高度，通过手动控制缓降装置的频率可以控制样品杆的下降速度。

在本申请中一实施例，手套箱1的上部设置有一个加长筒，加长筒与手套箱1内部连通，滑轮组53与棘轮限制器52均位于加长筒内部，方便对密封盖板4的升降。

如附图1和附图2所示，手套箱1的两侧分别设置有大物品舱11与小物品舱12，两者分别用于放置实验所需的工具以及样品等；大物品舱11与小物品舱12分别与手套箱1内部联通，手套箱1一侧设置有两手套孔，人工可通过手套孔进行更换样品杆41以及取放工具等。

在本申请中一实施例，手套箱1的内顶壁设置有气体纯化装置13，气体纯化装置13与手套箱1外部联通，气体纯化装置13为现有技术，内部设置有惰性气体，通过启动气体纯化装置13将手套箱1内部的空气置换成惰性气体，以防止样品杆41更换时被空气中的物质氧化等，避免对实验结果造成一定影响，同时为了保证手套箱1内部的氧气、水蒸气以及能与液态金属发生反应的杂质气体含量足够低，防止在换料过程中进入实验回路污染液态金属。

在本申请中一实施例，手套箱1的内顶壁设置有照明装置14，照明装置14可以为电灯泡，通过人工开启，为手套箱1内部进行照明。

在本申请中一实施例，手套箱1内部设置有固定法兰，固定法兰内部设置有贯穿孔，实验回路管道2的顶部位于贯穿孔内部，实验回路管道2的顶壁凸出固定法兰的上表面，密封盖板4通过螺栓与固定法兰进行固定，密封盖板4底壁与实验回路管道2的顶壁相配合，以对实验回路管道2的开口进行密封，当需要更换样品杆41时，需要先拆卸螺栓，才能将密封盖板4升起。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的方案后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本方案未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由权利要求指出。