出接頭。
[0023]放氣系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)在真空室頂部，用以連接廢氣收集裝置，負(fù)責(zé)當(dāng)實(shí)驗(yàn)中加熱裝置內(nèi)產(chǎn)生少量氣體后導(dǎo)致的系統(tǒng)壓力略高于一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下后的排氣。充氣系統(tǒng)接口設(shè)計(jì)在真空室側(cè)壁位置，用以連接氬氣瓶，保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置在實(shí)驗(yàn)過程中維持惰性環(huán)境。該充放氣系統(tǒng)包括:QD - 10隔離閥、GM - 25隔膜閥、充氣接管和DG1/4”電磁閥。
[0024]由于加熱裝置內(nèi)工作溫度達(dá)到2000°C，已經(jīng)超過常用熱電偶的溫度使用范圍，因此采用非接觸式測溫方式一一紅外測溫。將紅外測溫儀對準(zhǔn)即坩禍中心處(即加熱裝置內(nèi)溫度最高點(diǎn))，以實(shí)時(shí)觀測高溫熔融物的溫度是否達(dá)到實(shí)驗(yàn)工況要求。觀察孔用石英玻璃覆蓋，用以實(shí)驗(yàn)人員觀測加熱裝置內(nèi)的熔化狀態(tài)、估測熔化溫度與儀表顯示溫度的差距以及作為紅外信號射出加熱裝置的通道，石英玻璃需要定期擦拭，以防止覆蓋灰塵后影響測溫效果以及可視化觀察。
[0025]所述的機(jī)械防爆裝置位于真空室頂部(圖中未示出)用以執(zhí)行一旦爐膛出現(xiàn)快速過壓，排氣系統(tǒng)排氣效果不能滿足要求，且抽真空泵不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的應(yīng)急保護(hù)。設(shè)計(jì)模式如下:閥體通過鉸鏈連接在爐體頂端，當(dāng)產(chǎn)生壓力足以推動(dòng)閥體時(shí)，閥體通過閥桿繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)沖開，待工作環(huán)境正常后，可由實(shí)驗(yàn)人員手動(dòng)旋閉。設(shè)計(jì)機(jī)械防爆裝置開啟值為0.2MPa，即爐膛內(nèi)壓力由于任何原因超過0.2MPa時(shí)，進(jìn)行緊急卸壓。
[0026]所述的真空發(fā)生裝置包括:2X - 30旋片式真空泵及壓差閥、真空計(jì)、波紋管、真空接管，其抽氣速率為30L/s，極限壓力小于6X 10 —2Pa，電機(jī)功率為3kW，泵轉(zhuǎn)速為450rpm，冷卻方式為水冷，冷卻水用量大于lL/min。
[0027]電極引出接頭設(shè)計(jì)在與真空接口相對的另一個(gè)側(cè)面，用以連接中頻電源。
[0028]加熱裝置真空室采用側(cè)開門形式，真空室尺寸設(shè)計(jì)時(shí)要將方便實(shí)驗(yàn)人員更換料、清理加熱裝置內(nèi)部與維修人員更換線圈的要求考慮在內(nèi)，因此確定真空室內(nèi)徑為600_，高度約為800mm，內(nèi)外殼間距為50mm。爐門的功能是開關(guān)，便于樣品存放及取出，要求保溫及密封，且厚度及材料要求和爐壁一樣。爐門為手動(dòng)開合型，即一邊用鉸鏈與爐身相連，另一邊通過加裝密封條與真空室相接，爐門同樣為雙層設(shè)計(jì)，內(nèi)部通以水冷管道，降低爐門溫度防止?fàn)t門燒壞的情況發(fā)生，爐門設(shè)計(jì)尺寸約為700mm*800mm。
[0029]所述的電源為保證一次性熔化公斤級熔融物且使加熱溫度能快速達(dá)到2000°C，需采用可控硅中頻電源。分別基于工業(yè)上進(jìn)行的加熱裝置理論功率計(jì)算的面積負(fù)荷法和容積負(fù)荷法與熱平衡法進(jìn)行電源功率估算，最終，綜合考慮電源使用壽命最高、電容器效率、中頻感應(yīng)器效率以及輸電線路效率等，由市面電源選型，宜選擇功率為50kW的電源。
[0030]所述的水冷系統(tǒng)位于真空室旁，具體包括:冷卻水箱、管路以及設(shè)備中相對應(yīng)的管接頭，其中:冷卻水箱中應(yīng)具有冷卻水量分配器，由自動(dòng)控制系統(tǒng)形成反饋電路，當(dāng)電源輸出功率提升或真空機(jī)組轉(zhuǎn)速提高或爐內(nèi)工作溫度增加時(shí)，通過管道上的電接點(diǎn)水溫表可以讀取回水溫度，進(jìn)而通過PID調(diào)節(jié)，形成反饋信號輸送給配水管的閥門，依次增大或減小對應(yīng)于提供給電源冷卻、真空機(jī)組冷卻和加熱裝置殼層冷卻的水量。特別地，對于中頻電源，對于冷卻水有嚴(yán)格的要求，水的雜質(zhì)不能超標(biāo)(無色、透明、無顆粒，中性水，可是弱堿性)，進(jìn)水有嚴(yán)格的要求，水溫不高于35°C，壓力約0.25?0.3MPa，以充分保證冷卻效果等。為保證中頻電源的水質(zhì)要求，設(shè)計(jì)用35°C的水，流量為0.59m3/h去冷卻中頻電源，其溫升不尚于41 Co
[0031]所述的紅外測溫裝置主要采用美國RAYTEK品牌的紅外測溫儀，型號為MA2SC，測溫范圍為350°C?2000°C，距離系數(shù)D:S(測溫儀探頭到目標(biāo)間距離D與被測目標(biāo)直徑比)=300:1，精度為 ±{測量值 *0.3% +10C }o
[0032]所述的控制系統(tǒng)需主要完成四件工作:1.控制中頻電源，即發(fā)送功率控制信號，通過遠(yuǎn)程操作，控制加熱裝置以何種功率進(jìn)行加熱，并可以通過自穩(wěn)自調(diào)功能，實(shí)現(xiàn)熔融物的保溫；2.控制真空泵，即發(fā)送抽真空開始與停止指令，以滿足真空室內(nèi)環(huán)境滿足加熱要求；3.控制水冷系統(tǒng)，即發(fā)送水冷系統(tǒng)主管路進(jìn)水和關(guān)閉指令，保證加熱裝置在正常工作時(shí)具備適量的冷卻水量，滿足換熱要求；4.反饋爐溫信號，即接收紅外測溫裝置發(fā)出的加熱裝置中心的溫度信號，實(shí)時(shí)顯示，以保證實(shí)驗(yàn)人員實(shí)時(shí)掌控加熱爐內(nèi)熔融物的溫度信息，及時(shí)調(diào)整加熱過程。
[0033]本裝置的具體加熱步驟為:
[0034]I)首先由控制臺發(fā)出水冷系統(tǒng)總閥門打開命令，保證冷卻水流經(jīng)全部待冷卻回路；
[0035]2)接著由控制臺發(fā)出抽真空指令，待真空室達(dá)到真空度要求后，向真空室內(nèi)第一次充入氬氣，壓力重新回升；待壓力略高于Iatm后，進(jìn)行第二次抽真空，待再次達(dá)到真空度要求后，準(zhǔn)備加熱工序；
[0036]3)由控制臺設(shè)置加熱溫度、功率等參數(shù)，熔融物開始受熱，此時(shí)實(shí)驗(yàn)人員需密切關(guān)注加熱裝置內(nèi)的溫度值和壓力值，當(dāng)壓力超過允許限制，立即進(jìn)行抽真空操作或充放氣操作；當(dāng)溫度達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，加熱命令停止；
[0037]借助上述超高溫裝置，通過上述具體釋放步驟，可實(shí)現(xiàn)大量高溫熔融物快速穩(wěn)定的達(dá)到2000°C左右超高溫，為反應(yīng)堆嚴(yán)重事故下高溫熔融物與冷卻劑相互作用實(shí)驗(yàn)研宄的開展做好準(zhǔn)備。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征在于，包括:帶有加熱系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)的真空室，該真空室設(shè)有測溫裝置、充、放氣裝置、以及真空發(fā)生裝置，其中:真空發(fā)生裝置、水冷系統(tǒng)、測溫裝置和加熱系統(tǒng)分別與控制臺相連，輸出溫度反饋信號、水量分配信號并分別接收功率控制信號和真空控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的加熱系統(tǒng)用于熔融物的熔化及保溫過程，包括:帶有電源的電極以及設(shè)置于真空室內(nèi)部的帶有線圈的保溫坩禍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的保溫坩禍的壁厚為2?5mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的坩禍采用圓柱形石墨纟甘禍，外徑為80mm，高度為300mm，有效裝料體積為859.732mL。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的保溫坩禍的保溫層為氧化鋁包裹的石墨氈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的保溫層厚度為50?60mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的真空室為圓筒型雙層殼體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的水冷系統(tǒng)位于真空室旁邊，包括:冷卻水箱、PID控制的水量分配器、管路以及設(shè)備中相對應(yīng)的管接頭O
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的測溫裝置為對中式紅外溫度感應(yīng)裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，其特征是，所述的真空室的頂部設(shè)有機(jī)械防爆裝置，其開啟值為0.2MPa。
【專利摘要】一種核工業(yè)領(lǐng)域的熔融物中頻感應(yīng)高溫加熱裝置，包括：帶有加熱系統(tǒng)和水冷系統(tǒng)的真空室，該真空室設(shè)有測溫裝置、充、放氣裝置、以及真空發(fā)生裝置，其中：真空發(fā)生裝置、水冷系統(tǒng)、測溫裝置和加熱系統(tǒng)分別與控制臺相連，輸出溫度反饋信號、水量分配信號并分別接收功率控制信號和真空控制信號。本發(fā)明可以有效實(shí)現(xiàn)公斤量級熔融物的熔化并達(dá)到所需溫度，從而為實(shí)驗(yàn)研究公斤級高溫熔融物與冷卻劑相互作用機(jī)理提供了切實(shí)可行的方法，為大型安全分析程序開發(fā)和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的開展提供技術(shù)支持。
【IPC分類】F27B17-02
【公開號】CN104567401
【申請?zhí)枴緾N201510012171
【發(fā)明人】曹學(xué)武, 彭程, 佟立麗
【申請人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月9日