RU164336U1 - Магнитно-индукционный насос - Google Patents

Abstract

1. Магнитно-индукционный насос, включающий двигатель, вал, функционально связанный с двигателем, и постоянные двухполюсные магниты, функционально связанные с валом, размещенные с чередованием полюсов по окружности и установленные с возможностью вращения относительно канала для прохождения расплавленного металла, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты с аксиальным направлением намагниченности симметрично размещены с двух противоположных сторон относительно канала для прохождения расплавленного металла, причем разноименные полюса магнитов каждой стороны расположены напротив друг друга.2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты установлены на боковых поверхностях фиксирующих дисков, выполненных из ферромагнитной стали, со стороны канала для прохождения расплавленного металла.3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующие диски имеют паз для установки постоянных двухполюсных магнитов.4. Насос по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты установлены на внешнюю торцевую поверхность вставок из немагнитного материала.5. Насос по пп. 1, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты выполнены в виде секторов, образующих в сборе диск.

Description

Полезная модель относится к области магнитной гидродинамики, а именно к конструкции магнитно-индукционных насосов, используемых для транспортировки жидких металлов в атомной энергетике, химической и металлургической промышленности.

Известен электромагнитный индукционный насос, содержащий дисковый тонкостенный канал с направляющими лопатками и трубопроводами подвода и отвода прокачиваемой среды, вращающийся торцовый многополюсный индуктор с разноименными полюсами, ограниченными передними и задними кромками, и шихтованный неподвижный магнитопровод (SU, авторское свидетельство №561268, H02N 4/02, Опубликовано 05.06.1977 г., дата опубликования описания 18.08.1977 г.). Передние и задние кромки полюсов индуктора спрофилированы таким образом, что при любом положении индуктора эти кромки ортогональны по отношению к направляющим лопаткам дискового канала в местах их взаимного пересечения, причем в промежутках между двумя соседними направляющими лопатками одновременно находятся, по крайней мере два разноименных полюса индуктора. В данном насосе на валу приводного двигателя крепится дисковая ферромагнитная спинка магнитопровода индуктора, к которой примыкают с одной стороны постоянные магниты. Промежутки между соседними разноименно-полюсными магнитами заполнены немагнитной сталью. Снаружи на вращающийся индуктор надето немагнитное бандажное кольцо, обеспечивающее прочность индуктора. К дисковому тонкостенному каналу примыкает шихтованный магнитопровод. Жидкий металл подводится к насосу по центральному трубопроводу. Внутри дискового канала имеются перегородки, разделяющие его на ряд отдельных каналов. Магнитное поле в насосе может быть создано при помощи обмотки, питаемой постоянным током. Постоянные магниты заменяются в этом случае электротехнической сталью, и обмотка располагается в промежутках между полюсами. В общем случае каналы насоса могут быть выполнены гидравлически-разделенными, что может оказаться крайне необходимым в системах жидкометаллического охлаждения теплонапряженных узлов энергоустановок.

Недостатком данного электромагнитного индукционного насоса является то, что в условиях работы индуктора такого насоса при повышенных температурах наблюдается падение индукции в рабочем зазоре насоса до 20% и более из-за наличия у постоянных магнитов температурных коэффициентов индукции и коэрцитивной силы.

В случае использования для создания магнитного поля в электромагнитном индукционном насосе обмотки, питаемой постоянным током, к недостаткам такого индуктора следует отнести то, что высокое значение индукции в рабочем зазоре насоса обеспечивается закачкой большой энергии в обмотку. При этом неизбежные потери преобразуются в тепло, а при большом рабочем зазоре это приводит к значительным тепловым потерям. Это усугубляет имеющийся жесткий тепловой режим работы основных элементов насоса, снижая его надежность.

Кроме того, к недостаткам следует также отнести то, что в случае выхода из строя одного из элементов насоса требуется демонтаж насоса, что в свою очередь приводит к нарушению целостности системы перекачивания жидкометаллической среды и проведению соответствующих ремонтных работ.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является магнитно-индукционный насос, содержащий двигатель, вал, функционально связанный с двигателем, по меньшей мере, один постоянный двухполюсный магнит, функционально связанный с валом, и немагнитный канал для прохождения расплавленного металла (RU, патент №2436223, H02K 44/06, Опубл. 10.12.2011 г.). При этом двигатель приводит вал и постоянные магниты во вращение с их перемещением относительно канала, в результате чего в расплавленном металле, находящемся внутри канала, индуцируются вихревые токи, взаимодействующие с движущимся магнитным полем с созданием силы, обеспечивающей прокачивание металла через канал, причем металл контактирует только с внутренней поверхностью канала. Немагнитный канал для прохождения расплавленного металла образует внутреннюю полость (внутренний проход), через которую (через который) проходит расплавленный металл. На одном конце канала имеется вход, а на его противоположном конце - выход. В данном насосе указанный, по меньшей мере, один постоянный двухполюсный магнит содержит пары двухполюсных неомагнитов, причем каждый из двухполюсных неомагнитов имеет конфигурацию полюсов, противоположную их конфигурации в смежных с ним магнитах. Постоянные двухполюсные магниты размещены с чередованием полюсов по окружности. Вал и, по меньшей мере, один магнит заключены внутри цилиндрического ротора. Насос дополнительно содержит ярмо, расположенное в непосредственной близости от указанного канала и противолежащее, по меньшей мере, одному двухполюсному магниту, при этом ярмо выполнено из ферромагнитного материала и обеспечивает повышение интенсивности магнитного поля, генерируемого указанным, по меньшей мере, одним магнитом. Насос обеспечивает возможность прокачивания, торможения и выдачи заданных порций расплавленного металла, изменения направления потока расплавленного металла при мобильности самой конструкции.

Недостатком данного магнитно-индукционного насоса является расположение постоянных двухполюсных магнитов, функционально связанных с валом, только относительно одной внутренней стороны немагнитного канала для прохождения расплавленного металла. При таком расположении постоянных двухполюсных магнитов, а также, несмотря на наличие дополнительно установленного ярма, выполненного из ферромагнитного материала, расположенного в непосредственной близости от указанного канала и противолежащего постоянным двухполюсным магнитам, не обеспечивается необходимая интенсивность магнитного поля, генерируемого указанными магнитами, и как следствие такой насос имеет пониженный КПД.

Задачей является реализация расширения арсенала магнитно-индукционных насосов для транспортирования жидких металлов в атомной энергетике, химической и металлургической отрасли, путем создания насоса, конструкция которого характеризовалась бы возможностью перекачивания жидкого металла без необходимости прямого механического или электрического контакта между элементами насоса и расплавленным металлом при высоких значениях КПД насоса, обеспечивалась бы возможность транспортирования жидкого металла запасенной энергией постоянных магнитов в каналах любой формы, а также обеспечивалась бы возможность ремонта или замены насоса без нарушения целостности системы перекачивания жидких металлов.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в магнитно-индукционном насосе, включающем двигатель, вал, функционально связанный с двигателем, и постоянные двухполюсные магниты, функционально связанные с валом, размещенные с чередованием полюсов по окружности и установленные с возможностью вращения относительно канала для прохождения расплавленного металла, постоянные двухполюсные магниты с аксиальным направлением намагниченности размещены с двух противоположных сторон симметрично относительно канала для прохождения расплавленного металла, причем разноименные полюса магнитов каждой стороны расположены напротив друг друга. Постоянные двухполюсные магниты могут быть установлены на боковых поверхностях фиксирующих дисков, выполненных из ферромагнитной стали, со стороны канала для прохождения расплавленного металла. Фиксирующие диски могут иметь паз для установки постоянных двухполюсных магнитов. Постоянные двухполюсные магниты могут быть установлены на внешнюю торцевую поверхность вставок из немагнитного материала и могут быть выполнены в виде секторов, образующих в сборе диск.

При размещении постоянных двухполюсных магнитов с аксиальным направлением намагниченности с чередованием полюсов по окружности с двух противоположных сторон симметрично относительно канала создается увеличенный магнитный поток за счет удвоения полной приведенной проводимости магнитной системы, обеспечивается получение высокого значения индукции, более равномерное промагничивание рабочего зазора, в котором размещен канал для прохождения расплавленного металла. Благодаря этому обеспечивается более высокое значение КПД насоса. При таком размещении постоянных двухполюсных магнитов также обеспечивается возможность ремонта или замены насоса без нарушения целостности системы перекачивания жидких металлов, исключается прямой механический или электрический контакт между элементами насоса и жидкометаллическим теплоносителем при высоких значениях КПД насоса, обеспечивается необходимый крутящий момент вращающихся частей насоса в случае возникновения нештатных, аварийных ситуаций и возможность транспортирования жидкометаллического теплоносителя запасенной энергией постоянных магнитов. Установка постоянных двухполюсных магнитов на боковых поверхностях фиксирующих дисков, выполненных из ферромагнитной стали, со стороны канала для прохождения расплавленного металла, во-первых, способствует исключению рассеивания магнитного потока, замыкая его, во-вторых, значительно облегчает технологический процесс сборки магнитной системы. Наличие паза в фиксирующих дисках для установки постоянных двухполюсных магнитов повышает надежность фиксации и позволяет эксплуатировать насос на высоких оборотах. Установка постоянных двухполюсных магнитов на внешнюю торцевую поверхность вставок из немагнитного материала придает целостность конструкции ротора. Применение постоянных двухполюсных магнитов в виде секторов позволяет создать усиленный магнитный поток и облегчает их сборку.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен магнитно-индукционный насос (продольный разрез); на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 - магнитная система, направление намагничивания магнитов.

Магнитно-индукционный насос включает двигатель 1, вал 2, функционально связанный с двигателем 1 и постоянные двухполюсные магниты 3 с аксиальным направлением намагниченности, функционально связанные с валом 2, размещенные с чередованием полюсов по окружности и установленные с возможностью вращения относительно канала 4 для прохождения расплавленного металла. Постоянные двухполюсные магниты 3 выполнены в виде секторов и размещены с двух противоположных сторон симметрично относительно канала 4 для прохождения расплавленного металла на внешних торцевых поверхностях вставок 5 из немагнитного материала в пазах фиксирующих дисков 6, выполненных из ферромагнитной стали, причем разноименные полюса магнитов 3 каждой стороны расположены напротив друг друга.

Крепление постоянных двухполюсных магнитов 3 производится посредством крепежных элементов, обеспечивающих конструктивную целостность магнитной системы насоса и эффективно предотвращающих смещение при вращении.

В качестве двигателя 1 используются двигатели различных типов, имеющие достаточные мощность и угловую скорость для эффективного прокачивания расплавленного металла при обеспечении необходимого напора.

В качестве постоянных двухполюсных магнитов 3 предпочтительно используются редкоземельные магниты с высокими значениями индукции насыщения и коэрцитивной силы, например, из сплава самарий-кобальт (SmCo), обеспечивающие работоспособность насоса при высоких (более 500°С) температурах.

В качестве перекачиваемого расплавленного металла могут быть использованы жидкометаллические теплоносители, например, натрий, натрий - калий, свинец или его сплавы, а также могут быть использованы другие жидкие металлы.

Канал 4 для прохождения расплавленного металла может быть любой формы и представляет собой трубопровод, вход и выход которого присоединены к транспортному трубопроводу системы перекачивания жидких металлов посредством фланцевого соединения либо посредством сварного соединения (предпочтительно для применения данного насоса в атомной энергетике для повышения надежности системы). Крепление вала 2 с двигателем 1 может осуществляться с помощью магнитной муфты для передачи крутящего момента на валу.

Работа магнитно-индукционного насоса осуществляется следующим образом.

Двигатель 1 приводит во вращение вал 2 с постоянными двухполюсными магнитами 3, установленными на внешних торцевых поверхностях вставок 5 в пазы фиксирующих дисков 6 и симметрично размещенными с двух противоположных сторон относительно канала 4, между которыми образуется зазор. В зазоре (внутри канала 4) создается переменное магнитное поле относительно проводящей среды, в результате в которой возникают электрические токи, создающие собственное магнитное поле. При взаимодействии токов с результирующим магнитным полем в проводящей среде появляется электромагнитная сила. Возникающая электромагнитная сила перемещает жидкий металл вдоль канала 4, который может располагаться под любым другим углом.

Конструкция насоса проста в изготовлении, эксплуатации, обслуживании и не требует изменений действующей транспортной системы перекачивания жидких металлов.

Насос обеспечивает возможность перекачивания, торможения, выдачи заданных порций расплавленного металла, изменения направления потока расплавленного металла, а также обеспечивает выбег, что имеет важное значение при применении насоса в атомной энергетике.

Установка магнитно-индукционного насоса происходит съемным образом непосредственно в действующую транспортную систему перекачивания жидких металлов. Это позволяет в случае выхода из строя одного из элементов насоса или необходимости замены насоса производить демонтаж насоса или его элементов без нарушения целостности системы перекачивания жидких металлов и в кратчайшие сроки проведения соответствующих ремонтных работ.

Предложенный магнитно-индукционный насос имеет повышенный КПД, что подтверждается следующими характеристиками и расчетными параметрами: перекачиваемый металл - натрий, установочное положение - вертикальное, развиваемое давление при номинальных параметрах 5,1 кг/см³, расход металла 1268 м³/ч, номинальная температура перекачиваемого натрия 298°С, максимальная температура канала насоса 504°С, КПД 45%.

Использование предложенного магнитно-индукционного насоса позволяет перекачивать жидкий металл без необходимости прямого механического или электрического контакта между элементами насоса, обеспечивает возможность транспортирования жидкого металла запасенной энергией постоянных магнитов в каналах любой формы, а также возможность ремонта или замены насоса без нарушения целостности системы перекачивания жидких металлов.

Claims (5)

1. Магнитно-индукционный насос, включающий двигатель, вал, функционально связанный с двигателем, и постоянные двухполюсные магниты, функционально связанные с валом, размещенные с чередованием полюсов по окружности и установленные с возможностью вращения относительно канала для прохождения расплавленного металла, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты с аксиальным направлением намагниченности симметрично размещены с двух противоположных сторон относительно канала для прохождения расплавленного металла, причем разноименные полюса магнитов каждой стороны расположены напротив друг друга.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты установлены на боковых поверхностях фиксирующих дисков, выполненных из ферромагнитной стали, со стороны канала для прохождения расплавленного металла.

3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что фиксирующие диски имеют паз для установки постоянных двухполюсных магнитов.

4. Насос по пп. 1, 2 или 3, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты установлены на внешнюю торцевую поверхность вставок из немагнитного материала.

5. Насос по пп. 1, отличающийся тем, что постоянные двухполюсные магниты выполнены в виде секторов, образующих в сборе диск.

Images