СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ЖИДКОСТИ, ПЕРЕКАЧИВАЕМОЙ ЛИНЕЙНЫМ КОНДУКЦИОННЫМ НАСОСОМ Российский патент 2015 года по МПК H02K44/04 B22D11/115 

Изобретение относится к МГД - технике и может быть использовано в насосных установках для перекачивания электропроводных жидкостей.

Известен способ перемешивания жидкого металла в кристаллизаторе при непрерывной разливке (Патент РФ №2043839, B22D 11/10, 1992 г.), включающий пропускание постоянного электрического тока в направлении, перпендикулярном оси вытягивания слитка, и воздействие постоянного магнитного поля, которое скрещивают с направлением пропускания электрического тока, причем электрический ток пропускают под мениском металла в кристаллизаторе, а магнитное поле создают магнитами, расположенными над мениском металла.

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная осуществлением технологического процесса в разомкнутой системе управления и отсутствием регулирования.

Наиболее близким к заявляемому способу является «Способы, использующие высокоэнергетические постоянные магниты для электромагнитного нагнетания, торможения и дозирования расплавленных металлов, подаваемых в литейные машины» (Патент РФ №2291028, B22D 11/10, Н02К 44/02, 2002 г.), принятый за прототип, заключающийся в использовании высококоэрцитивного постоянного магнита для создания магнитного потока в рабочей зоне в направлении, перпендикулярном направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости, в размещении в рабочей зоне основной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для обеспечения постоянного тока в электропроводной жидкости в перпендикулярном направлении как по отношению к направлению магнитного потока в рабочей зоне, так и по отношению к направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости, а также в размещении в рабочей зоне дополнительной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для непрерывного измерения эдс, возникающей под действием магнитного потока в перекачиваемой электропроводной жидкости.

Недостаток указанного способа объясняется невозможностью обеспечения требуемой точности управления расходом электропроводной жидкости в разомкнутой системе, низкой эффективностью, определяемой значительным рассеиванием магнитного потока, а также сложностью реализации.

Технический результат предлагаемого способа заключается в повышении эффективности и точности управления расходом электропроводной жидкости, перекачиваемой линейным кондукционным насосом.

Технический результат достигается тем, что в способе управления расходом электропроводной жидкости, перекачиваемой линейным кондукционным насосом, включающим создание магнитного потока в рабочей зоне насоса в направлении, перпендикулярном направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости посредством высококоэрцитивного постоянного магнита, размещение в рабочей зоне основной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для обеспечения постоянного тока в электропроводной жидкости в перпендикулярном направлении как по отношению к направлению магнитного потока в рабочей зоне, так и по отношению к направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости, размещение в рабочей зоне дополнительной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для непрерывного измерения эдс, возникающей под действием магнитного потока в перекачиваемой электропроводной жидкости, используют высококоэрцитивный постоянный магнит цилиндрической формы с химически инертной термостойкой изолирующей наружной оболочкой и размещают высококоэрцитивный постоянный магнит соосно внутри цилиндрической обечайки насоса, которую выполняют из ферромагнитного материала и оснащают химически инертной термостойкой изолирующей оболочкой на ее внутренней поверхности, в кольцевой канал рабочей зоны вводят плоскую изолирующую пластину, размещают ее в плоскости, ограниченной осью насоса и радиусом обечайки, и герметично прикрепляют к обечайке и высококоэрцитивному постоянному магниту, основную пару электродов постоянного тока устанавливают симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины в зоне одного полюса высококоэрцитивного постоянного магнита, а дополнительную пару электродов постоянного тока устанавливают симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины в зоне противоположного полюса высококоэрцитивного постоянного магнита, задают период регулирования подачи перекачиваемой электропроводной жидкости потребителю и подключают основную пару электродов постоянного тока и дополнительную пару электродов постоянного тока к соответствующим регулируемым источникам постоянного напряжения, причем на дополнительную пару электродов постоянного тока подают постоянное напряжение в форме импульсов с фиксированным периодом величиной, меньшей периода регулирования, и скважностью, близкой к единице, а во время паузы используют дополнительную пару электродов постоянного тока для периодического измерения эдс, возникающей под действием магнитного потока в перекачиваемой электропроводной жидкости, по величине эдс вычисляют расход перекачиваемой электропроводной жидкости и стабилизируют расход перекачиваемой электропроводной жидкости посредством коррекции величины постоянного напряжения на основной паре электродов постоянного тока и/или на дополнительной паре электродов постоянного тока, а подачу электропроводной жидкости потребителю осуществляют с постоянным расходом в каждом периоде регулирования в форме импульса длительностью, меньшей или равной периоду регулирования подачи перекачиваемой электропроводной жидкости.

На фиг.1 приведена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ расходом электропроводной жидкости, перекачиваемой линейным кондукционным насосом.

Цилиндрический линейный кондукционный насос содержит кольцевой канал, образованный обечайкой 1 и цилиндрическим высококоэрцитивным постоянным магнитом 2, плоскую изолирующую пластину 3, основную пару электродов постоянного тока 4 и дополнительную пару электродов постоянного тока 5.

Обечайка 1 выполнена из ферромагнитного материала для концентрации и равномерного распределения магнитного потока в кольцевом канале.

Плоская изолирующая пластина 3 размещена в кольцевом канале в плоскости, ограниченной осью цилиндрического линейного кондукционного насоса и радиусом обечайки 1, и герметично прикреплена к обечайке 1 и цилиндрическому высококоэрцитивному постоянному магниту 2, образовав в кольцевом канале продольную перегородку, препятствующую протеканию шунтирующих токов между электродами как основной пары электродов постоянного тока 4, так и дополнительной пары электродов постоянного тока 5.

Основная пара электродов постоянного тока 4 установлена симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины 3 в зоне одного полюса цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2, например в зоне северного полюса

Дополнительная пара электродов 5 установлена симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины 3 в зоне противоположного полюса цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2, например в зоне южного полюса

Наружная поверхность 6 цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2 и внутренняя поверхность 7 обечайки 1 имеют химически инертную термостойкую изолирующую оболочку, а длина плоской изолирующей пластины 3 для минимизации шунтирующих токов между электродами как основной пары электродов постоянного тока 4, так и дополнительной пары электродов постоянного тока 5 должна удовлетворять условию

$$L_{П}>L_{М}+\pi \cdot D_O-{\delta }_{П}.\left(1\right)$$

где L_П - длина плоской изолирующей пластины, м,

L_M - длина цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита, м,

D_O - внутренний диаметр обечайки, м,

δ_П - толщина плоской изолирующей пластины, м.

Система управления цилиндрическим линейным кондукционным насосом содержит блок управления 8, к первому входу которого подсоединен первый выход задающего блока 9, вторым выходом связанного через блок коррекции 10 со вторым входом блока управления 8. К третьему входу блока управления 8 подключен первый выход вычислительного блока 11, соединенного вторым выходом со вторым входом блока коррекции 10, а к входу вычислительного блока 11 подсоединен первый выход измерительного блока 12. Первый выход блока управления 8 подключен к входу первого регулируемого источника постоянного напряжения 13, а второй выход блока управления 8 связан с первым входом второго регулируемого источника постоянного напряжения 14, ко второму входу которого подсоединен второй выход измерительного блока 12.

Электроды основной пары электродов постоянного тока 4 подключены к соответствующим выходам первого регулируемого источника постоянного напряжения 13 шинами 15.

Электроды дополнительной пары электродов постоянного тока 5 подключены к соответствующим выходам второго регулируемого источника постоянного напряжения 14 шинами 16 и к соответствующим входам измерительного блока 12 шинами 17.

Способ осуществляется следующим образом.

Поскольку направление магнитного потока, создаваемого противоположными полюсами цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2, в зонах полюсов взаимно противоположно, полярность напряжения, подаваемого на основную пару электродов 4, должна быть обратной полярности напряжения, подаваемого на дополнительную пару электродов 5. В этом случае усилия, возникающие при взаимодействии токов, протекающих в электропроводной жидкости, с магнитным потоком в зонах разных полюсов цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2, будут иметь одинаковое направление.

В начале каждого периода регулирования подачи перекачиваемой электропроводной жидкости потребителю блок управления 8 задает на выходах первого источника постоянного напряжения 13 и второго источника постоянного напряжения 14 необходимые значения постоянного напряжения.

В результате в кольцевом канале насоса возникают кольцевые токи, создающие при взаимодействии с магнитным потоком тяговое усилие, действующее на электропроводную жидкость.

Наличие плоской изолирующей пластины 3 и химически инертных термостойких изолирующих оболочек у обечайки 1 и цилиндрического высококоэрцитивного постоянного магнита 2 позволяет существенно снизить уровень шунтирующих токов между электродами как основной пары электродов постоянного тока 4, так и дополнительной пары электродов постоянного тока 5, что повышает эффективность действия насоса.

Задающий блок 9 определяет для блока управления 8 необходимый расход перекачиваемой электропроводной жидкости, а также ее объем в каждом периоде регулирования, контролируемый блоком коррекции 10. текущие значения расхода и объема перекачиваемой электропроводной жидкости рассчитывает вычислительный блок 11 по информации о величине эдс, возникающей в движущейся в магнитном поле электропроводной жидкости и контролируемой измерительным блоком 12.

Для осуществления процесса измерения эдс измерительный блок 12, воздействуя на второй источник постоянного напряжения 14, обеспечивает его периодическое кратковременное отключение от электродов дополнительной пары электродов постоянного тока 5, что позволяет использовать дополнительную пару электродов постоянного тока 5 в целях измерения эдс, практически не снижая тягового усилия насоса, поскольку скважность импульсов постоянного напряжения на выходах второго источника постоянного напряжения 14 устанавливается близкой к единице.

Блок управления 8 осуществляет стабилизацию расхода перекачиваемой электропроводной жидкости за счет коррекции величины постоянного напряжения на основной паре электродов постоянного тока 4 и/или на дополнительной паре электродов постоянного тока 5, а блок коррекции 10 обеспечивает требуемый объем электропроводной жидкости в каждом периоде регулирования, после чего прекращается подача постоянного напряжения на электроды основной пары электродов постоянного тока 4 и дополнительной пары электродов постоянного тока 5. При этом блок управления 8 сохраняет в памяти установившиеся значения напряжения питания на выходах первого источника постоянного напряжения 13 и второго источника постоянного напряжения 14 до начала следующего периода регулирования подачи электропроводной жидкости потребителю, после чего процесс управления возобновляется.

В стационарном режиме длительность импульсов подаваемой потребителю электропроводной жидкости постоянна и не может превышать длительность периода регулирования, а при необходимости слежения за технологическими параметрами (например, за температурой воздуха в помещении, где цилиндрический линейный кондукционный насос может функционировать как циркуляционный насос системы отопления) длительность импульсов изменяется при постоянном периоде регулирования. В результате потребителю подается электропроводная жидкость со стабильным расходом и в требуемом объеме, т.е. с высокой точностью.

Контроль технологических параметров может осуществляться с помощью задающего блока 9.

Таким образом, реализация предложенного способа позволяет обеспечить высокую точность и эффективность управления цилиндрическим линейным кондукционным насосом.

Высококоэрцитивный постоянный магнит 2 цилиндрической формы размещают внутри цилиндрической обечайки 1 насоса из ферромагнитного материала. В кольцевом канале рабочей зоны насоса размещают плоскую изолирующую пластину 3 и герметично прикрепляют к обечайке 1 и постоянному магниту 2. Основную пару 4 электродов постоянного тока устанавливают симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины в зоне одного полюса магнита, а дополнительную пару 5 электродов постоянного тока - в зоне противоположного полюса магнита. Задают период регулирования подачи электропроводной жидкости потребителю и подключают основную и дополнительную пары электродов к соответствующим регулируемым источникам 13 и 14 постоянного напряжения. На дополнительную пару электродов подают постоянное напряжение в форме импульсов с фиксированным периодом, меньшим периода регулирования, и скважностью, близкой к единице. Во время паузы дополнительной парой электродов измеряют эдс в электропроводной жидкости и по величине эдс вычисляют расход перекачиваемой жидкости. Стабилизируют расход жидкости посредством коррекции величины постоянного напряжения на основной паре электродов и/или на дополнительной паре электродов. Подачу электропроводной жидкости потребителю осуществляют с постоянным и точным расходом в каждом периоде регулирования. 1 ил.

Способ управления расходом электропроводной жидкости, перекачиваемой линейным кондукционным насосом, включающий создание магнитного потока в рабочей зоне насоса в направлении, перпендикулярном направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости, посредством высококоэрцитивного постоянного магнита, размещение в рабочей зоне основной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для обеспечения постоянного тока в электропроводной жидкости в перпендикулярном направлении как по отношению к направлению магнитного потока в рабочей зоне, так и по отношению к направлению перемещения перекачиваемой электропроводной жидкости, размещение в рабочей зоне дополнительной пары электродов постоянного тока с возможностью их гальванической связи с перекачиваемой электропроводной жидкостью для непрерывного измерения эдс, возникающей под действием магнитного потока в перекачиваемой электропроводной жидкости, отличающийся тем, что используют высококоэрцитивный постоянный магнит цилиндрической формы с химически инертной термостойкой изолирующей наружной оболочкой и размещают высококоэрцитивный постоянный магнит соосно внутри цилиндрической обечайки насоса, которую выполняют из ферромагнитного материала и оснащают химически инертной термостойкой изолирующей оболочкой на ее внутренней поверхности, в кольцевой канал рабочей зоны вводят плоскую изолирующую пластину, размещают ее в плоскости, ограниченной осью насоса и радиусом обечайки, и герметично прикрепляют к обечайке и высококоэрцитивному постоянному магниту, основную пару электродов постоянного тока устанавливают симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины в зоне одного полюса высококоэрцитивного постоянного магнита, а дополнительную пару электродов постоянного тока устанавливают симметрично на противоположных сторонах плоской изолирующей пластины в зоне противоположного полюса высококоэрцитивного постоянного магнита, задают период регулирования подачи перекачиваемой электропроводной жидкости потребителю и подключают основную пару электродов постоянного тока и дополнительную пару электродов постоянного тока к соответствующим регулируемым источникам постоянного напряжения, причем на дополнительную пару электродов постоянного тока подают постоянное напряжение в форме импульсов с фиксированным периодом величиной, меньшей периода регулирования, и скважностью, близкой к единице, а во время паузы используют дополнительную пару электродов постоянного тока для периодического измерения э.д.с., возникающей под действием магнитного потока в перекачиваемой электропроводной жидкости, по величине эдс вычисляют расход перекачиваемой электропроводной жидкости и стабилизируют расход перекачиваемой электропроводной жидкости посредством коррекции величины постоянного напряжения на основной паре электродов постоянного тока и/или на дополнительной паре электродов постоянного тока, а подачу электропроводной жидкости потребителю осуществляют с постоянным расходом в каждом периоде регулирования в форме импульса длительностью, меньшей или равной периоду регулирования подачи перекачиваемой электропроводной жидкости.