Магнитогидродинамический насос для электропроводных жидкостей Российский патент 2023 года по МПК F04F99/00 H02K44/02 

Изобретение относится к области прикладной магнитной гидродинамики и предназначено для перекачивания металлов и сплавов, как в металлурги, так и в атомной промышленности для перекачивания жидкого металла в системах охлаждения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, выбранным за прототип, является магнитогидродинамический насос, конструкция которого описана в работе: Применение МГД устройств в металлургии: Учебное пособие по самостоятельной работе / Под ред. В.Н. Тимофеева, Е.А. Головенко, Е.В. Кузнецова - Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2007, раздел 1.3. «Расчет и проектирование плоских линейных индукционных машин (ЛИМ), стр. 194-195. Интернет ссылка: Тимофеев В.Н. (ред.) Применение магнитогидродинамических устройств в металлургии (studmed.ru)

Насос содержит два плоских параллельных канала, между которыми располагается шихтованный ферромагнитный сердечник в форме параллелепипеда.

С внешней стороны каналов расположены два шихтованных ферромагнитных сердечника с пазами и полюсными зубцами, обращенными к внешним стенкам каналов.

Общие для двух сердечников катушки, расположенные в пазах сердечников, охватывают каналы насоса. Катушки между собой соединены и включены в трехфазную сеть переменного тока так, чтобы в каждом канале возникало бегущее вдоль каналов в одном направлении магнитное поле. Катушки индуктора при протекании по ним переменного электрического тока создают в обоих каналах бегущее магнитное поле, которое индуцирует в канале с жидким металлом электрический ток. Эти токи образуют замкнутые контуры, лежащие в плоскости каналов. Взаимодействие индуцированного тока с бегущим магнитным полем, вектор индукции которого в каналах направлен встречно и нормально плоскости каналов, а поле бежит в одном направлении, создает силу, действующую на жидкий металл в направлении скорости бегущего поля.

Недостатками такого насоса являются:

1. Отсутствие возможности производить ремонт (замену) индукторов без выключения насоса из общей гидравлической цепи.

2. Перегрев катушек при перекачивании расплавленных металлов с температурой 300-800°С, в связи с тем, что катушки индуктора охватывают каналы насоса и расположены в непосредственной близости от них.

3. Наличие поперечного краевого эффекта, обусловленного замыканием индукционных токов в плоскости канала, который снижает напор, развиваемый насосом.

Техническим результатом предлагаемого устройства являются:

1. Упрощение процесса ремонта насоса за счет наличия собственных катушек у каждого индукторов.

2. Расширение диапазона температуры нагрева перекачиваемой насосом электропроводной жидкости за счет того, что катушки не охватывают каналы насоса.

3. Увеличение напора, развиваемого насосом, благодаря перегородкам в карманах, препятствующим появлению поперечного краевого эффекта.

Для достижения этого технического результата предлагается магнитогидродинамический насос бегущего магнитного поля для электропроводных жидкостей, имеющий два прямоугольных параллельных канала, выполненных из немагнитного материала, объединенных на своих концах входным и выходным патрубками, шихтованный ферромагнитный сердечник в форме параллелепипеда, расположенный между каналами с примыканием, два индуктора, расположенных с внешних сторон каналов, каждый из которых состоит из шихтованного ферромагнитного сердечника и электрических катушек, размещенных в его пазах и подключенных в трехфазную сеть таким образом, чтобы создать общий однонаправленный магнитный поток в сердечнике, расположенном между каналами, при этом каждый сердечник индуктора снабжен собственными электрическими катушками, охватывающими только свой сердечник, а каналы насоса гидравлически связаны между собой боковыми карманами с параллельными непроницаемыми перегородками, расположенными под углом 90° к продольным осям каналов.

Отличительной особенностью предлагаемого устройства является то, что каждый сердечник индуктора снабжен собственными электрическими катушками, охватывающими только свой сердечник, а каналы насоса гидравлически связаны между собой боковыми карманами с параллельными непроницаемыми перегородками, расположенными под углом 90° к продольным осям каналов.

Сущность предлагаемого решения поясняется фиг. 1, где приведен чертеж магнитогидродинамического насоса с тремя разрезами и фиг. 2, где приведена схема протекания тока в катушках индукторов.

Магнитогидродинамический насос для электропроводных жидкостей имеет два параллельных прямоугольных канала 1, объединенных на своих концах входным 7 и выходным 8 патрубками. Между каналами 1 с примыканием к внешним поверхностям внутренних стенок размещен шихтованный ферромагнитный сердечник 2 в форме параллелепипеда.

Вдоль внешних поверхностей наружных стенок каналов 1 расположены два индуктора бегущего магнитного поля, каждый из которых состоит из шихтованного ферромагнитного сердечника 3 и электрических катушек 4, располагающихся в пазах сердечников 3.

Каналы 1 с боковых сторон гидравлически связаны двумя карманами 5, внутри которых под углом 90° к продольным осям каналов расположены параллельные перегородки 6. Карманы 5 объединяют объемы каналов насоса 1, а перегородки 6 препятствуют обратному продольному течению в карманах 5 жидкого металла.

Предлагаемый электромагнитный насос работает следующим образом. На катушки 4 подается напряжение, после чего в них начинает протекать переменный электрический ток, создающий магнитное поле, которое полюсами сердечников 3 направляется в каналы 1 насоса. Вследствие того, что катушки 4 подключены так, что электрический ток в каждой катушке одного индуктора имеет то же направление, что и ток в противоположно расположенной катушке другого индуктора (как показано стрелками на фиг. 2), то создаваемые индукторами магнитные поля в примыкающих к ним каналах 1 будут направлены встречно. Встречные магнитные поля от индукторов замыкаются через центральный сердечник 2, расположенный между каналами 1, в котором магнитные поля индукторов будут иметь одно направление вдоль продольной оси сердечника 2 и осей каналов 1. Электрические катушки 4 в каждом индукторе соединены так, что в каналах 1 они создают бегущее магнитное поле, которое направлено в обоих каналах 1 в одну сторону. Бегущее магнитное поле в каналах 1 и в сердечнике 2, расположенном между каналами, индуцирует в жидком металле в каналах 1 электрический ток, который замыкаясь через боковые карманы 5 с перегородками 6, образует замкнутые контуры, охватывающие сердечник 2. Перегородки 6 не препятствуют замыканию индуцированных токов в каналах 1, но препятствуют образованию обратного течения в карманах 5 при работе насоса. Электрический ток в каналах 1, взаимодействуя с магнитными полями индукторов, генерирует объемную электромагнитную силу, действующую на жидкий металл в каналах 1 в одном, продольном осям каналов, направлении.

Так как при таком замыкании токов, поперечная осям каналов компонента плотности электрического тока практически однородна, то и электромагнитные силы практически однородны в поперечном сечении каналов насоса, а поперечный краевой эффект для электромагнитных сил в каналах значительно снижен.

Наличие параллельных перегородок в карманах предотвращает обратное течение в них металла, вызывающее снижение давления, создаваемого каналами, и ведет к улучшению рабочих характеристик насоса.

Кроме того, электрические катушки не охватывают каналы насоса, поэтому их можно эффективно охлаждать, а сами индукторы легко снимаются без отсоединения канала от гидравлической цепи при профилактических и ремонтных работах.

Изобретение относится к области прикладной магнитной гидродинамики и предназначено для перекачивания металлов и сплавов как в металлургии, так и в атомной промышленности для перекачивания жидкого металла в системах охлаждения. Магнитогидродинамический насос бегущего магнитного поля для электропроводных жидкостей, имеющий два прямоугольных параллельных канала, выполненных из немагнитного материала, объединенных на своих концах входным и выходным патрубками, шихтованный ферромагнитный сердечник в форме параллелепипеда, расположенный между каналами с примыканием, два индуктора, расположенных с внешних сторон каналов, каждый из которых состоит из шихтованного ферромагнитного сердечника и электрических катушек, размещенных в его пазах и подключенных в трехфазную сеть так, чтобы создать общий магнитный поток в сердечнике, расположенном между каналами, при этом каждый сердечник индуктора снабжен собственными электрическими катушками, охватывающими только свой сердечник, а каналы насоса гидравлически связаны между собой боковыми карманами с параллельными непроницаемыми перегородками, расположенными под углом 90° к продольным осям каналов. Карманы гидравлически объединяют объемы каналов насоса, а поперечные перегородки в них препятствуют продольному течению в них жидкого металла. Изобретение обеспечивает упрощенный доступ к элементам конструкции насоса для профилактики и ремонта, а также снижение поперечного краевого эффекта, что ведет к улучшению его рабочих характеристик. 2 ил.

Магнитогидродинамический насос бегущего магнитного поля для электропроводных жидкостей, имеющий два прямоугольных параллельных канала, выполненных из немагнитного материала, объединенных на своих концах входным и выходным патрубками, шихтованный ферромагнитный сердечник в форме параллелепипеда, расположенный между каналами с примыканием, два индуктора, расположенных с внешних сторон каналов, каждый из которых состоит из шихтованного ферромагнитного сердечника и электрических катушек, размещённых в его пазах и подключенных в трехфазную сеть таким образом, чтобы создать общий однонаправленный магнитный поток в сердечнике, расположенном между каналами, отличающийся тем, что каждый сердечник индуктора снабжен собственными электрическими катушками, охватывающими только свой сердечник, а каналы насоса гидравлически связаны между собой боковыми карманами с параллельными непроницаемыми перегородками, расположенными под углом 90° к продольным осям каналов.