Электромагнитный кондукционный насос для жидких проводящих сред Российский патент 2024 года по МПК H02K44/04 F04D7/06 

Изобретение относится к области прикладной магнитной гидродинамики и предназначено для перекачивания под высоким давлением различных металлов и сплавов, как в металлургии, так и в атомной промышленности, и может быть использовано для транспортировки даже таких тяжелых металлов как свинец.

Известен кондукционный электромагнитный спиральный насос по полезной модели (RU 126228, Н02К 44/02, опубл. 20.03.2013), в котором имеется канал в виде плоской спирали Архимеда, свитой из трубки из немагнитной стали. К противоположным внешним сторонам этой спирали присоединены токоподводные шины. Внутренние противоположные стороны спирали, лежащие напротив мест присоединения токоподводных шин соединены между собой электропроводной шиной. Соседние витки спирали по линии присоединенных токоподводных шин для обеспечения хорошего электрического контакта при протекании электрического тока по токоподводным шинам и через витки канала спаяны между собой. Две области канала, примыкающие к токоподводным шинам помещены в зазоры П-образных ферромагнитных сердечников, замыкающихся с двух противоположных сторон по отношению друг к другу. Принцип работы такого насоса основан на взаимодействии электрического тока, протекающего через жидкий металл в канале, с магнитным полем этого тока, усиленного П-образными сердечниками, в результате чего возникает объемная сила, создающая давление в каждом участке витка канала, в котором протекает ток. В связи с последовательным гидравлическим соединением этих участков результирующее давление возрастает на число витков в канале.

Недостатком такого насоса является то, что для создания высокого давления канал насоса должен содержать большое число витков и заниматьбольшую площадь. С другой стороны, если для создания большого давления увеличить силу тока, то это приведет к большим Джоулевым потерям.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности, выбранным за прототип, является кондукционный спиральный насос (SU 786807, Н02К 44/02, опубл. 07.08.1980) для создания высоких (тысячи атмосфер) давлений, канал которого снабжен входным и выходным патрубками и выполнен из стальной нержавеющей трубы, свернутой в спираль Архимеда, соседние витки которой электрически соединены между собой. Канал помещен в межполюсной зазор магнитной системы, создающей постоянное магнитное поле, направленное нормально к плоскости спирального канала. Жидкий металл в канале испытывает воздействие объемных сил, обусловленных взаимодействием радиального электрического тока с постоянным магнитным полем. В результате насос может перекачивать жидкий металл, преодолевая значительные (тысячи атмосфер) давления.

Недостатком такой конструкции является сложность изготовления токоподвода к плоскому спиральному каналу, кроме того, насос обладает большими габаритами, и применение его оправдано только в случае создания давления в тысячи атмосфер при относительно небольших расходах.

Техническим результатом предлагаемого устройства является упрощение изготовления конструкции и уменьшение ее габаритов.

Для достижения этого технического результата предлагается электромагнитный кондукционный насос для жидких проводящих сред, содержащий магнитопровод, катушки намагничивания с постоянным электрическим током, входной и выходной патрубки, размещенный в межполюсном зазоре спиральный канал с токоподводными шинами, при этом он имеет два межполюсных зазора, в которых размещен выполненный в виде цилиндрической спирали канал, внутри которого между полюсами с примыканием расположен шихтованный ферромагнитный блок, при этом внутренние витки спирального канала в области межполюсных зазоров соединены между собой и внутренними частями крайних витков сваркой либопайкой, внешние части крайнего витка канала с одной стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с двумя токоподводными шинами, а внешние части крайнего витка канала с другой стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с концами третьей замыкающей шины.

Отличительной особенностью предлагаемого насоса является то, что он имеет два межполюсных зазора, в которых размещен выполненный в виде цилиндрической спирали канал, внутри которого между полюсами с примыканием расположен шихтованный ферромагнитный блок, при этом внутренние витки спирального канала в области межполюсных зазоров соединены между собой и внутренними частями крайних витков сваркой либо пайкой, внешние части крайнего витка канала с одной стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с двумя токоподводными шинами, а внешние части крайнего витка канала с другой стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с концами третьей замыкающей шины.

Сущность предлагаемого решения поясняется фиг. 1, где приводится вид спирального канала с токоподводными шинами, фиг.2, где показан вид магнитной системы насоса и фиг. 3, где приводится предлагаемый насос в сборке.

Электромагнитный кондукционный насос для жидких проводящих сред содержит выполненный в виде цилиндрической спирали канал 1, внутренние витки которого 2 в области межполюсных зазоров 10, 11 соединены между собой и внутренними частями крайних витков 3 и 4 сваркой либо пайкой.

Внешние части крайнего витка 3 канала 1 в области межполюсных зазоров 10, 11 электрически соединены с токоподводными шинами 5, 6.

Внешние части крайнего витка 4 канала 1 в области межполюсных зазоров 10, 11 электрически соединены с концами третьей замыкающей шины 7.

Канал 1 имеет входной 8 и выходной 9 патрубки, которые в зависимости от электрического подключения насоса могут функционально меняться.

Канал 1 расположен в двух межполюсных зазорах 10 и 11 между полюсами 15 магнитной системы насоса, которая состоит из магнитопровода 14, выполненного из ферромагнитного материала, двух катушек намагничивания 12 и 13 и шихтованного ферромагнитного блока 16, который расположен внутри спирального канала 1 с примыканием.

Канал 1 расположен таким образом, чтобы области, где внутренние витки 2, спаянные между собой и внутренними частями крайних витков 3,4, и внешние части крайних витков 3,4, соединенные с токоподводными 5, 6 и замыкающей 7 шинами, были накрыты полюсами 15 магнитной системы.

Предлагаемый насос работает следующим образом.

Катушки намагничивания 12 и 13 при протекании по ним постоянного электрического тока создают магнитное поле, которое полюсами 15 магнитопровода 14 и ферромагнитным блоком 16 направляется в межполюсные зазоры 10 и 11, где располагаются две противоположные стороны цилиндрического спирального канала 1.

Вследствие того, что внутренние витки 2, спаянные между собой и внутренними частями крайних витков 3, 4, имеют хороший электрический контакт между собой и между токоподводными 5, 6 и соединительной 7 шинами за счет электрического соединения шин 5, 6, 7 с внешними частями крайних витков 3,4, постоянный электрический ток, подаваемый к токоподводной шине 5, течет поперек спаянных в области межполюсного зазора 10, витков 2 и 3 канала 1, после чего посредством замыкающей шины 7 подводится к противоположной части канала 1, где в области межполюсного зазора 11 протекает в обратном направлении поперек витков 2 и 4 канала 1, а затем протекает по токоподводной шине 6.

Таким образом, по жидкому металлу в областях межполюсных зазоров 10, 11 в витках канала 1 в поперечном продольной оси витков направлении протекает постоянный электрический ток. Этот электрический токвзаимодействует с магнитным полем, направляемым полюсами 15 и ферромагнитным блоком 16 в межполюсные зазоры 11, 12, и создает электромагнитную силу, действующую на жидкий металл в направлении продольной оси витков канала 1, создавая электромагнитное давление.

В результате того, что участки витков спирального канала, в которых создается электромагнитная сила, располагаются гидравлически последовательно, давление, создаваемое в витках канала, будет складываться. Таким образом, давление, создаваемое насосом, будет пропорционально удвоенному количеству витков в спиральном канале.

Для примера произведем оценку максимального давления, которое может развить такой насос на жидком свинце.

У жидкого свинца электрическая проводимость по величине близка к проводимости стенок канала, выполненных из нержавеющей стали. По этой причине ток, текущий по виткам канала, не повлияет на величину максимального давления, развиваемого насосом.

В случае, когда металл в канале неподвижен, можно приближенно считать, что общая высота канала равна внешнему диаметру витков канала.

Таким образом, формула оценки максимального давления насоса запишется как:

ΔР=γ2NBI/d,

где N количество витков канала, В - индукция магнитного поля в [Тл], I - сила электрического тока в канале в [A], d - диаметр витка, γ - коэффициент ослабления.

γ- обусловлен шунтированием участка канала, где протекает основной рабочий ток, остальными витками канала. При диаметре витков канала 20 мм и количестве витков канала 5 этот коэффициент, как показали численные расчеты, равен 0,8.

Таким образом, если взять канал с витками диаметром 20 мм, состоящий из пяти витков, подать на него 5000А постоянного тока, то при индукции в межполюсном зазоре в 1 Тл. насос создаст максимальное давление в 2 МПа.

При смене полярности питания катушек намагничивания или питания канала насоса изменяется направление перекачивания металла на противоположное.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к области прикладной магнитной гидродинамики, и предназначено для перекачивания под высоким давлением различных металлов и сплавов. Техническим результатом является упрощение изготовления и уменьшение габаритов насоса. Электромагнитный кондукционный насос для жидких проводящих сред содержит магнитопровод, катушки намагничивания с постоянным электрическим током, входной и выходной патрубки. В межполюсном зазоре размещен спиральный канал с токоподводными шинами. Электромагнитный кондукционный насос имеет два межполюсных зазора, в которых размещён выполненный в виде цилиндрической спирали канал, внутри которого между полюсами с примыканием расположен шихтованный ферромагнитный блок. Внутренние витки спирального канала в области межполюсных зазоров соединены между собой и внутренними частями крайних витков сваркой либо пайкой. Внешние части крайнего витка канала с одной стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с двумя токоподводными шинами, а внешние части крайнего витка канала с другой стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с концами третьей замыкающей шины. 3 ил.

Электромагнитный кондукционный насос для жидких проводящих сред, содержащий магнитопровод, катушки намагничивания с постоянным электрическим током, входной и выходной патрубки, размещенный в межполюсном зазоре спиральный канал с токоподводными шинами, отличающийся тем, что он имеет два межполюсных зазора, в которых размещён выполненный в виде цилиндрической спирали канал, внутри которого между полюсами с примыканием расположен шихтованный ферромагнитный блок, при этом внутренние витки спирального канала в области межполюсных зазоров соединены между собой и внутренними частями крайних витков сваркой либо пайкой, внешние части крайнего витка канала с одной стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с двумя токоподводными шинами, а внешние части крайнего витка канала с другой стороны в области межполюсных зазоров электрически соединены с концами третьей замыкающей шины.