Цилиндрический линейный индукционный насос Советский патент 1979 года по МПК H02N4/20 

Изобретение относится к области магнитогидродинамической техники (МГД-техники), в частности к усовершенствованию электромагнитных индукционных насосов для перекачивания то копроводящих сред. Оно может быть ис пользовано для перекачивания токопро водящих сред в ядерной энергетике, например в ясидк.ометаллических контуpax атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, в исследо вательских стендах. Известна конструкция цилиндрического .линейного индукционного насоса 1, основными узлами которого явля ются цилиндрический прямоточный канал,, индуктор с обмоткой возбуждения в виде дисковых катушек, охватываю,щих канал, и внутренний ферромагнитный -сердечник. Обмотка возбуждения создает в канале бегущее вдоль оси магнитное поле, взаимодействие которого с индуктированными в электропроводящей среде токами создает . электромагнитную силу, обеспечиваю1цую перемещение среды по каналу, Подобные устройства нашли широкое применение в ядерной энергетике, металлургии, химической промышленности и особенно эффективны при перекачиваНИИ больших расходов (сотни-тысячи кубических метров в час)электропроводящих сред. Однако в таких насосах невозможна замена обмотки возбуждения в случае выхода ее из строя без демонтажа насоса из жидкометаллического контура, В это же время обмотка насоса является наиболее ненадежным элементом, определяющим ресурс работы насоса. Известен цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий коаксиальные наружный прямой и внутренний обратный кана.пы, наружный индуктор с трехфазной обмоткой и ферромагнитный сердечник, расположенный между каналами 21 . В этом устройстве электромагнитный напор создается в наружном цилиндрическом канале, на выходе из которого поток жидкого металла разворачивается на 180° и через внутреннюю трубу направляется к выходному патрубку,находящемуся с той же стороны насоса, что и входной патрубок.Данная конструкция позволяет производить демонтаж и монтаж индуктора с обмоткой без разгерметизации контура и существенно повысить ресурс работы насооа за счет замены (ремонта) индуктора с обмоткой.

Основным недостатком.данного устройства, особенно при напорах Р 5 кг/см2, является его большая длина.

В насосах подобного типа с обмоткой возбуждения, расположенной с одной стороны канала, напор, создаваемый одним метром его длины, составляет 1 кг/см, Это связано с невозможностью получения высоких значений линейной токовой нагрузки обмотки ввиду трудности ее охлаждения,невозможностью в большинстве случаев использовать непосредственное водяное охлаждение, а также с влиянием различного рода краевых эффектов и неоднородности распределения скорости по сечению канала, снижающих развиваемый напор. При напорах 810 кг/см, являющихся, например, типичными в насосах для быстрых ядерных реакторов их длина составляет 8-10 м.

Недостатком.данного устройства является также наличие в канале помимо бегущего магнитного поля пульсирующих составляющих поля, вызванных конечностью длины индуктора с обмоткой и ухудшающих характеристики насоса из-за дополнительных потерь мощности.

Целью изобретения является уменьшение длины насоса при заданном напоре и увеличение его КПД путем уменьшения пульсирующего магнитного поля.

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве обратный канал выполнен кольцевым и снабжен внутренним индуктором, причем порядок чередования фаз обмоток внутреннего и наружного индукторов взаимно обратный, фазы, симметричные, относительно середины, индукторов, являются одноименными, а сердечник - общим для магнитных систем обоих индукторов.

На чвртеже изобрахсен продольный разрез насоса с индукторами .длиной в два полюсных деления.

Насос содерхшт наружный индуктор 1 с обмоткой 2, внутренний индуктор 3 с обмоткой 4, наружный 5 и внутренний 6 каналы, ферромагнитный сердечник 7,

Наружный и внутренний кольцевые каналы объединены с одной стороны переходником, являющимся частью тора , а а другой соединены с входным и вь xoдны патрубками. Фаза C-Z обмотки внутреннего индуктора, расположенная симметрично относительно середины индуктора, одноименна фазе наружного индуктора, симметрично раположенной относительно его середиг1ы. Порядок чередования фаз обмотки

внутреннего индуктора (начиная отсчет, например, от фазы С в положительном направлении оси ОХ) СХВ2АУ взаимно обратен порядку чередования фаз обмотки наруж 1ого индуктора CyAZBX.

Насос работает следующим образом.

Наружный и внутренний индукторы создают в соответствующих каналах магнитные пол7Я,бегущие во взаимно противоположных направлениях. Например, поле наружного индуктора - в положительном направлении оси О-Х, внутреннего - в отрицательном (или наоборот). Взаимодействие индуктированных в кольцевых каналах токов с соответствующими магнитными полями создает электромагнитный напор, который суммируется в двух каналах по ходу движения электропроводной среды

В результате при заданном напоре длина электромагнитного насоса может быть уменьшена примерно в два раза.

Магнитные поля двух индукторов замыкаются по общему сердечнику 7. В силу конечных длин индукторов с обмотками в каналах помимо бегущих магнитных полей возникают пульсирующие составляющие магнитного поля,Основная пульсирующая составляющая изменяется во времени синфазно с изменением тока в фазе, симметричной относительно середины индуктора, и направлена так, как показано стрелками на чертеже. Амплитуда этого поля в первом приближении прямо прсэпорциональна магнитной проводимости шунтирующих участковмагнитной цепи. Для одного индуктора это зона ограничения линией а-а-О) и торцами индуктора на чертеже.

Для двух индукторов при наличии общего сердечника потоки от пульсиР5 ющего поля в нем взаимно уничтожаются, а шунтирующие потоки замыкаются по пути, заключенному между линиями 6-b-fa и С-С-С на чертеже при этом магнитная проводимость их существенно уменьшается.

Формула изобретения

Цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий коаксиальные наружный прямой и внутренний обратный каналы, наружный индуктор с трехфазной обмоткой и ферромагнитный сердечник , расположенный между каналами, отличаю щийс я тем, что, с целью уменьшения длины насоса при заданном напоре и увеличения КПД пу-. тем уменьшения пульсирующего Магнитного поля, обратный канал выполнен кольцевым и снабжен внутренним индук,тором, причем порядок чередования фаз обмоток внутреннего и наружного

(индукторов взаимно обратный, фазы , симметричные относительно середины ИНДук торов, я вл яют с я одн оимен ными, а сердечник - общим для магнитных систем индукторов.

Источники информации дринятые-во внимание при экспертизе

1.Патент США 2920271, кл. 103-1, опублик. 1953.

2,Патент Великобритании № 880316, кл. 35 А, опублик. 1961 (прототип).