Спиральный индукционный насос Советский патент 1980 года по МПК H02K44/02 

(54) СПИРАЛЬНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС Изобретение относится к области магни тогидродинамической (МГД) техники., частности, касается усовершенствования спиральных индукционных насосов, предназначеиных для перекачивания жидких металлов и других жидких топопроводящих сред, преимущественно, с плохой смачиваемостью поверхностей соприкосновения, например для ртути, свинца. Известен электромагнитный насос с вращающимся ротором jjQ, .применяемый для перекачки жидкого металла. Недостатком известного насоса являет ся низкая надежность, обусловленная наличием вращающихся частей и сложностью конструкции. Известен спиральный индукционный насос для жидких металлов, содержащий ста тор с обмоткой вращающегося магнитного поля, спиральный канал и сердечник из ферромагнитного материала 2J . Канал насоса представляет собой две коаксиальные обечайки. На внешней сторо не внутренней обечайки нарезана прямоугольная резьба, образующая винтовой канал. При эксплуатации спиральных насосов одной из основных проблем является обеспечение надежногои постоянного смачивания перекачиваемым металлом стенок кйнапа. Надежное смачивание стенок канала насоса обеспечивает минимальное контактное сопротивление при прохождении индуктированного вторичнсмго тока поперек всех витков, спирали, параллельно образующей канала. Для создания электрического контакта на внутреннюю поверхность наносят слой олова горячим лужением, либо гальваническим лужением, химическим лужением, защищая внутреннюю поверхность канала от окисления. При заполнении канала насоса ртуть активно взаимодействует с оловом, образуя амальгаму, обуславливакшую смачиваемость ртутью внутренней поверхности канала и надежный электрический контакт. При работе насоса покрытие смывается и электрический контакт сохраняется тех пор, пока ртуть находится в кананасосаПри попадании воздуха в канал или при наличии активных примесей в ртути поверхн(5ст{5 канала окисляется, образуются окисные пленки, электрический контакт нарушается. Вторичные токи не протекают в осевом направлении последовательно через витки канала и замыкаются в пределах каждого витка канала. . Ввиду небольшой ширины витка поперечный краевой эффект будет весьма сильным, что приведет к падению - РС -характеристики насоса, значительному понижению эффективности машины. Кроме того, КПД насоса понижается изза относительно больших электрических по терь в контактных сопротивлениях жидкий металл стенки канала. Насос в результате нарушения смачивания выходит из строя Для восстановления работрспособности насоса необходима его разборка при которой обезжиривают, травят внутреннюю поверхность канала и повторно лудят. Процесс восстановления смачиваемости в канале трудоемок, продолжителен и не экономичен. Существует также опасность зарастания канала окислами при работе с расппав ленньгми металлами. Таким образом, известный спиральный индукционный наСос обладает следукнцими недостатками: ухудшением электрического контакта между перекачиваемым металлом и каналом в процессе работы и зарастани ем канапа насора окислами. Целью изобретения является улучшение контакта между перекачиваемым металлом и каналом и предотвращение зарастания канала. Поставленная цель достигается тем, что в известном спиральном иняу;кционном насрсе для жидких металле, содержащем статор с обмоткой вращающегося магнитного поля, спиральный канал и сердечник из ферромагнитного материала, сердечник выполнен в виде кольцевого магнитострикционного вибратора. Сердечник мсжвт быт выполнен в виде набора кольцевых магнитострикционных вибраторов с эластичными прокладками между ними. Обмотка магнитострикционного вибратора подключена к высокочастотному генератору, В данной конструкции сердечник, кроме основной традиционной функции - части магнитной цепи для замыкания магнит кого потока в насосе, выпол1юет еше и новую функцию - периодическое озвучивание ультразвуком перекачиваемого расплава в канале насоса. Озвучивание предотвращает образование окисных пленок и зарастание канала, обеспечивая хороший электрический контакт между стенками канала и жидким металлом. Эластичные пpoклaдки установленные между вибраторами, предотврашают понижение КПД преобразования, обусловленное возникновением связанных колебаний. На фиг. 1 представлен спиральный индукционный насос для жидких металлов; на фиг. 2 изображен сердечник спирального индукционного насоса, выполненный в виде кольцевого магнитострикционноГо вибратора; .на фиг. 3 изображен вариант выполнения сердечника, установленного ; в канале. Спиральный индукционный насос состоит из статора 1 с многофазной обмоткой 2 вращающегося магнитного поля, спирального (винтового) канала 3 и сердечника 4 из ферромагнитного материала. Сердечник 4 представляет собой кольцевой магЬитострикционный вибратор. Он нафан из листового материала с хорошими i многострикционными свойствами, например, из тонких пластин пермендюра или никеля. Пакет сердечника 4 снабжен частично охватывающей его обмоткой 5, пропущенной е отверстия .6, выполненные в канале, и намотанной по спирали. Обмотка 5 может представлять собой и отдельные сосредоточенные катушки, включенные последовательно. Обмотка 5 подключена к высокочастотному генератору 7 например, ламповому. Для сердечников 4 небольшого диаметра материалом может служить феррит. о Допучаемый керамической технологией из порошков окисла железа и окислов различных других металлов. Подобные сердечники должны обладать хорошей магнитной проницаемостью, хорошими магнитострикционными свойствами, и механической jpo4костью в режиме ультразвуковых кобаний. Сердечник 4 может быть выполнен в виде набора нескольких вибраторов из феррита или шихтованных пакетов с о&цей обмоткой 5. Между составными элементами сердечника 4 в этом случае ставятся губчатые прокладки 8 для механической развязки. Учитывая, что в обмотке 5 магнитострикционного вибратора напряжение низкое, он может охлаждаться трансформаторным маслом или даже проточной водой непосредственно. Для этого в попосгь серпечника 4 монтируют патрубки 9 и 10 для подачи и отвода хладагента. Вместе с высокочастотным генератором 7 к обмотке 5 сердечника 4 иожет быть, подключен выпрямитель Б (истсяник подмагничивания) с дросселем на выходе. Работает наСос следующим образом. При включении многофазной обмотки 2 в сеть переменного тока в жидком металле спирального канала 3 появляются пондермоторные силы, создаклцие эф(|юкт перекачивания, Окисные пленки .на стенках канала 3 обуславливают плохой электрический контакт между его витками и эффективность насоса низка В случае узкого витка давление HJa выходе .квнала 3 вообще не создается. Включается ламповый генератор 7, Обмотка 5 кольцевого магнитострикцИонного вибратора питается от генератора 7 током высокой частоты (16 кГц и ) и вибратор создает ультразвуковые 11«лвбания. Высокочастотный генера1 ёр 7 может быть включен постоянно или включается периодическн при запуске насоса в работу. При введении ультразвуковых колеба:ний в жидкий металл канала 3 в нем начй-Г нается кавитация. Процессы, сопровожяа-. юшие кавитацию, разрушают окЬсную пяенку на внутренних стенках канала 3 и предупреждают его зарастание ОКИСНЕДМИ исто чениями. Вследствие ослабления молекулярных сил сцепления частиц окислов с основнымматериалом канала 3 окисные пленки срываются со стенок канала 3, Дав ленне, развиваемое насрсом, резко возрастает. Из-за плохого механического контакта канала 3 со статором 1, наличия нзопяци онных слоев и воздушных прсллежутков ультразвуковые колебания в статор 1 почти не проникают. После создания Хорошего смачивания перекачиваемым металлом материала канала 3 и возникновения алектрическ1Яо контакта между всеми ВИТКАМИ канала ,3, ламповый генератор 7 может быть выключен. Насос, перекачивающий ртуть, удовлетворительно работает вплоп до остановки. При последующем включении необходимо заполнить канал 3 ртутью и вновь включить ламповый 7. Таким образом, для создания электрического контакта он включается периодически. При перекачивании других металлов с большим числом окисных включений вы сокочастотный генератор 7 может быть включен постоянно. При этом под воздействк м ультразвуковых колебаний значительно уменьшается вязкость перекачиваемого металла, что также увеличивает производительность насоса. Теппо, выделяющееся в магнитострикционном вибраторе, уносится хладагентом системы охлаждения. При введении ультразвуковых колебаний в жидкий металл в опрецепенной полосе частот возникает резонанс. В этом случае от высокочастотного генератора {ламловый генератор 7) отбирается минимально количество энергии. В целях избежания эффекта удвоения, частоты и для увеличекия интенсивности излучения на переменное магнитное поле в сердечнике 4 накладывают постоянное поле. Для этого обмотку 5 сердечника 4 питают постоянным током подмагничивания вместе с током высокой частоты, Постоянный ток подают от выпрямителя Б j а разделение выходов различных по роду тока источников питания осуществляют при помсшй установки дросселя на выходе выпрямителя В или конденсатора С на выходе высокочасто його Лампового генератс а 6, Чем больше плотность перекачиваемого жидкого металла, меньшей интенсивности ультразвуковой энергии, устанавливается кавитация. Для ртути интенсивность ультразвуковой энергии, необхоаимой для возникновения кавитации, меньше 1 вт/см . Выполишие сердечника 4 спирального индукционного насоса для ртути в виде колвдевсяо магяитострикционного вибратора позволяет упростить процесс восстановления. электричесжого контакта в канале 3, позволяет отказаться от сложной химико-технолсяической установки по восстановтюник) канала 3. Ф о р мула изобретения 1, Спиральный индукционный насос для жидких металлов, содержащий статор с обмоткой вращаюцегося магнитного поля, спиральный канал исердечник из ферромагнитного материала, отличающийс я тем, что, с целью улучшения элек,рического контакта междуперекачиваемым металлом и каналом и предотвращения зарастания канала, сердечник выполнен в Виде кольцевого магнитострикционного вибрат а. 2. Насос по п, 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что сердечник выполнен в виде набора кольцевых магнитострикционных вибрат ов с эластичными прокладками между ними,

3. Насос по rai. 1и 2, отличающий с я тем, что обмотка магнйтострикционного вибратора подключена к высокочастотному генератору

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 179195, кл. F 04 F 11/00, 1965,

2.Вольдек А. И. Индукционные магнитогидроДинамичеСкие машины с жидкометаллическим рабочим телом , Энергия, 1970, с. 22-24 (прототип).

мг.З