CN101382153A - 风冷式铝水永磁泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风冷式铝水永磁泵，其包括一圆环形碳化硅密封管道、其安装在泵体内，其上设有耐热材料构成的保温隔热层；主电机及其传动装置上连接一主轴，永磁体固定板与主轴连接，永磁体通过镶嵌在永磁体固定板上的纯铁轭固定在永磁体固定板上，置于密封管道上下两侧或其中的一侧或其内侧；奥氏体不锈钢泵体上设有入口孔和出口孔用于密封管道伸出泵体与外部连接；在泵体内设置温度传感器，强制风冷系统设置在泵体上，配电控制系统连接主电机、温度传感器以及强制风冷系统。本永磁泵具有高节能、高效率、低成本、无污染、维护成本低、寿命长工作可靠的显著特点。

Description

风冷式铝水永磁泵

技术领域

本发明涉及一种永磁泵，尤其是提供一种有色金属铝加工领域中使用的适用于控制高温铝金属熔液在管道和熔炼炉、保温炉中的有向流动的风冷式铝水永磁泵。

背景技术

在有色金属加工领域，为了提高铝合金属的质量，减少烧损，在熔炼的过程中要加入各种合金元素并使之混合均匀。目前已有多种金属熔液搅拌设备，其中铝水泵是公认最佳的搅拌装置。它可以使铝液按设计的方向和流速运动，从而使熔炼炉中的铝熔液进行充分、快速的混合。

世界上已知的铝水泵有铝水电磁泵、铝水机械泵两种，其中以英国EMP电磁泵和美国Metaullics机械泵最有代表性。它们的共同特点是高效率，可以快速、有效、充分地对熔炼炉中的铝液进行搅拌，减少烧损，从而大量节约能源，提高铝合金属的质量。从公开的资料上看铝水机械泵和铝水电磁泵分别可以使每小时通过泵体的高温铝熔液容量达到300～1000吨。但是它们也有很多缺点：铝水电磁泵价格昂贵，电能消耗较多，其特定设计的N匝多层组合电磁感应线圈需要通过液氮或软水循环冷却系统来降低温度，电力电器的控制系统较复杂，附属设备占地大，易污染，目前在国内很少有应用。铝水机械泵是一种接触式的搅拌装置，由于它和高温铝熔液的接触部分需要有复杂的保护系统，容易对铝液造成污染，转动叶轮和泵体多采用SST级别的石墨材料沉浸在铝液中，极易磨损损坏，因而其使用寿命短，年维护成本高昂，许多用户是买得起用不起。

发明内容

本发明的目的在于改进现有技术的不足，提供一种高节能、高效率、低成本、无污染的风冷式铝水永磁泵。

本发明的目的是这样实现的：

本发明提供的风冷式铝水永磁泵包括一圆环形碳化硅密封管道、一泵体、一主轴、一永磁体固定板、一钕铁硼永磁体、一主电机及其传动装置和一强制风冷装置；其中：

所述密封管道安装在所述泵体内，其外设有耐热材料构成的保温隔热层，该密封管道的两个端口伸出在所述泵体之外；所述主轴上固定所述永磁体固定板，在该固定板上镶嵌固设纯铁轭，所述钕铁硼永磁体通过所述纯铁轭固定在所述固定板上且所述钕铁硼永磁体分布在所述圆环形碳化硅密封管道上下两侧或其中的一侧或其内侧，所述主电机通过传动装置连接所述主轴，使得所述主电机驱动所述永磁体沿所述圆环形碳化硅密封管道作圆周运动；所述泵体为奥氏体不锈钢材料制成；所述强制风冷装置包括风机、设置在泵体内的循环风道，所述风机的出口连接循环风道的进口、所述循环风道的出口与泵体外连通；在所述泵体内设有温度传感器。

本发明的工作原理为：在主电机的驱动下，主轴转动，带动其上的永磁体在所述圆环形碳化硅密封管道外面做圆周方向的转动，从而产生洛伦兹力，在所述圆环形碳化硅密封管道中的液态铝液相当于转子，移动的永磁体相当于定子，由此推动铝熔液在环形管路中的流动；

所述永磁体由若干组钕铁硼磁钢组成，其成组地固定在所述永磁体固定板上镶嵌的纯铁轭上。

使用时，结合一配电控制系统，该配电控制系统通过例如变频器控制主电机转速，即控制所述永磁体的旋转角速度，进而控制铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道中的液体压力和铝液流速；同时，设置在泵体内的温度传感器实时监测泵体的温度，并通过配电控制系统控制所述强制风冷系统的工作，及时对泵体和其内的永磁体等进行降温。配电控制系统为现有技术，故而在此不做赘述。

本风冷式铝水永磁泵还可以包括一自动保护系统，相应的，所述钕铁硼永磁体及固定板分布在所述圆环形碳化硅密封管道内侧，该自动保护系统是一套可将所述主轴以及与之连接的其上固设所述永磁体的永磁体固定板至少部分地提出泵体之外的牵拉机构。其具有一驱动装置，该驱动装置与所述主轴之间设有牵拉传动机构。该驱动装置与配电控制系统连接，受控于所述温度传感器。

当泵体内出现温度过高等异常现象时，自动保护系统将主电机及永磁体从泵体中迅速提升出来，待所述强制风冷系统将泵体内的温度降到永磁体适宜的温度时，自动保护系统再次启动，将主轴和所述永磁体送回泵体中，恢复原工作状态。

所述圆环形碳化硅密封管道是特别设计的，有一个作为进液口、另一个作为出液口的单向型，和两个端口均可作为进液口或出液口的双向型密封管道两种类型。

工艺上采用精细碳化硅粉末整体浇铸成型或分段浇铸成型。

分段浇注成型的管道，其中，每段碳化硅管的端口都设计有止口，以便于相互套接，在套接止口处留有适当配合间隙，其中设有耐高温堵漏密封材料密封粘接。

在圆环形碳化硅密封管道的端口外壁面上设计有凸起棱以便于用奥氏体不锈钢箍加强连接。

在碳化硅管道外设有耐热材料形成隔热保温层，可以减少碳化硅管内铝液向外的热传导速度。

永磁泵是用永磁体作动力源，主要是利用它在空气隙中产生的磁场。洛伦兹力的大小主要依据永磁体磁路设计，磁路由永磁体、轭铁与气隙组成，永磁磁路设计分两方面，一是已知永磁体的性能、磁路结构及磁路各部分尺寸，要求计算气隙内磁场强度H_g；二是已知材料的磁性能、工作间隙和磁场强度，要求计算确定磁路结构及永磁体尺寸。已知条件：铝的导电率α、管道截面积πr²、管道长度2πR、永磁体体积V_m、永磁体长度L_m、有效气隙长度L_g、气隙体积V_g、永磁体角速度ω、剩磁B_r、磁场强度矫顽力H_cb、退磁场强度H_m、有效气隙内磁场强度H_g、最大磁能积B_mH_m、磁动势H_mL_m等。由磁动势守恒原理和磁通连续性原理有：

φ＝B_mA_m＝KfB_gA_g       (1)

-H_mL_m＝K_rH_gL_g       (2)

(1)(2)联立求解得 $B_g^2=(-H_m{B}_m)V_m{\mathrm{\μ}}_0/V_g{K}_f{K}_r$

其中

φ……………磁通量

B_m……………永磁体的磁通密度

B_g……………有效气隙中的磁通密度

A_m……………永磁体的截面积

A_g……………有效气隙的截面积

K_f……………漏磁系数

K_r……………磁动势损失系数

μ₀……………真空磁导率

由于磁路中存在漏磁现象，则磁路各部分存在磁通损失，并且磁路的磁压降不等于永磁体的磁动势。当气隙尺寸和气隙磁场强度H_g已知，则磁路设计的重点就是如何优化K_f和K_r。

本发明根据上述原理，通过磁路结构优化设计和轭铁镶嵌的不同方式来优化漏磁系数和磁动势损失系数，最大限度减少漏磁。

再根据法拉第电磁感应定律有：

$E=-\∂B/\∂t=-\left(B\cos \mathrm{\ωt}\right)\′=\mathrm{B\ω}\sin \mathrm{\ωt}$

E..................电流强度

因为：J＝αE

J…………感生电流密度

永磁体磁感应作用产生的洛伦兹力为：F＝JB

其中J和B方向相互垂直，因此，永磁体产生的电磁力密度为：

F＝αB²ωsinωt＝αEB

主电机传动装置为减速电动机，安装在泵体上方。通过变频器控制电机的转速，通过连轴器使得主轴和镶嵌纯铁磁轭的固定板相连，进而使永磁体做圆周方向快速运动，并控制永磁体的旋转角速度。

经科学计算不同角速度下洛伦兹力在切线方向的平均值，可以控制铝水永磁泵的流体压力，铝熔液流速等。

在现有铝液搅动装置中，还没有使用永磁泵的先例。其原因主要在于无法形成高强度的大气隙磁场以有效地推动铝液运动。而本发明通过特殊的磁路结构设计，即设置永磁体固定板，在其上镶嵌纯铁轭，在纯铁轭上固设永磁体，这种磁路设计可以减少漏磁。

所述固定板可以是奥氏体不锈钢制成的，固定板上镶嵌纯铁轭构成特别的磁路结构，在纯铁轭上固定若干组永磁体。

所述永磁体可分为若干组，每组又有若干块磁钢，分布在圆环形碳化硅密封管道的上下两侧或一侧或内侧。它的这种特别设计是使永磁体做圆周方向快速运动并产生洛伦兹力，工作时铝液相当于转子，移动的永磁体相当于定子，由此可以推动铝熔液在管道中的流动。

经计算优化永磁体可分为6～12的(偶数)组，且密封管道旁相邻的两组钕铁硼永磁体极性相反，其均匀磁力线方向垂直于管道。

所述固定板上的纯铁轭的特别的形状结构可以是以主轴为圆心的放射状支架结构，该支架可以是优选按圆周3等分、4等分或6等分结构，在每个放射状分支架上镶嵌排列的纯铁轭固设永磁体为上下两组，总数为6—12，并通过主轴与相反极性端联通形成一一对应的磁通回路。

所述泵体为奥氏体不锈钢材料的结构支撑钢架，其外附着固定奥氏体不锈钢板。泵体可为箱形或桶形结构，泵体上设置透气窗，泵体内部设有产生循环气流的循环风道并和该透气窗相连。强制风冷系统通过循环风道将风机强制吹入泵体内的冷空气引导到永磁体上，有效的带走其上的热量，以确保永磁体的温度在正常范围内。所述密封管道从泵体上穿出的入口孔和出口孔的管端口上可以配有法兰盘与外部连接。

箱形或桶形结构的奥氏体不锈钢泵体磁导率低，不会干扰泵体内部的磁路设计，保证了磁场的稳定性；泵体内的循环风道和透气窗配合风冷系统可以快速有效地降低泵体内的温度。

所述的温度传感器可以是安装在泵体中圆环形碳化硅密封管道的周边，用于监控泵体内部的空气温度，泵体内的空气温度设定值是根据永磁体的居里温度经科学计算设定的，永磁体的有效工作点是随它的退磁曲线变化的。

强制风冷系统包括风机、温度传感器和与其连接的控制装置，该控制装置使得高压风机根据温度传感器反馈的监控数据变化启动或停止，气流从泵体入风口进入沿内部风道产生循环气流并通过透风窗散热以降低温度，保证永磁体安全可靠地工作。

作为所述的自动保护系统的牵拉机构可以是包括在泵体内及上方设有的导轨或丝杠，所述主轴或固定板通过传动机构可沿导轨或丝杠的方向上下移动地连接在导轨或丝杠上，所述驱动机构连接传动机构。所述驱动机构可以是伺服电机系统，接受PLC的控制。当泵体内温度异常升高报警时，PLC控制伺服电机系统将主电机和永磁体沿导轨或丝杠方向提升一段距离，保护电机和永磁体不受泵体内高温损害。当温度回落到正常值时，伺服系统将主电机和永磁体恢复到原工作位置。

本发明提供的风冷式铝水永磁泵是全新的搅拌输送装置，它兼有电磁泵和机械泵的优点，又克服了它们的各自缺点。风冷式铝水永磁泵具有高节能、高效率、低成本、无污染的显著特点：铝水永磁泵相对于电磁泵可节约50％以上的能耗；独特的磁路设计和风冷系统设计不仅保证了系统的可靠性，而且消除了污染；大管径的环路设计可以在单位时间内交换大容量的铝熔液；非接触式的搅拌方式保证了设备使用寿命长，年使用维护费用大幅度降低；特殊的结构设计和磁场设计，有效的降低了大体积气隙的漏磁场问题，使风冷式铝水永磁泵可以高效、可靠的工作。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的一种结构示意图；

图2为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道的一种结构示意图；是本发明所述圆环形碳化硅管道的示意图

图2a为图2所示的密封管道每段碳化硅管的端口的止口结构示意图；

图3为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道的另一种结构示意图；

图4为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道的又一种结构示意图；

图4a为图4的侧视结构示意图；

图5为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道的又一种结构示意图；

图5a为图5的侧视结构示意图

6a为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的与主轴连接的固定板的主视结构示意图；

图6b、6c和6d为三等分、四等分和六等分结构的固定板的俯视结构示意图；

图7为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的泵体的一种箱型结构的主视示意图

图7a为图7所示泵体的俯视示意图；

图8为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的的泵体的另一种圆柱体型结构的主视示意图

图8a为图8所示泵体的俯视示意图；

图9a为接管法兰的结构示意图；

图9b为接管法兰的另一种结构示意图；

图10为本发明提供的风冷式铝水永磁泵的另一种结构的示意图；

图11为本发明提供的配电系统电路原理图；

图12为所述铝水永磁泵使用示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本发明作进一步详细说明：

如图1所示，是本发明提供的风冷式铝水永磁泵，包括圆环形碳化硅密封管道1、分布在所述圆环形碳化硅密封管道1上下两侧的钕铁硼永磁体16、主电机12及其传动装置、用于固定所述钕铁硼永磁体16的镶嵌纯铁轭6的永磁体固定板8、泵体、强制风冷系统和配电控制系统；

圆环形碳化硅密封管道1安装在泵体内，碳化硅密封管1上设有耐热材料构成的保温隔热层17；主电机12及其传动装置通过联轴节14连接一主轴7，使之旋转，主轴7通过在泵体相对于圆环形密封管道1中间处设置的穿孔11(如图7a、8a)插入泵体中，在泵体上的对应主轴的上下两位置处设有轴承19支撑主轴，主轴上固设镶嵌纯铁轭6的固定板8。在泵体的下底板上设置轴承座18，通过轴承19将主轴7可转动地固定在轴承座18上，使得主轴7置于圆环形密封管道1的环形空间的中间。永磁体16根据磁路的科学计算，在固定板上分成若干组(偶数)对应，形成贯穿密封管道的磁力线。磁力线沿管道作快速运动就产生了洛伦兹力，洛伦兹力在充分考虑各种环境参数的情况下可以科学计算。

在主轴7上固定有镶嵌纯铁磁轭6的永磁体固定板8，钕铁硼永磁体16通过镶嵌在永磁体固定板8上的纯铁轭6固定在永磁体固定板8上。如图1、图6a、6b、6c、6d所示，该固定板8是固定在主轴上以主轴为圆心的放射状支架，其可以是在圆周上具有3等分、4等分或6等分的3个、4个或6个分固定架结构，各个分固定架的纵向剖面形状如图6a所示，为“ㄈ”形框，该框包括上固定架和下固定架以及中间固定架。在分固定架的内表面上固设纯铁轭6。在各个分固定架上的上固定架和下固定架上分别固定一组永磁体16，上下两组相对的永磁体16之间具有适当气隙且极性相反。该各个分固定架上在上的永磁体16位于密封管道1的上方，在下的永磁体16位于密封管道1的下方(如图1)。通过主轴7与永磁体16相反极性端联通形成一一对应的磁通回路，而圆环形密封管道1置于磁场中。上下两组相对的永磁体16也可以位于圆环形密封管道1中间的空间中，如图10所示。

在固定架上按等分方法镶嵌纯铁轭，可以减少漏磁，是磁通回路结构的专门设计。

通过上述结构，通过主电机驱动，可使永磁体做圆周方向快速运动，并可以方便地控制永磁体的旋转角速度。继而调控推动密封管路中铝液的洛伦茨力。

在现有技术中，还没有使用铝水永磁泵体进行搅拌的实例。这是因为永磁体的磁路设计复杂，且磁场作用力很小，永磁体对环境温度的要求高，一旦超过居里温度就会出现退磁现象，磁场强度线性衰减，无法实现铝液定向流动的目的。但本发明通过使用碳化硅制作圆环形的密封管道，并设计了耐热材料的隔热保温层，再加上合理设置永磁体在镶嵌纯铁轭的固定板上固定，使得磁路中的漏磁现象减少，磁场强度大幅提高，大量磁力线集中穿过密封管道，通过调整永磁体的旋转角速度，就能够对密封管道中的铝液进行有效的定向推动。

主电机12为减速电动机，安装在泵体上方。通过变频器控制主电机12的转速，主电机12通过连轴器14驱动主轴7转动。本永磁泵应用在铝的冶炼过程中铝液的搅拌，密封管道1的进液口和出液口与熔炼炉27的出铝管28和进铝管29相连接，通过本永磁泵使得熔炼炉中的铝液流动起来；在出铝管上连接投料井30(如图12所示)。

圆环形碳化硅密封管道1可以为单向和双向两种类型。如图2所示为单向结构，其中的一个端口接管部3为与密封管道1基本垂直，这个端口适宜作进液口，而另一个端口处有一段直管与圆环管基本成相切的关系，有利于铝液的流出，适合作出液口，该密封管道构成一开口圆环；图3是另一种开口圆环式密封管道，铝液可以双向流动；图2和图3给出了密封管道在同一平面内的单向和双向两种结构。如图4、4a所示的密封管道为双向结构，其在立体空间中构成一个圆环，进出口管段重叠一部分，进出口流体的流动方向基本上是垂直的关系，在端口处均设有一段直管与圆环形管成基本相切的关系，所以两个端口都可以作进液口和出液口。如图5、5a所示的也是一种双向结构，与图4所示的密封管道不同的是，前者圆环形管段只有四分之三圆周长度，而本例中圆环形管段基本上为整个圆环长度，而两端口处连接的直管段重叠部分的流体流动方向相反。圆环形密封管道形状的设计可以使得管道在旋转的永磁体的高强度的磁场的有效范围内设置，泵体的体积紧凑，保温的性能也比较好。选择单向或双向碳化硅管道主要根据用户的冶炼工艺要求而定。

圆环形碳化硅密封管道1采用精细化加工的碳化硅粉末整体浇注成型或分段浇注成型，如图2、2a、图3所示的密封管道为分段成型的，其设计的端口套接止口5，要有适当配合间隙并填充耐高温粘接材料加以密封，端口外用套设不锈钢箍2紧固。在设不锈钢箍的管外壁上可设凸棱，有利于设置钢箍。圆环形碳化硅密封管道安装在泵体的中间位置，如图1所示管外壁上有隔热保温层17密封保护。

所述泵体是奥氏体不锈钢材料制成的支撑结构钢架，其外面附着奥氏体不锈钢板使得泵体构成为箱形(见图77a)或桶形(见图88a)结构，奥氏体不锈钢作泵体主要考虑的是不同材料的磁导率对磁场的影响，同时还要考虑该材料的机械性能；泵体上与密封管道1的出入口3、4相应处设有入口孔3a和出口孔4a用于密封管道1的两个端头伸出泵体与外部连接；在出入口上装配有法兰盘9(如图9a、9b)。法兰盘9与密封管道间的耐热材料层10可防止铝液热传导过快。

在泵体内设置温度传感器，强制风冷系统设置在泵体上，其包括一高压风机15，设置在泵体上，其出风口连接在设于泵体上的吹风口上。所述配电控制系统连接主电机12、温度传感器以及高压风机15，使得由温度传感器控制的强制风冷系统在泵体中产生循环气流并通过透气窗散热。风机的风压可根据具体泵散热要求而定。

如图9所示的本永磁泵的配电控制系统如图11所示，由通过例如变频器23、主电机12，通过断路器24、交流接触器25、热继电器26控制高压风机15。如图1所示的永磁泵也具有这样的包括主电机12和高压风机电机15的基本电路。，通过主电机12控制主轴7转动，而变频器23调控主轴的转速来控制所述永磁体16的旋转角速度，进而控制铝水永磁泵的圆环形碳化硅密封管道中液体压力和铝液流速；同时，设置在泵体内的温度传感器实时监测泵体的温度，该温度通过温度传感器控制高压风机，并通过高压风机15控制所述强制风冷系统的工作，及时对密封管道以及泵体降温。

本风冷式铝水永磁泵还可以包括一自动保护系统，应用在如图10所示的风冷式铝水永磁泵上。其是一套可将主轴7以及与之连接的其上固设永磁体16的永磁体固定板8提出泵体之外的牵拉机构。这里，固定在主轴7上的永磁体固定板8以及其上的纯铁轭6和永磁体的外径都小于密封管道1的中间圆截面空间的直径，永磁体固定板和永磁体均置于密封管道1的圆环内。该主轴7为可上下移动且可转动地固定在泵体内，该主轴具有一驱动装置即伺服电机20，该驱动装置20与主轴7之间设有牵拉传动机构21，例如是一螺杆式传动机构。图10所示的永磁泵中自动保护系统的具体结构可以是：设有一个由奥氏体不锈钢制作的筒体，其插设在泵体内密封管道1的圆环中间在该筒体的底部设置轴承座18，主轴上设轴承19与轴承座18匹配连接使得主轴7可转动地固定在筒体的下底板上。在主轴7上位于最上部的永磁体固定板8的上面套设一连接板，所述筒体与连接板固联；当主轴插设在泵体的孔11中置于密封管道的圆环内时，筒体的下底板支撑在泵体下底面上，同时连接板将泵体上的孔11盖住。在连接板上面的主轴7上如图1所示地通过联轴节连接电机12。在连接板上设穿孔，穿设至少三个螺杆，螺杆的下端可转动地固定在泵体上，在螺杆上连接螺母，其固定在该连接板上，螺杆上通过传动机构连接伺服电机20。伺服电机转动，即可带动螺杆转动，通过螺母就可以使得连接板升起或降下，从而将主轴及其上的永磁体提出泵体或放回泵体中。可以在泵体内对应筒体支撑的部位设置行程开关，在将主轴放回泵体中筒体落到泵体底部时通过该行程开关使得伺服电机停转。在泵体上面的相应处也可以设置一形成开关，以控制主轴被提升出泵体的上位位置。所述牵拉传动机构还可以是其他转动转换为直线运动的机构。由此，伺服电机转动即可使得螺杆升降，继而带动主轴上下移动将永磁体固定板及其上的永磁体从泵体中拉出或放回泵体中。该永磁泵的电路结构示意图如图11所示，在图1所示的永磁泵基础上增加了伺服电机20(在如图10所示的实例中使用)等组成伺服电机20的电路(图11中虚线框内的内容)，温度传感器通过断路器24控制伺服电机20。该驱动装置与配电控制系统连接，受控于所述温度传感器。该牵拉装置如图10所示，为一固定在泵体上部的导轨或丝杠21并连接一伺服电机装置20，导轨或丝杠21与主电机12及主轴7连接。当泵体内出现温度过热等异常现象时，伺服电机装置20被启动，即可使得与导轨或丝杠21连接的主电机12、主轴7及永磁体16从泵体中迅速提升出来一段，待所述强制风冷系统将泵体内降温到永磁体适宜的温度时，自动保护系统再次启动，将主轴和所述永磁体送回泵体中，恢复原工作状态。这样，可以确保永磁体在工作中不会超过居里温度而产生退磁现象。

圆环形碳化硅密封管道工艺上采用精细碳化硅粉末整体浇铸成型或分段浇铸成型。

分段浇注成型的管道，其中，每段碳化硅管的端口都设计有止口，以便于相互套接，在套接止口处留有适当配合间隙，其中设有耐高温堵漏密封材料密封粘接(如图2a所示)。

在圆环形碳化硅密封管道的端口外壁面上设计有凸起棱以便于用奥氏体不锈钢箍2加强连接(见图2)。

在碳化硅管道外设有耐热材料形成隔热保温层，以减少碳化硅管内铝液向外的热传导速度。

所述永磁体可分为若干组，每组又有若干块磁钢，分布在圆环形碳化硅密封管道的上下两侧(如图1)或内侧(如图10)。它的这种特别设计是使永磁体做圆周方向快速运动并产生洛伦兹力，工作时铝液相当于转子，移动的永磁体相当于定子，由此可以推动铝熔液在管道中的流动。

工作中，主电机12传动装置通过联轴器14与主轴连接，并拖动永磁体作圆周运动。高压风机15通过箱体入风口吹入高压气流，沿泵体内的循环气道流动，通过箱体的透气窗快速散热，以保证永磁体的有效工作点在稳定温度环境下，不会产生沿退磁曲线点向下变化。在泵体内及上方设有导轨或丝杠21等伺服系统20，接受PLC控制。当温度异常升高报警时，PLC控制伺服系统20将主电机12和永磁体16沿导轨或丝杠21方向提升一段距离，保护电机12和永磁体16不受泵体内高温损害，。当温度回落到正常值时，伺服系统20将主电机12和永磁体16恢复到工作位置，铝水永磁泵继续工作。

铝水永磁泵在使用过程中的结构组成如图12所示，从图12中可以看出：铝水永磁泵的进入口安装在熔炼炉27的出铝口28一侧，推动铝液在投料处理井30中快速形成特定的漩涡，然后经过进铝口29返回熔炼炉27。铝水永磁泵可以使熔炼炉中的铝液进行充分、快速的混合。经试验18KW的铝水永磁泵可以使每分钟通过10吨的铝液产生每秒6～8米的速度，根据碳化硅管径的不同，铝液流动的范围可从0.1吨/分到15吨/分。铝水永磁泵外观尺寸半径长约0.5～1m，重量约为3吨，可以使用在条件严格的场合。

Claims (10)

1.一种风冷式铝水永磁泵，其特征在于：包括一圆环形碳化硅密封管道、—泵体、一主轴、永磁体固定板、钕铁硼永磁体、主电机及其传动装置和强制风冷装置；其中：

所述密封管道安装在所述泵体内，该密封管道外壁上设有耐热材料构成的保温隔热层，该密封管道的两个端口伸出在所述泵体之外；所述主轴上固定所述永磁体固定板，在该固定板上镶嵌固设纯铁轭，所述钕铁硼永磁体通过所述纯铁轭固定在所述固定板上且所述钕铁硼永磁体分布在所述圆环形碳化硅密封管道上下两侧或其中的一侧或其内侧，所述主电机连接所述主轴，使得所述主电机驱动所述永磁体沿所述圆环形碳化硅密封管道作圆周运动；所述泵体为奥氏体不锈钢材料制成；所述强制风冷装置包括风机、设置在泵体内的循环风道，所述风机的出口连接循环风道的进口、所述循环风道的出口与泵体外连通；在所述泵体内设有温度传感器。

2.根据权利要求1所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述永磁体由若干组固定在镶嵌纯铁轭的所述永磁体固定板上的钕铁硼磁钢组成，每组所述永磁体又有若干块磁钢，分布在圆环形碳化硅密封管道的上下两侧或内侧。

3.根据权利要求1所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述固定板上的纯铁轭的结构是以所述主轴为圆心的放射状支架结构，该支架是按圆周3-6等分结构，其上镶嵌排列纯铁轭，纯铁轭上固设永磁体；所述永磁体分为6～12的偶数组，且在所述密封管道旁相邻的两组钕铁硼永磁体极性相反，其均匀磁力线方向垂直于管道。

4.根据权利要求3所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：在所述主轴上，放射状支架的每个分支架上固有镶嵌的纯铁轭的纵向剖面形状为“ㄈ”形框，开口朝外，在所述分固定架的内表面上固设纯铁轭；在各个分固定架的纯铁轭上的上下框和/或中间框的内侧固定永磁体，在上的永磁体磁钢位于相对密封管道的上方或环形密封管道中间孔的上部，在下的永磁体磁钢位于密封管道的下方或环形密封管道中间孔的下部，上下两组永磁体之间具有气隙且极性相反，通过主轴与永磁体相反极性端联通形成一一对应的磁通回路，使得所述圆环形密封管道置于磁场中。

5.根据权利要求1所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述泵体由在内的奥氏体不锈钢架支撑结构和其外附着固定的奥氏体不锈钢板构成的箱形或桶形体；其上设置透气窗作为所述循环风道的出口与泵体外连通。

6.根据权利要求1所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述圆环形碳化硅密封管道为精细碳化硅粉末整体浇铸成型或分段浇铸成型；或者，

所述圆环形碳化硅密封管道为两个端口一个作为进液口、另一个作为出液口的单向型，或为两个端口均可作为进液口或出液口的双向型密封管道；或者，

所述密封管道构成一开口圆环；或者，

所述密封管道构成一个圆环状的螺旋管，即其进液口和出液口管段重叠一部分或交叉的结构。

7.根据权利要求6所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述分段浇注成型的所述密封管道，其中，每段碳化硅管的连接端的端口具有匹配的止口，以便于相互套接，在套接止口处留有配合间隙，其中设有耐高温堵漏密封材料密封粘接；端口外设紧固的奥氏体不锈钢箍。

8.根据权利要求7所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：在所述每段碳化硅管的连接端的端口外壁面上设计有凸起棱，在该凸起棱上套设不锈钢箍，以加强各所述分段之间的连接；或者

所述密封管道从泵体上穿出的进液口和出液口上设有法兰盘，用以与外部连接。

9.根据权利要求1所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：还包括一自动保护系统，相应的，所述钕铁硼永磁体及固定板分布在所述圆环形碳化硅密封管道内侧，所述自动保护系统是一套可将所述主轴以及与之连接的其上固设所述永磁体的永磁体固定板至少部分地提出泵体之外的牵拉机构，其连接一驱动装置，该驱动装置与所述主轴之间设有传动机构。

10.根据权利要求9所述的风冷式铝水永磁泵，其特征在于：所述自动保护系统的牵拉机构是在所述泵体上设有的导轨或丝杠，所述主轴或固定板通过传动机构可沿导轨或丝杠的方向上下移动地连接在导轨或丝杠上，该驱动机构连接该传动机构；或者，

所述自动保护系统的结构是：设有一个由奥氏体不锈钢制作的筒体，其插设在所述泵体内所述密封管道的圆环中间，在该筒体的底部设置轴承座，所述主轴上设轴承与轴承座匹配连接使得主轴可转动地固定在筒体的下底板上。在所述主轴上位于最上部的所述永磁体固定板的上面套设一连接板，所述筒体与连接板固联；当主轴插设在泵体中置于密封管道的圆环内时，筒体的下底板支撑在泵体下底面上，同时该连接板置于泵体上。在该连接板上面的主轴上连接电机；在连接板上设穿孔，穿设至少三个螺杆，螺杆的下端可转动地固定在泵体上，在螺杆上连接螺母，其固定在该连接板上，螺杆上通过传动机构连接伺服电机。

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