CN101582627A - 液态金属电磁泵 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液态金属电磁泵，包括有泵沟、电磁驱动单元、控制系统等。电磁泵泵沟垂直穿过电磁驱动单元，且能够从电磁驱动单元中自由移出，便于维护。泵沟两端的变径收缩口与外围设备接口焊接。利用电磁线圈产生的前进行波磁场驱动高温液态金属介质在泵沟中流动，通过改变电磁线圈中的电流大小调节液态金属的流速。电磁线圈与泵沟之间的保温层隔离液态金属的高温辐射，空心电磁线圈内通循环冷却水以降低线圈温度，二者综合效应使得电磁泵能够工作于更高温度的液态金属环境。本发明的液态金属电磁泵适用于高工作温度、强腐蚀性、易氧化或大比重等特性的液态金属的传输应用，它具有操作简便、效率高、寿命长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业特殊用泵，具体是一种用于传输液态金属介质的电磁泵。
背景技术
随着工业生产和科学研究的快速发展，社会对液态金属介质传输或搅拌用动力泵的需求与日俱增，在废铝回收、定量浇铸、电磁搅拌、金属提纯、高温金属传送、重金属传送等行业需求尤为突出。电磁泵在液态金属传输领域具有很多优势，它具有操作简便，效率高，寿命长等优点。
目前，国内对于轻金属用电磁泵的研制技术比较成熟，主要包括液态金属的传送、电磁搅拌与波峰焊机等机械工业领域，如铝、铅、锡等金属。这些液态金属介质本身的不活泼性对电磁泵的环境要求简单，可以直接暴露于空气中进行工作，介质比重轻从而大大降低了电磁泵的设计与输入功率等，另外，介质对泵体材料的腐蚀问题也无需考虑。
然而，国内对于高工作温度、强腐蚀性、易氧化或大比重等特性的液态金属用电磁泵应用领域基本上是空白，如锂金属及锂合金、钠金属及钠合金、铅铋合金等。这些金属介质本身易氧化要求工作环境与空气隔绝，部分介质常温下是固体要求传输前对泵体进行预加热、重金属比重大要求工作线圈电源输入功率大，介质工作温度高对泵体材料的选择与工作线圈的高温性能提出了苛刻要求。目前市场上的电磁泵都无法满足这些介质的使用要求。本发明正是基于国内电磁泵的研究现状，结合电磁泵及工作介质特点，特提出一种应用领域更广的液态介质电磁泵。
发明内容
本发明的目的是提供一种液态金属电磁泵，是一种基于直线电机原理的特殊液态金属输送装置，利用电磁线圈产生的前进行波磁场驱动泵沟中的高温液态金属介质流动，通过改变电磁线圈中的电流大小实现调节液态金属流速。由于电磁泵有良好的冷却系统和多组串接线圈以及性能良好的结构材料，泵沟与外界设备之间密封连接隔绝了氧化环境，该电磁泵的工作范围更广，能够驱动高工作温度、强腐蚀性、易氧化或大比重等特性的液态金属流动。
本发明的技术方案如下：
液态金属电磁泵，其特征在于：包括有泵沟、电磁驱动单元、控制系统，所述的泵沟外套装有一个或多个电磁驱动单元，每个电磁驱动单元由第一至第六共六组线圈组成，所述的六组线圈采用先并后角电路接法，保证泵的工作效率高，功率大；所述的电磁驱动单元外接控制系统。
所述的液态金属电磁泵，其特征在于：泵沟垂直穿过电磁线圈平面，泵沟两端有变径收缩口，便于与外部设备接口焊接连接，减少高温液态金属泄露的几率。
所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的泵沟外包覆有保温层，保温层外套装有一个或多个电磁驱动单元。
所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的泵沟与电磁驱动单元之间具有间隙，泵沟可以自由移出。
所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的电磁线圈由空心铜管绕制而成，所述的空心铜管中通入冷却液，且泵沟外包覆保温层，电磁线圈套装在保温层之外；冷却液与保温层二者综合效应使得电磁泵能够工作于更高温度的液态金属环境。
电磁泵工作时，泵沟外的电磁线圈产生直线移动的行波磁场，通过行波磁场驱动液态金属介质在泵沟中流动，它具有较高的工作效率。当电磁线圈任意两相调换时，磁场便向相反的方向运动，以此驱动液态金属的流动，通过调节磁场强度来控制液态金属的流速。
电磁线圈和泵沟组成电磁泵的磁力系统，电磁线圈结构采用三相多层线圈(六组空心铜管)串接绕制的方式工作，多层叠绕有较高电源效率，以适应可能变化的动力和流量的要求。多组线圈采用三角形电路接法，电磁线圈绕组通以相位相差120°的变化电流，利用产生的行波磁场作用于液态金属介质，推动液态金属在流道中流动。
泵沟是电磁力驱动液态金属流动的动力起点，也是电磁泵组成结构中直接与液态金属介质接触的区域。泵沟垂直穿过电磁线圈平面，其轴线与多组线圈轴线同轴。泵沟设计成可移动方式，便于维修时泵沟从线圈中移动取出。考虑到液态金属工作温度高，有些液态金属介质还具有强腐蚀性，泵沟结构材料选用特定温度范围内与高温液态金属介质相容性好的不锈钢。另外，泵沟也是电磁泵与外围设备连接进行闭环工作的电磁泵唯一部件，其进出接口通过变径收缩口与外围设备接口对接熔透焊接，减小了液态金属泄露而造成安全事故的可能性。进出接口和变径过渡管段全部采用与泵沟同质不锈钢材料加工。
为了电磁泵适应于高温液态金属介质的特殊工作环境，需要尽快排走电磁线圈因大电流通过所产生的热量，以降低电磁线圈的实际工作温度。具体措施有：
(1)在线圈与泵沟之间添加一定厚度的保温层，用于隔离液态金属的高温辐射，降低电磁线圈处的温度；
(2)空心铜管线圈内通过强制循环冷却纯水，利用循环冷却方式降低线圈的工作温度。空心铜管内循环冷却水由外围循环纯水冷却配套设备提供，
水冷系统主要由6条水冷回路组成，每组线圈由一路水冷回路进行冷却。
保温层隔离液态金属的高温辐射，空心电磁线圈内的冷却水降低线圈温度，此二者综合效应使得电磁泵能够工作于更高温度的液态金属环境。
控制系统给电磁泵提供电流，控制其功率输出，并监控水冷系统的智能循环工作系统。电磁泵控制柜面板上集中显示所有测量参数，同时为外围设备的远程测控系统提供标准通讯接口。
实际工作时，针对不同介质实验需求，以电磁泵为核心的整套系统装置需要提前预热，使得系统装置温度达到工作介质的熔点温度以上。因此，电磁线圈本身能够对泵沟进行感应加热，省去了泵沟上缠绕加热元件的复杂结构。
本发明的液态金属电磁泵适用于工作温度高、腐蚀性强、易氧化或者比重大等特性的液态金属的传输应用，它具有操作简便、效率高、寿命长等优点。
本发明的主要性能参数为：
(1)电磁线圈绕制：六组空心铜管多级串接；
(2)电磁线圈电压输入：相位差为120°。
附图说明
附图为本发明装置泵体结构原理图。
具体实施方式
液态金属电磁泵，包括泵沟1、控制系统，泵沟1两端有收缩口部，泵沟1外环绕有一个电磁驱动单元，所述的一个电磁驱动单元由环绕于泵沟外的第一至第六线圈共六组线圈2、3、4、5、6、7组成，泵沟1外壁包覆有保温层9，电磁驱动单元环绕于保温层9外，泵沟1与电磁驱动单元之间具有间隙，泵沟1可以自由移出。所述的第一至第六组线圈采用三角形接法。各电磁线圈由空心铜管绕制而成，泵沟1垂直穿过电磁线圈平面，所述的空心铜管中通过冷却液。泵沟1中流有液体金属8。
Claims (5)
1、液态金属电磁泵，其特征在于：包括有泵沟、电磁驱动单元、控制系统，所述的泵沟外套装有一个或多个电磁驱动单元，每个电磁驱动单元由第一至第六共六组线圈组成，所述的六组线圈采用三角形电路接法；所述的电磁驱动单元外接控制系统。
2、根据权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于：泵沟垂直穿过电磁线圈平面，泵沟两端有变径收缩口，便于与外部设备接口焊接连接，减少高温液态金属泄露的几率。
3、根据权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的泵沟外包覆有保温层，保温层外套装有一个或多个电磁驱动单元。
4、根据权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的泵沟与电磁驱动单元之间具有间隙，泵沟可以自由移出。
5、根据权利要求1所述的液态金属电磁泵，其特征在于：所述的电磁线圈由空心铜管绕制而成，所述的空心铜管中通入冷却液，且泵沟外包覆保温层，电磁线圈套装在保温层之外；冷却液与保温层二者综合效应使得电磁泵能够工作于更高温度的液态金属环境。
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