CN102242705B - 一种电磁泵冷却系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁泵冷却系统及其控制方法。该系统包括电磁泵、油-水热交换器、油箱、流量计、冷却水泵、冷却水箱、冷却水塔、冷却塔风机和冷却油泵；所述油-水热交换器与油箱连接，油箱通过冷却油泵与电磁泵连接，电磁泵与油-水热交换器连接。本发明具有以下优点：采用冷却油直接对电磁泵线圈进行冷却，避免了空气和水与液态金属接触的可能，同时冷却能力强，可以保证线圈运行温度；配置冷却塔，用冷却水通过油-水热交换器实现对油温的控制，进一步保证了整个系统的冷却能力；具有完备的监测系统和控制系统，可以实现较高的自动化；通过各级连锁设置，避免操作人员误操作造成电磁泵运行事故的可能。

Description

一种电磁泵冷却系统及其控制方法

技术领域

本发明属于冷却系统，具体涉及一种电磁泵运行过程中的油-水冷却系统。

背景技术

电磁泵因依靠电磁力驱动，没有机械转动部件，因而具有非常良好的密封性，成为液态金属回路的理想动力装置。电磁泵的基本原理是利用一定方式缠绕的电磁线圈在通电时可以产生磁场，从而推动其中的导体按照一定的方向运动。一方面，电磁泵虽然没有转动部件，但是电磁线圈通电时一样会产生相当的热量，如果缺少冷却，极有可能造成电磁泵因高温而烧毁。另一方面，液态金属的熔点一般又比较高(例：液态金属钠为98℃)，这就要求电磁泵运行时温度又不能太低，至少应该在所传输工质的熔点以上。因此，电磁泵运行时其冷却系统工作状态决定了电磁泵是否可以正常运行。

例如，中国专利CN2583391Y中公开了一种液态金属电磁泵，主要包括钎料槽、泵沟、电磁铁、喷嘴等，电磁铁开口方向为水平方向，电磁铁开口内的泵沟由水平部分和垂直部分构成，垂直部分上部与喷嘴相通。这种设计使得流体阻力大，工作过程中电磁振动和噪音较大，励磁线圈产热多，采用空气冷却，散热效果不理想，励磁线圈容易烧毁。又如，中国专利CN2713723Y公开了一种液态金属电磁泵，主要由钎料槽、泵沟、左、右电磁铁及左、右喷嘴组成，钎料槽上部设置有一个平腔，平腔底部四角部分设置有垂直腔。较之前述电磁泵，本设计减小了流动阻力，电磁振动与噪音均有所减小，采用强迫流动的空气冷却，冷却效果有所提高，但是仍然因其冷却能力有限而限制了电磁泵的工作能力和安全性。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种可以保证液态金属实验回路电磁泵得到有效冷却的系统及其控制方法。本发明中电磁泵传输工质假设为液态金属钠，其额定功率为9kW，最大流量为10m³/h。随着流量的增大，其运行功率升高，线圈发热也会增加，为了维持其正常工作，就需要系统有更大的冷却能力。因高温液态金属与水直接接触有一定危险性，因此不宜采取直接水冷，所以本系统采取油冷+水冷方式。

本发明提供了一种电磁泵冷却系统，包括电磁泵、油水热交换器、油箱、流量计、冷却水泵、冷却水箱、冷却水塔、冷却塔风机和冷却油泵；所述油水热交换器与油箱连接，油箱通过冷却油泵与电磁泵连接，电磁泵与油水热交换器连接；所述油水热交换器上连接有冷却水泵，在冷却水泵上方连接有冷却水箱，冷却水箱的上方设置有冷却水塔，在冷却水塔的顶端安装有冷却塔风机；所述冷却塔风机与油水热交换器连接。

所述油箱和冷却油泵之间设置有流量计。

所述油水热交换器上设置有换热器油进口、换热器水进口、换热器水出口和换热器油出口；所述电磁泵通过换热器油进口与油水热交换器连接，冷却水泵通过换热器水进口与油水热交换器连接，冷却水塔通过换热器水出口油水热交换器连接，油箱通过换热器油出口油水热交换器连接。

所述冷却水泵置有冷却水泵进出口阀门，换热器水进口通过冷却水泵进出口阀门与冷却水泵连接。

所述冷却水泵置有冷却水泵进出口阀门，冷却水箱通过冷却水泵进出口阀门与冷却水泵连接。

所述冷却油泵上设置有第一冷却油泵进出口阀门和第二冷却油泵进出口阀门；油箱和第一冷却油泵进出口阀门连接，电磁泵和第二冷却油泵进出口阀门连接。

所述电磁泵上设置有电磁泵前油阀和电磁泵前油阀，其中电磁泵前油阀上连接有油压表，电磁泵旁路油阀并联在电磁泵上。

所述电磁泵上设置了2个测温点。

所述油箱上设置了1个测温点。

所述油水热交换器上的换热器油进口和换热器油出口各设置了1个测温点。

本电磁泵冷却系统主要包括油冷却回路，水冷却回路及检测与控制系统。其中油冷却回路直接为电磁泵线圈提供冷却，主要包括：储油箱、流量计、油泵、油压表及各部分管道；水冷却回路为冷却油提供冷却，主要包括：水泵、20t储水箱、冷却塔、冷却塔风机、油水热交换器及各部分管道。监测系统主要采集5个温度监测点温度与流量计流量，控制系统主要包括三套控制连锁，分别为：油泵先于电磁泵启动的连锁、水泵先于冷却塔风机启动的连锁以及以油温为触发条件的水泵自动启动连锁。由此可以实现对电磁泵有效且可调节的冷却，确保了电磁泵工作温度，为电磁泵的安全运行提供了保障。

系统主要工作方式如下：

首先，设置一个触发油温T0为水泵自动启动的条件；其次，由于油泵与电磁泵连锁的存在，在启动电磁泵前必须先投入油泵，这样可以保证线圈预热时不会过热。电磁泵运行过程中，监测系统时刻采集换热器出、入口及油箱油温，油路流量以及电磁泵线圈温度。控制系统将测得的三个油温分别与设置的T0做比较，随着电磁泵功率的提高，只要有任何一处油温超过T0，水泵就自动投入。此时操作人员如果发现冷却水冷却能力依然不足，可以投入冷却塔风机，加强冷却。如果检测到电磁泵线圈温度超过电磁泵额定运行温度，控制系统会自动切断电磁泵电源。停泵期间，应首先将电磁泵电压逐步下降直至关闭，冷却油泵需继续运行1-2小时保证对电磁泵的继续冷却。如水泵与风机已经投入，应先切断风机电源再切断水泵电源。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1.采用冷却油直接对电磁泵线圈进行冷却，避免了空气和水与液态金属接触的可能，同时冷却能力强，可以保证线圈运行温度；

2.配置冷却塔，用冷却水通过油水热交换器实现对油温的控制，进一步保证了整个系统的冷却能力；

3.具有完备的监测系统和控制系统，可以实现较高的自动化；

4.通过各级连锁设置，避免操作人员误操作造成电磁泵运行事故的可能。

附图说明

图1是控制系统的原理图；

图2是该系统的流程图；

图3是系统布置示意图。

其中主要包括电磁泵1，油水热交换器5，油箱7，流量计8，冷却水泵9，冷却水箱10，水房11，冷却水塔12，冷冷却塔风机13，冷却油泵14，油压表15。其中2为换热器油进口，3为换热器水进口，4为换热器水出口，6为换热器油出口，T01-T05为五个测温点，1-1为第一冷却水泵进出口阀门、1-2为第二冷却水泵进出口阀门，1-3为第一冷却油泵进出口阀门、1-4为第二冷却油泵进出口阀门，1-5为电磁泵前油阀，1-6为电磁泵旁路油阀。

具体实施方式

下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明的内容作进一步说明。

参见图1，依照本发明的技术方案，首先监测系统会将冷却油温度，油路流量，电磁泵温度转换为电信号传送至数据采集板，以上参数会显示到计算机显示器上；采集的数据同时会传送至控制系统，在控制系统与设定的参数做比较，经过比较后控制系统输出相应信号给系统设备，系统各设备进行相应动作，同时将设备运行状态信号返回到电脑显示器方便操作人员观察和控制。

图2是本发明的运行流程图。

电磁泵启动前应先设定水泵启动触发温度T0，启动冷却油泵，观察油路的流量和压力是否正常。如异常，应检查油路，确认无误后再启动油泵；如正常，方可启动电磁泵。电磁泵运行过程中，随着线圈温度的升高，冷却油温开始上升。控制系统实时比较采集得到的冷却油温度和设置的T0之间的大小关系。如油温未达到T0，则电磁泵只需冷却油冷却即可继续运行；如油温超过T0，则控制系统会自动投入冷却水泵。冷却水泵投入运行一段时间内，若操作人员观察到油温依然上升较快，应手动投入冷却塔风机。如以上措施都投入后电磁泵温度还是超过其运行额定温度，则控制系统会切断电磁泵电源；否则，电磁泵可继续运行。

以下是发明人给出的具体实施例，但本发明不限于这些实施例。

实施例1：电磁泵低流量工况下运行

如图3，现液态金属回路需要1m³/h的流量。首先，设定T0为60℃，启动冷却油泵14，满足启动电磁泵的连锁条件。检查油路流量和油压均正常后，方可接通电磁泵电源，在低电压下开始为电磁泵预热，预热期间应适当调节油路旁路阀门1-6，减小流经电磁泵的冷却油流量，方便预热。

待电磁泵温度T01、T02均达到150℃左右时，方可将液态金属钠充入电磁泵，电磁泵正式运转，同时关闭油路旁路阀门16。此时通过调节电磁泵的输入电压调节其中液态金属的流量至1m³/h。

此工况下因为要求流量较低，因此电磁泵线圈功率较低，发热较少，电磁泵温度主要靠来钠温度维持。因此油温不会超过T0，冷却水泵不会启动，可以避免因油温低且钠流量小而导致电磁泵内液态金属钠凝结堵塞的问题。

实施例2：电磁泵中等流量工况下运行

如图3，现液态金属回路需要5m³/h的流量。首先，设定T0为60℃，启动冷却油泵14，满足启动电磁泵的连锁条件。检查油路流量和油压均正常后，接通电磁泵电源，将其输入电压调节至100V左右进行预热。此时油路旁路阀门16保持关闭状态，冷却油全部流经电磁泵。

待电磁泵温度T01、T02均达到150℃左右时，将液态金属钠充入电磁泵，电磁泵正式运转。此时通过调节电磁泵的输入电压调节其中液态金属的流量至5m³/h。

在运行过程中，为了提供5m³/h流量，电磁泵功率偏高，线圈发热量增大，电磁线圈温度上升带动冷却油温度会上升。当油温升至T0＝60℃时，由于设置的连锁，控制系统会自动启动冷却水泵9。此时，在油-水热交换器5内，冷却油将热量传递给冷却水，油温趋于稳定。待观察到油温稳定后，电磁泵工作温度尚在允许范围内，因此电磁泵可以继续运行，无需手动启动冷却塔风机。

实施例3：电磁泵较高流量工况下运行

如图3，现液态金属回路需要9m³/h的流量。首先，设定T0为60℃，启动冷却油泵14，满足启动电磁泵的连锁条件。检查油路流量和油压均正常后，接通电磁泵电源，将其输入电压调节至100V左右进行预热。此时油路旁路阀门16保持关闭状态，冷却油全部流经电磁泵。

待电磁泵温度T01、T02均达到150℃左右时，将液态金属钠充入电磁泵，电磁泵正式运转。此时通过调节电磁泵的输入电压调节其中液态金属的流量至9m³/h。

为了维持9m³/h的流量，电磁泵接近满功率运行，此时电磁线圈发热量很大，电磁线圈温度的上升会带动油温上升。当油温升至T0＝60℃时，由于设置的连锁，控制系统会自动启动冷却水泵9。此时，在油水热交换器5内，冷却油将热量传递给冷却水。如本身气温偏高(假设为25℃)，电磁线圈发热量又交大，只依靠冷却水来控制油温无法使油温较快趋于稳定，则电磁泵温度也会进一步提升，不利于电磁泵安全工作。此时需要手动启动冷却塔风机13，通过强迫对流的空气为冷却水降温，加大系统的冷却能力。至此，该系统的冷却能力全部投入。

运行经验表明，冷却系统的冷却能力完全可以为电磁泵在各运行工况下提供适当的冷却保障，且自动化程度高，可视化效果好，可以减少工作人员操作失误，为电磁泵安全和液态金属回路正常运行提供了充足的保障。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种电磁泵冷却系统，其特征在于：包括电磁泵、油—水热交换器、油箱、流量计、冷却水泵、冷却水箱、冷却水塔、冷却塔风机和冷却油泵；所述油-水热交换器与油箱连接，油箱通过冷却油泵与电磁泵连接，电磁泵与油-水热交换器连接；所述油-水热交换器上连接有冷却水泵，在冷却水泵上方连接有冷却水箱，冷却水箱的上方设置有冷却水塔，在冷却水塔的顶端安装有冷却塔风机；所述冷却塔风机与油-水热交换器连接。

2.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述油箱和冷却油泵之间设置有流量计。

3.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述油-水热交换器上设置有换热器油进口、换热器水进口、换热器水出口和换热器油出口；所述电磁泵通过换热器油进口与油-水热交换器连接，冷却水泵通过换热器水进口与油-水热交换器连接，冷却水塔通过换热器水出口与油-水热交换器连接，油箱通过换热器油出口与油-水热交换器连接。

4.如权利要求3所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述冷却水泵置有冷却水泵进出口阀门，换热器水进口通过冷却水泵进出口阀门与冷却水泵连接。

5.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述冷却水泵置有冷却水泵进出口阀门，冷却水箱通过冷却水泵进出口阀门与冷却水泵连接。

6.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述冷却油泵上设置有第一冷却油泵进出口阀门和第二冷却油泵进出口阀门；油箱和第一冷却油泵进出口阀门连接，电磁泵和第二冷却油泵进出口阀门连接。

7.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述电磁泵上设置有电磁泵前油阀和电磁泵旁路油阀，其中电磁泵前油阀上连接有油压表，电磁泵旁路油阀并联在电磁泵上。

8.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统，其特征在于：所述电磁泵上设置了2个测温点；所述油箱上设置了1个测温点；所述油-水热交换器上的换热器油进口和换热器油出口各设置了1个测温点。

9.如权利要求1所述一种电磁泵冷却系统的控制方法，其特征在于：首先，设置一个触发油温T0为水泵自动启动的条件；其次，由于油泵与电磁泵连锁的存在，在启动电磁泵前必须先投入油泵，保证线圈预热时不会过热；电磁泵运行过程中，监测系统时刻采集油-水热交换器的换热器出口的油温、油-水热交换器的换热器入口的油温及油箱油温，油路流量以及电磁泵线圈温度；控制系统将测得的三个油温分别与设置的T0做比较，随着电磁泵功率的提高，只要有任何一处油温超过T0，水泵就自动投入；此时操作人员如果发现冷却水冷却能力依然不足，就投入冷却塔风机，加强冷却；如果检测到电磁泵线圈温度超过电磁泵额定运行温度，控制系统会自动切断电磁泵电源；停泵期间，应首先将电磁泵电压逐步下降直至关闭，冷却油泵需继续运行1-2小时保证对电磁泵的继续冷却；如水泵与风机已经投入，应先切断风机电源再切断水泵电源。