CN112737275A - 一种永磁体旋转式液态金属驱动泵 - Google Patents

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张衍
石磊太
聂靖宇
王式保
王成龙
田文喜
秋穗正
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    • H02K44/02—Electrodynamic pumps
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Abstract

本发明公开了一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，包括转子铁芯和固连于转子铁芯上的永磁体、液态金属流道和外部铁轭；永磁采用金属粘结剂固连于转子铁心外部，其磁场方向指向或反向于转子铁芯径向，并且交替分布；转子铁芯由外部驱动电机带动转动，并带动永磁体转动，永磁体转动时，转子铁芯和外部铁轭之间的磁场会随之进行旋转，从而在液态金属流道内的液态金属中产生感应涡电流，携带有电流的液态金属将会在磁场中受到安培力作用，沿流道方向流动；本发明克服了现有技术面临的屏蔽难、耐温低和效率低的问题，安全性和经济性均有显著提升，可应用于钠、钾、汞和铅基合金等液态金属。

Description

一种永磁体旋转式液态金属驱动泵
技术领域
本发明涉及液态金属驱动设备领域，具体涉及一种永磁体旋转式液态金属驱动泵。
背景技术
液态金属是一种新兴的冷却剂，广泛应用于核能和太阳能等行业，常用的液态金属包括钠、钾、汞和铅基合金等，开发一种可靠的驱动装置对于液态金属的应用和发展至关重要。目前可选的驱动设备类型包括机械泵、直线感应式电磁泵、永磁泵。机械泵广泛应用于各种堆型，设计成熟且结构可靠，但铅基堆常用的液态铅铋合金，在高温下会通过溶解、冲刷、侵蚀等一系列物理和化学过程对结构材料造成严重的腐蚀破坏，并且可能引起结构材料的脆化，从而对机械泵的叶轮造成严重腐蚀及磨蚀。直线感应式电磁泵在钠冷快堆中得到了较广泛的应用，但铅铋合金电阻率大，约为液态金属钠的30倍，直线感应式电磁泵对其传输效率大大降低。永磁泵采用非接触设计，规避了铅铋合金腐蚀性强的问题，应用于铅铋堆时效率相比于直线感应式电磁泵更高。综合各种原因，设计较为新颖的永磁泵成为小、中型铅铋实验回路驱动设备更加合适的选择，我国加速器驱动的次临界系统及铅基堆的研究发展迫切需要开展对永磁泵的进一步研究。
发明内容
面对以上国家重点需求，本发明的目的在于提供一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，解决了液态金属的驱动效率和叶片腐蚀问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，包括转子铁芯1和固连于转子铁芯1上的永磁体2、液态金属流道3和外部铁轭4；所述定子铁芯1由圆环形的硅钢片堆叠而成，中心开有轴承连接孔5，同时在中部还开有八个沿周向均匀分布的螺栓导向孔6，用于硅钢片的压实固定以及同外部壳体的连接；所述永磁体2由采用金属粘结剂固连于转子铁心1外部的多组永磁体组成，永磁体2磁场方向指向或反向于转子铁芯1径向，并且交替分布；所述液态金属流道3包覆在转子铁芯1外部，包括依次连通的泵吸入口7、圆弧形流道8和泵排出口9；所述外部铁轭4是圆弧形状，由纯铁制成或由硅钢片堆叠而成，布置于圆弧形流道8外部，其圆心与转子铁心1的圆心重合。
所述永磁体2的数量为4的整数倍，沿转子铁芯1周向均匀分布，并且其N极与S极交替指向定子铁芯1中心，可在转子铁芯1和外部铁轭4之间形成一个垂直于液态金属流道3的磁场。
所述转子铁芯1通过轴承连接孔5同外部驱动电动机连接，并带动永磁体2随电动机转动而转动；永磁体2转动时，转子铁芯1和外部铁轭4之间的磁场会随之进行旋转，从而在液态金属流道3内的液态金属中产生感应涡电流，携带有电流的液态金属将会在磁场中受到安培力作用，从而被驱动从泵吸入口7向泵排出口9流动。
所述永磁体2由钐钴永磁材料制成，其耐温高，磁性随温度变化较小；由于液态金属温度较高，因此所述液态金属流道3外部全部覆盖有核级隔热材料，可保证永磁体2和外部铁轭4的温度在运行中控制在低温下，防止高温下永磁体退磁。
和现有技术相比，本发明具备如下优点：
(1)与机械泵相比，本发明采用完全密封的非接触式驱动设计，从根本上解决了机械泵的泄露问题，用于钠钾等活泼金属时安全性显著提高；
(2)与感应式电磁泵相比，由于液态铅基合金电导率大，感应式电磁泵用于铅基合金时效率大幅降低，本发明采用永磁体提供磁场，解决了铅基合金应用时驱动效率较低的问题。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，包括转子铁芯1和固连于转子铁芯1上的永磁体2、液态金属流道3和外部铁轭4；所述定子铁芯1由圆环形的硅钢片堆叠而成，中心开有轴承连接孔5，同时在中部还开有八个沿周向均匀分布的螺栓导向孔6，用于硅钢片的压实固定以及同外部壳体的连接；所述永磁体2由采用金属粘结剂固连于转子铁心1外部的多组永磁体组成，永磁体2磁场方向指向或反向于转子铁芯1径向，并且交替分布；所述液态金属流道3包覆在转子铁芯1外部，包括依次连通的泵吸入口7、圆弧形流道8和泵排出口9；所述外部铁轭4是圆弧形状，由纯铁制成或由硅钢片堆叠而成，布置于圆弧形流道8外部，其圆心与转子铁心1的圆心重合。
本实例中，永磁体2的数量为8，沿转子铁芯1周向均匀分布，并且其N极与S极交替指向定子铁芯1中心，可在转子铁芯1和外部铁轭4之间形成一个垂直于液态金属流道3的磁场。
所述转子铁芯1通过轴承连接孔5同外部驱动电动机连接，并带动永磁体2随电动机转动而转动；永磁体2转动时，转子铁芯1和外部铁轭4之间的磁场会随之进行旋转，从而在液态金属流道3内的液态金属中产生感应涡电流，携带有电流的液态金属将会在磁场中受到安培力作用，从而被驱动从泵吸入口7向泵排出口9流动。本实例中，液态金属和定子铁芯1均为逆时针方向转动。
所述永磁体2由钐钴永磁材料制成，其耐温高，磁性随温度变化较小；由于液态金属温度较高，因此所述液态金属流道3外部全部覆盖有核级隔热材料，可保证永磁体2和外部铁轭4的温度在运行中控制在低温下，防止高温下永磁体退磁。本实例中，本发明用于液态铅基合金，铅基合金在液态金属流道中温度为400℃，经过隔热材料降温后，永磁体3和外部铁轭4的温度均低于150℃，远低于其退磁温度。
本发明适用于钠、钾、汞和铅基合金等液态金属。

Claims (4)

1.一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，其特征在于：包括转子铁芯(1)和固连于转子铁芯(1)上的永磁体(2)、液态金属流道(3)和外部铁轭(4)；所述定子铁芯(1)由圆环形的硅钢片堆叠而成，中心开有轴承连接孔(5)，同时在中部还开有八个沿周向均匀分布的螺栓导向孔(6)，用于硅钢片的压实固定以及同外部壳体的连接；所述永磁体(2)由采用金属粘结剂固连于转子铁心(1)外部的多组永磁体组成，永磁体(2)磁场方向指向或反向于转子铁芯(1)径向，并且交替分布；所述液态金属流道(3)包覆在转子铁芯(1)外部，包括依次连通的泵吸入口(7)、圆弧形流道(8)和泵排出口(9)；所述外部铁轭(4)是圆弧形状，由纯铁制成或由硅钢片堆叠而成，布置于圆弧形流道(8)外部，其圆心与转子铁心(1)的圆心重合。
2.根据权利要求1所述一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，其特征在于：所述永磁体(2)的数量为4的整数倍，沿转子铁芯(1)周向均匀分布，并且其N极与S极交替指向定子铁芯(1)中心，在转子铁芯(1)和外部铁轭(4)之间形成一个垂直于液态金属流道(3)的磁场。
3.根据权利要求1所述一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，其特征在于：所述转子铁芯(1)通过轴承连接孔(5)同外部驱动电动机连接，并带动永磁体(2)随电动机转动而转动；永磁体(2)转动时，转子铁芯(1)和外部铁轭(4)之间的磁场会随之进行旋转，从而在液态金属流道(3)内的液态金属中产生感应涡电流，携带有电流的液态金属将会在磁场中受到安培力作用，从而被驱动从泵吸入口(7)向泵排出口(9)流动。
4.根据权利要求1所述一种永磁体旋转式液态金属驱动泵，其特征在于：所述永磁体(2)由钐钴永磁材料制成，其耐温高，磁性随温度变化小；由于液态金属温度高，因此所述液态金属流道(3)外部全部覆盖有核级隔热材料，保证永磁体(2)和外部铁轭(4)的温度在运行中控制在低温下，防止高温下永磁体退磁。
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