CN114531007B - 金属熔体电磁泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种金属熔体电磁泵，包括泵体、磁场发生系统以及泵芯，泵体包括从内到外依次布置的内衬层、保温层、外壳层，内衬层包围形成流动空间且具有圆台段以及台阶段，泵芯位于流动空间中且自身具有圆锥筒，圆锥筒所具有的锥底段密封连接台阶段，圆锥筒所具有的锥面段与内衬层的内表面之间形成等距流道，锥面段具有锥面通孔，磁场发生系统安装在外壳层上并正对锥面段；当磁场发生系统施加交变电流后能够使得位于等距流道内的金属熔体通过锥面通孔进入到锥面段的内部，本发明产生的电磁力更大、更均匀，内部对流更少，因此提升了输送效率。

Description

金属熔体电磁泵

技术领域

本发明涉及铸造设备技术领域，具体地，涉及一种金属熔体电磁泵，尤其涉及一种带圆台形螺线管线圈的金属熔体电磁泵。

背景技术

金属熔体电磁泵主要分为电导式和电感式。电导式利用通电金属熔体在磁场作用下的受力产生运动，但是其使用的电极需要直接接触金属熔体，且磁体的性能也易受高温和尺寸影响，因此难以适应高温、大流量场合。相比电导式，电感式更适合高温、大流量场合。

现有技术中，电感式的金属熔体电磁泵通常采用行波磁场来推动导电金属熔体流动，例如专利文献CN103900386A公开了一种液态铝合金电磁输送设备，通过在扁平泵沟上下对称设置电磁泵本体产生的行波磁场来推动扁平泵沟内铝液流动。该设计相比非电磁式的输送具有效率高、品质好等很多优点，但这种方式仍然存在很多不足。一是由于行波磁场本身的特性决定了其磁场分布极不均匀，因此铝液在泵沟内所受电磁力和感应发热也极不均匀，强制使泵沟内铝液产生局部的有旋搅拌对流和热对流运动，大量电磁力被内耗，降低了输送效率。二是行波磁场由多个不同相位绕组间的气隙磁场组合而成，其磁场强度沿泵沟径向迅速衰减，因此要求气隙越小越好。但为了防止金属液泄露、绕组温度过高等安全风险，又要求泵沟壁具有一定厚度，因此导致泵沟内部空间磁场强度较低，输送效率进一步降低；三是由于导体的集肤效应，电磁力仅作用于金属熔体外层的集肤层内，为了减少由于集肤层和中心层受力差异较大而形成的搅拌对流，需要将泵沟设计为扁平状，但是扁平状的泵沟容易堵塞且清理非常不便，维护麻烦。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种金属熔体电磁泵。

根据本发明提供的一种金属熔体电磁泵，包括泵体、磁场发生系统以及泵芯；

所述泵体包括从内到外依次布置的内衬层、保温层、外壳层，所述内衬层包围形成流动空间且具有圆台段以及台阶段，所述泵芯位于所述流动空间中且自身具有圆锥筒，圆锥筒所具有的锥底段密封连接所述台阶段，圆锥筒所具有的锥面段与所述内衬层的内表面之间形成等距流道，所述锥面段具有锥面通孔，所述磁场发生系统安装在所述外壳层上并正对所述锥面段；

当所述磁场发生系统施加交变电流后能够使得位于所述等距流道内的金属熔体通过所述锥面通孔进入到所述锥面段的内部。

优选地，所述内衬层还具有低位段、高位段以及出口段，所述低位段、圆台段、台阶段、高位段、出口段依次连接形成喇叭口结构，其中，低位段作为小口端用于金属熔体的流入，出口段作为大口端用于金属熔体的流出。

优选地，所述磁场发生系统包括圆台形螺线管、磁轭以及引出头；

所述圆台形螺线管和磁轭均位于外壳层内部且所述磁轭位于圆台形螺线管的外侧面；

所述引出头一端连接圆台形螺线管，另一端贯穿外壳层并延伸到外壳层外部。

优选地，所述圆台形螺线管、引出头均为空心紫铜管制作。

优选地，所述泵芯包括连接杆以及固定板；

所述固定板的一端连接所述外壳层，固定板的另一端通过连接杆连接所述圆锥筒。

优选地，所述圆锥筒还包括锥顶段，所述锥顶段位于所述锥面段的一端，所述锥底段位于锥面段的另一端，其中，所述连接杆与锥顶段、锥面段或者台阶段连接。

优选地，所述外壳层包括用于连接金属熔体来源容器的低位法兰、用于连接金属熔体目标容器的出口法兰以及用于固定泵芯的高位法兰。

优选地，与所述金属熔体接触到的部位均采用陶瓷材料制作。

优选地，所述外壳层、固定板均采用不锈钢制作。

优选地，所述外壳层采用保温材料制作。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明利用螺线管线圈内部产生交变磁场对内部的导体产生垂直圆台侧面向内的电磁推力来泵送金属熔体流动，且通过泵芯限制金属熔体流动方向，使金属熔体按照设定方向流动而达到输送功能。与现有技术相比，本发明产生的电磁力更大、更均匀，内部对流更少，因此提升了输送效率。

2、本发明还通过泵芯和泵体组合形成环形圆台等距流道，且泵芯容易拆卸，因此等距流道的清理、维护更方便，不易堵塞。

3、本发明采用圆台形螺线管，径向磁场衰减更慢，在保证内衬壁厚的前提下，输送效率仍然很高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

图中示出：

泵体 1

内衬层 11

低位段 111

圆台段 112

台阶段 113

高位段 114

出口段 115

保温层 12

外壳层 13

低位法兰 131

出口法兰 132

高位法兰 133

磁场发生系统 2

圆台形螺线管 21

磁轭 22

引出头 23

泵芯 3

圆锥筒 31

锥顶段 311

锥面段 312

锥面通孔 3121

锥底段 313

连接杆 32

固定板 33

等距流道 4

金属熔体 5

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种金属熔体电磁泵，利用圆台形螺线管内部产生的梯度磁场会对内部导体产生垂直侧面向内的电磁推力这一现象来推动金属熔体流动，进行悬浮熔炼，相比行波磁场，螺线管线圈内部空间磁场分布则更为均匀。

如图1所示，包括泵体1、磁场发生系统2以及泵芯3，泵体1包括从内到外依次布置的内衬层11、保温层12、外壳层13，其中内衬层11包围形成流动空间形成金属熔体5流动的通道，保温层12用于降低金属熔体5热量散失和降低外壳层13的温度，外壳层13为电磁泵提供刚性支撑和防护。

内衬层11具有圆台段112以及台阶段113，泵芯3位于流动空间中且自身具有圆锥筒31，圆锥筒31所具有的锥底段313密封连接台阶段113，圆锥筒31所具有的锥面段312与内衬层11的内表面之间形成等距流道4，锥面段312具有锥面通孔3121，锥面通孔3121垂直于锥面段312外表面，磁场发生系统2安装在外壳层13上并正对锥面段312，当磁场发生系统2施加交变电流后能够使得位于等距流道4内的金属熔体5通过锥面通孔3121进入到锥面段312的内部。

磁场发生系统2包括圆台形螺线管21、磁轭22以及引出头23，圆台形螺线管21和磁轭22均优选布置在外壳层13内部且磁轭22位于圆台形螺线管21的外侧面；引出头23一端连接圆台形螺线管21，另一端贯穿外壳层13并延伸到外壳层13外部，外壳层13还预留缺口以避让引出头23。圆台形螺线管21用于产生交变磁场以推动金属熔体5移动；磁轭22用于减少外部漏磁、增强磁场强度；引出头23用于连接交变电源和冷却介质，冷却介质可采用压缩气体或冷却水等，用于给圆台形螺线管21进行降温，其中，圆台形螺线管21、引出头23均优选采用空心紫铜管制作。

具体地，内衬层11还具有低位段111、高位段114以及出口段115，低位段111、圆台段112、台阶段113、高位段114、出口段115依次连接形成喇叭口结构，其中，低位段111作为小口端用于金属熔体5的流入，出口段115作为大口端用于金属熔体5的流出。

当圆台形螺线管21通入设定的交变电流后，等距流道4内的金属熔体5在电磁力的驱动下沿着锥面通孔3121不断进入高位段114；在负压作用下，金属熔体5不断从低位段111进入等距流道4，则可将低位段111的金属熔体5不断泵送到高位段114，然后从出口段115溢出，实现金属熔体5的输送。

泵芯3包括连接杆32以及固定板33，固定板33的一端连接外壳层13，固定板33的另一端通过连接杆32连接圆锥筒31，圆锥筒31用于限制金属熔体5的流动方向，减少局部对流，提升输送效率；连接杆32用于连接圆锥筒31和固定板33，固定板33用于固定圆锥筒31。

圆锥筒31还包括锥顶段311，锥顶段311位于锥面段312的一端，锥底段313位于锥面段312的另一端，其中，连接杆32与锥顶段311、锥面段312或者台阶段113连接，连接杆32优选与锥顶段311连接，通过固定板33实现圆锥筒31的固定。

外壳层13包括低位法兰131、出口法兰132以及高位法兰133，低位法兰131用于连接供应金属熔体5的来源容器，出口法兰132用于连接盛装金属熔体5的目标容器，高位法兰133用于固定泵芯3。

本发明的工作原理如下：

通过引出头23给圆台形螺线管21通入设定的交变电流后，等距流道4内的金属熔体5在电磁力的驱动下穿过锥面段312上设置的锥面通孔3121不断进入高位段114，而金属熔体5通过锥顶段311或锥底段313均不能流通，因此高位段114内铝液无法回流到等距流道4。在负压作用下，金属熔体5不断从低位段111进入等距流道4，则可将低位段111内的金属熔体5不断泵送到高位段114，然后从出口段115溢出。

为满足耐用的需求，保障电磁泵长时间安全稳定工作，与金属熔体5接触到的部位均采用陶瓷材料制作；内衬层11、圆锥筒31、连接杆32等和金属熔体5接触的部位材质为陶瓷材料，外壳层13、固定板33均采用不锈钢制作，优选为304不锈钢。外壳层13采用保温材料制作。引出头23和圆台形螺线管21材质为空心紫铜管制作，方便通入压缩气体或冷却水等冷却介质进行降温。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种金属熔体电磁泵，其特征在于，包括泵体（1）、磁场发生系统（2）以及泵芯（3）；

所述泵体（1）包括从内到外依次布置的内衬层（11）、保温层（12）、外壳层（13），所述内衬层（11）包围形成流动空间且具有圆台段（112）以及台阶段（113），所述泵芯（3）位于所述流动空间中且自身具有圆锥筒（31），圆锥筒（31）所具有的锥底段（313）密封连接所述台阶段（113），圆锥筒（31）所具有的锥面段（312）与所述内衬层（11）的内表面之间形成等距流道（4），所述锥面段（312）具有锥面通孔（3121），锥面通孔（3121）垂直于锥面段（312）外表面，所述磁场发生系统（2）安装在所述外壳层（13）上并正对所述锥面段（312），所述磁场发生系统（2）包括圆台形螺线管（21）以及磁轭（22），所述圆台形螺线管（21）和磁轭（22）均位于外壳层（13）内部且所述磁轭（22）位于圆台形螺线管（21）的外侧面；

当所述磁场发生系统（2）施加交变电流后能够使得位于所述等距流道（4）内的金属熔体（5）通过所述锥面通孔（3121）进入到所述锥面段（312）的内部；

所述内衬层（11）还具有低位段（111）、高位段（114）以及出口段（115），所述低位段（111）、圆台段（112）、台阶段（113）、高位段（114）、出口段（115）依次连接形成喇叭口结构，其中，低位段（111）作为小口端用于金属熔体（5）的流入，出口段（115）作为大口端用于金属熔体（5）的流出。

2.根据权利要求1所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述磁场发生系统（2）还包括引出头（23），所述引出头（23）一端连接圆台形螺线管（21），另一端贯穿外壳层（13）并延伸到外壳层（13）外部。

3.根据权利要求2所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述圆台形螺线管（21）、引出头（23）均为空心紫铜管制作。

4.根据权利要求1所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述泵芯（3）包括连接杆（32）以及固定板（33）；

所述固定板（33）的一端连接所述外壳层（13），固定板（33）的另一端通过连接杆（32）连接所述圆锥筒（31）。

5.根据权利要求4所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述圆锥筒（31）还包括锥顶段（311），所述锥顶段（311）位于所述锥面段（312）的一端，所述锥底段（313）位于锥面段（312）的另一端，其中，所述连接杆（32）与锥顶段（311）、锥面段（312）或者台阶段（113）连接。

6.根据权利要求1所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述外壳层（13）包括用于连接金属熔体（5）来源容器的低位法兰（131）、用于连接金属熔体（5）目标容器的出口法兰（132）以及用于固定泵芯（3）的高位法兰（133）。

7.根据权利要求1所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，与所述金属熔体（5）接触到的部位均采用陶瓷材料制作。

8.根据权利要求4所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述外壳层（13）、固定板（33）均采用不锈钢制作。

9.根据权利要求1所述的金属熔体电磁泵，其特征在于，所述外壳层（13）采用保温材料制作。