CN115842462B - 一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵，涉及液态金属推送泵领域，包括：相对设置的两个圆盘（11），且均连接于传动组件（2）；圆盘转子（10）包括对称周向均布设于圆盘（11）的内表面的一列永磁体（12），永磁体（12）的磁通方向处于圆盘（11）的轴截面内且平行于轴，相邻的两个永磁体（12）的磁通方向相反；永磁泵体（1）还包括液态金属流道（13），液态金属流道（13）绕设于圆盘（11）的轴且设于永磁体（12）与另一个圆盘转子（10）之间。永磁体设于圆形金属液流道之外，也就是圆形金属液流道输送的液态金属与永磁体分离，避免液态金属的高温使永磁体高温失效。

Description

一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵

技术领域

本发明涉及液态金属推送泵领域，具体涉及一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵。

背景技术

随着钠冷快堆、铅冷快堆等第四代反应堆技术的兴起，以液态金属作为冷却介质已成为未来核电技术发展的主流趋势。在此背景下，液态金属电磁泵作为一种重要的液态金属输送设备，因其具有无介质接触、无运动部件、密封完全、维护简便等优点，在核电领域得到了广泛应用。

目前在核电领域应用的液态金属电磁泵采用线圈通电生磁，且这种方式下金属液体流道内须存在强磁材料。但是在泵运行中金属液体温度容易超过强磁材料的居里温度，增加高温失磁风险，且采用线圈生磁造价相对较高，线圈存在老化现象。

发明内容

本发明实施例提供一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵，用于解决现有技术中的技术问题。

为达上述目的，本发明实施例提供一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵，包括：包括永磁泵体、传动组件和动力装置；所述永磁泵体连接于所述传动组件，所述传动组件连接于所述动力装置；

所述永磁泵体包括圆盘转子，所述圆盘转子包括：同心、相对设置的两个圆盘，两个所述圆盘均连接于所述传动组件；

所述圆盘转子还包括设于一个所述圆盘的内表面的一列永磁体，该列的每个所述永磁体周向均布设于所述圆盘的内表面；所述永磁体的磁通方向处于所述圆盘的轴截面内且平行于所述圆盘的轴，相邻的两个所述永磁体的磁通方向相反；

所述永磁泵体还包括液态金属流道，所述液态金属流道绕设于所述圆盘的轴，所述液态金属流道设于所述永磁体与另一个所述圆盘转子之间，所述液态金属流道固定于所述传动组件上。

优选地，所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，还包括另一列永磁体，该列的每个所述永磁体周向均布设于另一个所述圆盘的内表面，所述永磁体的磁通方向处于所述圆盘的轴截面内且平行于所述圆盘的轴，相邻的两个所述永磁体的磁通方向相反；

两列所述永磁体对称设置，且对称的两个所述永磁体的磁通方向相同；所述液态金属流道设于两列所述永磁体之间。

优选地，沿所述圆盘的轴向，所述液态金属流道与所述永磁体之间均设有第一预设间隙作为第一气隙。

优选地，所述液态金属流道在所述圆盘的内表面投影形成的圆环宽度大于该列所述永磁体在所述圆盘内表面投影形成的圆环宽度。

优选地，所述液态金属流道具有液态金属流道入口和液态金属流道出口，所述液态金属流道入口和所述液态金属流道出口分别位于所述液态金属流道环形的两端。

优选地，所述圆盘为硅钢材质，所述永磁体焊接在所述圆盘的内表面。

优选地，所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，还包括超越离合器，所述超越离合器连接于所述传动组件和所述动力装置之间；

所述超越离合器具有在本推送液态金属的盘式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用液态金属流道内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述圆盘转子转动。

优选地，所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，还包括安装座；所述永磁泵体、所述传动组件和所述动力装置安装于所述安装座上。

优选地，两个所述圆盘均连接于所述传动组件的转轴上，所述转轴通过轴承固定在轴承安装座上；所述轴承安装座安装在所述安装座上；

所述液态金属流道具有流道固定端，所述流道固定端固定在所述传动组件上的轴承安装座上。

优选地，包括并行设置的多个所述永磁泵体，每个所述永磁泵体均通过各自的两个所述圆盘连接于所述传动组件上。

上述技术方案具有如下有益效果：动力装置带动圆盘上的永磁体旋转，那么穿过液态金属流道的磁通量发生改变，根据法拉第电磁感应定律，在液态金属内部产生动生电动势，从而产生电流。将永磁体外置，即将永磁体设于圆形金属液流道之外，使得圆形金属液流道输送的液态金属与永磁体分离，避免液态金属的高温使永磁体高温失效。那么能够保证推送液态金属的盘式弧形电磁泵一直正常工作，所以电流能够持续作用于液态金属流道内的液态金属，达到推送液态金属的目的。另外，永磁体外置，即裸露在空气中，可依靠空气自冷，可应用于温度高达1000℃的介质驱动，避免永磁体超过居里温度而因此退磁。使得永磁体具备难受高温的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的推送液态金属的盘式弧形电磁泵的轴测图；

图2是本发明实施例的主要展示圆盘转子的轴测图；

图3是本发明实施例的主要展示圆盘转子的主视图；

图4是本发明实施例的主要展示除圆盘转子之外的主视图；

图5为本发明实施例的推送液态金属的盘式弧形电磁泵的双磁齿磁矢势方向与液态金属流动的仿真结果；

图6是本发明实施例的主要展示除圆盘转子之外的主视图。

附图标记表示为：

1、永磁泵体；2、传动组件；3、超越离合器；4、动力装置；5、安装座；10、圆盘转子；11、圆盘；12、永磁体；13、液态金属流道；14、流道固定端；15、液态金属流道入口；16、液态金属流道出口；21、轴承安装座；22、转轴；23、轴承；

24、轴承端盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1到图3所示，结合本发明的实施例，提供一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵，属于中小型泵领域，包括：包括永磁泵体1、传动组件2和动力装置4；所述永磁泵体1连接于所述传动组件2，所述传动组件2连接于所述动力装置4；所述永磁泵体1、所述传动组件2和所述动力装置4安装于所述安装座5上。

所述永磁泵体1包括圆盘转子10，所述圆盘转子10包括：同心、相对设置的两个圆盘11，两个所述圆盘11均连接于所述传动组件2。所述圆盘转子10还包括对称设于所述圆盘11的内表面的一列永磁体12，呈弧形设置，该列内的所述永磁体12周向均布设于所述圆盘11的内表面；所述永磁体12的磁通方向处于所述圆盘11的轴截面内且平行于圆盘11的轴即图1中的坐标X向，相邻的两个所述永磁体12的磁通方向相反。所述永磁泵体1还包括液态金属流道13，所述液态金属流道13绕设于所述圆盘11的轴，所述液态金属流道13设于所述永磁体12与另一个所述圆盘转子10之间，所述液态金属流道13固定于所述传动组件2上。

动力装置4带动圆盘11上的永磁体12旋转，那么穿过液态金属流道13的磁通量发生改变，根据法拉第电磁感应定律，在液态金属内部产生动生电动势ε，从而产生电流。电流作用于液态金属流道13内的液态金属，达到推送液态金属的目的。永磁体12外置，即裸露在空气中，可依靠空气自冷，使得本推送液态金属的盘式弧形电磁泵应用于温度高达1000℃的介质驱动，同时避免永磁体12超过居里温度而因此退磁；使得永磁体12具备难受高温的能力，且造价低廉。

且将永磁体12设于液态金属流道13外面，因此隔离了液态金属与永磁体12，就避免了高温液态金属将高温热量直接传给永磁体12，并且永磁体12在旋转时也能被空气冷却，避免液态金属的高温使永磁体12超过居里温度而因此退磁，那么能够保证推送液态金属的盘式弧形电磁泵一直正常工作，所以电流能够持续作用于液态金属流道内的液态金属，达到推送液态金属的目的。所以实用性高，应用范围方便。对称布置永磁体12的方式，所需的永磁体12的组数减少，圆周方向长度缩短，永磁泵体1的直径减小，最始终减小了永磁泵体1的体积与质量。

通过在液态金属流道13的两侧对称布置的永磁体12，提高了在液态金属流道13两侧的相互对应的永磁体12之间的气隙磁场强度，如图5所示，也就是：对称的两个永磁体磁场方向相同，相当于串联两个永磁体，增加了气隙中磁动势，从而提高了磁场强度。具体是根据法拉第电磁感应定律，动生电动势ε为：

B-磁感应强度；

L-导体长度；

V-切割磁感线运动的速度；

由上面公式可知，假设本发明的永磁泵体1的L， V不变，即ε∝B，气隙内磁场强度增加，B逐渐增加，ε逐渐增加。

由欧姆定律可知：在R不变的前提下，I∝E，从而I逐渐增加。

根据安培定律，磁场对金属液体的安培力大小与电流大小，磁感应强度B成正比，则在液态金属流道13内的液态金属所受的安培力也随之增大，从而使得泵体扬程提高。

另外，由电磁分析计算得到的永磁体12转动所产生的电流分布图，如图6所示，根据电流分布图可知，感生电流只存在于液态金属及液态金属流道13的壳体内部，电动势不用像直流泵那样穿过流道，液态金属因为电流的存在而发生转动，液态金属流道13的壳体不能转动只能发热产生损耗。

因为强腐蚀性液态金属会腐蚀流道的壳体，从而在液态金属流道13的壳体与液态金属的中间产生接触电阻。如果感生电流回路不全在液态金属内部，而是需要流经液态金属流道13的壳体的话，接触电阻将串接进电流回路，根据欧姆定律，接触电阻增加，在感生电动势不变的情况下，感应电流将大幅减小，这将导致泵体效率的严重下降，甚至无法工作。但是本发明中，感生电流仅存在于液态金属内部，那么液态金属和液态金属流道13的材料就不存在电接触的不良问题，就不影响永磁泵体1的效率，所以能够适用于强腐蚀性介质，如铅、铋、铅铋合金等。

优选地，推送液态金属的盘式弧形电磁泵还包括另一列永磁体12，该列内的每个所述永磁体12周向均布设于另一个所述圆盘11的内表面，所述永磁体12的磁通方向处于所述圆盘11的轴截面内且平行于圆盘11的轴，相邻的两个所述永磁体12的磁通方向相反；所述两列永磁体12对称设置，且对称的两个所述永磁体12的磁通方向相同；所述液态金属流道13设于所述两列永磁体12之间。所述液态金属流道13设于所述两列永磁体12之间，也就是液态金属流道13布置在2个安装有永磁体12的两列圆盘11中间，根据法拉第电磁感应定律，在液态金属内部产生动生电动势ε，采用两列永磁体12时产生电流的更大，在电流作用于液态金属流道13内的液态金属的力度也会更大，提高推送液态金属的效率。

优选地，如图3所示，所述液态金属流道13沿轴向与每列所述永磁体12之间均设有第一预设间隙作为第一气隙。那么通过液态金属流道13与每列永磁体12间在轴向留有的气隙，散热性好，使得永磁体12在旋转时得到充分冷却，避免永磁体12超过居里温度而因此退磁。

优选地，所述液态金属流道13在所述圆盘11的内表面投影形成的圆环宽度大于每列所述永磁体12在所述圆盘11内表面投影形成的圆环宽度，能够增加液态金属流道13内的液态金属的流量，提高永磁泵体1的推送能力。且当永磁泵体1的流量较小时，效率也会很高。在不增加导管壁厚的条件下，使得永磁体12能够耐受更高温度和压力，能够推送更多的金属液体，提高了永磁泵体1效率。

优选地，如图1和图2所示，所述液态金属流道13具有液态金属流道入口15和液态金属流道出口16，所述液态金属流道入口15和所述液态金属流道出口16分别位于所述液态金属流道13环形的两端。优选地，液态金属流道入口15、液态金属流道出口16相邻布置于液态金属流道13上，使得液态金属流道13具有最长的输路线。

优选地，永磁泵体1中的每列有16块永磁体12，所述圆盘11为硅钢材质，所述永磁体12焊接在所述圆盘11的内表面。圆盘11安装在传动组件2的转轴22上，且在转轴22设有轴承端盖24，如图所示。

优选地，如图1和图3所示，还包括超越离合器3，所述超越离合器3连接于所述传动组件2和所述动力装置4之间；传动组件2将永磁泵体1、超越离合器3和动力装置4（比如三相异步电机）相连，保证动力传递。永磁泵体1在突然失去动力的时候（比如三相异步电机断电或驱动电机故障），超越离合器3使得永磁体12还可以继续原向旋转（使用普通联轴器连接时，永磁体会随电机停机而停止转动），那么就不会对液态金属产生很大的反向阻力，而是随液态金属旋转逐渐停止，不会对动力装置4（比如三相异步电机）及回路运转造成损害。所以超越离合器3能够有效降低设备突然失去动力，比如断电时的磁刹车效应（磁刹车效应是指当设备中的永磁体停止运动，但金属液体由于某种原因（如充、排介质，惯性作用等）还在继续流动，根据楞次定律，永磁体将反向阻碍导电金属液体的自由流动，从而达到“刹车”的效果），避免永磁泵体1对液态金属回路的运转造成不利影响。

超越离合器3具有在推送液态金属的盘式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用液态金属流道13内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述圆盘转子10转动。超越离合器3的从动部与连接于圆盘11，永磁体12运动时运动的磁场会同向驱动液态金属；同理，当永磁体12不动时，但位于磁场中的液态金属运动时，永磁体12也会被同向驱动，此时超越离合器3的从动部会跟随圆盘11转动，而与电机直连的超越离合器3的主动部不受影响，进而达到保护电机的目的。使得永磁泵体1在突然失去动力的时候（比如三相异步电机断电或驱动电机故障），超越离合器3起到保护电机的作用。

优选地，还包括安装座5；所述永磁泵体1、所述传动组件2和所述动力装置4安装于所述安装座5上。动力装置4优选为三相异步电机。

优选地，如图4所示，两个所述圆盘11均连接于所述传动组件2的转轴22上，所述转轴22通过轴承23固定在轴承安装座21上；所述轴承安装座21安装在所述安装座5上；或者，轴承安装座21通过螺栓安装在安装座5上。安装座5留有传动组件2的螺栓安装孔，且为动力装置4（三相异步单机）提供一定安装高度。超越离合器3将传动组件2中转轴22与动力装置4（三相异步单机）连接。

优选地，如图1和图2所示，所述液态金属流道13具有流道固定端14，所述流道固定端14固定在所述传动组件2上的轴承安装座21上。优选地，流道固定端14通过螺栓固定在轴承安装座21上。

优选地，所述推送液态金属的盘式弧形电磁泵，包括并行设置的多个所述永磁泵体1，每个所述永磁泵体1均通过各自的两个所述圆盘11连接于所述传动组件2上。那么当金属液体流量较小时，就可以只采用永磁泵体1，也就是一个圆形的液态金属流道13，就能够保证推送金属液体的力，避免当泵流量（泵流量就是金属液体流量）较小时，效率普遍较低。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，包括：包括永磁泵体（1）、传动组件（2）和动力装置（4）；所述永磁泵体（1）连接于所述传动组件（2），所述传动组件（2）连接于所述动力装置（4）；

所述永磁泵体（1）包括圆盘转子（10），所述圆盘转子（10）包括：同心、相对设置的两个圆盘（11），两个所述圆盘（11）均连接于所述传动组件（2）；

所述圆盘转子（10）还包括设于一个所述圆盘（11）的内表面的一列永磁体（12），该列的每个所述永磁体（12）周向均布设于所述圆盘（11）的内表面；所述永磁体（12）的磁通方向处于所述圆盘（11）的轴截面内且平行于所述圆盘（11）的轴，相邻的两个所述永磁体（12）的磁通方向相反；

所述永磁泵体（1）还包括液态金属流道（13），所述液态金属流道（13）绕设于所述圆盘（11）的轴，所述液态金属流道（13）设于所述永磁体（12）与另一个所述圆盘转子（10）之间，所述液态金属流道（13）固定于所述传动组件（2）上；沿所述圆盘（11）的轴向，所述液态金属流道（13）与所述永磁体（12）之间均设有第一预设间隙作为第一气隙；

还包括超越离合器（3），所述超越离合器（3）连接于所述传动组件（2）和所述动力装置（4）之间；

所述超越离合器（3）具有在本推送液态金属的盘式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用液态金属流道（13）内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述圆盘转子（10）转动。

2.根据权利要求1所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，还包括另一列永磁体（12），该列的每个所述永磁体（12）周向均布设于另一个所述圆盘（11）的内表面，所述永磁体（12）的磁通方向处于所述圆盘（11）的轴截面内且平行于所述圆盘（11）的轴，相邻的两个所述永磁体（12）的磁通方向相反；

两列所述永磁体（12）对称设置，且对称的两个所述永磁体（12）的磁通方向相同；所述液态金属流道（13）设于两列所述永磁体（12）之间。

3.根据权利要求1所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，所述液态金属流道（13）在所述圆盘（11）的内表面投影形成的圆环宽度大于该列所述永磁体（12）在所述圆盘（11）内表面投影形成的圆环宽度。

4.根据权利要求1所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，所述液态金属流道（13）具有液态金属流道入口（15）和液态金属流道出口（16），所述液态金属流道入口（15）和所述液态金属流道出口（16）分别位于所述液态金属流道（13）环形的两端。

5.根据权利要求1所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆盘（11）为硅钢材质，所述永磁体（12）焊接在所述圆盘（11）的内表面。

6.根据权利要求1所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，还包括安装座（5）；所述永磁泵体（1）、所述传动组件（2）和所述动力装置（4）安装于所述安装座（5）上。

7.根据权利要求6所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，两个所述圆盘（11）均连接于所述传动组件（2）的转轴（22）上，所述转轴（22）通过轴承（23）固定在轴承安装座（21）上；所述轴承安装座（21）安装在所述安装座（5）上；

所述液态金属流道（13）具有流道固定端（14），所述流道固定端（14）固定在所述传动组件（2）上的轴承安装座（21）上。

8.根据权利要求6所述的推送液态金属的盘式弧形电磁泵，其特征在于，包括并行设置的多个所述永磁泵体（1），每个所述永磁泵体（1）均通过各自的两个所述圆盘（11）连接于所述传动组件（2）上。

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