CN115940571A - 一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵，涉及电磁泵领域，所述电磁泵包括永磁泵体（1）、传动组件（2）和动力装置（4）；永磁泵体（1）包括圆柱形转子支撑件（12）贴合于圆柱形转子支撑件（12）的多个永磁体（11）、圆形金属液流道（14）、定子（15）和支撑体外壳（13）；定子（15）连接于支撑体外壳（13）的内部，圆形金属液流道（14）设于定子（15）与永磁体（11）的轴向外表面之间，且圆形金属液流道（14）连接于定子（15）。将永磁体设于圆形金属液流道之外，使得永磁体温度不会超过导磁材料的居里温度，所以能够保证永磁体可产生稳定磁场，会将圆形金属液流道内的金属液体推动。
Description
技术领域
本发明涉及电磁泵领域，具体涉及一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵。
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、密封完全和维护简便等优点，在核电领域得到了广泛应用。
目前在核电领域应用的圆柱式液态金属电磁泵采用线圈励磁，且这种方式下为了构成磁通回路，金属液体流道内须存在强磁材料，那么导磁材料必须位于金属液体流道的液态金属内。当泵中运行的液态金属的温度超过导磁材料的居里温度，增加高温失磁风险；此外采用线圈励磁的电磁泵造价相对较高，线圈存在老化现象导致寿命较短。
发明内容
本发明实施例提供一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵，能够解决现有技术中存在的技术问题。
为达上述目的，本发明实施例提供一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵，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；
所述永磁泵体包括永磁体转子，所述永磁体转子包括：圆柱形转子支撑件和贴合固定于所述圆柱形转子支撑件的环形外表面的至少一对永磁体；
所述永磁体为条形、且所述永磁体的长度方向平行于所述圆柱形转子支撑件的轴、且所述永磁体的长度方向垂直于所述圆柱形转子支撑件的径向截面；
所述圆柱形转子支撑件套设于所述传动组件上；
所述永磁泵体还包括：圆形金属液流道、定子和支撑体外壳；所述定子连接于所述支撑体外壳的内部，所述圆形金属液流道设于所述定子与所述永磁体的轴向外表面之间，且所述圆形金属液流道连接于所述定子，所述圆形金属液流道内的金属液体的流动路线与所述圆柱形转子支撑件同心；所述定子与所述圆柱形转子支撑件同心。
优选地，所述永磁体为磁通方向处于所述定子的径向截面内，相邻的两个所述永磁体的磁通方向相反。
优选地，所述圆形金属液流道的轴向厚度与所述永磁体的径向厚度相同。
优选地，所述圆形金属液流道与所述永磁体的轴向外表面之间设有第一预设间隙作为第一气隙。
优选地，所述圆形金属液流道与所述定子的环形内表面之间设有第二预设间隙作为第二气隙。
优选地，所述圆形金属液流道具有金属液入口和金属液出口，所述金属液入口和所述金属液出口分别位于所述圆形金属液流道的环形的两端，且所述金属液入口和金属液出口均安装于所述支撑体外壳上。
优选地，所述圆柱形转子支撑件包括同心设置的第一圆环和第二圆环，所述第二圆环套设于所述第一圆环的径向外侧；所述第一圆环和所述第二圆环之间通过径向间隔分布的多个肋片相连，所述第一圆环套设于所述传动组件上；其中，所述第一圆环和所述第二圆环均为纯铁材质。
优选地，多个所述肋片为扇叶形状；所述传动组件包括传动轴，所述圆柱形转子支撑件套设于所述传动轴上，多个所述肋片形成绕设于所述传动轴上的轴流扇叶；
所述推送液态金属的柱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柱式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用圆形金属液流道内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述轴流扇叶。
优选地，所述传动轴上设有轴向通风孔和连通于所述轴向通风孔的多个径向通风孔，每个所述径向通风孔设于所述第一圆环内侧的所述传动轴上、沿传动轴的径向设置并贯通到所述传动轴的中心轴，所述轴向通风孔自所述动力装置侧的所述传动轴的端部沿所述传动轴的中心轴的方向延伸、直至与所有所述径向通风孔交接。
优选地，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。
所述推送液态金属的柱式弧形电磁泵具有多个并行设置的所述永磁泵体，每个所述永磁泵体均通过各自的所述圆柱形转子支撑件套设于所述传动组件上。
上述技术方案具有如下有益效果：当动力装置将动力通过传动组件传送到永磁泵体，为永磁泵体提供动力，在永磁泵内，将永磁体设于圆形金属液流道之外，也就是永磁体不置于液态金属内，使得永磁体温度不会超过导磁材料的居里温度，所以能够保证永磁体可产生稳定磁场；会将圆形金属液流道内的金属液体推动，形成金属液体流，将金属液体作为冷却介质流推向需要被冷却的物体，对需要被冷却的物体进行冷却。
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是本发明实施例的永磁泵体的结构示意图；
图2是本发明实施例的推送液态金属的柱式弧形电磁泵的结构示意图；
图3是本发明实施例的推送液态金属的柱式弧形电磁泵内关于传动组件及超越离合器的结构示意图；
图4为本发明实施例的推送液态金属的柱式弧形电磁泵的双磁齿磁矢势方向与液态金属流动仿真结果。
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、永磁体转子；11、永磁体；12、圆柱形转子支撑件；13、支撑体外壳；14、圆形金属液流道；15、定子；16、金属液入口；17、金属液出口；121、第一圆环；122、第二圆环；123、肋片；
22、传动轴；21、轴承安装座；23、轴承。
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、图2和图3所示，结合本发明的实施例，提供一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵，属于中小型泵，属于液态金属永磁泵。推送液态金属的柱式弧形电磁泵包括：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；动力装置4将动力通过传动组件2传送到永磁泵体1，为永磁泵体1提供动力。其中，动力装置4优选为三相异步电机。
所述永磁泵体1包括：永磁体转子10，永磁体转子包括：圆柱形转子支撑件12和贴合固定于所述圆柱形转子支撑件12的环形外表面的至少一对永磁体11，所有永磁体11均布设置。进一步地，永磁体11轴向均布在圆柱形转子支撑件12外圆环体外侧构成永磁转子，呈弧形设置；永磁体11与圆柱形转子支撑件12采用焊接方式连接。
当永磁体11具有多对时，比如采用16块永磁体11，所述永磁体11为弧板形、或者条形、且所述永磁体11的长度方向（比如除了径向厚度方向外的另外两个方向）平行于所述圆柱形转子支撑件12的轴、且所述永磁体11的长度方向垂直于所述圆柱形转子支撑件12的径向截面；永磁体11均布设置，所以永磁体11之间具有轴向间隙，可保证永磁体11得到充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为金属液体的高温而出现退磁。使得永磁体11具备难受高温的能力，实用性高，使得本发明的推送液态金属的柱式弧形电磁泵的应用范围扩大。
永磁体转子10套设于所述传动组件2上，具体地，所述圆柱形转子支撑件12套设于所述传动组件2上。
所述永磁泵体1还包括：圆形金属液流道14（即弧形金属液流道）、定子15和支撑体外壳13；所述定子15连接于所述支撑体外壳13的内部，所述圆形金属液流道14设于所述定子15与所述永磁体11的轴向外表面之间，且所述圆形金属液流道14连接于所述定子15，所述圆形金属液流道14内的金属液体的流动路线所形成的圆形的圆心与所述圆柱形转子支撑件12同心；所述定子15与所述圆柱形转子支撑件12同心。通过动力装置4将动力通过传动组件2传送到永磁泵体1，为永磁泵体1提供动力，永磁体转子10在传动组件2的转动下转动，那么永磁体11与定子15之间就产生电流；会将圆形金属液流道14内的金属液体推动，形成金属液体流，将金属液体作为冷却介质流推向需要被冷却的物体，对需要被冷却的物体进行冷却。采用永磁体11作为转子，且永磁体11设于金属液体之外，使得永磁体11散热块散热好，采用此种结构来推送液态金属（金属液体），使得永磁体11自身具备耐受高温能力能够应对液态金属的高温，使用寿命长。因此实用性高，在核电领域能够被广泛应用。
优先地， 通过动力装置4将动力通过传动组件2传送到永磁泵体1，为永磁泵体1提供动力，永磁体转子10在传动组件2的转动下转动，那么永磁体11与定子15之间就产生电流；所述永磁体11的磁通方向处于所述定子15的径向截面内，也就是永磁体均为径向磁通相邻的两个所述永磁体11的磁通方向相反，提供给圆形金属液流道14内的金属液体的推动力就会大。进一步地，采用纯铁作为定子15的材质，能够保证定子15的使用寿命。其中，如图4所示，为推送液态金属的柱式弧形电磁泵的双磁齿磁矢势方向与液态金属流动仿真结果。
优先地，如图1所示，所述圆形金属液流道14的轴向厚度（即宽度，沿圆柱形转子支撑件12的轴向方向）与所述永磁体11的径向厚度相同，通过增加永磁体11的径向厚度（即在定子15的径向截面内的厚度），那么圆形金属液流道14的轴向厚度（即宽度）也增加，增加圆形金属液流道14的宽度即可增加圆形金属液流道14的截面积，即流道面积增加，使得提供给圆形金属液流道14内的金属液体的推动力就会大，因此适用于金属液体的高流量需求场合。
设有多个并行的圆形金属液流道14，每个圆形金属液流道14均连接于定子15，每个圆形金属液流道14内的金属液体的流动路线平行，每个圆形金属液流道14内的金属液体的流动路线与圆柱形转子支撑件12同心。通过多个并行的圆形金属液流道14，在不增加导管壁厚的条件下，使得永磁体11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。
优先地，如图1所示，所述圆形金属液流道14与所述永磁体11的轴向外表面之间沿径向设有第一预设间隙作为第一气隙，使得永磁体11能够得到充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为圆形金属液流道14内的高温金属液体而出现退磁。
优先地，如图1所示，所述圆形金属液流道14与所述定子15的环形内表面之间设有第二预设间隙作为第二气隙，第二气隙能够使得永磁体11能够得到充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为圆形金属液流道14内的高温金属液体而出现退磁。
优先地，如图1所示，所述圆形金属液流道14环绕于圆柱形转子支撑件12，圆形金属液流道14内的金属液体的流动路线与所述圆柱形转子支撑件12同心，所述圆形金属液流道14具有金属液入口16和金属液出口17，所述金属液入口16和所述金属液出口17分别位于所述圆形金属液流道14的环形的两端，且两端之间具有微小间隙，使得圆形金属液流道14达到最长的金属液流道，也表示具有最长的金属液体在圆形金属液流道14内被推送。且所述金属液入口16和金属液出口17均安装于所述支撑体外壳13上。
优先地，如图1所示，所述圆柱形转子支撑件12包括同心设置的第一圆环121和第二圆环122，所述第二圆环122套设于所述第一圆环121的径向外侧；所述第一圆环121和所述第二圆环122之间通过径向间隔分布的多个肋片123相连（比如为直肋片均布设置，自第一圆环121的圆心、或者第二圆环122的圆心辐射状设置），所述第一圆环121套设于所述传动组件2上；相邻的肋片123之间能够形成通风孔，用于进一步为永磁体11降温，使得永磁体11能够得到充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为圆形金属液流道14内的高温金属液体而出现退磁。其中，所述第一圆环121和所述第二圆环122均为纯铁材质，纯铁材质能够保证圆柱形转子支撑件12的使用寿命。
优先地，多个所述肋片123为扇叶形状；所述传动组件2包括传动轴，所述圆柱形转子支撑件12套设于所述传动轴上，多个所述肋片123形成绕设于所述传动轴上的轴流扇叶。即相当于将所述轴流扇叶设于所述传动组件2的传动轴22上，采样扇叶形状的肋片123使得肋片123随着传动轴转动时，为永磁体11提供更大的气流，进一步保证对永磁体11的充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为金属液体的高温而出现退磁。
所述推送液态金属的柱式弧形电磁泵还包括超越离合器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的轴和动力装置4的轴通过超越离合器3连接。
所述超越离合器3具有在推送液态金属的柱式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用圆形金属液流道14内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述轴流扇叶。具体为：超越离合器3的从动部连接于所述圆柱形转子支撑件12的第一圆环121，永磁体11运动时运动的磁场会同向驱动液态金属；同理，当永磁体11不动时，但位于磁场中的液态金属运动时，永磁体11也会被同向驱动，进而带动轴流扇叶转动，从而保证永磁体11的冷却，避免永磁体11高温退磁的风险。
超越离合器3使永磁泵体1在断电或三相异步驱动电机故障时，利用液态金属流的反向电磁感应保护电机，具体为：超越离合器3的从动部连接于所述圆柱形转子支撑件12的第一圆环121，永磁体11运动时运动的磁场会同向驱动液态金属；同理，当永磁体11不动时，但位于磁场中的液态金属运动时，永磁体11也会被同向驱动，进而带动轴流扇叶转动。此时超越离合器3的从动部会跟随轴流扇叶转动，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。
优先地，所述传动轴上设有轴向通风孔和连通于所述轴向通风孔的多个径向通风孔，每个所述径向通风孔设于所述第一圆环121内侧的所述传动轴上、且沿传动轴的径向设置并贯通到所述传动轴的中心轴，所述轴向通风孔自所述动力装置4侧的所述传动轴的端部沿所述传动轴的中心轴的方向延伸、直至与所有所述径向通风孔交接。当圆柱形转子支撑件12随着传动轴转动时，金属液体之外的热空气通过径向通风孔进入到传动轴内，通过轴向通风孔流出达到散热的目的，避免大量热量积攒到永磁体11上，从而使得永磁体11能够得到充分冷却，避免永磁体11超过居里温度，所以保证了永磁体11不会因为圆形金属液流道14内的高温金属液体而出现退磁。
优先地，如图2和图3所示，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。传动组件2包括：轴承安装座21、轴承23、传动轴22、端盖，轴承23的外圈安装在轴承安装座21上，轴承23的内圈安装在传动轴22上。安装座5留有支撑体外壳13和传动组件2的螺栓安装孔，且为三相异步电机提供一定安装高度。支撑体外壳13通过螺栓安装在安装座5上；传动组件2的轴承安装座21通过螺栓安装在安装座5上。传动组件2将永磁泵体1、超越离合器3和动力装置4相连，保证动力传递。
优选地，所述推送液态金属的柱式弧形电磁泵具有多个并行设置的所述永磁泵体1，每个所述永磁泵体1均通过各自的所述圆柱形转子支撑件12套设于所述传动组件2上。那么当金属液体流量较小时，就可以只采用一个永磁泵体1，也就是一个圆形金属液流道14，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。
综上，本发明实施例的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，适用于中小流量、且散热性好、泵体能够耐受高温高压，适用范围广；造价低廉，适用性高，易于推广。
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 (10)
1.一种推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，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）包括永磁体转子（10），所述永磁体转子包括：圆柱形转子支撑件（12）和贴合固定于所述圆柱形转子支撑件（12）的环形外表面的至少一对永磁体（11）；
所述圆柱形转子支撑件（12）套设于所述传动组件（2）上；
所述永磁泵体（1）还包括：圆形金属液流道（14）、定子（15）和支撑体外壳（13）；所述定子（15）连接于所述支撑体外壳（13）的内部，所述圆形金属液流道（14）设于所述定子（15）与所述永磁体（11）的轴向外表面之间，且所述圆形金属液流道（14）连接于所述定子（15），所述圆形金属液流道（14）内的金属液体的流动路线与所述圆柱形转子支撑件（12）同心；所述定子（15）与所述圆柱形转子支撑件（12）同心。
2.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于， 所述永磁体（11）的磁通方向处于所述定子（15）的径向截面内，相邻的两个所述永磁体（11）的磁通方向相反。
3.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆形金属液流道（14）的轴向厚度与所述永磁体（11）的径向厚度相同。
4.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆形金属液流道（14）与所述永磁体（11）的轴向外表面之间设有第一预设间隙作为第一气隙。
5.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆形金属液流道（14）与所述定子（15）的环形内表面之间设有第二预设间隙作为第二气隙。
6.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆形金属液流道（14）具有金属液入口（16）和金属液出口（17），所述金属液入口（16）和所述金属液出口（17）分别位于所述圆形金属液流道（14）的环形的两端，且所述金属液入口（16）和金属液出口（17）均安装于所述支撑体外壳（13）上。
7.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述圆柱形转子支撑件（12）包括同心设置的第一圆环（121）和第二圆环（122），所述第二圆环（122）套设于所述第一圆环（121）的径向外侧；所述第一圆环（121）和所述第二圆环（122）之间通过径向间隔分布的多个肋片（123）相连，所述第一圆环（121）套设于所述传动组件（2）上。
8.根据权利要求7所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，多个所述肋片（123）为扇叶形状；
所述传动组件（2）包括传动轴，所述圆柱形转子支撑件（12）套设于所述传动轴上，多个所述肋片（123）形成绕设于所述传动轴上的轴流扇叶；
所述推送液态金属的柱式弧形电磁泵还包括超越离合器（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柱式弧形电磁泵不具有动力的情况下，利用所述圆形金属液流道（14）内的液态金属流动的反向电磁感应驱动所述轴流扇叶。
9.根据权利要求7所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，其特征在于，所述传动轴上设有轴向通风孔和连通于所述轴向通风孔的多个径向通风孔，每个所述径向通风孔设于所述第一圆环（121）内侧的所述传动轴上、且沿所述传动轴的径向设置并贯通到所述传动轴的中心轴，所述轴向通风孔自所述动力装置（4）侧的所述传动轴的端部沿所述传动轴的中心轴的方向延伸、直至与所有所述径向通风孔交接。
10.根据权利要求1所述的推送液态金属的柱式弧形电磁泵，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；
所述推送液态金属的柱式弧形电磁泵具有多个并行设置的所述永磁泵体（1），每个所述永磁泵体（1）均通过各自的所述圆柱形转子支撑件（12）套设于所述传动组件（2）上。
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