DE1051954B

DE1051954B - Electromagnetic pump acting like an electric motor for pumping electrically conductive fluids

Info

Publication number: DE1051954B
Application number: DEU4059A
Authority: DE
Inventors: Dudley Albert Watt
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1955-08-12
Filing date: 1956-08-08
Publication date: 1959-03-05

Description

Nach Art eines Elektromotors wirkende elektromagnetische Pumpe zur Förderung elektrisch leitender Flüssigkeiten Die Erfindung bezieht sich auf eine nach Art eines Elektromotors wirkende elektromagnetische Pumpe (Unipolarpumpe) zur Förderung elektrisch leitender Flüssigkeiten mit wenigstens einem Rückleiter, der durch den Spalt im Eisenwegkreis des Magneten hindurchführt, um dadurch die Ankerrückwirkung zu kompensieren.Acting like an electric motor electromagnetic pump for Conveying Electrically Conductive Liquids The invention relates to a Electromagnetic pump (unipolar pump) acting in the manner of an electric motor for Promotion of electrically conductive liquids with at least one return conductor, the passes through the gap in the iron path circle of the magnet, thereby reducing the armature reaction to compensate.

Bei diesen elektromagnetischen Pumpen wird eine elektrisch leitende Flüssigkeit, beispielsweise ein flüssiges Metall, unter der Wechselwirkung wechselseitig lotrechter Komponenten des magnetischen Flusses im Spalt des Eisenwegkreises des Magneten und des Stromes in der Flüssigkeit veranlaßt, sich längs einer Leitung zu bewegen, die sich im Spalt des Eisenwegkreises des Magneten befindet. Dabei wird der Strom mittels Elektroden, die sich außen beiderseits an einer geraden Leitung befinden, die üblicherweise rechteckigen Querschnitt hat und durch den Spalt des Eisenwegkreises des Magneten hindurchgeht, durch die Flüssigkeit quer hindurchgeleitet. Derartige Pumpen können sowohl für Gleichstrom- wie für Wechselstrom-Betrieb gebaut werden.In these electromagnetic pumps, an electrically conductive one is used Liquid, for example a liquid metal, reciprocally under the interaction perpendicular components of the magnetic flux in the gap of the iron path circle of the Magnets and the current in the liquid cause it to move along a pipe to move, which is located in the gap of the iron path circle of the magnet. It will the current by means of electrodes, which are located outside on both sides of a straight line located, which usually has a rectangular cross-section and through the gap of the Iron path circle of the magnet goes through, passed through the liquid transversely. Such pumps can be built for both direct current and alternating current operation will.

Bei einer einfachen derartigen Förderungspumpe verzerrt das durch den durch die Leitung fließenden Strom hervorgerufene elektrische Feld das magnetische Feld im Spalt, weil es eine Komponente einbringt, die dieses Feld an dem Ende des Spaltes, wo die Flüssigkeit eintritt, verstärkt und an dem Ende des Spaltes, wo die Flüssigkeit austritt, abschwächt. Diese Veränderung der Feldintensität ruft eine entsprechende Uneinheitlichkeit des Stromes hervor, mit dem Ergebnis, daß die Pumptätigkeit ernstlich geschwächt werden kann. Die Wirkung entspricht der Ankerrückwirkung in einem Elektromotor. Ein Ausgleich für diese Wirkung kann dadurch erreicht werden, daß der Strom, der die Flüssigkeit in der Leitung quer durchfließt, veranlaßt wird, über den Spalt in einem Leiter oder in Leitern, die an der Flüssigkeitsleitung anliegend sich in dem Bereich befinden, wo gepumpt wird, zurückzukehren, so daß die magnetischen Felder, die durch die in entgegengesetzten Richtungen fließenden Ströme hervorgerufen werden, einander ausgleichen. Ein derartiges Ausgleichsverfahren ist Gegenstand der britischen Patentschrift 693 834.In the case of a simple feed pump of this type, this is distorted the electric field caused by the current flowing through the line the magnetic Field in the gap because it introduces a component that this field is at the end of the Gap where the liquid enters, reinforced and at the end of the gap where the liquid leaks out weakens. This change in field intensity calls a corresponding inconsistency of the current emerges, with the result that the Pumping activity can be seriously weakened. The effect corresponds to the anchor reaction in an electric motor. Compensation for this effect can be achieved by that the current which flows transversely through the liquid in the line is caused, across the gap in a ladder or in ladders adjacent to the liquid line are located in the area where the pumping takes place, so that the magnetic Fields caused by currents flowing in opposite directions will balance each other out. Such a settlement procedure is the subject British Patent 693 834.

Ein vollständiger Ausgleich kann durch eine derartige Vorrichtung erzielt werden, wenn der Rückleiter eine andere Leitung, welche die zu pumpende Flüssigkeit enthält, ist, da die Stromverteilung einschließlich der Endwirkungen infolge von Randströmen, welche die Flüssigkeitsleitung an den Enden des Spaltes außerhalb des Hochfeldbereiches durchfließen, im wesentlichen identisch in den Hin- und Rückleitern ist. Wenn jedoch statische Rückleiter zur Anwendung kommen, wird ein exakter Ausgleich für die Endwirkungen nicht automatisch erreicht, weil die Stromverteilung im statischen Rückleiter sich von der in der beweglichen Flüssigkeit unterscheidet. Ein Verfahren zur Verminderung der Wirkung besteht darin, die Endwirkungen dadurch auf ein Minimum zu bringen, daß Staukörper oder Strömungswiderstände in den Flüssigkeitsleitern in den Weg der Randströme eingebracht werden, und dadurch den Größtteil des Stromes auf den Pumpbereich bzw. auf das Gebiet, in dem sich der Pumpvorgang abspielt, zu begrenzen. Es ist auch für eine solche Pumpe, bei der Staukörper mit geformten Polen verwendet werden, bekannt, einen statischen Rückleiter vorzuziehen, welcher breiter bzw. größer im Querschnitt als der Pumpbereich ist, derart, daß ein gewisser Ausgleich für die übrigbleibenden Endwirkungen erreicht wird.A complete compensation can be achieved by such a device can be achieved if the return line is another line, which is the one to be pumped Containing liquid is because the current distribution including the end effects as a result of edge currents, which the liquid line at the ends of the gap flow through outside the high field area, essentially identical in the outward and return conductors is. However, if static return conductors are used, an exact compensation for the end effects is not automatically achieved because the Current distribution in the static return conductor differs from that in the moving liquid differs. One method of reducing the impact is to reduce the end effects to bring to a minimum that baffles or flow resistances in the liquid conductors are introduced into the path of the edge currents, and thereby the majority of the current to the pumping area or to the area in which the Pumping process is playing to limit. It is also for such a pump in the case of the bluff body with shaped poles are known to prefer a static return conductor, which is wider or larger in cross section than the pumping area, such that some compensation for the remaining end effects is achieved.

Erfindungsgemäß wird der Rückleiter für eine elektromagnetische Pumpe der vorerwähnten Gattung in Vorschlag gebracht, der praktisch einen völligen Ausgleich für die Endwirkungen, ob durch Staukörper geregelt oder nicht, ermöglicht. Dafür ist erfindungsgemäß der Rückleiter derart profiliert ausgebildet, daß er der wesentlichen Begrenzung des Stromflusses in der Flüssigkeitsleitung, und zwar in Richtung des magnetischen Feldes gesehen, entspricht oder gleichkommt, und daß seine Dickenabmessung oder Schichtstärke in solcher Weise variiert wird, daß die Stromverteilung gleich derjenigen in der Flüssigkeit, die gepumpt wird, und in der sie enthaltenden Leitung ist.According to the invention, the return conductor is for an electromagnetic pump of the aforementioned genre in a proposal that practically provides a complete balance for the end effects, whether regulated by damming bodies or not. Therefore According to the invention, the return conductor is profiled in such a way that it is the essential Limitation of the flow of current in the liquid line, in the direction of the magnetic field seen, corresponds or equals, and that its thickness dimension or layer thickness is varied in such a way that the current distribution same those in the liquid being pumped and in the conduit containing it is.

Die Erfindung kann mit oder ohne die bekannte Steuervorrichtung zum Steuern oder Einregeln der Endwirkung in der Flüssigkeits-Leitung zur Anwendung kommen, wobei der Rückleiter gemäß der Erfindung so ausgestaltet und bemessen wird, daß er der tatsächlichen Stromverteilung genügt oder entspricht, welche in der Flüssigkeit und in der Leitung vorhanden ist oder vorherrscht.The invention can be used with or without the known control device Controlling or regulating the end effect in the liquid line for use come, wherein the return conductor is designed and dimensioned according to the invention, that it satisfies or corresponds to the actual current distribution that occurs in the liquid and is present or predominant in the line.

Die Erfindung soll nunmehr ausführlicher an Hand der eine Flüssigmetall-Förderungspumpe beispielsweise wiedergebenden Zeichnung erläutert werden, und zwar zeigt Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch die Flüssigmetall-Förderleitung im Spalt des Eisenwegkreises des Magneten, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Förderleitung gemäß Fig.1, wodurch die vermutliche Begrenzung des wesentlichen bzw. ins Gewicht fallenden Stromflusses im Flüssigmetall veranschaulicht wird, während Fig.3 eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 1 wiedergibt, wobei der obere Pol des Magneten weggelassen ist und die Gestalt des Rückleiters für die Strombegrenzung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, wiedergegeben wird.The invention will now be described in more detail with reference to a liquid metal feed pump For example, the drawing is explained, namely FIG. 1 schematically a cross section through the liquid metal delivery line in the gap of the Eisenwegkreises the magnet, Fig. 2 is a plan view of the delivery line according to Fig.1, whereby the presumable limitation of the essential or significant Current flow in the liquid metal is illustrated, while Figure 3 is a plan view on the arrangement of Fig. 1 reproduces, with the upper pole of the magnet omitted and the shape of the return conductor for the current limitation, as shown in FIG is being reproduced.

In Fig. 1 ist eine einen Flachquerschnitt aufweisende Flüssigmetall-Förderleitung 10 so dargestellt, daß sie sich zwischen magnetischen Polen 11 befindet. Strom wird quer durch das Flüssigmetall in der Leitung in Richtung des Pfeiles hindurchgeschickt und kehrt durch den Spalt zwischen den Polen 11 über zwei Leiter 12 zurück, wobei der eine oberhalb, der andere unterhalb der Flüssigmetall-Leitung vorgesehen ist.In Fig. 1 is a liquid metal delivery line having a flat cross-section 10 shown as being between magnetic poles 11. Electricity will sent across the liquid metal in the line in the direction of the arrow and returns through the gap between the poles 11 via two conductors 12, wherein one is provided above, the other below the liquid metal line.

Die Abstände zwischen der Förderleitung, den Rückleitern und den Polen sind zwecks Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt.The distances between the delivery line, the return lines and the poles are exaggerated for the sake of clarity.

Die gestrichelte Fläche in Fig. 2 gibt die wahrscheinliche oder vermutliche Begrenzung des wesentlichen oder ins Gewicht fallenden Stromflusses in einer solchen Pumpe wieder, wobei durch die Pfeile a die Grenzen oder Grenzpunkte der Elektroden angedeutet sind. Die Randströme sind die jenseits dieser Grenzen gezeigten.The dashed area in Fig. 2 indicates the probable or probable Limitation of the essential or significant current flow in such a system Pump again, the limits or boundary points of the electrodes being indicated by the arrows a are indicated. The marginal currents are those shown beyond these limits.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht die Gestalt oder Umrißlinien der Rückleiter gemäß der Erfindung, und zwar solcherart, daß sie den Begrenzungen des Stromflusses, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, angepaßt sind. Das Profil entspricht den vorerwähnten Begrenzungen.Fig. 3 shows a plan view of the shape or outline of the return conductors according to the invention, in such a way that they comply with the limitations of the current flow, as shown in Fig. 2 are adapted. The profile corresponds to the aforementioned Limitations.

Die kombinierte Dickenabmessung der beiden Rückleiter wird so gewählt, daß die Stromdichte an jeder Stelle im wesentlichen die gleiche wie die Stromdichte an der entsprechenden Stelle im flüssigen Metall und in der Leitung ist.The combined thickness of the two return conductors is chosen so that that the current density at each point is essentially the same as the current density is in the appropriate place in the liquid metal and in the pipe.

Die erforderliche Dickenabmessung an jeder Stelle kann experimentell festgestellt werden, und zwar, bis bei eingeschaltetem Hauptfeld keine Änderung im Spaltfeld auftritt, wenn der Pumpenstrom übermittelt wird und die Flüssigkeit die Möglichkeit hat, sich mit der gewünschten Strömungsgeschwindigkeit fortzubewegen.The required thickness dimension at each point can be experimental can be determined until no change is made when the main field is switched on occurs in the gap field when the pump current is transmitted and the liquid has the ability to move at the desired flow rate.

Es ist ersichtlich, daß die Erfindung bei jeder beliebigen anderen Form einer einen statischen Rückleiter aufweisenden Steueranordnung, einschließlich einer solchen mit nur einem einzigen Rückleiter, zur Anwendung kommen kann. Im Falle eines Doppel-Rückleiters braucht nur der eine der Leiter erfindungsgemäß profiliert ausgebildet zu werden. Außerdem kann die Stromdichte in einem bestimmten Gebiet innerhalb der Umrißlinien des Rückleiters einen solchen geringen Wert haben, daß ein Loch oder eine Aussparung im Leiter eine bessere Annäherung an die richtige Dickenabmessung als diejenige ergeben würde, die der Mindestdickenabmessung entspricht, die aus mechanischen Rücksichten erforderlich wäre.It will be apparent that the invention can be applied to any other Form of a static return control arrangement including one with only a single return conductor can be used. In the event of of a double return conductor, only one of the conductors needs to be profiled according to the invention to be trained. It can also change the current density in a given area have such a small value within the outline of the return conductor that a hole or recess in the head a better approximation of the correct one Thickness dimension would result as that which corresponds to the minimum thickness dimension, which would be necessary for mechanical reasons.

Claims

PATENT CLAIM: Electromagnetic acting like an electric motor Pump for conveying electrically conductive liquids with at least one return conductor, which passes through the gap in the iron path circle of the magnet to thereby the To compensate armature reaction, characterized in that the return conductor such is formed profiled that it is the essential limitation of the current flow in the liquid line, seen in the direction of the magnetic field, corresponds or equals, and that its thickness dimension or layer thickness in is varied in such a way that the current distribution is equal to that in the liquid, which is pumped and is in the line containing it.