DE1528779C3 - Induktionspumpe zum Fördern elektrisch leitender Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung beziehtsich auf eine Induktionspumpe zum Fördern elektrisch leitender Flüssigkeiten, vorzugsweise flüssiger Metalle durch deren Zusammenwirken mit einem Magnetwanderfeld, das von einem in der Nähe des die zu fördernde Flüssigkeit führenden Kanals angeordneten Induktor erzeugt wird. Eine solche Pumpe kommt z. B. in Gießereien, in der Buntmetallverhüttung, Kernenergetik und chemischen Industrie, also überall dort zur Anwendung, wo eine in einem weiten Druck- und Durchsatzbereich regelbare Förderung und Dosierung flüssiger Metalle erforderlich ist.

Bei bekannten Induktionspumpen zum Fördern flüssiger Metalle erfolgt die Änderung der Förderhöhe und der Fördermenge durch eine Änderung der Höhe bzw. Frequenz der die Induktorwicklungen der Pumpe speisenden Wechselspannung. Dadurch wird das durch die Induktorwicklungen erzeugte Magnetfeld beeinflußt, das auf die zu fördernde elektrisch leitende Flüssigkeit einwirkt.

Für eine solche Änderung der Höhe und Frequenz der Speisespannung sind Regeleinrichtungen in der Art von Spartransformatoren, induktiven Reglern und Umformern erforderlich, die in der Regel für die volle Leistung des Steuerobjektes (der Induktorwicklungen der Pumpe) berechnet sind, oder die Stromversorgung der Regeleinrichtungen muß durch einen besonderen Generator erfolgen.

All das führt zu hohem Gewicht und großen Abmessungen der regelbaren Induktionspumpen und erhöht ihren Preis gegenüber den gewöhnlichen, nicht regelbaren Pumpen dieser Art.

Es sind zwar Vorschläge gemacht worden, diese

ίο Nachteile bei Förderanlagen mit nicht regelbaren Pumpen durch Anordnung verschiedener mechanischer Drosseleinrichtungen im Fördersystem zu beheben. Bekanntlich gewähren derartige Drosseleinrichtungen beim Fördern der meisten flüssigen Metalle nur eine geringe Betriebssicherheit und erhöhen außerdem den Kostenaufwand für die ganze Pumpenanlage.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionspumpe der eingangs genannten Art zu entwikkeln, bei der eine stufenlose Regelung der hydrauü-

ao sehen Parameter bei gleichbleibender Speisespannung ohne Anwendung besonderer Spannungsregler und unzuverlässiger mechanischer Drosselorgane möglich ist. Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Induktionspumpe erfindungsgemäß durch eine verschiebbare Anordnung des Induktors in bezug auf den von der Förderflüssigkeit■ durchflossenen Kanal, durch ein magnetisch leitendes "Element zur Verminderung des Luftspaltes und des magnetischen Widerstandes im'unwirksamen, vom Kanal entfernten Induktorteil und durch einen Stellantrieb zum Verschieben des Induktors gegenüber dem magnetisch leitenden Element und dem Kanal gelöst.

Ist der Kanal spiralförmig gewunden, so sind die Kanalspirale mit einem von ihr umschlossenen magnetisehen Rückschlußteil, das magnetisch leitende Element und der Induktor vorzugsweise gleichachsig angeordnet. Dabei ist der Induktor in Axialrichtung verschiebbar. Verläuft der Kanal geradlinig, so enthält der Induktor vorzugsweise zwei geradlinige, beidseitig des Kanals angeordnete ferromagnetische Kerne, die quer zur Achse des Kanals verschiebbar sind.

Es ist vorteilhaft, den Induktor auf Führungen zwischen zwei Endstellungen stufenlos verschiebbar anzuordnen. Die eine Endstellung entspricht dem Höchstwert des den mit Förderflüssigkeit gefüllten Kanal durchsetzenden Magnetflusses und somit der maximalen Pumpenleistung, während der bei der anderen Endstellung durch das Magnetfeld im Pumpenkanal entwikkelte Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der hydraulische Kanalwiderstand, so daß die Pumpe in dieser Stellung die Förderleistung Null erbringt.

Die besonderen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß hierdurch eine regelbare Induktionspumpe vorliegt, die verhältnismäßig geringe Abmessungen und ein geringes Gewicht aufweist und niedrige Herstellungs- und Betriebskosten erfordert.

Diese Pumpe arbeitet zudem mit hoher Betriebssicherheit und mit hohem Wirkungsgrad, d. h. minimalem Energieaufwand.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine regelbare Induktionspumpe zum Fördern flüssiger Metalle mit spiralförmig gewundenem Kanal, Fig.2 eine regelbare Induktionspumpe mit geradlinigem Kanal,

F i g. 3 die Kennlinie der Induktionspumpen nach F i g. 1 und 2.

Wie F i g. 1 erkennen läßt, ist der die elektrisch leitende Flüssigkeit führende Kanal 3 im Bereich der Pumpe zu einer Spirale 2 gewunden.

Innerhalb der Spirale 2 ist auf der gleichen Achse mit dieser ein zylindrischer ferromagnetischer Innenkern 4 feststehend angeordnet. Außerhalb der Spirale 2 befindet sich ein weiterer, ringförmiger Außenkern 5, der ebenfalls feststehend und gleichachsig mit der Spirale 2 angeordnet ist. Der Außenkern 5 trägt eine wechselstromgespeiste Wicklung 6.

Beim Fördern von flüssigen Metallen mit hohen Temperaturen ist zwischen der Spirale 2 und dem Außenkern 5 eine thermische Isolierung 7 vorgesehen.

Der Außenkern 5 ist in Achsrichtung verschiebbar auf der Führungsstange 8 und der Stellspindel 9 angeordnet. Die Verbindung zwischen dem Außenkern 5 und der Spindel 9 wird durch die Mutter 10 hergestellt, die mit einem Gewindeteil der Spindel 9 zusammenwirkt und mit dem Außenkern 5 fest verbunden ist. Die Spindel ist außerhalb des Gehäuses 1 mit einer Handkurbel 11 versehen.

Der verschiebbare ringförmige Außenkern 5 bildet mit der Wicklung einen Induktor, der ein magnetisches Drehfeld erzeugt. Dieses durchsetzt den mit der Förderflüssigkeit gefüllten Kanal und wirkt mit Strömen zusammen, die in der elektrisch leitenden Förderflüssigkeit induziert werden. Dadurch wird die Flüssigkeit im Kanal in eine Drehbewegung mit einem bestimmten Schlupf gegenüber dem treibenden Magnetfeld des Induktors versetzt.

Befindet sich der ringförmige Außenkern genau gegenüber dem spiralförmigen Kanalabschnitt 2 und dem feststehenden Innenkern 4, so erreicht der die Flüssigkeit im Kanal durchsetzende Magnetfluß einen Höchstwert. Dementsprechend sind auch Strömungsgeschwindigkeit der Förderflüssigkeit bzw. Förderhöhe und somit Pumpenleistung am höchsten.

Zur Verminderung von Förderhöhe und Fördermenge der Pumpe wird der Außenkern 5 mit der Wicklung 6 durch Drehen der Metallspindel 9 axial in bezug auf die Spirale 2 verschoben. Dabei kommt ein Teil der Spiralenwindungen aus der Zone des Hauptmagnetflusses heraus und gelangt in das Streufeld des Induktors. Gleichzeitig tritt ein Teil des ebenfalls koaxial angeordneten, magnetisch leitenden Elements 12 in den Induktor ein.

Der Verschiebungsbereich des Außenkernes 5 wird so gewählt, daß der Flüssigkeitsdruck im Kanal bei der größten Verschiebung des Kernes in bezug auf die Spirale 2 nicht ausreicht, um den hydraulischen Kanalwiderstand zu überwinden, so daß der Kanal in dieser Stellung völlig unwirksam wird.

Das magnetisch leitende Element 12 weist einen größeren Durchmesseer als der Innenkern 4 auf, um den magnetischen Widerstand zwischen ihm und dem Induktor 5 auf den Wert des magnetischen Widerstandes zwischen Induktor 5 und Kern 4 mit dem Pumpenkanal zu vermindern. Dadurch wird der Stromverbrauch der Pumpe gesenkt und ihr Wirkungsgrad auch bei niedrigen hydraulischen Parametern (Förderhöhe, Fördermenge) erhöht.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 hat die Pumpe einen geradlinigen Kanal 13. Zu beiden Seiten des Kanals 13 ist je ein geradliniger ferromagnetischer Kern 14 bzw. 15 verschiebbar angeordnet. Die Kerne 14, 15

ao tragen Wicklungen 16, 17, die mit Wechselstrom gespeist werden.

Der Kanal 13 ist ein Spaltkanal mit einem in einer Richtung stark ausgedehnten Querschnitt und ist von den Kernen. 14, 15 durch Abschirmungen 18, 19 ther-

a5 misch isoliert.

Die Kerne 14, 15 werden" parallel zueinander auf Leitspindeln 20, 21 aufgestellt. Diese stehen kinematisch mit einem Stellantrieb 22 in Verbindung.

Kommt ein Steuersignal am Stellantrieb an, so dreht dieser die Spindeln 20, 21 synchron zueinander. Hierbei werden die Kerne 14,15 gemeinsam quer zum Kanal 13 verschoben. Dabei ändert sich der den Kanal mit der Förderflüssigkeit durchsetzende Magnetfluß und dementsprechend die Förderleistung der Pumpe.

Neben dem Kanal ist ein Blechpaket 23 in der Weise angebracht, daß das Magnetfeld der Kerne 14,15 beim Verschieben der Kerne in dem Blechpaket 23 etwa in dem Maße zunimmt, wie es im Kanal 13 abnimmt.

F i g. 3 zeigt an Hand eines Schaubildes die Beziehung zwischen relativer Pumpenförderhöhe Pund relativer Überdeckung 1 des Kanals mit dem Induktor.

Die Regelung der hydraulischen Parameter der Pumpe kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Verschiebung des Induktors des magnetisch leitenden Elements oder des Kanals verwirklicht werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Induktionspumpe zum Fördern elektrisch leitender Flüssigkeiten, vorzugsweise flüssiger Metalle, durch deren Zusammenwirken mit einem Magnetwanderfeld, das von einem in der Nähe des die zu fördernde Flüssigkeit führenden Kanals angeordneten Induktor erzeugt wird, gekennzeichnet durch eine verschiebbare Anordnung des Induktors in bezug auf den von der Förderflüssigkeit durchflossenen Kanal, durch ein magnetisch leitendes Element zur Verminderung des Luftspaltes und des magnetischen Widerstandes im unwirksamen, vom Kanal entfernten Induktorteil und durch einen Stellantrieb zum Verschieben des Induktors gegenüber dem magnetisch leitenden Element und dem Kanal.

2. Induktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei spiralförmig gewundenem Kanal die Kanalspirale mit einem von ihr umschlossenen magnetischen Rückschlußteil (4), das magnetisch leitende Element (12) und der Induktor (5) gleichachsig angeordnet sind.

3. Induktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geradlinigem Kanal der Induktor zwei geradlinige, beidseitig des Kanals angeordnete, ferromagnetische Kerne (14, 15) enthält, die quer zur Achse des Kanals verschiebbar sind.

4. Induktionspumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor auf Führungen (8) zwischen zwei Endstellungen stufenlos verschiebbar angeordnet ist, wobei die erste Endstellung dem Höchstwert des den mit Förderflüssigkeit gefüllten Kanal durchsetzenden Magnetflusses und somit der maximalen Pumpenleistung entspricht, während der bei der zweiten Endstellung durch das Magnetfeld im Kanal entwickelte Flüssigkeitsdruck kleiner ist als der hydraulische Kanalwiderstand, so daß die Pumpe in dieser Stellung die Förderleistung Null erbringt.