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Plagnetodynamische Pumpe für flüssige eIetalle Die Erfindung betrifft
eine magnetodynamische Pumpe für elektrioeb leitende Plüssigkeiten, insbesondere
flüssige Metalle" die längs einer einen Einlaß und.einen Auslaß aufweisenden Plüsoiglireitskammer
für das zu pumpende Medium um eine Drehachse umlaufeinde, im Abstand voneinander
angeordnete Paare von Magnetpolen'aufeteistg deren Pelderj die ER 13-4 eine
ganze Reibe solcher elektroma-gneti-aober Pumpen bekanntg die mit zieh bewegenden
magnei.Ischen Paldern arbeiten Und eu111 Pumpen Neta-I-le verwen-d"-z;n',-
werden; es handelt eich dabei umMehrpbanAnindtik-#4jionnaebraubengangpumpen, gestreckte
1,lehrphasenindukti#&#i&üümpen, Pumpen, Radial-Wagnet-Rotorpumpen, elel.-1-tromagne-fiache
Zeril--r-ifugalpü-M-PLn#.und
Bei der Mebr-phaseninduktionseebraubengangpumpe
wird ein rotierenden magnetisches Feld dur--b die Verwen-dung einer Dreipbasenstat.or
wicklung erzeugtg d.h. ähnlich wie im In.duktionsmotor, wobei kreiaringförmige,'---.z
laminierte Eisenkörper der Leitung den Magnetflusses dienen. Das magnetische Drehtfeld
weist im wesentlichen Sinunform auf.-- Die hohe Induktivität dieser Konstruktion
führt zu einer Phanenversobiebung ewischen dem magnetiselien Drehreld und den im
flüs eigen Metall induzierten Wirbeletrömen" die #ihrerseite einen negativen Pumpeffekt
bewirkende Ströme hervorrufen und infolgedessen den Wirkungsgrad erheblich herabsetzen.
Daaußerdem die Drebzabl von der Anzahl der verwendeten Magnetpole und der Frequenz
der Stromversorgungsquelle abhängt,- kann jede Pumpe bei vorgegebener Stromquelle
nur mit einer einzigen Dreh-' zahl betrieben werden, was außerordentlich nachteilig
ist.
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Die gestreckte phaseniaduktionspumpe gleicht der Mehrpbasen-. Induktionanebraübengangpumpe
außerordentlich stark; die kreinringförmige Statorwicklung der'Sebraubengangpumpe
sowie die Flüssigkeitsk ammer und die zugehörigen Eisenkerne werden lediglich in
ihre gestreckte Form abge'wickelt . um die gestreckte Mehrphajeeninduktionspumpe
entstehen
zu lassen. -Infolgedessen weist die letztere dieselben Nachteile wie die Schraubengangpumpe
auf. Bei der Einstein-Sziliardpumpe handelt es sich Im wese#t1ichen um eine gestreckte
Mehrphasen-Induktionspumpe, die längs ihrer Längsachse zu einen Rqbr aufgewickelt
ist. Auch niö weist deshalb die Nachteile der anderen Mehrphaseninduktionspumpene
jedoch zusätzlich noch einige mechanische Nachteile auf.
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Die elektromagnetische Zentrifugalpumpe ist eine Nebrphauen-Induktionspumpe
mit einem Zentrifugier-Spirulgehäuse, in dem das flüssige Metall In Umfangs- und
radialer Richtung beschleunigt wird, dadurch daß eine stationäre Mehrpbasen-Statorwicklun
S oder ein mechanisch gedrehtes, mit Gleiebetrom erzeugtes Magnetteld .zuGammen
mit einem stationören, laminierten Eisenrückeabluß ein magnetisches Drehfeld erzeugt.
Bei dieser Pumpe treten in verstärktem Maße die hydraulischen Verluste von Zentrifugalpumpen
sowie die bereits erwähnten Nachteile der Induktionspumpen auf. Bei der Radialmagnetpumpe
wird das magnetische Feld mechanisch gedreht, und die Nagnete haben die,Form vorepringender,
auf
einer zentralen Nabe montierter Pole, ähnlich dem Rotor eines
Synchronmotors. Der magnetische Rückschluß erfolgt über einen stationären, laminierten
Eisenreif, da:i#' den Rotor umgibtö Die 'Flüssigkeitskammer hat die Porm einen Ringdurchlasoö6,
der'im Luftspalt angeordnet Ist. Bei einer Ausführungsform, der Schraubengang-Rotorpumpe,
sind die vorspringenden Pole abgeschrägt, so daß zwischen ihnen Zwischenräume e-ntstehen,
die zur Bildung einen Sebraubenganges um die Drehachse führen; ansonsten ist jedoch
das Prinzip gleich. Bei diesen Pumpen tritt ferner ein Rückpumpeffekt auf, ihr Wirkungsgrad
ist geri-ng, und-die Kühlung der Polwicklungen an den vorspringenden Polen Ist äußeret
roblematiscb.
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Ein gutes Ausführungsbeispiel der elektrodynamischen Pumpe ist -in
der US Patentschrift 2.915.973 beschrieben; bei dieser Pumpe ist de'r
Rückpumpeffekt, den die verschiedenen, vorstebend besebriebenen Induktionspumpen
aufweisen, im wesentlichen beseitigt. Zu diesem Zweck wurde das Mebrphaser..drebfeld
durch ein mechanisch in Drehung versetztes Mägnetfeld ersetzt, ohne daß irgendwelche
stationären Rückschlüsse vorgenehen wurden. Erreichen läßt sich dies durch die Verwendung
einer rotierenden
Anordnung von Magnetpaareng bei denen es sich
entweder um Permanent- oder Elektromagente handeln kann. Diese Magnetpaare sind
im Abstand voneinander gleichmäßig über den B6gen der Plüssigkeitoleitung verteilt,
wobei die Zwischenräume zwischen einander benachbartön Magnetpaa.Ze..n ausreichend
groß sind" dami.t ein gewisser Zwischenbereich der Plüssigkeit feldfrei ist.
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Die stationären, laminierten Eisenkerne der Schraubengang--und' gestreckten
Mehrphaoenpumpentder elektromagnetia-oben Zentrifugalpumpe sowie der Radialmagnetpumpe
werden zwar hier vermieden.
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Die Wirbelstrominduktion Ist .verhältnismäßig niedrig, eine Phasenverschiebung
der WirbeIströme wird weitgehend verhindert und negative Pumpeffekte treten deshalb
fast nicht auf. Außerdem kann die Drehzahl des Magnetfeldes einfach verändert werdens
beispielsweise durch die Wahl einer anderen Riemenscheibe, so daß über einen Keilriemen
von einem Motor mit konstanter Drehzahl angetrieben werden kann. Trotz der vielen
Vorzüge dieser Blektrodynamischen Pumpe gegenüber den andeten'P=pentypen läßt auch
diese noch vieles zu wünschen übrig.
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Wie bereits erwähnt"weist diese elektrod-ynamische Pumpe verhältnismäßig
große Zwischenräume zwischen einander benachbarten
Magnetpolen auf,
um innerhalb der zu pumpenden PlUasigkeit Im wesentlichen magnetflußfreie Bereiche
zu schaffene damit die Zonen negativer Pumpeffekte soweit wie möglieb-reduziert
werden. Das-Ergebnis derartig großer Zwischenräume besteht jedoch daring daß sich
Zonen ergeben" in denen überhaupt nicht gepumpt wird. Der Erfindung liegt nun die
Aufgabe zugrunde, eine magnetodynamische Pumpe dereingange erwähnten-Axt zu schaffen,
bei der weder negative Pümpeffekte noch Zonen auftreten" in denen überhaupt nicht
gepumpt wirdu, diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung-dadurch gelöst, daß die Flüssigkeitskammer
eine bogenförmige gekrümmte Rohrleitung ist, -und daß eine gerade Anzahl von Magnetpolpaaren
vorgesehen ist, die zu beiden Seiten der Rohrleitung derartig angeordnet sind, daß
die Feldrichtungen einander benachbarter Magnetpol-Paare gegenläufig sind" und daß
die Magnetpole so ausgebildet'aind,-daß der Wechsel in der Richtung des Magnetfeldes
zwischen zwei einander benachbarten Magnetpolpaaren innerhalb der Plüssigkeitskammer
auf kleinstem Raum und nahezu ohne einen feldfreien Bezirk etatt-, findet. Ein besonders
vorteilhafter Peldverlauf ergibt sich$. wenn der Abstand zwischen den einander und
der Rohrleitung zugekehrten
Kauten zweier benachbarter Magnetpol-paare
mindestens so groß und höchstens viermal so groß wie.d&,r Luftspalt zwise hen
den Magnetpolpaaren.-ist.
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Zweckmäßigerweise werden dii Magnetpolenden als aufgesetzte Polatücke
aus bochpermeablem Material ausgebildet. Um die günstigste Feldverteilung zu erreichen,
verbreitern sich nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Magnetpolenden in
Richtung auf die Rohrleitung zur Verringerung den Abstandes zwischen den einander
zugekehrten vorderen Kanten einander benachbarter Magnetpolenden.
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Die erfindungegemäße Konstruktion gestattet es, die Zwischenräume
zwischen einander benachbarten Magnetpolenden auf derselben Seite der Rohrleitung
wesentlich kleiner als bei den bekannten rumpen zu halten. Die -Feldvertellung des
gemäß der-Erfindung erzeugten magnetischen Drebteldeg gleicht einer Reihe von magnetischen
Rechteckeimpulsen mit abwechselnder Richtung und, außerordentlich schnellem Richtungewechoel
innerhalb einen sehr kleinen Bereichen.
Bei den bekannten Pumpen
entstehen häufig Kühlungsprobleme, insbesondere dannt wenn die Pumpen in-abgeseblossenen
Räumen, in einer Schutzganatmoepbäre oder im Vakuum betrieben werden sollen. Diese
Kühlungsachwierigkeiten lassen -sich bei der erfindungegemäßen Xonstruktion außerordentlich
leicht dadurch beseitigen, daß zwischen der Rohrleitung und den Magnetpolen Ritzeschilde
angeordnet sind.
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Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellende Merkmale
ergeben sioh-aus den Patentansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung,
die derg enaueren Erläuterung den Standes der Technik sowie gw'eier Ausfübrungebeispiele
der Erfindung dient, wie sie die Zeichnung zeigt. Es.zeigen: Fig 1 eine vereinfaeh4%-oe-Dazetellungg
teilweise im Schnitt, einer Bebrjpbasenikduktiönea-ahraA_eggan«pumpe bekannter Art,-Yig
2 ein Diagramm der-räumlioben Nagnetflußverteilung den magüetiaoben- Dre#Xeldea
der Pumpetgemäß Fig.-1-.
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Pig-3 ein Diagram - m" in das die Wirbeletromaobleifen engez'9'.iohnet
eindo die In der Pumpe demU-Pig. 1 erzeugt werden und der räumlichen-Nagnetflußverteilung
gemäß Pig.-2 überlagert sind - unter der-Annabme, daß die Wirbelströ keinicht
in einem induktiven Kreis fließen;
Fig 4 eine Darstellung.der tatsächlichen
Lage der Wirbelstroms schleifen bezüglich den Magnettlussen und der.Induzierten
Spannungen in der Pumpe gem. Pig. 1, wobei diese Darstellung die Phasenversobiebung
zei-gtg die daraus'folgt..-daß die Wirbeletröme nicht in nichtinduktiven Kreisen
fließen; Pis 5 eine vereinfachte Darstellung, teilweise im"Sabnitt, einer
gestreckten Mehrphaneninduktionspumpe bekannter-Art; Fig 6 einen Schnitt
gemäß-der Linie 6-6 in Yig. 5;
Pig 7 -eine vereinfabb.te Darstellung,
teilweisejim Schnitt, einer Radialmagnetrotorpumpe bekannter Art-, Pig
8' eine Darstellung der mitteleren Pl-ußverteilung-it:dar' zu pumpenden Flüssigkeit
In einer bekannten elektrodynamischen Pumpe, deren Magnetpole auf einer Seitö
dö:# Plüssigkeitskammer aufeinander-folgend unterschiedliebär Polarität sind und
wobei flußfreie Bereiche auftreten; Fig 9 eine der Pig. 8 entspreobenide
Darstellung mit überlägerten Wirbelstromachleifen, aus der die verminderte Phasenverschiebung
der Wirbeletröme erkennbar ist; Pig 10 eine der Pig. 9 entsprechende
Darstellung für.,eine. elektrodynamioebe Pumpe, bei der die Magnetpole auf einer
Seite der Plüssigkeitskammer die gleich--ei Polarität aufweisen;
Pig
11 eine schematische Darstellung des Magnetfeldes um zwei zylindrische Wagnetpole
verschiedener Polarität;-Pig 12 eine Darstellung des Magnetfelden um zwei- Paare
zylindrischer-Magnetpole, wobei Pole gl."icher Polarität einander benachbart eindlw
Pig 13 eine Darstellung den Magnetteldes um zwei Paare zylindriaober Magnetpole,
bei denen'Pole unterschiedlicher, Polarftät einander benachbart sind; Pig-14 eine
Vorderannicht, teilweise Im Schnitt, eines bevorzugten AusfUbrungebeispielen einer
erfindungegemäßen elektrodynamischen Pumpe,-Pig 15 eine schematische Seitenansicht
üer,Plüssigkeitskammer der elektrodynamischen Pumpe gemäß Fig-14 mit Darstellung
der Wirbelet röme; Pig 16 ein Schnitt nach der Linie 16-16 in Pig.
15 in größerem Maßstab als diese;! Pig 17 eine Teildarstellung der
Pumpe gemäß Pig. 14 in größerem Maßstab als dieseg die zwei Magnetpolpaare sowie
die Nagnetfeldverteilung zeigt;-Pig 18 eine schematische Darstellung der
räumlichen Verteilung der ursprUnglichen Nagnetflußdidhte In einer elektieodynamischen
Pumpe gemäß Pig. 14 unter Vernachlässigung der Gegenmagnetisierung durch die Wirbeletröme;
Fig
19 eine Teileeltenansiebt der Plüssigkeitskammer sowieder zugeordneten elektrischen
Leiter und der Magnetpole in größerer Darstellung als in den übrigen 'Figuren, aus
der die Richtungen der Wirbelströme und der magüetfelderm*ennbar.i3ind, wobei der
BE-Z-akt der Gegenma#netisierung durch die Wirbeletröme vernachlässigt wurde; Pig
20 eine der Pig. 18 entsprechende schematische Darstellung -der resultierenden
Plußdiobte,-aus der die-k.leino*VO'.r-9obiebung der Nullebene den Magnetflussen
infolge-de.r Gegenmagnetisierung durch die WirbeletröM9 erkennbar ist-Fig 21 e ine
der Pig. 14.entepreobende Vorderansicht einen weiteren AusführUngsbeispieles einer
erfindungsgemäßen Pumpe unter besonderer BerUcksichtigung der Anwendung In verdünnten
Atmosphären od. dgl.
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Die Zeichnung zeigt zunächst eine Reihe von bekannten Pumpen und dann
erst bevorzugte Aueführungsbeispiele der Erfindung,- Überall wurden gleiche Bezugezeieben
und Bezeichnungen für einander entsprechende Bauteile verwendet.
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Um die-Verbesserungen, die durch die vorliegende Erfindung e rzielt
werden, vollständig verstehen zu können, ist es erforderlieb, zunäobet,.-die bereite
erwähnten bekamaton rupipen näher zu
erläutern. Die Fig.
1. zeigt in vereinfachter Form eine Meh-,-phasen-Iiiduktionosobraubengangpumpe
50 Mit einor Drei.phai,#nn-Statorwicklung 52, einem Rotorkern 54, der tatsächlich
otation,--ir ist, einem Statorkern
55, einem Wärmeisolator
56 und
einer Flüssigkeitskammer
58. Die letztere weis'- e-Inen Einl.z#.i,ß
60 und einen Ausläß
62 auf, wobei die zu 1,umliende Plüssigkeit, d.h.
also inabeoondere
den flüssige Metall zum Einlaß
60 llprpj.n-und zum
Au.,j;j"ib'62 hinaus3trömt. Derartige Pumpen entsprechen in j.b.rem Aufb--zu und
in ibrer Wirkungsweise einen achleebten Wirkungsgrud aufweisenden
| -en |
| tionsmotor/de8 d,#v il.bUchen Dre;phalen- |
statorwick3.ung
52, die in den Sch.#i1-.zen einco Stapels vc)-ii
| lamellen - des Statorkerns 55 - angebracht ist,
wir.VJ, e 111 |
| erzeugt. |
| magnetisches Drehfeld / Der Rotorkern 54- ..isl: eberfalls
aue |
| Eisenlamellen zusammengesetzt und bil.dp,-,. einen stationären
Kern |
| für den "Rotor". Innerhalb des Roi;orkerillm, 54 ist, keine
Wick ijnL, |
| vorgesehen. Die elektrisch leitende F'i»Urni»g.,kt-,it flicißt
durcii |
| 1-. |
| den Sobraxibenringraun, der FlUosigkeitskaminner
58 im Luftelial.1- |
| zwischen Rotorkern 54 und Statorkern 55 und bildet.
den sich |
| drehenden "Rotor" der Pumpe. |
Das die Flüssigkeit durchsetzende magnetische Drehfeld erzeugt
in der Flüssigkeit Wirbelströme, die mit dem magnetischen Dreh-1 feld so zusammenwirken,
daß auf die Flüs24,..-.ireit entsprechend der -bekannten, nachfolgend aufgeführten
Gleichung ein Schub ausgeübt wird; Die Gleichung lautet: P
:-- kßl.i (Gleichung
1.)
mit folgender Bedeutung:
F z:e Kraft
k eine Konstante
ß Flußdichte Axiale länge der Plüssigkeit Im Magnetfeld i Wirbelstromstärke
Die Wirbelströme sind die Polge der in der Flüssigkeit erzeugten Spannungen, die
der Gleichung genügen-.
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V Oßls (Gleichung 2 mit -eoigendeli Bedeutungen: V Späannung
c eino Konstante v P i u 2 -# l C be t e 1 Axialz
1 M 1 retfeld iaich ida-r.
Mit einer geeignet dimensionierten
Statowicklung ist der räumliebe Verlauf des magnetischen Drebfeldes im wesentlichen
zinusförmig, wie dies die Fig. 2 zeigt. Die in der Flüssigkeit induzierte Spannung
ist in Phase mit dem Magnetflußverlauf 64 gem. Fig. 2. Wird das induzierte Feld
von einem ortsfesten ]Punkt aus betrachtet, so ist die Frequenz der räumlich schwankenden
Spannung in der Flüssigkeit gleich derjenigen des Drehfeldes. Vom Standpunkt eines
mit der Flüssigkeit mitbewegten Beobachters aus scheint die induzierte Spannung
eine geringere Frequenz zu baben, die üblicherweise als Soblupffrequenz bezeichnet
wird und von der Differenz der Ges,"t2,.#indi",rkeiten des magnetischen DrebjL"eldes
in der Flü-,gsigke-L-#G und dieser selbst abhängt.
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Die rich ändarrtde erzeugt sich ändernde- Wirbelströme
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in
der Flüssigkeit" dIe eine
Folge von geschlossenen Wirbelstromschleifen IA-Iden,
deren Lizahl g#Keich der Zähl der Nagnetpule
| ist. Wenn diese Wirbelstromschleifen 66, de...en einzelne
Wirb##l- |
| in |
| r; troüi[)#-ih-xien m--1.t bin 66-d wurden-inicht In |
L
- - V -'
W ,
der die Yorm Zur vei7Gia##",r Ge e r U r. tu
13 z#2 #71 rch dio
Die Fig.
3 zeigt, daß die in der rechten
Hälfte dieser Pigur angeordneten, nach oben gerichteten Wirbelstrombahnen 66a bis
66d sämtlich mit dem positiven Teilbereich den Magnetfeldes zusammenwirken.
In der linken Hälfte der Pig.
3 wirken alle nach unten gerichteten Wirbelstrombahnen
mit dem negativen Bereich des Magnetfeldes zusammen. Da der Vorzeichenwechsel also
sowohl in den Wirbelstrombahnen als auch Im Nügnetfeld stets an denselben Stellen
stattfindet, addieren eich die Pumpeffekte, die auf dem Zusammenwirken des Magnetfelden
mit den Wirbelmtrömen beruhen.
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Tatsächlich verlaufen die Wirbeletröme jedoch nicht in niebtinduktiven
Kreisen, und der Grund hierfür ist einerseits die Nähe des etationären Einenkernee
und andererseits der verhältnismäßig große Inftspalt. Der Blindwiderstand, der auf
diesen induktiven Effekten beruht, wird- von der verhältnismäßig hoben Sohlupfgeschwindigkeit
zwischen dem magnetineben Drebfeld und der Plüssigkeit erhöht, wobei diese hohe
Schlupfgesebwindigkeit charaäkkteristisch für MehrphasenZnduktionesabraubengangpumpen
ist.
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Sie beträgt üblicherweine 50% oder mebr der Drebfeldgeschwindigkeit,
-Infolgedessen existiert eine negatlqe Phasenverschiebung
zwischen
den Wirbeletrömen und der sie erzeugenden Spahnung. Diese Pbaoenvernebiebung kann
durch eine Verschiebung der Wirbeletromaobleifen entgegen der Strömungageaobwindigkeit
der Plüneigkeit dargestellt werden. Pig. 4 zeigt diesen Zuntande wobei die Pbanenverschiebung
eingezeiabnet worden ist.
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Wie die Pig. 4 zeigts liegen im positiven Bereich des Magnetfeldes
tatsächlich aufwärts und abwärts gerichtete Wirbelstrombahnen, beispielsweise die
Wirbeletrombabn 66a. Das abwärts gerichtete Teilatüok der Wirbeletrombahn 66a führt
zu einem negativen Pumpeffekt, während der aufwärts gerichtete Teil dieser Wirbeletrombabn
einen verstärkten positiven Pumpeffekt hervor" ruftT--da er in einen Bereich höherer
Nagro>tfZußdichte verschoben worden ist. Da jedoch der räumliche Magnetflußverlauf
einusförmig--ist, reicht die Erhöhung des poriit-i-v-en Pumpeffektes gegenübet*d#dm
Zustand in Pig. 3 nicht zur Kompe'üiatibn des negativen Pumpeffekten
infolge des abwärts gerichteten Teilen der Wirbelstrombahn 66a aus. Insgesamt ergibt
die Phasenverschiebüng---d:er Wirbeletröme also eine Verringerung den Pumpeffekten.
In.gleieber Weise bewirkt der aufwärts gerichtete Teil der Wirbelstrombabn
66o einen gegenüber dem Zustand gem. Fig. 3 erhöhten positiven Pumpeffekt,
andererseits führt jedoch der abwärts gerichtete, Teil dieser Wirbeletrombahn zu
gar keinem Pumpen, so daß auch
hier Insgesamt eine Verringerung
des Pumpeffektes auftritt. Die Pig. 4 zeigt deutlich, daß sämtliche Wirbeletrombahnen
der dargestellten Wirbelütromachleife insgesamt zu einem geringeren Pumpeffekt führen,
als dies'in Pig. 3 der Fall ist. Dies stimmt mit dem Verhalten von Induktionemotoren
überein, entsprechend dem auch tz Palle der Induktionspumpe der Wirkungsgrad infolge
der hohen Reaktanz der Wirbelotröme stark herabgesetzt wird, uhd zwar verringert
sieh der Wirkungsgrad mit der Erhöhung der Reaktanz. Außer der Verminderungder Pumpkapazität
führt die hohe Reaktanz ferner zu einer Verringerung des Leistungsfaktors (cose
)der Pumpe, Versuche haben gezeigt, daß der Leistungsfaktor dieser Pumpen wesentlich
schlechter als derjenige von Induktionemotoren ist, was die Existenz der hoben Reaktanz
bestätigt.
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Der Wirkungsgrad der Pumpe wird deshalb vermindert, weil der Pumpeffekt
ohne Verminderung der Wirbeletröme und Infolgedessen`-. ohne Verminderung der Wärmeverluste
herabgesetzt wird. Da diese Pumpen außerdem lnfoige der hoben Soblupfgeaobwindigkeiten
erhebliebe Verluste in den Magnetkernen haben, weisen die Mehrphasen-Induktionssehraubengangpumpen
insgesaät einen ziemlich
schlechten Wirkungsgrad auf.
| Die Fig. 5 und 6 zeigen in vereinfachter Darstellung
eine ge- |
| ph |
| etrq'okte Beby. aaen-»-IndüktionEi pumpe 68 bekannter
Art --- -Gestreckte |
Mehrfaaeniaduktionspumpen entsprechen den erwähnten Schraubengangpumpen, jedoch
unter Abwicklungg d.b. Streckung der kreinförmigen Statorwicklung, der Eisenkerne
und der Flüssigkeitekammer. Das Magnetfeld bewegt sich geradlinig-statt sieh zu
drehen, wie es bei der Sobraubengangpumpe der Pall ist. Die gestreckte Pumpe
68 weist eine Statorwicklung
70 auf, die in Schlitzen
71 eines
aus Lamellen zusammengesetzten Statorkernes
72 gewickelt ist, ferner einen
aus lamel#.en zusammengesetzten Rotorkern 74, einen Wärmeisolator
76 und
eine FlUnsigkeitskammer
78 mit einem Einlaß
80 und einem Auslaß 82.
Ein weiteres Merkmal der gestreckten Pumpe besteht in elektrischen Stableitern
77 u.
799 die
sich längs der Plünsigkeitskammer
78 erstrecken
und mit dieser in elektrischer Verbindung stehen. Diese Stableiter entsprechen den
Nurzschlußringen der Rotoren üblioberKäfiganker-Induktionsmotoren. Sie vermindern
den Widerstand deir Stromwege -det Wirbeletröme,'-"dä sie Jedoch nicht nahe dem
Kern angeordnet sind, erhöhen sie dies-Induktanz und es tritt ein tei-lweiaen
Aufheben
der Pumpeffekte auf.
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Die detailierte Beschreibung der Punktionsweine der Schraubengangpumpe
trifft In entsprechender Weise auch auf die gestreckte Pumpe zu.
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Beide Pumpentypen weisen außer den erwähnten Nachteilen noch einige
weitere auft Wenn die Temperaturen der zu.pumpenden Plüssigkeit ungefähr .I 54000
erreichen, ist es sobwierigg
- eine JN-Zerstörung der Isol-eXon an den StatorwicklungetL-4»rvekbindern.
Infolgedessen ist eine erzwungene Außenküblung
In allen Fällen erforderlich.
Außerdem müssen beim derzeitigen Stand der Toebnik häufig, flüssige Metallg Ma#t-,n
gob wesentlich höheren Temperaturen
| in der Größenordnung zwischen 800 und 1100'OC
und mehr gepump t |
| In |
| werden. /diesen Fällen läßt sich das Küblungsproblem
bei-Rebir- |
| pbaseninduktionspumpen-nur außerordentlich schwer lösen# ins |
| wagnetiochen |
| besondere deshalb, weil das Einen aeine,7Bigenaobaften bei
unge- |
| 0 -Punkt) |
| fäbr 760 C (Ourie /verlfert. |
Pig.
7 zeigt eine vereizifaohte Darstellung eine:i#IfadIainAffletrotorpumpe
bekannter Art. Diese Fumpe 184 enthält eine Welle 1.869
auf der
Magnetpole
188 montiert sind, die von Erregerwicklungen
190 erregt
werden; als Einenrücksohluß ist ein Bise*ern 192-vorgenebeng zwischen dem und-den
Magnetpoleneine FlUosigkeitskammer 194 mit Einlaß
196 und-Auslaß
198 angeordnet.-ist. In .«iner Ausführungeform wird eine solche Pumpe als
Sc#hraubengangrotorpumpe bezeiobnett weil die Pole hinsichtlich der Wellenaobee
abgeaobrägt sind. Im allgemeinen sind die aÜfeinalidee'#-folgenden Magnetpole von
umge 4ebrter Polarität. Dlei39..Ptimp».-ist außerordentlich unwirksam-, und ein
weiterer
Typ, bei diti alle Pole den Rotors dieselbe Polarität haben" ist
hoch torg was auf-dem negativen Pumpeffekt beruht, der in den'Bezirken zwischen
den Polen, die nicht magnetfeldfrei sind9 auf--tritt-.
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Die bekannten elektromagnetischen Zentrifugalpumpen weisen ein Spiralzentrifugalgehäuae
ohne Botor auf. Ein»rotierendes m egnetisches-Peldg das entweder mittels eines Mehrphasen-oder
einen Gleichstromes erzeugt wird, treibt zusammen mit einem stationären, .!tteeit
längs aus Lamellen zuaammenaeeetzten Eisenkern die ?lila
eines Flünsigkeitsweges,
der mit derjenigen Identisch isti. den,-, ein Rotor erzwingen würde. Diese Pumpe
weist hohe hydraulische Verluste auf, die bei Zentrifugalpumpen üblich sind, und
zwar neben den anderen'Naebteilen bekannter Induktionapumpen mit
stationären
Eisenkernen als Eisenrückschluß.
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Ein verhältnismäßi.g gutes Ausfübrungsbetapiel einer bekannten elektrodynamischen
Pumpe ist in der US Patentnebrift 2 915 973
beschrieben. Um den im Zusammenhang
mit den Mehrpbaneninduktionnpumpen bereits erwähnten negativen Pumpeffekt zu vermeiden,
wurde niebt.gu einer einuafötzigen Magnetfeldverteilung längs des Luftspaltes gegriffen,
sondern dort weist das."Magnetfeld regelmäßige Unstetigkeiten auf; der von den Magnetpolpaaren
erzeugte Magnetfluß hat die Form einer Reihe trapezförmiger Wellen, wie sie die
Figur 8 zeigt. Die Magnettlußverteilung nach den Fig. 8-10 ist eine
Darstellung der mittleren magnetischen Plußdichte längs der Mittellinie des tuftApiltes
über eine Strecke zwischen zwei Magnetpolpaarenl, sofern einander benachbarte# aufäiüanderfolgende
Pole umgekehrte Polarität aufweisen. Der positive Teil des Magnetflußverlaufen wurde
mit 86 bezeichnet, während der negative T-eil das Bezugszeichen
88 trägt-. Die eingezeichnete Mittelebene ist die Ebene in der Mitte zwischen
zwei einander benachbarten Magnetpolen, während die Längemittellinie den Luftapaltes
die Linie in der Mitte zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen der Pole einen
Magnetpolpaares ist; die Mittellinie
einen 14agnetpolen fällt mit
dessen Achse zusammen. Um den in Fig. 8 dargestellten Nagnetflußverlauf zu
erzielen, sind Magnetpolpaare längs der Plüasigkeitskammer so im Abstand voneinander
angeordnet, daß Teilbereiehe der 7111aeigkeitskammer zwischen einander benachbarten
Magnetpolpaaren im wesentlichen ziagnetteldfrei sind. Bei den Magneten kann es sich
entweder um Permanentmagnete. "oder um gleichstromerregte Nägu"e: handeln. Die Magnetanordnung.,'wird
dann Mechanisch in LTmlau-f versetzt, Mit einer solchen Konstr xgiiion ist ein Vorteil
gegenüber den Mehrphai3en-Induktionopumpen verknüpft# da der aue&edebnte, aus
Iamellen zusammengesetzte Magnetkern entfällt und die Wirbeletröme in guter Näherung
in niobtinduktivon Kreisen fließen. Infolgedessen tritt keine schädliche Phanenveraebiebung
zwischen den induzierten Spannungen und den hiervon hervorgerufenen I#irbelströmen
auf , wie dies die Pigur 9 erkennen läßt. Die dort dar-'-gestellten
Wirbelstromaobleifen 90 führen tatsächlich zu keinen merklichen nagativon
Pumpeffekt.
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Blektriao'h6-Malter-geringen Widerstandes sind auf einander entgegengenetzten
Seiten der Flüssigkeitakammer befestigtt damit
| det Widerstand für die querverlaufenden Teile der
lä nge rot Wirbel |
| etrom#abnen herabgesetzt wird; dies erfolgt in äbnl:tober
Weine |
| wie bei der dargestellten gestreckten Nebrpbaneninduktionspu*pe. |
| Die Fig. 9 zeigt, daß das Zusammenwirken der Wirbelstrombabn
90d |
| mit den positiven Teil den X"netflusse.a 86 und
dem negativen |
| Teil den Magnetflusoas 88, der WirbäUtrombabnen 90ae
90b und |
| 90d mit dem negativen Teil 88 und det Wirbeletrombabnen
909, gOt |
| und 90g mit den positivet-teil 86 ste
dör- |
| selben Richtung und niemali zu'einem ttagative,4 Pmpe:"i)Mt
jUbrt. |
| Za muß jedoch erwähnt werden" daß verhältnisMäßig #,.*mt4 |
| Zonen existieren, In denen.:.überhaupt -iiübt.-gepumpt |
| Bin jetzt wurde angenommen, daß bei der elektrodymmie
rumpe |
| einander benachtbarte-Pole' entgegengesetzte Polarität'-e isen.', |
| Diese Pumpe kann aber auch so konstruiert worden,
diß'.- Mi.» p01- |
| paare Magnettelder derselben Richtung erzeugen. Dann sind*
alle.. |
| Wagnettlußimpulee positive so daß sieh das in Pig.
10 darge, |
| stellte Bild ergibt. In diesem ?all durchsetzt die Wirbeletrom- |
| bahn 92 nicht den positiven Teil 86 den Magnotflussen,
und das- |
| selbe gilt für die Wirbelstrombahn 94 hinsichtlich
den Teilen |
| 85 des Nagnetflußverlaufe. Zu tritt also nicht
die Art der |
| Ubersebneidung auf, wie es bei der W4£Irbe'L-et#-cn,#babn
90d in Fig, 9 |
| der Fall Ist. |
| Wenn nun Jie eleitriSchen Leiterstäbt, bemessen sind, no |
| - I - - i' #o |
| weist die dar Pig. 9 entapreeberÄde einen beoneren, |
| z z;# Zz |
| Ine |
| Wirkungegiltad auf Gle la Palle der 71 |
| bahii Wir' el.,#trombabn 90d iv .#-er doppelt
so b-k-en |
| Spawiung auogo.39etzt ist W#-rbeletrorbahn 9Qt,tm; |
| 'gide-##zattind in dieaer Wl-#,'# weniger als |
| -lop-7#e',,t, ao groß -Ist. Infolgedeoser G |
| h Gine böhe:re |
| Stror-etä-rK#-a und deehalt ein größere--,- Bemerkenswert |
| 4..et ferners daß i4r.9 Wirbeletrombabkn 90d Pig.
9 in senkrechter |
| Richtung nicht 4.irch eirnen feldfreien jizirk führt. |
| En ist zie.ulieb aobwierig, feldfreie Bezierke zwischen
ethander |
| benachbarten Magnotpolpaaren berzuetellen, und zwar wegen-der |
| Streufelder, die Magnetpole etete umgeben. Fig. 11 zeigt
die |
| M'Aerteilung um ein Paar zylindrii#c'eg'r'-*. Permanentmagnete
96 und |
| 98e Die YluUtehte im Punkt P an der Mittellinie des
Luttepalten |
| beträgt ungefäbr M der mittleren Plußdichte im Hauptluftopalt, |
| wenn der Abstand X den Punkten 2 zum Rand der Magnete- |
| Ißt |
| der Breite G das luftspaltes ist. /X=2xG so beträgt
die Pluß- |
dichte im Punkt P nur noch 10% der mittleren Plußdiebte im Hauptluftspalt.
-
Fig. 12 zeigt das Magnetfeld zweier Magnetpolpaare, wobei die Pole
gleicher Polarität nebeneinander angeordnet wurden. Die Magnetpole sind mit
1009 1029 104 und 106 bezeichnet; in dieser Darstellung beträgt der
Abstand zwischen den Magnetpolen 100 u. 104 sowie 102 und 106 viermal
die Zuftspaltbreite (4xG). Die Flußdichte im Punkt P, der sieh in der Mitte zwischen
den beiden Magnetpolpaaren auf der Mittellinie der luftspalte be-
findet,
ist größer als 10% der mittleren Flußdiebte im Luftspaltt da sich in diesem Bereich
die Pelder einander benachbarter Magnetpole addiereni Werden die Magnetpole
100 u. 102 ver-tauscht, wie dies in Fig. 13 gezeigt. ists so beträgt
die Plußdichte im Punkt P Null. Jedoch Ist der Punkt P der einzige feldfreie Punkt
im Raum, und es ergibt sich kein feldfreier Bereich. Unmittelbar zu beiden Seiten
den Punkten P vergrößert sich die Plußdiebte.
-
Bei den Anordnungen nach den Figuren 12 u.
13 existieren längs
der Mittellinie der Zuftspalte praktisch keine magnetfeldfreien
| Bereiche. Um solche zu aobattenv muß der Abstand zwischen den |
| Magnetpolpaaren wesentlich größer als 4xG sein. |
| Jedoch worden gleichzeitig mit dem Abstand zwischen den Nagnet- |
| polpaaren auch die Strombabnen der Wirbeletröme vergrößert, |
| so daß sieh infolgedessen deren Widerstände erhöhen. Dies |
| tUbrt zu einer Reduzierung der Wirbeletronstärke und zu einer |
| Erhöhung der Soblupfgeaobwindigkeit. IAIngere Wirbelstrombahnen |
| fUbren außer-dem zu einer Vergrößerung der Reaktanz in den |
| "*'irbeletrombabnen und damit zu einer7 - iAftten ]Pbanenversobiebungl, |
| die.wie bereits erwitbut,'zu negativen Pimpeffekten fUbrt.
Alle |
| -diese Paktoren bewirken eine Verrinem den Wirkungekrades. |
| Der beste Weg zur Erhöhung der Wirksamkeit elektrodymäisober |
| Pumpen fUbrt über die Beseitigung derjenigen Zogen, in denen |
| überhaupt nicht gepumpt wird. Die Konstruktion wird als o zweek- |
| mäßigerwelee so ausgelegt, daß alle Bereiche der PlUaeigkeite- |
| kamer zum positiven Pumpeffekt beitragen können. Die Wirbel- |
| strombahnen worden so kurz als möglich gehalten, damit ihr |
| Widerstand und damit die Schlupfgeschwindigkeit klein bleiben. |
| Perner ist eine möglichst kleine Reaktanz erwUnaohtg da dann |
| die Pbasenvereabiebung klein bleibt und ein maximaler Pump- |
| effekt erreicht wird. |
| Geformte Polotüoke aus Weiebeinen oder einem arderzU hoebperme- |
| ablen Material worden benutzt» um die Streuung zw1,#chen einander |
| bsnaabbarte,#-,i Magnotpolen mögliobet klein zu balten und
so die |
| voratebend firwlibnten Porderungen zu erfUllen. Die-ze geformten |
| Polttüoke Eind so ausgeb4#..ldstt laß eie -.zm Pol seg
nach außen, |
| 2- benaobbarten |
| r |
| d.21), In Rit#,,.,bung auf die 2 u21,1 |
| Jräg verlaufen, und. --bart- |
| R&z",1& in der Rande$ |
| der- banaobbi,#;: rten Polg ißt |
| ee, Wann- eich die eir-,inder benach- |
| barter Pole*,Ucke so nabe a29.e |
| wobei jedoob noob ein* Lz 171'f'-'.eptluftspalt |
| erzielt werden zußl wUnaoberisw,##rt L-e.2-:w-4mer ein t..-barfer
Um- |
| -soh lagepunkt der Feldriebtu»g |
| Magnetpolpaaren und die UnterdrUckung Streutlussen in Quer- |
| riobtung. Dieselben Effekte können natUrliob aueb durob eine |
| entapreobende Pormgebung der Enden der Hiffletpole salbst er- |
| retobt worden, sofern die Verwendung von Polstücken unerwUnaobt |
| ißt. |
| Diese Konstruktion bringt einen weiteren voaentlieben
Vorteil |
| mit sieb, der darin bestobtp daß die der ]'lUooigkeitokmmer |
| zughehrten Stirnfläoben der Xagnetpole vergrößert werden. Der |
| Vortdil einer naximalen Austrittsfläcbe für den Magnetfluß
im |
| Rau ptluftapalt äußert sieh darin, daß der räumliche Verlauf
des |
| ",Xagnotfluaaes angenäber.t,-rIeobteckig -tat#, wie dies die
Pig. 18 |
| zeigt. die Fläche den kritiaoben Bereiche der |
| Wirbelstrombabnen verbreitert, was wiederum zu einer Verringerung |
| den Widetetanden der Wirbalstrombahnen und damit zu
einer Er- |
| böbung der Wirbeletromstärke führt.' rirfolge der auf diese |
| Weise erfolgten Anhebung der Plußdichte und der Wirbelstrom- |
| stärke in großen Bereichen der Plüssigkeitskammer wird der
ge- |
| wate Pumpeffekt wesentlich erhöht, da er vom Integral des Pro- |
| --. fikte aus Plußdiebte und Wirbeletromi'fMe längs
der P1tIesigkeite |
| kammer abhängt (Gleichung 1). |
| Eine Konstruktion einer elektrodynamischen Pumpe, bei der im |
| .wesentlichen keine magnetfeldfreien Beeeke bestehen und das |
| Magnetfeld außerordentlich schnell vo--'äiner Richtung in die |
| -andere unaoblägt, wird gemäß der Erfindung dadurch erreichtg |
| daß der Abetand zwischen den einander zugekehrten X-anten zweier |
| .'5enaobbarter Magnetpole im Bereic-n zii-iadhen der Breite
den Luft- |
| spalten und dessen vierfaober Breite lieStl wobei der Zuftspalt |
| I |
bei Verwendung von Polstüoken gleich dem Abstand der einander
zugekehrten Stirnflächen dieser Polatücke ist.
-
Die in Pig. 14 dargestellte, erfindungegemäße elektrodynamiache Pumpe
lo# weist ein Gestell
1089 eine gebogene$ robrförmige und elektrisch leitende
Rohrleitung
110 mit einem Einlaß 112 und einem Auslaß 114, einen Außenleiter
116 und einen Innenleiter
118 für den elektrischen Strom und einen
Miagnetrotor
119 auf; der Außen- und der Innenleiter sind an der Rohrleitung
110 befeatigt7 die von einem am Gestell befestigten Träger 120 getragen wird.
Der Magnetrotor
119 umfaßt zwei Vollen 124 und 125, die mit Hilfe einen Verbindungestücke;
127 miteinander gekuppelt sind, sowie eine. an der Welle-124 befestigte-
Trägerscheibe 122 und eine- an der Welle
125 befestigte Trägerscheibe
123, an denen Magnetpolpaare 132.-134 und
131-133 befeetigt sind.
Die Wellen 124 und
125 'Wind in Wälzlagern
126 u.
128 gelagert.
und werden über eine Riemeneebeibe
130 von elnem nicht dargestellten Blektromotor
angetrieben. Die Magnetpole
131 bis 134 sind als Blektromagnete dargestellt,
es könnte sich jedoch auch um Permanentmagnete handeln. Die dargestellten Blektromagnete
werden über Bürsten
139 und 141 mit Strom versorgt, die auf Sobleifringen
140 und 142 laufen. Auf die Magnet-
| pole 131 bis 134 sind ferner PolstUcke 135-bie
138 fest aufge- |
| setzt. Wie bereits erwäbntg können anstelle von Polatücken |
| aber auch Magnetpole 131 bis 134 verwendet worden, die
an ihren |
| freien Enden so geformt einde wie die dargestellten Polstücke. |
| Um eine abwechselnde Polarität einander benachbarter Magnetpole |
| zu erzielen, ist en-erforderlioby daß gemäß der Erfindung eine |
| gerade Anzahl von Magnetpolpaaren verwendet wird. |
| Die Pig. 14,16,17 u. 18 bzw. 20 lassen besondere deutlich
die |
| erfindungegemäße Formgebung der Polotüoke bzw. der freien Enden |
| der Nagnetpole erkennen. Thinaob verjUngen eiz#ib diese
Polstücke |
| in einer Ebene in Richtung auf ihre vorderen Stirnfläobeg wohin- |
| gegen sie sich in einer Ebene senkrecht dazu naob vorn ver- |
| breitern, um den erfindungsgemäßen Peldverlauf zu erreichen. |
| Fig. 15 zeigt die Rohrleitung 1109 an der der
Außenleiter 116 |
| und der Innenleiter 118 so befestigt sind, daß ein guter
elektri- |
| aober Kontakt zwischen diesen Bauelementen besteht. Vorzugs- |
| weise wird die Rohrleitung 110 aus eiheif korrosionsbeständigen |
| Material wie rostfreiem Stahl oder aus einem boobtemperatur- |
| beständigen Metall wie Niob oder Tantal gefertigtg wohingegen
die |
| beiden leiter 116 u. 118 aus einem Material niederen
spezifischen |
| Widerstandes wie beispielsweise Silber sind* Es ist
aber auch |
| möglich, eine Rohrleitung 110 zu verwenden, die ganz
aus einem |
| niohtleitenden Werkstoff, beispielsweise aus einem Koramikwerk- |
| etc:ff bestebt, oder sie kann aue eimer.--Kombination zweier
Werk- |
| atoete wie beispielsweise einem Keramikwerketoff und einen
So- |
| eigneten Metall hergestellt seln. Bestebt ei* bganz auer einem |
| # so-i |
| den alektrischen Strom nichtleitenden Werkstoff, so entfallen |
| der Außen. und der Innenleiter 116 bzw. 118.
Yorwendung |
| einer Keramik-Metallkombination mUseen metailiaobe Oberflgoben |
| in guten Kontakt mit den Ireitern 116 u.ud
118 stobent wiLbrend |
| koraminebe Oberflächen die übrigen -iberfläubenbere
- iche der Rohr- |
| leitung bilden können. Wirbeletromaobleifen 143 zeigen
- die |
| Wirbelstrombabnen durch die beiden leiter 116 u.
118. Diese |
| Wirbeletromachleifen bilden sich i».tolge der Drehung
den Magnet- |
| rohrtors in derselben Weine wie bei-den bekannten elektrody»ni- |
| sohen une, Mehrphasen-Induktionspumpen. Fallen die beiden 14iter |
| 116 u. 118 weg, so schließen sieh d4»%Virbeletromsohleiten
inner- |
| halb der Rohrleitung und der in ihr enthaltenen Plüseigk eit. |
| Der Pumpeffekt wird dadurch etwas herabgesetzt» jedooh kann
dien |
| in einigen Fällen in Kauf genommen werden. |
| ?lg. 17 zeigt eine etwas größere Darstellung der Magnetpole
131 |
| bis 134 mit darauf befestigten Polotüoken 135 bis
138- Die |
| Pfeile im Dia&== zeigen die Richtung des Magnotflunaeo
von |
| den Nord- zu den Büdpolen durch die Trägeraobeiben
122 u. 1241 |
| die luftspalte und die Rohrleitung an,6. Auch hier ist die
Breite |
| den Luftepalten wieder mit dem Buchstaben
G und der Abstand |
| zwinoben einander benachbarten PolstUe»n mit dem Buchstaben
1 |
| bezeichnet. Dan Diagram zeigt, daß lediglich der Punkt 146 |
| in der Robrleitung feldfrei ist. Jedes Polotück verbreitert |
| sich in der Zeiabnungoebene nach außen, jedoch sog daß es der |
| Krümmung der Robrleitung folgt; es läuft in verbältnismäßig |
| aobarfkantige Bänder in der Nachbarschaft der benachbarten
Pol- |
| stücke aus. Diese neue Poragebung führt zu dem in Pig.
17 dar- |
| gestellten Peldverlauf. |
| Durch die erfindungegezUe Ausbildung der Poletüoko bzw. der |
| Inden der )Iagnetpole werden folgende Vorteile erreichtt |
| 1. Die Rohrleitung und infolgedessen die zu pumpende
PlUseig- |
| keit liegt im wesentlichen über ihre ganze Unge zwischen |
| den Magnetpolen-und infolgedessen im Magnetteldg das seine |
Richtung beim Fortschreiten vom einen zum nächsten Magnetpolpaar
umkehrt.
-
2. Das Streufeld zwiaohen den Polstücken wird auf ein Minimum
reduziert, obwohl in der zu pumpenden PlUesigkeit 9,-Ine erwünschte hohe Plußdicht--
auftritt",-Fig. 18 zeigt eine Darstellung des mittleren-Nagnetflußverlaufen 147
im 17aftopalt längs daasontXittell:inio. Mit 148 - 150 sind die
längs den #Til#t#ipalten angeordnet sind. Einander benachbarte Polatücke
baben-entgegangesetzte Polarität. Wie Pig. 18 zeigtg ist die vor jedem Polatück
und innerhalb seiner Begrenzungoebeuen''#Aoegefähr gleich und nimmt ein Maximum
ein, während sie in der-Mittelebene 154 jeweils Null ist. Im Bereich zwischen den
Polstücken ändert sieh die Peldriohtung auf einer kurzen Strecke sehr schnell,
was zur Polge hatg daß lediglich die Mittelebene 154 feldfrei ist. Es existiert
also in der Robrleitunii,kein Bereich, in dem nicht gepumpt wird.
-
Außerdem ist der Pumpeffekt längs der ganzen gebogenen Rohrleitung,
die von den Magnetpolen überstrichen wirdl, positiv.d.h.
in ein
und derselben Richtung gerichtet. Dies zeigt sieh anhand der Pig. 191 in
der eine Wirbeletronschlei:te 156 dargestellt ist, deren Wirbelstrombahnen
mit die Stromriebtung anzeigenden ?feilen versehen sind. Die Richtung des Magnettelden
ist so angedeutotg daß Pluszeioben in Richtung auf die Zeichnung verlaufenden Magnetfluß
andeuten, während die Punkte aus der Zeiabenebene heraus gerichteten Magnetfluß
bedeuten. Die Leiter 116 u. 118
dienen als Rückschluß fUr die Wirbelströme.
Pig. 19 zeigt,-daß die Wirbeletröme innerhalb der Rohrleitung 110
immer dann abwärts gerichtet sind9-wenn das Magnetteld in Richtung auf die Zeiebenebene
verläuttg während bei aufwämte gerichteten Wirbelströmen das Magnetteld aus der
Zeichenebene heraus gerichtet ist. Der Pumtpeffekt weist also immer dieselbe Richtung
auf.
-
In
den Fig.
18 u.-19wurde der Gegenmagnetteierungsoffekt
der Wirbeletröme vernachlässigt. Tatsächlich gibt
es diesen Zustand in den
Pumpen jedoch nicht, so daß en erforderlich ist, den Einfluß der Gegenmagnetisierung
auf den Pumpettekt zu berUcksiebtigen. Die Pig. 20 zeigt den idealen Magnotflugverlauf
147 längs der Luftspaltmittellinie ohne Berüoksiohtigung der Gegenmagnetisierung
durch die Wirbeletröme in gestriebelten Linien,-,)
| 151.148 u. 149 sind die längs den luttepalten angeordneten
M4net- |
| pole. Die Kurve 158 zeigt den Gegenȧ#2atieierung43fluaverlauf, |
| der von den Wirbeletrömen berrUhrtg während der reaultierende |
| Ugnetflußverlauf mit 160 beseiobnet :ta»dt; die Kurve
160 ergibt |
| tioh durob algebraleobe Addition der kurven 147 u»
158- Die |
| Gegenmagnetisierung bat zweierlei aur Polget Zretene "die Porn |
| den Magnotflußverlaufes wird verzerrttund sweitennedie-"Use
den |
| fold:freien ]Punkten wird aus der Mittelebene beraus g*rUWMgig |
| versehoben, und diene Zullpunktavortebiebung ist bei
162 ange-. |
| deutet. |
| Die Verzerrung den Zurvonverlaute daber, daß über die
eine |
| Hälfte den Polstückes die Gegeniiagnetisierung der Wirbeletröme |
| der Hauptmagnetisierung entgegengeriebtet ist, väbrend über |
| die andere Hälfte den Polatücken da»..vo.n den Wirbeletrömen
ber- |
| rUbrende Magnetteld das Eauptmagnetfeld verstärkt. Da der |
| Sättigungseffekt in den Polotüokon normalerweise wegen seiner |
| Zleinbeit vernaobläseigt werden kann" zeigt die Darstellung»
daß |
| die entgegengeriobteten Zftekte siob binsiobtliob der Pumpwirkung |
| nabezu aufbeben. Auob die Nullpunktaveraobiebung bat keinen |
| wesentlioben Binfluß auf den Genamtpumpeffekt4 |
Die erfindungsgemäße
Pumpe hat gegenüb.er den bekannten
elektrodynamischen Pumpen drei wesentlich
a Vorteile-.
-
1. Ein größerer Teil der in der Rohrleitung enthaltenen Plüssigkeit
wird von einem Magnetteld hoher Plußdiebte durchsetzt. 2. Höhere Wirbalstromstärkeg
da die Wirbeletrombabnen kürzer und breiter sind und infolgedessen einen
geringeren Widerstand aufweisen.
-
3. Stärkeren Zusammenwirken der Wirbeletröme mit dem Magnetteld
und Erhöhung der Pumpleintung durch Beseitigung der foldfreien Bereiche.
-
Die Geschwindigkeit der erfindungegemäßen elektrodynamineben Pumpe
kann leicht durch eine entsprechende Wahl den Durobmessers der Riemenaobeibe
130 (Pig. 14) verändert werden.
-
W indungegemäße elektrodynaminehe Pumpen können ohne weiteren in einer
Umgebung verwendet werden, in der eine ausreichende Kühlung durob die die
Pumpe umgebende Atmoopbaere nicht gewährleistet ist. Die Pumpen lassen sich
im Vakuum oder in verdünnten
Atmosphären verwenden, wie sie beispielsweise
in Reaktoren von FahrZeugen oder Sateliten oder dgl. vorhanden sind. Außerdem gilt
es nach dem neuesten Stand der Entwicklungen auch flüssige Metalle zu pumpen, deren
Temperaturen über dem Gurie-Punkt des Werkstoffes der Maigneten und der Polatücke
liegen.
-
Wenn die Wärmequelle in der Pmpe
die Rohrleitung und der Innen-bzw.
der Außenleiter.tind, oo bestimmt die StS,*Züuc.Boltzman-Gleichung die Zuotrablung
von Wärme zu den Magneten im Vakuum. Um diese Strablung größtente1.19 unwirkeam
zu manhen und eine maximale Pumpleistung aufrecht zu erhalten, indem die Temperatur
der Magnete und der Polotüoke unterbalb deren Curie-Tomperatur gehalten wird, kann
eine Konstruktion gem. Pig. 21 Verwendung finden. Diese Konstruktion eignet eicb
für Permanent-oder Blektrocagnete.
| Es sind Hitze |
| -M4 und 166 vorgesehent die sieb jeweils mit |
| -schilde |
| einem der Magnetrotoren dreben. Diese HitzIt-,##esteben vor- |
zugeweise aus rostfreiem Stahl oder Inconel und verhindern die Wärmentrahlung von
der Rohrleitung zu den Magneten. Sie weinen
| Öffnungen aufg die es ermöglicheng daß die Stirnflächen
der Pol- |
| stücker'l-'3!Woo nahe wie möglich an die Rohrleitung beranreieben. |
Wo der Abetand zwischen den lolstücken und der Rohrleitung nicht
kritisch istg können die Eitzeaabilde auch ohne Öffnungen ausgeführt werden; in
diesem Fall int-es mögliobv sie direkt am Gestell fest zu montieren. Die der Rohrleitung
zugekebrte Oberfläcbe
des jeweiligen Eitzeaobildes sollte koplanor oder paral-
lel
zu den Stirnfläcben der zugehörigen Polatücke sein.
Zweck.
mäßigerweise werden
die Oberflächen der verschiedenen Blemente der erfindungegemäßen Pumpe so bebandeltz
daß die Wärmestrahlung zu den Magneten möglichst weitgehend reduziert wird, während
die YIagnete selbst Wärme abatrablen-#k4=en, damit sie so
kühl,
wie möglich
bleiben.
-
Zu diesem Zweck werden vorteilbatterweine die der Rohrleitung zugekehrten
Stirnfläoben der Polstüoke mit Gold plattiert, damit sie möglichst wenig Wärme absorbieren.
Alle anderen Oberflächen der Polatücke sowie der blagnetpole selbstg die
gegenüber dem 2umpengebäuse freiliegeng sind beispielsweise durch Oxydation oder
eine Beoabiehtung genebwärztg so daß ihr Emissions-koetfizient mindestens
095 beträgt. Dij Uä Pumpengehäune zugekehrten Oberflächen der Eitzenebilde
sind ebenfalls geaobwärztt während die der Rohrleitung zugekehrten Oberflächen ddr
Hitzesobilde mit Gold plattiert sind. Beim Umpumpen weniger heißer
Flüssigkeiten
können diese Oberflächen der Hitzeschilde unplattiert bleiben-) unter diesen Umständen
kann es ausreichend sein, diese Oberflächen gut zu polieren. Außerdem ist en auch
nicht immer notwendig, alle übrigen Oberflächen zu schwärzen4 Die Wirkungeweise
der in den Pig. 14 u. 21 dargestellten Pumpen ist wie folgt: Die Wellen 124 u.
125 werden mittels eines über die Riemenaubeibe 130 angekuppelten
Blektromotorst der niebt dargestellt ist, angetrieben. Infolgedessen drehen sich
die mit den Vollen
verbundenen Magnetrotoren, aodaß ei72,b auch die
magnetiaoben Felder drehen; A!eoe erzeugen Wirbal!LVomocbleiten in der in der Rohrleitung
110 enthaltenen Flüseigkeit, wobei sich diene Wirbelgtromachleifen ebenf4119
In der Drebrichtung den magnetischen Drebfeldes bewegen. Das Zusammenwirken
des magnetiaoben Drehfeldas mit den Wirbeletrömen transportiert das flüssige
Metall längs der Rohrleitung 110 vom Einlaß 112 zum Auslaß 114.