DE2212822B2 - Elektromagnetische konduktionspumpe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Konduktionspumpe für flüssige Metalle mit einem Förderrohr, zwei Magnetkreisen und einer mit einem dieser Magnetkreise verketteten leitenden Windung (Zeitschrift »Atomenergie«, 10,1965, Seite 359).

Solche bekannten Konduktionspumpen waren weder für sehr korrosive Metalle wie Aluminium oder flüssiger Stahl und schon gar nicht als Tauchpumpe einzusetzen. Nicht nur auf dem Reaktorgebiet besteht aber nun ein Bedarf für Pumpen, die diesen Anforderungen genügen.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Konduktionspumpe für sehr korrosive Metalle wie Aluminium oder Stahl als Tauchpumpe auszubilden.

Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einer elektromagnetischen Konduktionspume der oben angegebenen Art dadurch, daß das Förderrohr, die leitende Windung und die beiden Magnetkreise mit Ausnahme des Teils im Bereich ihrer Erregerspulen in einem Pumpenkörper aus hitzebeständigem Material vergossen sind und daß der Pumpenkörper im Betrieb in das schmelzflüssige Metall eintaucht.

Gegenüber herkömmlichen Pumpen lassen sich so sämtliche Schwierigkeiten, die auf das Vorhandensein der Induktionsspulen längs des Förderrohres zurückzuführen sind und die Kühlung der Spule ernsthaft gefährden, beseitigen. Zu den sehr korrosiven flüssigen Metallen sind noch Zink und Gußeisen zu zählen.

Fs hat sich herausgestellt, daß überraschend eine Pumpe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art beim Eintauchen in sehr korrosives flüssiges Metall keinerlei Probleme zeitigte.

Ein und derselbe Pumpentyp läßt sich zum Pumpen verschiedener Metalle verwenden.

Der außen vielflächig ausgebildete Pumpenkörper aus hitzebeständigero Material hält die die Pumpe bildenden Teile in einer vorbestimmten Stellung und schützt sie vor jedem unerwünschten Kontakt mit dem korrosiven flüssigen Metall.

Zur Herstellung der die Flüssig-Metallschleife begrenzenden Elektroden wird vorteilhafterweise ein Metall der 6. Gruppe der Metalle des periodischen Systems der Elemente verwendet; die Elektroden auf beiden Seiten sind durch eine leitende Schicht aus einem von reaktionsfähigen Metallen nicht angegriffenen Stoff geschützt.

Bei einer derartigen Tauchpumpe ist nur der untere Teil des Pumpenkörpers eingetaucht.

Der völlig aus hitzebeständigem Material bestehende Pumpenkörper schützt die einzelnen wirksamen Teile der Pumpe einwandfrei vor dem korrosiven flüssigen Meiall. Durch die Anordnung der Spulen der Magnetkreise über dem Pumpenkörper wird der Umfang des eingetauchten Teils der Pumpe beträchtlich verringert und der Wärmeschutz erhöht.

Wenn die Pumpe in einen Tiegel getaucht ist, der korrosives flüssiges Metall enthalt, und selbst in einem Ofen untergebracht ist unterliegen die Pumpenteile, die nicht von dem hitzebeständigen Material umgeben sind, insbesondere die Induktionsspulen, der korrodierenden Wirkung der dort entstehenden Dämpfe, wie z. B. heiße Kohlenwasserstoff-Dämpfe aus dem Ofen oder Metalloder sonstige Dämpfe aus dem Tiegel. Zum Schutz dieser feile wurde ein Gehäuse vorgesehen; es ist jedoch nicht einfach, ein Gehäuse aus massiven Metallteilen herzustellen und gleichzeitig die Starrheit der ganzen Vorrichtung, die Unbeweglichkeit der Spulen und einen wirksamen Schute gegen Kohlenwasserstoff-Dämpfe zu gewährleisten. Es ist daher besonders vorteilhaft, ein Gehäuse aus Aluminiumguß herzustellen, worin der Aluminium-Anteil zwischen 18 und 25 % beträgt In einem solchen Gehäuse verringert sich der Elastizitätsmodul nur um die Hälfte, wenn die Umgebungstemperatur auf 800⁰C ansteigt.

Vorteilhafterweise ist der obere Teil der Pumpe durch ein Aluminium-Gehäuse aus zwsi im wesentlichen zylindrischen Teilen geschützt, die sich über einen Flansch aufeinander abstützen, wobei der untere Teil des Gehäuses den nicht eingetauchten Teil des Pumpenkörpers umgibt, während der obere Teil des Gehäuses die Spulen schützt Im übrigen ist der obere Teil des Gehäuses mit einer Öffnung versehen, durch die das mit einem Wärmemantel versehene Abflußrohr für das Flüssigmetall hindurchgeht.

Ein derartiges Gehäuse gewährleistet den Schutz der Induktionsspulen vor korrosiven Dämpfen sowie vor der Infrarotstrahlung, die sowohl im Ofen als auch im flüssigen Metall entsteht. Damit die Spulen jedoch eine Temperatur aufweisen, die die bekannten Isolierstoffe aushalten, wird es als zweckmäßig erachtet, eine Vorrichtung zur Kühlung durch Zwangsumlauf eines

Kühlmediums, wenn möglich Luft, vorzusehen.

Die erfindungsgeroäße Pumpe wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben:

F i g. 1 zeigt eine Gesamtansicht der vvfindungsgemä-Ben Pumpe;

F i g. 2 zeigt den Pumpenkörper.

In F i g. 1 ist mit I das das flüssige Metall enthaltende Förderrohr bezeichnet, das in Achsrichtung des zylindrischen Pumpenkörpers 2 angeordnet ist, der aus >o einem hitzebeständigen Material vergossen ist, in dem fast der gesamte wirksame Teil der Pumpe untergebracht ist An seinem oberen Ende weist der Pumpenkörper ein' in der Zeichnung nicht gezeigtes Ansatzstück auf, auf dem sich das untere Gehäuse 3 abstützt Dieses Gehäuse 3 ist von unten zunächst kegeistumpfförmig und dann zylindrisch ausgebildet und weist an seinem oberen Ende einen Flansch 4 auf, dessen obere Fläche 5 gerichtet ist. Auf dieser stützt sich das im wesentlichen zylindrisch ausgebildete obere Gehäuse 6 ab, das an seinem unteren Ende einen Flansch 7 aufweist, dessen untere Fläche 8 ebenfalls gerichtet ist, damit zwischen den beiden Gehäusen 3 und 6 eine im übrigen durch Muffen verbesserte, einwandfreie Dichtung gewährleistet ist Der obere Teil des 2$ Gehäuses 6 besteht aus einer Scheibe 9 mit einer ziemlich breiten runden Öffnung 10, durch die das von einem Wärmemantel Γ umgebene, obere Ende des Förderrohres 1 zur Förderung des flüssigen Metalls hindurchgeführt ist.

Das obere Gehäuse 6 ist bei 11 geöffnet. Dadurch wird ersichtlich, daß die beiden Induktionsspulen 12 und

13 auf den Magnetkreisen 14 bzw. 15 angebracht sind. Fast die Gesamtheit der Magnetkreise mit Ausnahme der Teile in der Nähe der Spulen 12 und 13 ist von dtm den Pumpenkörper bildenden hitzebeständigen Material umgeben. Die Kühlung der Spulen erfolgt durch eine Kaltluftleitung 18.

Die Warmluftleitung 19 kann mit de^r Kaltluftleitung 18 eine Einheit bilden, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist, sie kann jedoch auch auf der anderen Seite herausgeführt sein, beispielsweise auf der entgegengesetzten Seite des oberen Gehäuses 6. Bei der erfindungsgemäßen Pumpe sind in der Kaltluftleitung 18 die Kabel 16 und 17 zur Stromversorgung der Pumpe untergebracht.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Gehäuse (3, 6) aus einem 2 bis 3% Nickel, 19 bis 21 % Aluminium und 1 % Silizium enthaltenden Guß von niedrigem Preis, und die Zusatzstoffe dienen zum erhöhten Schutz vor Kohlenwassserstoffen und erhöhen gleichzeitig die mechanischen Eigenschaften bei hoher Temperatur. Die Gehäuse werden zunächst vergossen und bearbeitet und dann auf eine Temperatur von etwa 1100°C erhitzt, um eine stabile Verbindung mit der bei der Bearbeitung freigelegten Aluminium-Körnung herzustellen. Um die Bearbeitung zu erleichtern, kann die Legierung 0,5 % Zer und 1 % Molybdän enthalten. Bei der Herstellung der Gehäuse kann auch eine bestimmte Menge von Aluminium dem Nicicel oder Chrom bzw. Nickel-Chromguß zugesetzt werden, deren Preis höher ist. Die Spulen und oberen Teile der Magnetkreise sind mit dem oberen Gehäuse starr verbunden.

F i g. 2 zeigt den wirksamen Teil des Körpers einer zum Pumpen von Aluminium verwendeten Pumpe. Mit

14 und 15 sind die beiden Magnetkreise und mit 12 und 13 die beiden Spulen bezeichnet. Ferner ist das Förderrohr 1 des flüssigen Metalls mit dem Wärmemantel 1' gezeigt Die im übrigen zylindrische Leitung besitzt im Bereich der von dem korrosiven flüssigen Metall gebildeten leitenden Windung 28 einen Abschnitt 30 mit rechteckförmigem Querschnitt, in dem der Flüssig-Metallstrom der vom Magnethauptkreis 14 erzeugten magnetischen Induktion und dem in der leitenden Windung 28 induzierten StiOm ausgesetzt ist, der in dem Flüssig-Metallstrom zwischen den Elektroden 21 und 22 fließt

Die in diesem Ausführungsbeispiel aus porösem hitzebeständigem Material bestehende Elektroden 21 und 22 werden zuvor mit dem zu pumpenden korrosiven flüssigen Metall, in diesem Fall Aluminium, durchtränkt

Ober eine Leitung 23 erfolgt beim Eintauchen der Pumpe die Füllung der damit leitenden Windung 28. Wie weiter oben gesagt, sind bestimmte Keramikstoffe nicht genügend porös, um während des Füllens die in der leitenden Windung 28 enthaltene Luft und die Gase entweichen zu lassen. Diese werden dann durch eine Leitung 24 nach oben abgeführt. Ferner sind Befestigungsteile 25 und 26 vorhanden, mit denen die Magnetkreise beim Vergießen mit hitzebeständigem Material im Pumpenkörper verankert werden. Am oberen Teil des Pumpenkörpers ist ferner ein in F i g. 1 nicht sichtbarer Ansatz 27 vorhanden, auf dem sich das untere Gehäuse 3 nach F i g. 1 abstützt. Bei den verwendeten hitzebeständigen Stoffen handelt es sich um verschiedene Arten von Aluminiumoxid und Zirkonium, Aluminium-Titanat bzw. Magnesium-Titanat sowie verschiedene Zirkonate. Als Bindemittel wurden vor allem silikat-, phosphat-, zirkonat- bzw. aluminathaltige Stoffe verwendet, die sich in der Mehrzahl der Fälle vollkommen bewährt haben.

Vor dem Gießen des Pumpenkörpers sind verschiedene vorbereitende Maßnahmen erforderlich: die magnetischen Bauteile werden in Keramik-Folien gewickelt, die von Glasfasern gehalten werden. Die Keramikfolien ermöglichen die Ausdehnung der Metallteile nach dem Vergießen der Keramikmasse. Das Vergießen des hitzebeständigen Materials entsprechend den Außenabmessungen der mit flüssigem Metall zu füllenden leitenden Windung wird sehr einfach dadurch erzielt, daß ein Rohr geringer Stärke verwendet wird, das aus dem gleichen Metall besteht wie dasjenige, das nach Inbetriebnahme zuerst gefördert werden soll.

Dieses Rohr erhält die Außenabmessungen der Schleife und wird bei der ersten Inbetriebsetzung der Pumpe geschmolzen und durch Entleeren der Windung abgeführt, wenn die Pumpe aus dem Bad herausgenommen wird.

Die hitzefesten Stoffe werden in eine zweiteilige Form entsprechend der Pumpenform gegossen. Diese Form hat ein mittleres 1 eil, das ebenfall·., aus zwei Teilen entsprechend der Form der Pumpenleitung besteht. Vor dem völligen Erhärten der hitzebeständigen Stoffe wird der obere Teil der Form nach oben und der untere Teil der Form nach unten entfernt. Während des Vergießens der hitzebeständigen Stoffe werden die magnetischen Teile der beiden Magnetkreise und das zur Bildung der leitenden Windung dienende Rohr aus hitzebeständigem Material in einer Vorrichtung in bezug auf die obere Ebene der Form ausgerichtet. Beim Vergießen der hitzefesten Stoffe ist es mitunter vorteilhaft, die Form auf einem Rütteltisch zu rütteln, um den hitzefesten Stoff so gut wie möglich eindringen zu lassen und zu homogenisieren.

Hierzu 2 Platt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Konduktionspumpe für flüssige MetaUe mit einem Förderrohr, zwei Magnetkreisen und einer mit einem dieser Magnetkreise verketteten leitenden Windung, dadurch gekennzeichnet, daß das Förderrohr (I)₁ die leitende Windung (28) und die beiden Magnetkreise mit Ausnahme des Teils im Bereich ihrer Erregerspulen (12; 13) in einem Pumpenkörper (2) aus hitzebeständigem Material vergossen sind und daß der Pumpenkörper (2) im Betrieb in das schmelzflüssige Metall eintaucht

2. Elektromagnetische Konduktionspumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen (12; 13) der Magnetkreise über dem vergossenen Pumpenkörper (2) angeordnet sind.

3. Elektromagnetische Konduktionspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der nicht eingetauchte Teil des Pumpenkörpers (2) durch ein unteres Gehäuse (3) geschützt ist das sich auf einen Ansatz (27) aus hitzebeständigem Material abstützt und an seinem oberen Ende einen gerichteten Flansch (4) aufweist gegen den sich ein oberes Gehäuse (6) über einen ebenfalls gerichteten Flansch (7) abstützt, und daß beide Gehäuse (3, 6) verschweißt bzw. verschraubt sind.

4. Elektromagnetische Konduktionspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das obere Gehäuse (6) eine Öffnung (10) in Axialrichtung für die Durchführung des mit einem Wärmemantel (Γ) versehenen Förderrohres (1) sowie eine Frischluf¹-leitung (18) und eine Warmluftleitung (19) aufweist

5. Elektromagnetische Konduktionspumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (3, 6) aus einer Stahlgußlegierung mit 18 bis 25% Aluminium, 0,5 bis 1,5% Silizium und 1,5 bis 3,5 % Nickel hergestellt und danach auf eine Temperatur von etwa HOO⁰C erhitzt sind, um eine mit der bei der Bearbeitung freigelegten Aluminiumkörnung stabile Verbindung zu erzielen.