DE2212822C3

DE2212822C3 - Electromagnetic conduction pump

Info

Publication number: DE2212822C3
Application number: DE19722212822
Authority: DE
Inventors: Henri Antony Carboneil (Frankreich)
Original assignee: Groupement pour les Activites Atomiques et Avancees S.A., Le Plessis Robinson, Seine (Frankreich)
Priority date: 1971-03-16
Filing date: 1972-03-16
Publication date: 1977-10-20

Description

4545

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).The invention relates to an electromagnetic conduction pump for liquid metals with a Conveyor pipe, two magnetic circuits and a conductive winding linked to one of these magnetic circuits (Journal "Atomenergie", 10.1965, page 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.Such known conduction pumps were neither for very corrosive metals like aluminum nor more liquid Steel and certainly not to be used as a submersible pump. But there is now one not only in the reactor area There is a need for pumps that meet these requirements.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Konduktionspumpe für sehr korrosive Metalle wie Aluminium oder Stahl als Tauchpumpe auszubilden.The invention is therefore based on the object of a conduction pump for very corrosive metals such as To train aluminum or steel as a submersible pump.

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.This is achieved according to the invention with an electromagnetic conduction pump of the type indicated above Kind in that the conveyor pipe, the conductive winding and the two magnetic circuits with the exception of the part in the area of their excitation coils in a pump body made of heat-resistant material and that the pump body is immersed in the molten metal during operation.

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.Compared to conventional pumps, all of the difficulties that arise from the presence the induction coils along the conveyor pipe and the cooling of the coil seriously endanger, eliminate. Zinc and cast iron are also very corrosive liquid metals.

Es hat sich herausgestellt, daß überraschend eine Pumpe der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Art beim Eintauchen in sehr korrosives flüssiges Metall keinerlei Probleme zeitigte.It has been found that, surprisingly, a pump of the type proposed according to the invention when Immersion in very corrosive liquid metal did not cause any problems.

Ein und derselbe Pumpentyp läßt sich zum Pumpen verschiedener Metalle verwenden.The same type of pump can be used to pump different metals.

Der außen vielflächig ausgebildete Pumpenkörper aus hitzebeständigem Material hält die die Pumpe bildenden Teile in einer vorbestimmten Stellung und schützt sie vor jederr: unerwünschten Kontakt mit dem korrosiven flüssigen Metall.The pump body, which is made of heat-resistant material and is designed with multiple surfaces on the outside, holds the pump forming parts in a predetermined position and protects them from any undesired contact with the corrosive liquid metal.

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.To produce the electrodes delimiting the liquid-metal loop, a Metal of the 6th group of metals of the periodic table of elements used; the electrodes on Both sides are covered by a conductive layer made of a substance that is not attacked by reactive metals protected.

Bei einer derartigen Tauchpumpe ist nur der untere Teil des Pumpenkörpers eingetaucht.In such a submersible pump, only the lower part of the pump body is submerged.

Der völlig aus hitzebeständigem Material bestehende Pumpenkörper schützt die einzelnen wirksamen Teile der Pumpe einwandfrei vor dem korrosiven flüssigen Metall. Durch die Anordnung der Spulen der Magnetkreise über dem Pumpenkörper wird der Umfang des eingetauchten Teils der Pumpe beträchtlich verringert und der Wärmeschutz erhöht.The pump body, made entirely of heat-resistant material, protects the individual effective parts the pump is perfectly protected from the corrosive liquid metal. By the arrangement of the coils of the magnetic circuits above the pump body, the circumference of the submerged part of the pump is reduced considerably and the thermal protection increases.

Wenn die Pumpe in einen Tiegel getaucht ist, der korrosives flüssiges Metall enthält, 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 Teile 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 Schutz 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 800°C ansteigt.When the pump is submerged in a crucible containing corrosive liquid metal, and in one itself Furnace, the pump parts that are not surrounded by the heat-resistant material are subject to in particular the induction coils, the corrosive effect of the vapors produced there, such as. B. hot Hydrocarbon vapors from the furnace or metal or other vapors from the crucible. For protection a housing was provided for these parts; However, it is not easy to make a case out of massive Metal parts and at the same time the rigidity of the whole device, the immobility of the Coils and to ensure effective protection against hydrocarbon vapors. It is therefore special advantageous to produce a housing made of cast aluminum, in which the aluminum content is between 18 and is 25%. In such a housing, the modulus of elasticity is only reduced by half if the Ambient temperature rises to 800 ° C.

Vorteilhafterweise ist der obere Teil der Pumpe durch ein Aluminium-Gehäuse aus zwei 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.Advantageously, the upper part of the pump is essentially made up of two by an aluminum housing protected cylindrical parts, which are supported on one another via a flange, the lower part of the housing surrounds the non-immersed part of the pump body, while the upper part of the Housing protects the coils. In addition, the upper part of the housing is provided with an opening through which the drain pipe for the liquid metal provided with a heat jacket passes through it.

Ein derartiges Gehäuse gewährleistet den Schutz der Induktionsspulen vor korrosiven Dämpfen sowie vor der Infrarotstrahlung, die sowohl im Ofen als auch im flüssigen Metall einsieht. Damit die Spulen jedoch eine Temperatur aufweisen, die die bekannten Isolierstoffe aushalten, wird es als zweckmäßig erachtet, eine Vorrichtung zur Kühlung durch Zwangsumlauf einesSuch a housing ensures the protection of the induction coils from corrosive vapors as well as from the infrared radiation that can be seen in the furnace as well as in the liquid metal. In order for the coils to have one Have temperature that the known insulating materials can withstand, it is considered expedient to have a Device for cooling by forced circulation of a

Kühlmediums, wenn möglich Luft, vorzusehen.Coolant, if possible air.

Die erfindungsgemäße Pumpe wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüirungsbeispiels beschrieben: The pump according to the invention is described using an exemplary embodiment shown in the drawing:

F i g. 1 zeigt eine Gesamtansicht der erfindungsgemäüen Pumpe;F i g. 1 shows an overall view of the invention Pump;

F i g. 2 zeigt den Pumpenkörper.F i g. 2 shows the pump body.

in F i g. 1 ist mit 1 das das flüssige Metall enthaltende Förd.-rrohr bezeichnet, das in Achsrichtung des zylindrischen Pumpenkörpers 2 angeordnet ist, der aus einem hitzebeständigen Materia! vergossen ist, in dem fast der gesamte wirksame Teil der Pumpe untergebracht ist. An seinem oberen finde 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 kegelstumpfförmig 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 linde 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 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.in Fig. 1 is with 1 that containing the liquid metal Förd.-rrohr referred to in the axial direction of the cylindrical pump body 2 is arranged, which is made of a heat-resistant Materia! is shed in the accommodated almost the entire effective part of the pump is. At its upper find the pump body has a not shown in the drawing Extension piece on which the lower housing .3 is supported. This housing 3 is initially from below frustoconical and then cylindrical and has a flange 4 at its upper end, whose upper surface 5 is directed. The essentially cylindrical upper one is supported on this Housing 6, which has a flange 7 on its lower linden tree, the lower surface 8 of which is also is directed so that between the two housings 3 and 6 an otherwise improved by sleeves, flawless Seal is guaranteed. The upper part of the housing 6 consists of a disc 9 with a fairly wide, round opening 10 through which the upper end of the Conveyor pipe 1 is passed through for conveying the liquid metal.

Das obere Gehäuse 6 ist bei 11 geöffnet. Dadurch wird ersichtlich, daß die beiden Induktionsspulen 12 undThe upper housing 6 is open at 11. This shows that the two induction coils 12 and

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 dem den Pumpenkörper bildenden hitzebeständigen Material umgeben. Die Kühlung der Spulen erfolgt durch eine Kaltluflleitung 18.13 are attached to the magnetic circuits 14 and 15, respectively. Almost all of the magnetic circuits, with the exception of the parts near the coils 12 and 13, are of the same type surround the heat-resistant material forming the pump body. The coils are cooled by a cold air line 18.

Die Warmluftleitung 19 kann mit der Kaltluftleitung 18 eine Einheit bilden, wie dies in Fig. 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.The warm air line 19 can form a unit with the cold air line 18, as shown in FIG. 1, they however, it can also be led out on the other side, for example on the opposite side of the upper housing 6. In the pump according to the invention, the cables 16 and 17 are in the cold air line 18 to Power supply for the pump housed.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Gehäuse (3, 6) aus einem 2 bis 3% Nickel, 19 bis 21 % Aluminium und I % 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 HOO⁰C 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 Nickel 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.In this exemplary embodiment, the housings (3, 6) consist of a low-cost cast containing 2 to 3% nickel, 19 to 21% aluminum and 1% silicon, and the additives serve to provide increased protection against hydrocarbons and at the same time increase the mechanical properties high temperature. The housings are first potted and machined and then ^{heated to a temperature of around HOO 0} C in order to produce a stable connection with the aluminum grains exposed during machining. To facilitate machining, the alloy can contain 0.5% cerium and 1% molybdenum. During the manufacture of the housing, a certain amount of aluminum can also be added to the nickel or chromium or nickel-chromium cast, the price of which is higher. The coils and upper parts of the magnetic circuits are rigidly connected to the upper housing.

F i g. 2 zeigt den wirksamen Teil des Körpers einer zum Pumpen von Aluminium verwendeten Pumpe. MitF i g. Fig. 2 shows the effective part of the body of a pump used for pumping aluminum. With

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 Wärmcüiantel Γ gezeigt. Die im übrigen zylindrische Leitung besitzt im Bereich der von dem korrosivei. 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 Strom ausgesetzt ist, der in dem Flüssig-Metallstrom zwischen den Elektroden 21 und 22 fließt.14 and 15 denote the two magnetic circuits and 12 and 13 denote the two coils. Furthermore, this is Conveying pipe 1 of the liquid metal with the heat tank Γ shown. The otherwise cylindrical line has in the area of the korrosivei. liquid Metal-formed conductive winding 28 has a section 30 with a rectangular cross-section in which the Liquid metal current of the magnetic induction generated by the main magnetic circuit 14 and that in the conductive winding 28 is exposed to induced current in the liquid-metal current between the electrodes 21 and 22 flows.

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.The electrodes 21, which in this exemplary embodiment are made of a porous, heat-resistant material and 22 are previously impregnated with the corrosive liquid metal to be pumped, in this case aluminum.

Über 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 Fig. 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-Tiianat 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.When the pump is immersed, the winding 28 which conducts it is filled via a line 23 As stated above, certain ceramics are not sufficiently porous to hold the inside during filling conductive winding 28 contained air and the gases to escape. These are then replaced by a Line 24 discharged upwards. Furthermore, fastening parts 25 and 26 are provided with which the Magnetic circuits are anchored in the pump body when potting with heat-resistant material. At the The upper part of the pump body is also shown in FIG. 1 Not visible approach 27 is present, on which the lower housing 3 according to FIG. 1 supports. Both The heat-resistant materials used are various types of aluminum oxide and Zirconium, aluminum titanate or magnesium titaniumate and various zirconates. As binders were mainly substances containing silicate, phosphate, zirconate or aluminate are used, which are found in the majority of cases have completely proven.

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.Before casting the pump body, there are several preparatory measures that must be taken: the magnetic ones Components are wrapped in ceramic foils that are held in place by glass fibers. The ceramic foils allow the metal parts to expand after the ceramic compound has been poured. The shedding of the heat-resistant material according to the external dimensions of the liquid metal to be filled conductive winding is achieved very simply by using a tube of low thickness, which is made of consists of the same metal as that which is to be conveyed first after commissioning.

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.This pipe is given the outer dimensions of the loop and is used when the Pump melted and drained by emptying the coil when the pump was taken out of the bath will.

Die hitzefesten Stoffe werden in eine zweiteilige Form entsprechend der Pumpenform gegossen. Diese Form hat ein mittleres Teil, das ebenfalls 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.The heat-resistant materials are poured into a two-part mold according to the pump shape. This Shape has a middle part, which also consists of two parts according to the shape of the pump line. In front When the heat-resistant fabrics completely harden, the upper part of the mold goes up and the lower part removed from the shape down. During the pouring of the refractory materials, the magnetic ones Parts of the two magnetic circuits and the tube used to form the conductive winding made of heat-resistant Material in a fixture aligned with respect to the top plane of the mold. When pouring of the heat-resistant materials, it is sometimes advantageous to shake the mold on a vibrating table to get the to allow the heat-resistant material to penetrate as well as possible and to homogenize it.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electromagnetic conduction pump for liquid metals with one delivery pipe, two Magnetic circuits and a conductive winding linked to one of these magnetic circuits, thereby characterized in that the conveyor pipe (1), the conductive winding (28) and the two magnetic circuits with the exception of the part in the area of their excitation coils (12; 13) are cast in a pump body (2) made of heat-resistant material and that the pump body (2) is immersed in the molten metal during operation.

2. Electromagnetic conduction pump according to claim 1, characterized in that the excitation coils (12; 13) of the magnetic circuits are arranged above the encapsulated pump body (2).

3. Electromagnetic conduction pump according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the non-submerged part of the pump body (2) by a lower housing (3) is protected, which is supported on an approach (27) made of heat-resistant material and on his upper end has a directed flange (4) against which an upper housing (6) via a also directed flange (7) is supported, and that both housings (3, 6) welded or screwed are.

4. Electromagnetic conduction pump according to claim 3, characterized in that the upper Housing (6) an opening (! 0) in Axialrichiung for the implementation of a heating jacket (I ') provided conveyor pipe (1) and a fresh air line (18) and a warm air line (19).

5. Electromagnetic conduction pump according to claim 3, characterized in that the housing (3, 6) made of a cast steel alloy with 18 to 25% aluminum, 0.5 to 1.5% silicon and 1.5 to 3.5% nickel and are then heated to a temperature of about 1100 ^° C. in order to achieve a stable connection with the aluminum grains exposed during processing.