DE2240120A1 - Elektromagnetische pumpe - Google Patents

Description

Bensberg,den"11.8.1972 0314 We/Da

INTERATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH 506 Bensberg

Elektromagnetische Pumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten, bestehend aus einem Außenrohr mit in Längsrichtung an der Außenseite angeordneten MagnetJochen in Form von Kammblechen, in deren Nuten Induktionsspulen angeordnet sind, und zwar eine Dreiphaseninduktionspumpe. Die erfindungsgemäße Pumpe ist insbesondere für die Förderung flüssiger Metalle, beispielsweise Natrium, in Kernenergieanlagen geeignet. Wird ein eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthaltender Strömungskanal quer von einem Magnetfeld durchsetzt, entstehen Induktionsströme in der. Flüssigkeit, die senkrecht zum Magnetfeld und zur Achse des Strömungskanals gerichtet sind und durch ihre Wechselwirkung mit dem Magnetfeld eine in Längsrichtung des Strömungskanals wirkende Kraft erzeugen, die die Flüssigkeit in Bewegung setzt.

Derartige Pumpen sind an sich bekannt, beispielsweise aus der DT-AS 1 149 252, in der vorgeschlagen wird, daß der Strömungskanal aus einem inneren und einem

409809/0T74

2 -

äußeren Mantel besteht und daß zwischen beiden Mänteln eine Trennschicht angeordnet ist, was zur Verminderung parasitärer Induktionsströme und damit zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Pumpe führen soll. Das den Strömungskanal durchsetzende Magnetfeld wird bei den bekannten Pumpen zumeist in der in der US-PS 2 386 369 beschriebenen Wei^e erzeugt, daß der rohrförmige Strömungskanal zwischen den Polen eines Elektromagneten geführt wird, der seinerseits mit Hilfe von auf ihm angebrachten Spulen erregt wird.

Der von den bekannten Pumpen dieser Art erzielte Wirkungsgrad, der bei kleinen Baugrößen nur etwa 2-3 % beträgt, ist verhältnismäßig gering. Dies ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, daß der Rückschluß der in der elektrisch leitenden Flüssigkeit erzeugten Induktionsströme größtenteils in dieser selbst erfolgt, so daß die die Flüssigkeit in der gewünschten Richtung bewegende Kraft nur in einem Teil des zur Verfügung stehenden Rohrquerschnittes wirksam wird, während in anderen Teilen desselben Querschnittes zum Teil radial, z.T. axial in entgegengesetzter Richtung wirkende Kräfte auftreten, die den Strömungswiderstand der Flüssigkeit und damit den Wirkungsgrad nachteilig beeinflussen. Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, an den Strömungskanal weitere Kanäle von geringerem Querschnitt anzusetzen, die ebenfalls mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit gefüllt sind und in denen der Rückschluß der Induktionsströme vor sich gehen soll. Diese Bauweise ist jedoch sehr aufwendig.

409809/017*

Eine gegenüber den oben beschriebenen verbesserte Pumpe wird in der FR-PS 1599876 beschrieben, bei der jedoch eine aufwendige und empfindliche Isolierung eines Innenrohres, in dem der Rückschluß der Induktionsströme erfolgen soll, gegenüber der zu fördernden Flüssigkeit notwendig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine elektromagnetische Pumpe mit erhöhtem Wirkungsgrad und von einfacher, kostensparender Bauweise, insbesondere für kleine Baugrößen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß im einseitig geschlossenen Außenrohr und konzentrisch dazu ein Innenrohr aus ferritischem Material angeordnet ist, wobei der Spalt zwischen Innen- und Außenrohr am geschlossenen Ende des Außenrohres mit dem vom Innenrohr umschlossenen Raum kommuniziert. Der magnetische Rückschluß findet in dem Innenrohr statt, dessen Material so gewählt wird, daß es gegen die zu fördernde Flüssigkeit, beispielsweise Natrium, beständig ist, und das infolge seiner einfachen Geometrie billig aus einem Stück hergestellt werden kann.

Die Magnetjoche sind in Richtung der Rohrachse gesehen, sternförmig um das Außenrohr gruppiert. Daraus ergibt sich, daß die im Spalt zwischen Innen- und Außenrohr befndliche Flüssigkeit jeweils radial von dem Magnetfeld durchsetzt wird, und die dadurch hervorgerufenen Induktxonsströme, die senkrecht zum am jeweiligen Orte herrschenden Magnetfeld verlaufen', sich zu einem Spalt

409809/017

zwischen Innen- und Außenrohr ringförmig umlaufenden Strom zusammenschließen. Die durch diesen hervorgerufene, in axialer Richtung wirkende Kraft wirkt über die ganze Fläche des Spaltes ohne Verlustzonen nur in einer Richtung.

Die Strömungsrichtung der Flüssigkeit im Spalt zwischen Innen- und Außenrohr ist entgegengesetzt derjenigen im Innenrohr, wobei die Umlänkung in der am geschlossenen Ende des Außenrohres zwischen diesem und dem Innenrohr vorgesehenen Lücke erfolgt. Dies gestattet es, Zu- und Ableitungen der Pumpe am entgegengesetzten Ende anzuordnen, und die Pumpe leicht zugänglich abseits des Hauptrohrstranges für die zu fördernde Flüssigkeit anzuordnen. Wie weiter unten beschrieben, wird durch die nur einseitige Verbindung mit dem Rohrstrang die Montage der erfindungsgemäßen Pumpe wesentlich erleichtert.

Die Induktionsspulen sind konzentrisch zum Außenrohr und jede Spule ist in je einer Nut jedes Magnetjoches angeordnet. Dadurch, daß jede Spule zur Erregung jedes der die Magnetjoch bildenden Kammbleche beiträgt, kann der Gesamtwiderstand der Spulen und damit ihre unerwünschte Erwärmung gering gehalten werden , im Vergleich zur erzielten magnetischen Induktion.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die Induktionsspulen aus übereinandergewickeltem, elektrisch oxydiertem Aluminiumband bestehen, wobei die Aluminiumoxydschicht die nötige Lagenisolation dieser einfach herzustellenden Spulen bildet.Diese Art der Isolation ist, wie bei der

409809/0174

— o —

Verwendung der erfindungsgemäßen Pumpe in Kernenergieanlagen notwendig, weitgehend hitze- und strahlenbeständig.

Ein weiteres Merkmal der erfindungsgemäßen Pumpe ist es, daß die Magnetjoche und Spulen an· einem über das Außenrohr geschobenen, mit diesem lösbar verbundenen Gestell befestigt sind. Da die Pumpe wie oben beschrieben, nur einseitig mit der Rohrleitung verbunden ist, kann das Gestell und mit ihm die Magnetjoche und die Spulen zu Reparaturzwecken vom Außenrohr abgenommen werden, ohne daß Eingriffe amRohrleitungssystem notwendig wären. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn eine solche Montage durch fernbediente Werkzeuge erfolgen muß. Auch ermöglicht es diese Anordnung, die Charakteristik der Pumpe bei Bedarf in einfacher Weise zu verändern, indem die vorhandenen Spulen gegen andere verschiedener Schaltung, Anzahl oder Stärke ausgewechselt werden.

Bei einer größeren Anzahl von Spulen und der Verwendung von Drehstrom wird eine, über das Pumpenrohr konstant ansteigende Druckerhöhung erzielt. Druckspitzen, wie sie bei Konduktionspumpen auftreten, werden ganz vermieden. Dies hat den Vorteil, daß der Vordruck der Pumpe bis auf 2 N/cm abgesnkt werden kann, ohne daß Kavitationserscheinungen auftreten. Ferner treten auch bei waagerechter Anordnung des Pumpenrohres keine Entgasungsprobleme auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt

409809/0174 " ⁶ "

Figur 1 einen Längsaxialschnxtt und Figur 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie A-A der Figur 1. , -

Die Figur 1 zeigt ein Außenrohr (1), vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, das an seinem einen Ende mit einer Kappe (2) verschlossen ist, und an seinem anderen Ende mit einem T-Stück (3) versehen ist. In dem T-Stück (3) mündet eine Zuleitung (Ό für das zu pumpende Medium. An seinem freien Ende ist das T-Stück (3) mit einem Reduzierstück (5) verbunden, das den Anschluß für eine Ableitung (6) in sich aufnimmt. An der Ableitung (6) ist ein zum Außenrohr (1) konzentrisches Innenrohr (7) aus einem ferritischen Material befestigt, das sich über den grüßten Teil der Länge des Außenrohres (1) erstreckt, wobei zwischen beiden Rohren (1) und (7) ein Spalt (8) gebildet wird. Außen auf das Außenrohr (1) ist ein Gestell geschoben, bestehend aus einem Außenmantel (9), der besseren Wärmeabfuhr wegen zweckmäßigerweise aus Lochblech, einem Innenmentel (10)und zwei Deckplatten (11). In dem Gestell sind im Beispiel (siehe Figur 2) seche MagnetJoche (12) angeordnet, die aus einem Paket von aufeinandergelegten, vermittels Schrauben (13) zusammengehaltenen Dynamo* blechen bestehen und die mit Nuten (11) versehen sind. In den Nuten (IO sind umlaufende, zum Außenrohr (1) konzentrische Spulen (15) angeordnet, die aus übereinandergewickelten, elektrisch oxydiertem Aluminiumband bestehen und gegenüber dem Außenrohr (1) durch Isolierringe (16) aus einem Quarzfaser-Glimmergewebe isoliert sind. Das Gestell wird in seiner Lage auf dem Außenrohr (1) einerseits durch einen Anschlag (17) und andererseits durch

409809/0174

einen Hältering (18) festgehalten, der mit der Kappe . (2) verschraubt ist. Fließt in den Spulen (15) ein Drehstrom, bildet sich zwischen den Polen der Magnetjoche (12) ein magnetisches Feld, das die im Spalt (8) befindliche elektrisch leitende Flüssigkeit durchsetzt, und in dieser Induktionsströme hervorruft, die die Flüssigkeit in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung beschleunigen. Am Ende des Spaltes (8) wird die Flüssigkeit umgelenkt und fließt im Inneren des Innenrohres (7) in entgegengesetztem Richtung in die Ableitung (6).

Durch die·Veränderung der Anzahl der Spulen oder ihrer Schaltung läßt sich die Charakteristik der Pumpe in der gewünschten Richtung, beisoielsweise auf größtmögliche Fördermenge oder größtmöglichen Förderdruck hin beeinflussen.

Versuchsausführungen der erfindungsgemäßen Pumpe erreichten beispielsweise bei einer aufgenommen elektrischen Leistung von 9,35 kW und flüssigem Natrium bei 200° C

3
eine Fördermenge von 12, M- m /h, einen Förderdruck von

C ty

3,6x10 N/m und einem Wirkungsgrad von 13,3 %.

40980 3/0174

Claims (2)

1. " ⁸ " '22A0120

   Schutzansprüche

   Elektromagnetische Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten, bestehend aus einem Außenrohr mit in Längsrichtung an der Außenseite angeordneten Magnetjochen in Form von Kammblechen, in deren Nuten Induktionsspulen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,

   daß im einseitig geschlossenen Außenrohr (1) und konzentrisch dazu ein Innenrohr (7) aus ferritischem Material angeordnet ist, wobei der Spalt (8) zwischen Innen- (7) und Außenrohr (1) am geschlossenen Ende (2) des Außenrohres (1) mit dem vom Innenrohr (7) umschlossenen Raum kommuniziert.
2. 2. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Induktionsspulen (15) aus übereinandergewickelten, elektrisch ojgrdiertem Aluminiumband bestehen.

   409809/0174

   Leerseite