DE2315786A1 - Verfahren zum pumpen fluessiger metalle durch mitreissewirkung und pumpe zur durchfuehrung dieses verfahrens - Google Patents
Verfahren zum pumpen fluessiger metalle durch mitreissewirkung und pumpe zur durchfuehrung dieses verfahrensInfo
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Description
ATOMIQÜE ALSACIEHIiE ATLANTIQUE,
LS PLiESSIS ROBIIfSOH, Frankreich.
Verfahren zum Pumpen flüssiger Metalle durch Mitreiße—
wirkung und Pumpe zur Durchführung dieses Verfahrens«
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches es ermSglicht,
flüssige Metalle infolge Mitnehmer- oder Mitreißeeffekt
zu pumpen und bei erhöhtem Druck einen großen Durchsatz «u
erreichen. Die Tärfindunc befaßt sich auch. Bit
richtung zur Durchführung des Verfanrehsl die^ einen relatir
geringen Platzbedarf aufweisen soll.
Die Verwendung von Pumpen für flüssige Metalle hat in der
letzten Zeit eine erhebliche Entwicklung in den Gebieten der Technik erfahren, bei denen es notwendig wird, flüssige
Metalle in Zirkulation zu versetzen, die als larmetrSgerfluid auf dem Gebiet der Xernenergietechnik eingesetzt
werden wie auch für Gießereizwecke sowie zur Reinigungsbehandlung der Metalle.
Bekanntlich gibt es mehrere Pumpentypen für die im allgemeinen verwendeten flüssigen Metalle: elektromagnetische
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Konduktionspumpen, elektromagnetische Induktionspumpen
(oder lineare Pumpen) und schließlich mechanische durch
einen Motor angetriebene Pumpen. Verschiedene Konduktionspumpen wurden in neuerer Zeit beschrieben. Bei einer
solchen Konduktionspumpe wird das flüssige Metall durch die elektromagnetische Kraft in Bewegung gesetztr die
durch die konjugierte Wirkung einer Induktion und eines Stromes erzeugt wurde. Bei den Induktionspumpe*! induzieren
magnetische zweckmäßig angeordnete Kreise im flössigen Metall ein magnetisches Schlupffeld oder inkonstantes
Feld, welches das schmelzflüssige Metall in
Translation im lauern einer Leitung mitnimmt ader versetzt, was diesen Pumpemtjp ähnlich oder verwandt den
Linearmotoren macht.
Die Grenzen solcher Torrichtungen werden schnell sichtbar. Bei einer Konduktionspumpe begrenzt der Swang, Leitungen
verminderten Querschnittes zu verwendeil, die Durch—
s&tze auf relativ geringe Werte. Bei einer Induktionspumpe
ist es, um einen Durchsatz und einen stark erhöhten
Druck sti erhalten, notwendig, ©Ina im wesentlichen'lange
und platzraubende Einrichtung zu verwenden; darüber hinaus
ist der Wirkungsgrad der Slnriehtaag durch den Schlupf des
Fluids gegenüber dem magnetia^^s^fsM^;~iBaaer^reduziert.
Schließlich weisen die dxirch @in@s Motor angetriebenen
mechanischen Pumpen ä©& Hauptfehler &uf9 daß sie nicht frei
in den Kreis des Pluids eingeschaltet werden können und
führen zur Verwendung langer und. plstsraubender 2ransmieeionswellen
zur Verbindung der Pomp© mit dem Motor,
da letzterer offensichtlich nickt in Kontakt mit dem
flüssigen Metall bleiben darf.
Durch die erf indungsg©mäß@ Maßnahme 'sollen äisse Nachteile
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aufgrund der Verwendung eines Drehfeldes vermieden werden.
Das Verfahren zum Pumpen flüssiger Metalle durch Mitreißeeffeiet nach der Erfindung besteht nun darin, einen feil
des flüssigen durch symmetrisch um eine Achse angeordnete
Öffnungen strömenden Metalls zu entnehmen» diesen Anteil des flüssigen Metalls mittels eines magnetischen um dl«
gleiche Achse sich drehenden Feldes su beschleunigen und ihn tangential zu diesen Öffnungen abzuschleudern, um
eine Mitnahme oder Mitreißewirkung der Gesamtheit des flüssigen Metalls zu erzielen.
Die Erfindung betrifft auch eine Pumpe für flüssige Metalle unter Ausnutzung des Mitreißeeffekts, die unter erhöhte«
Brück einen erheblichen Durchsatz hat und aufeinanderfolgend die folgenden koaxialen Elemente aufweist: einen
Ringkern mit erhöhter magnetischer Permeabilität, eine Glocke zylindrischer Gestalt und einen Stator, der dazu
bestimmt ist, ein magnetisches um die Achse sich drehendes Feld su erzeugen. Sie Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die Unterseite des ringförmigen Rings fest mit
einer metallischen Struktur verbunden ist, welche Leitungen
begrenzt, die in Öffnungen enden, welche symmetrisch um die Achse der Pumpe angeordnet sind.
Der Antriebsdruck bzw. der motorische Druck wird durch die Zentrifugalkraft des durch dae Drehfeld in Rotation versetzten flüssigen Metalls erzeugt, wobei dieses Feld durch
die Statorwicklungen erzeugt wurde. Das Fluid wird mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die ziemlich nahe der
Synchrongeschwindigkeit kommt, was die Vermeidung eines sehr starken Schlumpfs bezüglich des Drehfeldes ermöglicht.
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Eine solche Pompe gewährleistet also einen Durchsatz
an flüssigem Metall* der genauso groß wie,unter einem
erhöhten Druck und hei erhöhtem Wirkungsgrad,und äquivalent dem existierender elektromagnetischer !Pumpen
ist, jedoch hei einem hei weitem geringeren Bauvolumen« Sie bietet gegenüber mechanischen Pampen den Torteil,
äaß sie an einer unteren Stelle im Druck- oder Lastkreis
des flüssigen Metalls hei vermindertem Platzbedarf angeordnet sein kann.
Eine beispielsweise Ausführungeform der Erfindung soll
nun mit Bezug auf die heiliegende Zeichnung näher beschrieben
werden, in der:
Fig. 1 ein Schnitt durch eine Pumpe nach der Erfindung
ist;
Fig. 2 ist ein Schnitt durch die metallische Strömungsstruktur für da© Fluid.
Fach dem stählten Ausführungsbeispiel ist die beschriebene Pumpe eine Hatriumpumpe, welche allein unter Druck in einem
Kreis flüssigen Natriums eingesetzt werden kann, wie er insbesondere
bei den Kernkraftanlagen existiert.
Wie in Fig. 1 zu sehen, umfaßt die Pumpe eine Glocke 1 aus
rostfreiem Stahl, deren Außenwandung völlig von Statorlamellen 2 mit drei Phasenwicklungen 8 umgeben ist. Dieser
Stator 2 ist vergleichbar demjenigen eines Asnchron-Motors, der sich beispielsweise aus Siliziumblechen herstellen läßt. Die Außenseite des Kerns 3 und die Innenwandung
der Glocke 1 begrenzen einen Ringraum 15.
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Die Bleche des Stators 2 sind thermisch gegen das flüssige-Metall
durch eine Isolierschicht 9» beispielsweise aus Glasgewebe isoliert, welche zwischen dem Stator 2 und der
Außenwandung der Glocke 1 angeordnet ist. In der Mitte des oberen Teils der Glocke 1 ist innen ein Vorsprung 10
in etwa konischer Gestalt befestigt. Im Innern der Glocke 1 ist axial ein lamellierter Ringkern 3 zylindrischer
Gestalt angeordnet, der mit einer axialen öffnung 4 Teraehen ist. Die Außenseite des Kernes 3 und die
Innenwandung der Glocke 1 begrenzen einen Ringraum 15. Der Kern 5 ist insgesamt von einem Blech aus rostfreiem
Stahl als Mantel umgeben. Bor Kern ist an seinem Umfang von einem an seinem oberen Teil angeordneten Kupferring
18 umgeben sowie von einem an seinem unteren feil angeordneten Kupferring 19· Unter die Unterseite des ringförmigen
Kerns 5 ist die metallische Struktur bestehend aus einer Anordnung von Hohlschaufeln 5 geschweißt, welche
spiralförmige Leitungen begrenzen. Biese vertikal angeordnet ei Schaufeln oder Rippen sind aus gebogenen Blechtafeln
hergestellt und belassen zwischen den beiden Oberflächen einen Raum konstanter Breite,der längs der
Abströmkante offen ist. Die Glocke 1 umfaßt in ihrem unteren
Teil eine kegelstumpffönaige Auf Weitung 6, die auf den
Rand der Rippen oder Flügel 5 geschweXßt-ist.
Wie in flg. 2 angegeben, ist die Anordnung am Umfang durch
einen Kanal 7 ▼on Schnecken- oder Spiralform geschlossen,
der sich allmählich gegen den Austritt 17 hin erweitert und aus rostfreiem Stahl hergestellt ist. Aus Pig. 2 erkennt man, daß die Biegung 11 der Blechtafeln, aus denen
die Rippen oder Schaufeln gemacht sind, abgerundet let und daß deren Kanten insgesamt auf einen Kreis sich befinden,
dessen Radius der der zentralen öffnung 4- 1st. In eben
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dieser lig. 2 sind zwei Kreise eingezeichnet worden, von
denen der Kreis 12 den axialen ^führungskanal 16 für das Fluid und der Kreis 15 die Basis 14 der kegelstumpfförmigen
Aufweitung 6 begrenzt. *
Wenn die Wicklungen 8 des Stators 2 unter Spannung gesetzt
werden, so entsteht ein Drehfeld und nimmt das flüssige Metall in Rotation mit, das im Ringraum enthalten
ist, der von der Innenw&ndung der Glocke 1 und
der Außenfläche des Kerns 3 begrenzt wird.
Unter der Wirkung des magnetischen Drehfeldes werden in öas flüssige leitende im Ringrsum 15 enthaltene Medium
Ströme induziert, die parallel su den Erzeugenden des "
zylindrischen Kerns 3 sirkuliereß« Bi@ee Ströme schließen
sich über Kupferringe 18 und IS5,welche so viele Spiralen
bilden, wie der Stator Pole hat.
Das über die Mitte am -uatsxea lad© der axialen öffnisng
4 angesaugte flüssige Metall e?lei&@t~~ein Indrebangyersetzen
dessen Wirkung darin besteht-, den Druck des flüssigen
Metalls a®.-abessn- Ende·" der--GrIocke 1 zn erhShen.
Diese Drehung erzeugt einen Unterdrück inmitten der
durch die axiale Öffnung 4 begrenzten ELüssigkeitsäule;
der am oberen Teil der O-looke 1 angeordnet® Torsprung
spielt die Rolle eines Wirbelreglsrs und ermöglicht es
hieraus die schädlichen Einflüsse zu eliminieren. Diese
Vordrehung vermindert den Schlupf bzw. das Gleiten des
Metalle gegenüber dem DreftJTelfi bereite vom Eintritt des
!fluids in den Ringquersehnitt bsw» den. Ringraum 15 an.
Am Austritt aus diesem Ringraum oder Ringquersehnitt wird
das flüssige Metall in den unteren Teil der Glocke I9 der
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' eine kegelstumpfförmige Erweiterung 6 aufweist, bei einer
Relativgeschwindigkeit benachbart der SynchrongeBchvindigkeit ausgetragen, woraus ein Ansaugei&kt resultiert, der
an aer Basis der Axialöffnung 4 wirkt. Die Geschwindigkeit des flüssigen Metalle am Austritt aus dem Ringraum 15 umfaSt eine Tangentialkomponente sowie eine gegen das untere
Ende der Flügel oder Rippen 5 gerichtete Vertikalkomponente« Das flüssige ausgetragene Metall bestreicht dann die Flügel oder Rippen 5 tangential und schief bzw, quer und er·
zeugt so einen Unterdruck an ihrem konkaven Seil und in
dem Bereich ihrer gewölbten Seite, die der Abströmkante benachbart ist. Man erhält so einen Mitreißeeffekt des
flüssigen Metalls direkt in die Leitungen 20, welche durch aufeinanderfolgende Flügel oder Rippen 5 begrenzt sind.
Man erhält so einen Durchsatz, der sehr viel größer als der aus dem Ringraura 15 kommende Induktionsdurchsatz ist. Um
andererseits die Vibrations- und Kavitationserscheinungen zu vermeiden, die auf den Abaöömkanten der Flügel oder
Rippen 5 auf alle FHlIe auftreten würden, sind letztere
hohl ausgebildet, was ea ermöglicht, durch sie hindurch einen zusätzlichen Effekt aufgrund des Unterdruckes zu
erreichen, der sich an ihren Abströmkanten einstellt.
Die Zentrifugalkraft des flüssigen in Drehung mitgerissenen Metalls in der Volute 7 ermöglicht es, am Austritt einen erhöhten Druck zu. erhalten und dies bei
erheblichen Durchsatz.
Die gering erhöhte Temperatur des flüssigen Natriums ermöglicht es, die magnetischen Eigenschaften der Statorbleche und des zentralen Kerns beizubehalten. Der die
Wicklungen tragende Stator ist wie beschrieben gegen die Glocke durch eine Isolierstoffschicht getrennt. Der zentrale Kern befindet sich auf der Temperatur des Natriums.
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Sort, wo die Steifigkeit der Glocke durch den Stator nicht sichergestellt ist, insbesondere in seinen o"be^@a und unteren
Bereichen ist die Bioke der Bleche so gewählt, iaS sie in
der Lage sind, den Druck des flüssigen Metalle ms zuhalten;
das gleiche gilt für di© Bleche® w©lehe die .Sraisäiffusions»
struktur "bilden.
Schließlich ist es möglich, gewttnseiltenfalls &i© Regelung
des Durchsatzes einer solchen Rnap© sichersust@ll@a0 indem
man entweder auf die !Frequenz oä®T die Sigaal£©sä ©Ser
schließlich auf die Stärke-de© elektrischen-Steoias einwirkt,
welcher die Wicklungen äoa Stators spoitsto
Eine besondere Aasführungsfoxm äes Erfinäiaiig tet ©s eraiöglicht,
unter Tei?w©ßdiiiig ein©® Stators ©±nmm üt®iphasigen
Synchronmotors toe 100 br lei ©ia©2» Syneteösg<ssi©te?ladigkeit
von 3000' Umdrehuag@n/liaut© eia@m Bmek tos- ®tli©fe#a 10 Bar
zu erhalten, lad®® maa-'so ein©® stark ©rfcöhtüia Bsis'elsate
sicherstellt«
Im· Hinblick auf ©tae knappe Saretellung.wurd© il® Erfindung
nur aBhani weniger Auefttaingsfonaen. !!©©eteieben,
,Änderungen und Abtaäenuagen liagaa im Eahaem a©g· E^f indung.
■ - 9 w
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Claims (1)
- F°6755ANSPRÜCHEVerfahren zum Pumpen flüssiger Metalle durch Mitreißeeffekt, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens teilweise in ein flüssiges Metall eine Struktur mit einer Symmetrie um eine vertikale Achse eingetaucht wird,die mit gekrümmten Rippen oder Flügeln ausgebildet ist, welche »wischen sich Spiralleitungen begrenzen; daß axial ein Anteil an flüssigen Metall entnommen wird; dieser Anteil flüssigen Metalls mittels eines magnetischen Drehfelde·, um ihm eine große schräge Geschwindigkeit zu verleihen, be * schleunigt wird; daS dieser Anteil des flüssigen Metalls tangential gegen den konvexen feil jeder der gekrümmten Rippen oder flügel geschleudert oder ausgetragen wird; und daß im konkaven Teil dieser Rippen oder Flügel ein Unterdruck erzeugt wird, der versucht, daß flüssige diese Rippen oder Flügel umspülende Metall in Bewegung mitzureißen.2. Pumpe für flüssige Metalle mit^itreiSeeffefci;-~~~~"~ nach Anspruch 1, die in ihresoberen Teil eine elektromagnetische Pumpe mit in der Aufeinanderfolge di· folgenden Elemente aufweist:- einen ringförmigen Kern mit erhöhter magnetischer Permeabilität;- eine Glocke zylindrischer Form;- einen Stator, der dazu bestimmt ist, ein magnetisches Feld um die Achse zu erzeugen,dadurch gekennzeichnet, daß sie in ihrem unteren Teil eine fest mit der Unterseite des ringförmigen Kerns (3) verbunden·3098A1/0A68- 10-231578- ίο -Struktur aufweist, welche aus vertikalen gekrümmten Rippen oder Flügeln (5) gebildet ist, welche symmetrisch um einen axialen den Pumpeneintritt bildenden Kanal (16) angeordnet sind.3. Pumpe für flüssige Metall© mit litreißeeffekt nach Anspruch 2, dadurch gels:ennjseiofe&et2 &&B das flüssige längs Spiralkanälen (20) gegen de© Uafang der Pumpe fließende Metall, welches durch den Flussigpetallstrahl mitgerissen wird, der bei großer Geschifinöigk@it tangential auf die konvexe Fläche der Flügel oder Sippon (5) trifft, von einer Sammel kanal (7) von Sefeneckes-= oä®w Spiralform aufgenommen wird, welche die Flügel oder Rippen (5) umgibt und sich gegen den Austritt (17) allmählich erweitert·t ■ "■ ■ ■ -4. '■··■ ·■ Pumpe für flüssige Metall© alt MitreiSeeffekt nach Anspruch 3* dadurch gek@aa^eiefea©t9 iaJ di© Flügel oder Rippen (5) hohl und as ihrer Abstr&s&ante offen ausgebildet sind.49 dadurchgekennselchnet, daß Si© @la>c$ke (l) von sylindriscfeer Gestalt in Höhe der Flügel oder Eippea (5) @ia© konisehe Erweiterung aufweist.6. Pumpe für flüssige Metall® Elf MitreiS©effekt nach Anspruch 3, dadurch gekenBi?@icte©t8 daß di© Basis (14) der konischen Erweiterung (6) mn mim® Wjfc& der lippen oder Flügel geschweißt ist.7. ·· Pumpe für flüssig® M@tell@ μ£Ί ültseieovlrkiuig nach Anspruch 6, dadurch gekennselete@t9 ia© di® Volute bzw« der β chnecken- oder spiralform ig* iie Rippen oö.er Flügel (5)'3098-41/0468- 11 -2315781- ii -umgebende Kanal (7) eine Höhe aufweist, die wesentlich geringer als die Breite am Austritt (17) ist.8. Pumpe für flüssige Metalle nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet, daß die Glocke (1) an ihrem oberen Seil einen Vorsprung (1O) in etwa konischer Gestalt aufweist, dessen Achse mit der der Glocke (1) zusammenfällt.9. Pumpe für flüssige Metalle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht (9) beispielsweise aus Glasgewebe, zwischen Glocke (1) und Stator (2) angeordnet ist.309841/0468A-Leerseite
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