DE2320522C2 - Elektromagnetische Pumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektromagnetische Pumpen mit einem Eisenkern aus parallel zur Kernachse verlaufenden Lamellen, ferner mit einem ringförmigen Strömungskanal sowie mit um die Längsachse gewendelten fcrregerwicklungen. Solche Pumpen werden häüiig oj5 riügiöi migS LjüiSar-kiKiüiCtiGnS-Püfripcfi bezeichnet Eine solche Pumpe ist aus der GB-PS 7 30 943 bekannt

Im Idealfall müßten zur Verringerung des Leistungsverlustes die Lamellen einer Schraubenlinie folgen, die überall im rechten Winkel zu den Erregerwicklungen verläuft Die Ausführung erscheint jedoch unmöglich. Aufgabe der Erfindung ist daher die Verringerung der Wirbelstromverluste bei parallel zur Kernachse verlaufenden Lamellen.

Diese Aufga'"i wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches »elöst

Diese Schlitze erscheinen an sich unerwünscht, da sie zusätzliche Verluste hervorrufen, niese Verluste werden jedoch dadurch kompensiert, daß die Pumpe für einen Betrieb bei sehr hohen Temperaturen (650⁰C) ausgelegt ist, und bei diesen Temperaturen beträgt der spezifische Widerstand von Eisen das Siebenfache desjenigen bei normaler Umgebungstemperatur, wodurch im praktischen Gebrauch die auf die Schlitze zurückzuführenden Verluste reduziert werden.

In den Eisenkern der bevorzugten Ausführungsforn wird eine Dreifach-Wendelnut eingearbeitet. Die Nutbreite ist ungefähr das Doppelte der Polbreiten und ungefähr gleich der Nuttiefe, wobei der Abstand der Nut etwa dem Durchmesser des Kerns entspricht, wenn er auch bei größeren Pumpen kleiner sein mag. Wenn auch die Pumpe in einigen Fällen recht lang sein kann, z. B. zwei Meter oder mehr, so kann doch der Zentralkern aus herkömmlichen Einzellängen zusammengesetzt werden. Bei der Herstellung werden die Nuten isoliert, wobei die Oberflächen oder Stirnflächen der Pole entweder während dieser Bearbeitung durch einen Überzug oder eine Maske geschützt werden, oder die Isolierung wird später von der Pol-Stirnfläche abgeschliffen. Die Wendel wird in Form von flachen Kupferstreifen hergestellt, wobei mehrere Streifen in jede Nut eingelegt werden; dieses lamellenartige Einlegen erleichtert das Wickeln, und darüber hinaus werden die Wirbelstromverluste verringert. Die Gesamtdicke des Kupfers wird kleiner als die Nuttiefe gewählt, und am einen Ende des Eisenkerns werden die drei Wicklungsenden in Form eines »Sternpunktes« miteinander verbunden. Am anderen Ende läßt man passende Längen der Endstücke übrig, die mit einem Drei-Phasen-Stromnetz verbunden werden. Die freiliegende Oberfläche der Kupferwicklung wird dann mit einer Isoliermasse überzogen.

Abhängig davon, ob der zentrale Eisenkern in einer »Naß-Auswechsel«- oder einer »Trocken-Auswechsel«- Vorrichtung verwendet wird, wird er entweder in einer entsprechenden dünnwandigen, enganliegenden Hülle, z. B. einem Edelstahlrohr, oder in einer starken Kapsel mit Spiel vorgesehen. »Nasses Auswechseln« bedeutet, daß die Hülle zusammen mit der Wicklung und dem Kern entfernt oder ausgebaut wird, während »Trockenes Auswechseln« bedeutet, daß Wicklung und Kern

ίο herausgeholt werden, ohne daß das Natriumbehältnis zu Bruch geht oder offen wird. Die bessere Betriebsweise wird jedoch stets die bei der »Naß-Auswechslung« sein, weil der Magnetspalt zwischen Kern und zu pumpender Flüssigkeit kleiner ist und somit die Verluste kleiner als -jei der »Trocken-Auswechslung« sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Dabei zeigt

F i g. 1 eine Querschnitt-Teilansicht einer Ausführungsform einer elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt eines Teils einer zweiien Ausführungsform,

F i g. 3 einen Schnitt nach der Linie H-II in F i g. 1 und Fig.4 einen Längsschnitt eines Teils einer dritten Ausführungsform.

Die Ausführupgsform der ringförmigen Linear-Induktions-Pumpe, wie sie in F i g. 1 und 3 dargestellt ist besteht aus einem äußeren Mantelrohr 1, der einen Einlaß 2 und einen Auslaß 3 aufweist Im äußeren Mantelrohr sitzt ein fingerhutähnliches Blindrohr 4, welches an seinem unteren Ende geschlossen und zur öffnung des Mantelrohres 1 hin am oberen Ende offen ist wobei der Abstand zwischen Innenrohr und Außenrohr einen ringförmigen Durchfluß oder Kanal 5 ergibt durch welchen die Flüssigkeit z. B. geschmolzenes Natrium, vom Einlaß 2 nach dem Auslaß 3 fließen kann. Innerhalb des fingerhutähnlichen Blindrohres sitzt eine drei-phasige spiralförmige Wicklung 6, die um einen zentralen Eisenkern gewickelt ist Am unteren Ende des zentralen Eisenkerns 7 sind, wie in Fig.3 dargestellt die Wicklungen 6 auf bestimmte Längen abgeschnitten, und die Enden sind in Form eines »Sternpunktes« 6a miteinander verbunden. Die freien Enden 8 der Wendel am oberen Ende des Kerns sind für den Anschluß an ein Drei-Phasen-Stromnetz bestimmt Ein äußerer Eisenkern 9 um das Mantelrohr 1 ist ebenso sichtbar.

Das Blindrohr 4 und das äußere Mantelrohr 1 weisen an ihrem oberen Ende, wie in Fig. 1 dargestellt auch Flansche 10 und 10a auf. Diese Flansche 10 und 10a wirken abdichtend gegeneinander und schließen das äi'Qere Mantelrohr 1 nach außen hin ab. Sollten der Zentralkern oder die Wicklung ausgewechselt werden müssen, so kann dieses durch das Herausziehen des Blindrohres und des Kerns mit anschließendem Auswechseln durch ein Ersatzstück bewerkstelligt werden. Dies ist somit eine »Nass-Auswechselungs«- Anordnung.

Um nun größere Kurzschluß- oder Turbulenzströme, die in der Oberfläche des Kerns 7 entstehen, zu unterbrechen, werden in die Oberfläche des Kerns spiralförmige Schlitze 11 eingefräst, wobei der Weg der Schlitze in entgegengesetzter Drehrichtung zu der Wicklung 6 verläuft. Im Idealfall kreuzen die Schlitze den Weg der Wicklung jeweils im rechten Winkel.

Während des Betriebes bewegt sich das Magnetfeld, welches durch die Wicklung 6 erzeugt wird, entlang einem spiralförmigen Weg und bewirkt damit, daß sich

die Flüssigkeit, ζ. B. flüssiges Natrium, vom Einlaß 2 zum Auslaß 3 durch den zylindrischen oder ringförmigen Strömungskanal 5 bewegt Leitbleche, welche die Form von langgestreckten dünnen Leisten oder Rippen haben und an der inneren Oberfläche des Gehäuses 1 parallel 5 zur Längsachse der Pumpe verlaufen, sind in dem durchströmten zylindrischen oder ringförmigen Kanal 5 vorgesehen, wobei diese Leitbleche die Rotationskomponente, die d<e Flüssigkeit erhält, unterdrücken oder begrenzen. Alternativ können die Leitbleche auch am m Innenrohr 4 vorgesehen oder ganz weggelassen werden, womit eine spiralförmige Strömung zugelassen würde. In F i g. 2 ist ein Teilstück einer zweiten Ausführungsform einer elektromagnetischen Pumpe im I-ängsschnitt dargestellt Diese Ausführungsform weist einen Zentralkern 12 mit einer zentralen Bohrung 13 auf. In die Oberfläche des Zentralkerns sind drei spiralförmig gewundene Nuten 14, die zwischen den Polen hindurchlaufen, eingefräst Die Nutbreite ist ungefähr zweimal die Polbreite und ungefähr so groß wie die Nuttiefe. Auch der Abstand ist genauso groß wie der Durchmesser des Kerns, und die Boden- unji Seitenflächen 16 und 17 der Nut sind mittels eines Oberzugs aus flammgespritztem Aluminium isoliert Während dieser Aufbringung werden die Stirn- oder Oberflächen der Pole 15 durch einen Oberzug oder Maske geschützt, doch kann auch alternativ späterhin das Aluminium von den Poloberflächen abgeschliffen werden. Es kann auch eine andere Form der Isoliertechnik angewendet werden, so z. B. »Brimor Cement«. Die Wicklungen sind jo in Form von flachen Kupferstreifen 19 gewunden oder in die Nuten eingelegt, wobei immer einige Streifen zusammen in einer Nut liegen.

Dieses »Laminieren«, d. h. lamellenförmiges Einlegen der Wicklungen, erleichtern das Wickeln und reduziert obendrein die Turbulenzstromverluste; die Gesamtdikke der Kupferwicklung sollte kleiner als die Nuttiefe gewählt werden. Am einen Ende des Eisenkerns sind die drei Leiter der spiralförmigen Wicklung 6» die in Fi g. 2 mit den Buchstaben »R, Y und B« bezeichnet sind, abgeschnitten und so miteinander verlötet oder verschweißt daß sie einen Sternpunkt, w;e in Fig.3 dargestellt bilden. Eine Isolierschicht 24 ist auf der außenliegenden Oberfläche der Kupferwendel aufgebracht um sicher zu sein, daß die Oberflächen der Pole 15 sauber bleiben. Der Kern liegt in einer Bohrung in einem äußeren Stahlgehäuse 21, wobei die Bohrung des Stahlgehäuses 21 mit einem rostfreien Stahlrohr ausgekleidet ist Der Durchmesser des Zentralkems 12, der in einer Schutzhülse aus rostfreiem Stahl untergebracht ist, ist so gestaltet daß ein schmaler ringförmiger bzw. zylindrischer Strömungskanal 20 zwischen dem Rohr und den Hülsen 23,22 entsteht

Sobald die Dreiphasen-Wicklung mit einem 3-Phasen-Stromnetz verbunden ist wird ein Magnetfeld erzeugt, welches eine Bewegung der Flüssigkeit, z. B.

geschmolzenes Natrium, durch den zylindrischen Strömungskanal in Richtung der eingezeichneten Pfeile bewirkt und damit als Pumpe arbeitet Die zentrale Bohrung 13 in dem !Eisenkern kann für ein Rückflußrohr oder für irgendwelche andere Zwecke je nach Bedarf verwendet werden. Auch für Kühlzwecke könnte die Bohrui^j verwendet werden.

Eine Anwendungsform der Erfindung besteht darin, daß man einen Kern, wie in Ausführung nach Fig.2 beschrieben, in einer kleinen Kontrollbohrung eines schnellen Kernrealetors einbaut und die Spiralwendel nach Stromzufuhr cüazu verwendet, die Flüssigkeit durch dieses Loch bzw. durch den entstandenen ringförmigen Spalt zwischen Ko0trollbohrung und Kernoberfläche zu pumpen.

Ein Teilstück eines dritten Ausführungsbeispiels einer elektromagnetischen Pumpe ist im Längsschnitt in F i g. 4 dargestellt Dieses dritte Ausführungsbeispiel ist ähnlich dsr zweiten Ausführungsart wie in Fig.2 dargestellt und gleiche Bezugszeichvi sind für gleichartige Bauteile verwendet worden. Der einzige unterschied ist der, daß die Wicklungen 18 nicht in drei spiralföimig gewundenen Nuten in der äußeren Oberfläche des Zentralkerns 25 eingelegt sind, sondern in drei Nuten 27, die in die innere Oberfläche des Gehäuses 26 bzw. auch in die Außenfläche des zylindrischen Strömungskanals 20 eingearbeitet sind.

Falls notwendig oder erwünscht, können Leitbleche ähnlich denen, wie sie beim Ausführangsbeispiel der F i g. 1 und 3 beschrieben sind, auch in den Ausführungsbeispielen der Fig.2 und 4 vorgesehen werden. Darüber hinaus können auch spiralförmige Schlitze 11 bei der Ausführungsform nach F i g. 2 und 4 eingearbeitet werden, um die Turbulenzen- bzw. Gegenströme zu unterbinden bzw. zu begrenzen; doch werden in der Ausführungsform nach Fig.4 diese Schlitze in der Wand der Bohrung vorgesehen.

Die Größe der erforderlichen Wicklung kam; durch Berechnung festgelegt werden, wenn man den notwendigen Druckgradienien für die Pumpe festgelegt hat Ist die Entscheidung über diesen erforderlichen Druckgradienten gefallen, so können die Magnetfeldstärke für die Erzeugung dieses; Druckes und damit auch die erforderliche Stromstärke für die Erzeugung dieses Magnetfeldes errechnet werden. Kennt man die Stromstärke, dann kann die Größe und Abmessung der Wicklung unter Berücksichtigung der Wärmeabstrahlung und -übertragung festgelegt werden.

Die Wahl der Abmessungen des zylindrischen Strömungskanals stellt einen Kompromiß dar, da bei einem größeren Spalt eine größere Stromstärke benötigt wird, um das erforderliche Magnetfeld zu erzeugen; dagegen erzeugt ein enger Spalt einen größeren Druckabiall oder eine kleinere Geschwindigkeit des Mediums.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektromagnetische Pumpe mit einem Eisenkern aus parallel zur Kernachse verlaufenden Lamellen, ferner mit einem ringförmigen Strömungskanal sowie mit um die Längsachse gewendelten Erregerwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (6,18) in Nuten (i4,27) angebracht sind und gewendelte Schlitze (11) von entgegengesetzter Drehrichtung zu den gewendelten Wicklungen (6) in den Lamellen des Kerns vorgesehen sind.