DE2637473A1

DE2637473A1 - Elektromagnetische pumpe

Info

Publication number: DE2637473A1
Application number: DE19762637473
Authority: DE
Inventors: Enno Ing Grad Buescher; Walter Dipl Ing Jansing; Rainer Rienass
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1976-08-20
Filing date: 1976-08-20
Publication date: 1978-02-23
Also published as: JPS5325908A; FR2362524B1; US4166714A; GB1546557A; FR2362524A1

Description

24.343.8 We/Fe 18.08.19

INTIiRATOM

Internationale Atomreaktorbau GmbH S060 Bensberg

Elektromagnetische Pumpe

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten mit Induktionsspulen, die an einem in Längsrichtung durchstrüiiibaren, aus zwei konzentrischen Rohren gebildeten Ringkanal angeordnet sind. Diese Pumpe eignet sich besonders für heiße flüssige Metalle, wie z. B. Natrium an Kernenergieanlagen, da sie keine bewegten, verschleiß- und störungsanfälligen Teile aufweist.

In der Deutschen Offenlegungsschrift 22 40 120 wird eine elektromagnetische Pumpe beschrieben, die im wesentlichen aus zwei konzentrischen Rohren bestellt und bei der das Außenrohr von Induktionsspulen umgeben ist und das Innenrohr aus einem ferritischen Material besteht, um den magnetischen Rückfluß zu verstärken. Das Flüssigmetall fließt in Längsrichtung zwischen den beiden konzentrischen Rohren, wird am Ende um 180° umgelenkt und fließt dann in entgegengesetzter Richtung durch das Innenrohr zurück. Die außen angeordneten Induktionsspulen sind leicht zu kühlen und können montiert oder ausgewechselt werden, oiine die das Flüssigmetall führenden Rohrleitungen zu öffnen. Ein Nachteil· dieser Anordnung ist der erhebliche Druckverlust in der zwangsläufig scharfkantigen Umlenkung von 180 , Insbesondere bei großen Förderleistungen ist der hierdurch bedingte geringe Wirkungsgrad von Bedeutung.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer elektromagnetischen Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten die Leistung zu erhöhen und zwar nicht nur durch Vergrößerung der Abmessungen sondern auch durch Verbesserung des Wirkungsgrades. Dabei sollen die Induktionsspulen einerseits gut kühlbar und andererseits auswechselbar sein, ohne daß die das Flüssigmetall enthaltenden Leitungen geöffnet werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine elektromagnetische Pumpe nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Bei dieser Anordnung kann man die Induktionsspulen mit geringem Aufwand auswechseln und kühlen und dennoch auf die 180°- Umlenkung des Flüssigmetalls, die ja mit einem erheblichen Druckverlust verbunden ist, verzichten. Wichtig ist dabei, daß das Innenrohr aus einem unmagnetischen und elektrisch möglichst wenig leitenden Material hergestellt ist. Für die Umwälzung von Flüssigmetall bei hoher Temperatur kommt aus Gründen der mechanischen Festigkeit im allgemeinen nur ein Metallrohr in Frage, doch läßt sich bei Verwendung geeigneter Legierungen (z. B. einer Nickel-Chrom-Eisenlegierung) bei der verhältnismäßig guten elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigmetalle der Anteil der Rohrwandung an dem gesamten elektrischen Leitungsquerschnitt, insbesondere bei großen Rohrdurchmessern auf eine sehr geringe Größe drücken.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß innerhalb und außerhalb des Ringkanals Induktionsspulen angeordnet sind. Damit läßt sich die auf eine gegebene Länge des Ringspaltes zwischen Innen- und Außenrohr einwirkende elektromagnetische Kraft erheblich steigern und bei gleicher Baulänge ein Leistungsgewinn von bis zu 80 % erzielen.

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Die vorgeschlagene Anordnung von Induktionsspulen innerhalb und außerhalb des Ringkanals hat außerdem den Vorteil, daß bei Ausfall einer der beiden Spulen die Pumpe weiterbetrieben werden kann, wenn auch mit geringerer Leistung. Wenn man die außenliegenden Induktionsspulen auswechseln will, ohne die das Flüssigmetall enthaltenen Leitungen zu öffnen, so ist es zweckmäßig, mit einer geeigneten Vorrichtung diese Spulen am Einbauort abzuwickeln, und mit einer anderen Vorrichtung die neuen Spulen ebenfalls am Einbauort auf das Außenrohr aufzuwickeln.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Induktionsspulen enthaltende innere konzentrische Rohr am einen Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist. Bei dieser Anordnung sind Innen- und Außenrohr nur am offenen Ende des Innenrohres verbunden, so daß sich das Innenrohr bei Temperaturänderungen frei ausdehnen kann und daher kein durch heißes Flüssigmetall beaufschlagter Axialkompensator notwendig ist. Die Zu- und Abflüsse für das Flüssigmetall können in bekannter Weise durch einen senkrecht zur Längsachse des Außenrohres angeschlossenen Stutzen dargestellt werden.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß am Außenrohr der elektromagnetischen Pumpe ein in axialer Richtung angeordneter Stutzen als Zufluß für das Flüssigmetall vorhanden ist. Wenn man dem an diesem Ende geschlossenen Innenrohr eine strömungstechnisch günstige abgerundete Form gibt, wird der Druckverlust am Zufluß wesentlich geringer als bei dem rechtwinklig angeschlossenen Stutzen. Der Zulaufdruck der Pumpe kann niedriger und die Temperatur höher sein, ohne daß Kavitation auftreten könnte.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Induktionsspulen enthaltende innere konzentrische

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Rohr an beiden Enden offen ist. Bei dieser Anordnung kann man die inneren Induktionsspulen wesentlich besser kühlen, weil man das Kühlmittel am einen Ende des Rohres zuführen und am anderen Ende abführen kann. Bei der vorher beschriebenen Anordnung mit dem an einem Ende geschlossenen Innenrohr muß durch dieses Innenrohr das Kühlmittel sowohl hinals auch zurückgeleitet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die im inneren konzentrischen Rohr angeordneten Spulen auf einem konzentrisch im Innenrohr und von diesem lösbar angeordneten Tragrohr befestigt sind. Mit diesem Tragrohr sollen die inneren Induktionsspulen montiert und im Innenrohr fixiert werden. Da das Innenrohr aus Gründen des besseren Wirkungsgrades der Pumpe möglichst dünnwandig und auch mit geringem Abstand von den Induktionsspulen ausgestaltet werden soll, ist es zweckmäßig, dieses Innenrohr möglichst von statischen Aufgaben zu entlasten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Tragrohr hohl ausgebildet ist und.zur Zu- oder Abfuhr eines Kühlmittels für die Induktionsspulen ausgestaltet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig, wenn das Innenrohr an einem Ende geschlossen ist. Dann kann man das Kühlmittel beispielsweise durch das Tragrohr zuführen, am Ende umlenken und dann durch die Induktionsspulen zurückleiten (oder umgekehrt).

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung für elektromagnetische Pumpen bei hohen und wechselnden Temperaturen wird vorgeschlagen, daß die beiden konzentrischen Rohre an einem Ende durch einen Axialkompensator verbunden sind. Wenn man die zwischen Außen- und Innenrohr möglichen unterschiedlichen Ausdehnungen durch einen Kompensator ausgleichen

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kann, werden Außen- bzw. Innenrohr weniger belastet und können daher dünner ausgeführt werden. Da die Wandstärke der Außen- bzw. Innenrohre für die elektromagnetische Kraft der Pumpe einen erheblichen Widerstand darstellt, ist es von besonderer Bedeutung, wenn man diese Wandstärke auf das geringstzulässige Maß begrenzen kann.

Die Figuren 1 bis 4 zeigen mögliche Ausführungsbexspiele der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch eine doppelwirkende elektromagnetische Pumpe mit einem in Axialrichtung angeordneten Zufluß und einem rechtwinklig dazu angeordneten Abfluß für das Flüssigmetall.

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch die in Figur 1 dargestellte Pumpe.

Figur 3 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch eine doppelwirkende elektromagnetische Pumpe mit einem an beiden Enden zugänglichen Innenrohr und je einem, rechtwinklig dazu angeordneten Stutzen für den Zu- bzw, Abfluß des Flüssigmetalls.

Figur 4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der Figur 3, nämlich den zwischen Innen- und Außenrohr angeordneten Kompensator,

Figur 1 zeigt im Längs axialschnitt eine flüssigmetallführende und in einem Stutzen .31 auslaufende Rohrleitung, welcher an ein Außenrohr 1 anschließt, in das konzentrisch ein ebenfalls aus einem unmagnetischen und elektrisch verhältnismäßig schlecht leitenden Metall hergestelltes Innenrohr 2 eingesetzt ist, das durch seine Formgebung einen möglichst

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ungestörten Einlauf der durch die Pfeile angedeuteten Flüssigkeitsströmung in den zwischen Innen- und Außenrohr befindlichen eigentlichen Pumpkanal 3 gewährleistet. Jenseits des Pumpkanals bilden Innen- und Außenrohr einen ringförmigen Sammler 4, von dem aus rechtwinklig eine weiterführende Rohrleitung 5 abzweigt. Auf das Außenrohr 1 ist ein erster Satz von Spulen 6 aufgeschoben, die beispielsweise aus elektrisch oxydiertem Aluminiumband gewickelt sind und in entsprechenden Nuten in einem Paket aus isoliert voneinander aufeinandergestape I ten Transformatorenblechen 7 angeordnet sind. Gegen die Wärmeeinwirkung von der Rohrleitung her sind die Spulen mit einer thermischen Isolierung 8 geschützt. Analog hierzu ist der Aufbau eines zweiten Spulensatzes, der vom freien Ende her in das Innenrohr 2 geschoben ist und aus Spulen 9 in einem Blechpaket 10 und mit einer Isolierung 11 besteht. Die beiden Spulensätze 6 bzw. 9 werden zweckmäßigerweise in dem gleichen Bereich des Pumpkanals 3, d. h. einander gegenüberliegend, angeordnet. Es wird so die günstigste Ausbildung des auf das Fördergut einwirkenden elektromagnetischen Feldes erreicht. Die Versorgung der Spulen 6 bzw. 9 mit elektrischem Strom erfolgt über Leitungen 12 bzw. 13 (nur schematisch angedeutet). Der zweite Spulensatz ist auf einem Tragrohr 14 angeordnet, das mit Stegen 15 auf der Innenseite des Innenrohres 2 geführt wird und in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine hier nicht gezeigte Verschraubung lösbar befestigt ist. Das Tragrohr 14 ist hohl und dient zugleich als Ableitung 27 für ein Kühlfluid, beispielsweise Stickstoff, das durch Leitungen 26 an die Spulen 9 gebracht werden kann. Die Kühlwirkung wird durch die Anordnung einer Wärmeisolierung 16 in der Spitze des Innenrohres 2 unterstützt. In ähnlicher Weise wird auch der mit einem Mantel 17 umgebene erste Spulensatz gekühlt, wobei das Kühlmittel über eine Zuleitung 18 und eine Ableitung 19 fließt. Sowohl das Blechpaket 7 als auch das

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Blechpaket 10 sind in ihrem Querschnitt sternförmig (siehe Figur 2), so daß sich zwischen den einzelnen Stegen des Pakets ausreichende Zwischenräume 21 bzw. 22 finden. Der gleichmäßige Abstand zwischen Außenrohr 1 und Innenrohr 2 wird durch mehrere über den Umfang verteilte stegförmige Abstandshalter 20 sichergestellt. Zu Reparatur- und Wartungszwecken oder wenn die Pumpe zur Änderung ihrer Charakteristik mit einem anderen Spulensatz bestückt werden soll, könnendie Spulen 6 des ersten Satzes abgewickelt werden. Die Spulen 9 des zweiten Satzes sind ohne weiteres auswechselbar, nachdem die Befestigung des Tragrohres 14 gelöst und dieses aus dem Innenrohr 2 herausgezogen Avorden ist. Der Pumpenkanal ist durch diese Form für Wiederholungsprüfungen zugänglich, ohne daß die Flüssigmetall führenden Leitungen geöffnet werden müßten, wodurch ein großer Fertigungs- und Prüfungsaufwand für etwa nach einer Reparatur neu herzustellende Schweißnähte eingespart wird.

Figur 2 zeigt im gleichen Maßstab und mit den in Figur 1 schon benutzten Bezeichnungen, wie die Kühlkanäle und die Induktionsspulen radial angeordnet sind.

Figur 3 zeigt ebenfalls im gleichen Maßstab und, soweit gleiche Teile betroffen sind, mit den gleichen Bezeichnungen wie in Figur 1 eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pumpe mit verbesserter Kühlung der inneren Induktionsspule 9. Das Außenrohr 1 weist hier auch an der Einlaufseite einen als Verteiler des über eine Leitung 28 zufließenden Flüssigmetaiis wirkenden ringförmigen Raum auf und ist über einen Kompensator 23 mit dem Innenrohr 2 verbunden. In dieses Innenrohr ist das Tragrohr 14 eingeschoben, das zugleich als Kanal 30 für einen zusätzlichen Strom von Kühlfluid dient»

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Figur 4 zeigt Einzelheiten des Kompensators 23. Der Ausgleich der z. B. infolge von Wärmeeeinwirkung unterschiedlichen Dehnungen von Außenrohr 1 und Innenrohr 2 erfolgt über ein Wellrohr 24, das inspiziert und geprüft werden kann. Zum Ablassen des Flüssigmetalls ist eine verschließbare Öffnung 25 vorgesehen.

- 9 Ansprüche

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L e e r s e i t e

Claims

24.343.8 We/Fe 18.08.1976

Ansprüche

Elektromagnetische Pumpe für elektrisch leitende Flüssigkeiten mit Induktionsspulen, die an einem in Längsrichtung durchströmbaren, aus zwei konzentrischen Rohren gebildeten Ringkanal angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet,

daß das innere konzentrische Rohr (2) Induktionsspulen (9) enthält.

2, Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß innerhalb und außerhalb des Ringkanals (3) Induktionsspulen (6, 9) angeordnet sind.

3, Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2_f dadurch gekennzeichnet,

daß das Induktionsspulen (9) enthaltende innere konzentrische Rohr (2) an einem Ende offen und am anderen Ende geschlossen ist.

4, Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß am Außenrohr (1) der Pumpe als Zufluß für das Flüssigmetall ein in axialer Richtung angeordneter Stutzen £31) vorhanden ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktionsspulen (9) enthaltende innere konzentrische Rohr (2) an beiden Enden offen ist.

6. Elektromagnetische Pumpe nach den Ansprüchen 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die im inneren konzentrischen Rohr (2) angeordneten Spulen (9) auf einem konzentrisch im Innenrohr und von diesem lösbar angeordneten Tragrohr (14) befestigt sind.

7. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrohr (14) hohl ausgebildet ist und zur Zu- oder Abfuhr eines Kühlmittels für die Induktionsspulen (9) ausgestaltet ist.

8. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 5, für hohe und wechselnde Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden konzentrischen Rohre (1,2) an einem Ende durch einen Kompensator (23, 24) verbunden sind.

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