JP4082830B2

JP4082830B2 - Electromagnetic pump and fluid circulation device using the pump

Info

Publication number: JP4082830B2
Application number: JP29158499A
Authority: JP
Inventors: 利枝相澤; 裕之大田; 正好中崎; 稔船渡; 宏太郎丸川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-10-13
Filing date: 1999-10-13
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: JP2001119920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は導電性流体に外部から進行磁場を与えて、この導電性流体に誘導電流を誘起させ、この誘導電流と外部磁界との相互作用によりポンピングを起こさせる電磁ポンプと、その電磁ポンプを用いた流体循環装置に係り、特に高速増殖炉の冷却材である液体金属ナトリウム、核融合に用いられるリチウムの循環ポンプ、あるいは電磁冶金における液体金属移送ポンプなどに好適な電磁ポンプおよび同ポンプを用いた流体循環装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、三相誘導型の電磁ポンプは、三相交流巻線を導体流体の流れ方向、すなわち電磁ポンプの軸方向に各相の順に分布させ、この三相交流巻線に三相交流電流を流し、この電流の流れ方向に進行磁場を発生させ、いわゆる「フレミングの右手の法則」を応用することにより、導電性流体中に誘導電流が流れるようにしている。この誘導電流と進行磁界との相互作用により電磁力を生じさせ、この電磁力による導電性流体の推進力を得てポンプとして適用する。なお、この電磁力は誘導電動機におけるトルクを発生する力、リニアモータにおける推力等と同じである。
【０００３】
このような三相誘導型の電磁ポンプは構造上、フラット・リニア型電磁ポンプとアニュラ・リニア型電磁ポンプの２種類に大別される。本発明の電磁ポンプはこのうち、アニュラ・リニア型電磁ポンプの改良に関するものである。このアリュラ・リニア型電磁ポンプは、流体の流路断面が環状であることから、ＡｎｎｕｌａｒＬｉｎｅａｒＩｎｄｕｃｔｉｏｎＰｕｍｐ（以下ＡＬＩＰと記す）と呼ばれ、ダクト構造の信頼性、安全性が高いことから、大容量ポンプ、あるいは高い信頼性が要求される導電性流体２のポンプとして採用されている。
【０００４】
このようなＡＬＩＰの基本構造について、図６および図７により説明する。
【０００５】
この電磁ポンプ１は、例えば液体金属ナトリウムなどの導電性流体２を流すものであり、外側ダクト３および内側ダクト４により同心の二重管構造の二重ダクトを構成し、その外側ダクト３と内側ダクト４により形成された環状流路５内を導電性流体２が流動するようになっている。
【０００６】
外側ダクト３の外側には多数枚の電磁鋼板を積み重ねた外側積層鉄心６が周方向に配されている。各外側積層鉄心６の外側ダクト３側の端部に形成されたスロット７内に環状の外側固定子コイル８が軸方向に多数配置されており、これら外側固定子コイル８は三相交流が進行磁場を作るように結線されている。また、積層鉄心６は、多数枚ある電磁鋼板の周方向両端に端板を設置し、その電磁鋼板を積層鉄心６の周方向に設けた穴に差し込まれた固定具で固定する構成となっている。
【０００７】
このように構成された電磁ポンプ１においては、外側固定子コイル８に三相交流電流を供給することにより、導電性流体２が吸込口である流体入口１０から環状流路５を流れ、吐出口である流体出口１１から外部へ移送される。そして、外側固定子コイル８に発生するジュール損失や、外側積層鉄心６に発生する鉄損等の内部発熱、および導電性流体２からの入熱等を外側積層鉄心６の外周側に配設されたケーシング１２内に外部から冷媒を循環させて除熱するのが一般的である。
【０００８】
近年、このような電磁ポンプ１を大容量化し、高速増殖炉の主循環系の循環ポンプへ採用すること等が検討されている。この場合、図７に示すように、内側積層鉄心９にも内側固定子コイル１３を配設し、外側固定子コイル８と内側固定子コイル１３により励磁することで、進行磁界を強くしてポンプ力を増強することにより、電磁ポンプの小型化を図るとともに、一層の信頼性や運転効率の向上を図ることが期待されている。
【０００９】
さらに、ケーシング１２により電磁ポンプ１の全体を密封被覆する構成とし、導電性流体２中に浸漬して使用することもある。その場合には、外部からの冷媒循環設備が不要な高温下でも使用できるようにする技術開発が必要となる。しかしながら、前記の内側積層鉄心９、外側積層鉄心６や内側固定子コイル１３、外側固定子コイル８等の各耐熱温度には限界があり、これらの発熱は外側ダクト３、内側ダクト４またはケーシング１２を介して環状流路５を流れる導電性流体２で除熱する必要がある。
【００１０】
例えば高速増殖炉の主循環系の循環ポンプとして使用する場合には、導電性流体２である液体金属ナトリウムの温度が約３５０℃であり、コイルのジュール熱による損失、鉄損等のステータ内部発熱がナトリウム温度に加わるため、外側積層鉄心６、内側積層鉄心９、外側固定子コイル８、内側固定子コイル１３等がナトリウム温度以上の高温下で使用される。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電磁ポンプでは、コイル８が電線材料、積層鉄心６が珪素鋼板等の磁性体材料、ダクトがオーステナイト系ステンレス鋼等の材料を用いており、ステータの内部構造物は各部材で材質が異なる。このため、導電性流体２の温度変化時に電磁ポンプ部材間の熱膨張差を吸収する必要がある。さらに、ステータ内部発熱は、固定子コイルや鉄心の耐熱温度に限度があり、外側ダクト３、内側ダクト４、またはケーシング１２を介して環状流路５に流れる導電性流体２で除熱するため、この熱膨張差を吸収して積層鉄心６をダクト３へ押し付ける構造物が必要である。また、上記の電磁ポンプは、導電性流体２を移送する装置であり、導電性流体２の渦流れや旋回流等の流体流れによる構造への影響を低減する必要がある。
【００１２】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、電磁ポンプで運転中や輸送時に必要とされる固定が施され、ステータ内部発熱の導電性流体による除熱性が向上でき、安定したナトリウム流動を行わせることができる電磁ポンプおよび同ポンプを用いた流体循環装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明では、外側ダクトと内側ダクトとを同心的に配置してそれらの間を導電性流体の流路とし、前記外側ダクトの外周側に外側積層鉄心を配置するとともに前記内側ダクトの内周側に内側積層鉄心を配置し、前記各外側積層鉄心のスロットにそれぞれ固定子コイルを配置して、導電性流体が存在する前記流路に進行磁場を形成する電磁ポンプにおいて、前記内側ダクトの端部でかつ前記導電性流体の前記流路への入口側となる端部側に円錐状部材を設置し、その円錐状部材の周壁に前記導電性流体の流入を許容する孔を穿設したことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１４】
請求項２の発明では、請求項１記載の電磁ポンプにおいて、円錐状部材の外面側に導電性流体の旋回流を防止する旋回流防止部材を設置したことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１５】
請求項３の発明では、請求項１または２記載の電磁ポンプにおいて、前記外側ダクトの軸方向に沿う一端側に配置される前記外側積層鉄心に、ダクト軸方向の熱膨張を吸収する軸方向クランプ機構を設け、この軸方向クランプ機構は、前記外側積層鉄心の軸方向一端側に設けられた鉄心押えが前記外側積層鉄心の背面に位置するアライメントプレートに固定され、このアライメントプレートを外周側から径方向に支持するフレームの同端部側にフレーム押え板がボルトによって固定され、前記鉄心押えと前記フレーム押え板とがキーによって周方向および径方向に位置決めされ、上部フレーム押え板の外側面と前記フレームのフランジとの間に弾性板からなる軸方向スプリングプレートが挟持固定され、かつこの軸方向スプリングプレートに前記鉄心押え上に取り付けた軸方向スプリングプレート受けが当接するよう構成されたことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１６】
請求項４の発明では、請求項１または２記載の電磁ポンプにおいて、前記外側積層鉄心を前記外側ダクト側に押し付ける径方向クランプ機構を設け、この径方向クランプ機構は、前記外側ダクトの軸方向に沿うように複数の板ばねからなるスプリングプレートが配置され、かつ前記外部積層鉄心の背面に位置するアライメントプレートを外周側から径方向に支持するよう設けられるフレームにそれぞれ各スプリングプレートの長さ方向中央部が支持されるように構成されたことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１７】
請求項５の発明では、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電磁ポンプにおいて、前記外側ダクトの軸方向に沿う他端側に配置される前記外側積層鉄心と、この外側積層鉄心の同端側に設けられた第２の鉄心押えとの間に、径方向移動を許容する摺動部を設けたことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１８】
請求項６の発明では、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電磁ポンプにおいて、外側ダクトと内側ダクトとの間で形成される導電性流体の流路部に振れ止め部材を設けたことを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００１９】
請求項７の発明では、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電磁ポンプをタンク内に縦型に設置し、導電性流体を前記タンクの下端に設けた流体入口から導入して前記タンク内の下部プレナムから前記電磁ポンプを通して上部プレナムまで導いた後、前記タンクの側壁部に設けた流体出口から流出させるように構成された流体循環装置において、前記電磁ポンプから上昇した前記導電性流体を受ける前記上部プレナムは、前記導電性流体を流出するための窓をその周壁に有する上板付き筒状のケーシングにより形成されるとともに、前記導電性流体を前記上部プレナム内にて前記窓まで案内する次第に拡径するフローガイドと、前記窓から流出する前記流体を前記流体出口まで下降させるためのフロースカートとを有することを特徴とする電磁ポンプを提供する。
【００２０】
請求項８の発明では、請求項７記載の流体循環装置において、ケーシングの上板の導電性流体接液側に上向きの勾配を設けるとともに、前記上板の勾配の上側終端位置にガス抜き孔を設けたことを特徴とする流体循環装置を提供する。
【００２１】
請求項９の発明では、請求項７または８に記載の流体循環装置において、フローガイドは上側が拡径するラッパ状のもので、上端が上部プレナム内に開放しており、このフローガイドの下端壁に流体流通用のドレン孔を設けたことを特徴とする流体循環装置を提供する。
【００２２】
請求項１０の発明では、請求項７から９までのいずれかに記載の流体循環装置において、電磁ポンプの内部にその外部から窒素を供給し、あるいは放出する管を設けたことを特徴とする流体循環装置を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
まず、図１および図２によって、電磁ポンプの実施形態を説明する。なお、電磁ポンプの全体構成については、図６および図７に示したものと略同様であるから、図６および図７もそのまま参照する。
【００３０】
図１は、本実施形態による電磁ポンプの要部を示す軸方向部分断面図であり、図２は同じく径方向部分断面積図である。
【００３１】
これらの図に示すように、本実施形態の電磁ポンプにおいては、外側積層鉄心６がその径方向両端部をサイドプレート１４によって挟み込んだ構成とされており、外側ダクト３の周りに放射状に配置されている。一対のサイドプレート１４は、それらが挟み込んでいる１つの外側積層鉄心６の外周側に突出して互いに対向しており、これらのサイドプレート１４の突出部の対向部分に、軸方向に沿う長尺なアライメントプレート１５が嵌合され、ボルト１５ａによって締着されている。
【００３２】
このように外側積層鉄心６は、その周方向および径方向の位置を背面のアライメントプレート１５により決められている。そして、サイドプレート１４とアライメントプレート１５とを、それらの熱膨張を同じにすべく、熱膨張率が同等の材料、例えば同質材料により構成し、同質材料としては、非磁性体で錆びにくく、かつ高温で十分な強度を有するもの、例えばＳＵＳ３０４を適用している。
【００３３】
このような構成とすることにより、電磁ポンプ１の運転時には、サイドプレート１４とアライメントプレート１５とが一体構造として考えられることから、ほぼ同一の温度になる。したがって、サイドプレート１４とアライメントプレート１５とを同材質とすることにより、電磁ポンプ運転時のサイドプレート１４とアライメントプレート１５との熱膨張差をなくすことができ、外側積層鉄心６間に隙間が生じることを防止することができる。これにより、熱膨張吸収機構が不要となり、構造の簡単化が図れるとともに、外側積層鉄心６間に隙間ができないので、外側積層鉄心６の支持部材にかかる荷重の低減も図れる。
【００３４】
外側積層鉄心６のさらに外周側には、アライメントプレート１５の外周面側から径方向支持を行うためのフレーム１６およびバッキングリング１７が配置されている。フレーム１６とバッキングリング１７とはボルト１７ａにより固定され、これらが軸方向に沿って複数連結されている。フレーム１６とバッキングリング１７とは、ポンプ運転時にサイドプレート１４およびアライメントプレート１５との熱膨張差を低減できる材質の組合せとなっている。例えば、温度差が小さい場合には同材質、温度差が大きい場合には磁性ニッケル合金（例えばインコネル）とステンレス鋼との組合せである。
【００３５】
このように構成された電磁ポンプ１において、アライメントプレート１５とフレーム１６とをＳＵＳ３０４等の同材質とした場合、電磁ポンプの運転時には、アライメントプレート１５とフレーム１６との温度差が低減でき、電磁ポンプ運転時の熱膨張差を低く抑えることができる。温度差が大きく、積み重ねる高さが大きい場合には、アライメントプレート１５の一部または全ての材質をインコネル等の熱膨張係数の小さい材質とすることにより、アライメントプレート１５とフレーム１６との熱膨張差を小さくすることができる。
【００３６】
なお、バッキングリング１７は、アライメントプレート１５から一定の隙間を保持して配置されている。これにより、アライメントプレート１５とバッキングリング１７との間には配線等を通す空間が確保でき、例えばコイル口出し配線をバッキングリング１７内の軸方向に沿って設置する等、構成のコンパクト化が図れる。
【００３７】
次に、外側積層鉄心６の軸方向一端側（図１の上部）においては、鉄心押え１８が、アライメントプレート１５にボルト（図示しない）によって固定されている。また、フレーム１６の同端部側には、上部押え板１９がボルト１９ａによって固定されている。そして、上部鉄心押え１８と上部押え板１９とが、キー２０によって、周方向および径方向に位置決めされている。さらに、上部押え板１９の外側面とフレーム１６のフランジ２２との間に、弾性板からなる軸方向スプリングプレート２１が、ボルト２２ａによって挟持固定されている。この軸方向スプリングプレート２１に、上部鉄心押え１８上に取り付けた軸方向スプリングプレート受け２３が当接している。
【００３８】
これにより、外側積層鉄心６とアライメントプレート１５との間の軸方向変位は、上部鉄心押え１８および軸方向スプリングプレート受け２３を介して軸方向スプリングプレート２１に伝わり、軸方向スプリングプレート２１の変形によって反力が生じ、クランプ機構が構成されるようになっている。軸方向スプリングプレート２１の材質は非磁性体とされ、高温強度が高いニッケル合金、例えばインコネルとされている。
【００３９】
このような構成の下で、アライメントプレート１５とフレーム１６の材質を例えばＳＵＳ３０４とした場合、ポンプ運転時に、ポンプ積み高さが大きいときには、アライメントプレート１５とフレーム１６との間に熱膨張差が生じるが、この熱膨張差を受けても、インコネル等の熱膨張が小さい材質を用いた軸方向スプリングプレート２１は弾性挙動範囲内にあり、外側積層鉄心６とフレーム１６との熱膨張差を吸収することができる。
【００４０】
一方、アライメントプレート１５の背面には、複数の板ばねからなる径方向スプリングプレート２４が配置されている。この径方向スプリングプレート２４は、それぞれの中央部でフレーム１６にボルト２４ａにより固定されており、両端部分が、アライメントプレート１５の背面に設けた径方向スプリングプレート受け２５に弾性的に当接し、これにより、クランプ機構が構成されている。即ち、外側積層鉄心６とアライメントプレート１５との径方向変位は、径方向スプリングプレート受け２５を介して径方向スプリングプレート２４に伝わる。そして、径方向スプリングプレート２４の変形によって反力が生じ、これによりクランプ機構が構成されるものである。
【００４１】
このように構成されるクランプ機構に要求される機能について説明すると、以下の通りである。ステータの放熱性の観点から、外側ダクト３と外側積層鉄心６との接触面においては、接触熱抵抗を小さくするための接触面圧を確保する必要がある。ポンプ運転時には、組立時に比べて外側積層鉄心６と外側ダクト３との隙間が広がる傾向にある。すなわち、接触面圧が低下する傾向にある。したがって、本実施形態においては、組立時に径方向スプリングプレート２４を予め変形させて反力が発生する状態にしておく。これにより、運転時に外側積層鉄心６とダクト３との隙間が広がろうとしても、それに打ち勝ってスプリングプレート２４の弾性力で両者が圧接され、所定の接触面圧を確保することができるものである。
【００４２】
このように、本実施形態の構成によれば、いかなる運転時においても、外側積層鉄心６とダクト３との接触面圧を保持することができ、ステータから外部への放熱性を確保してコイルの過大な温度上昇が抑止されるとともに、コイル絶縁部材の健全性が確保されるものとなる。
【００４３】
なお、径方向スプリングプレート２４の中央部をボルト２４ａによって固定する前記構成によると、この径方向スプリングプレート２４の両端を自由端とすることができ、これにより、径方向スプリングプレート２４の変位は、近接する部材の熱変位の影響を受けないものとすることができる。したがって、径方向スプリングプレート２４に、これと異材質のアライメントプレート１５との間で熱膨張差が生じても、両端が自由であるため荷重を受けず、熱膨張に影響されない径方向クランプ機構が実現できる。
【００４４】
次に、外側積層鉄心６の他端側（図１における下部）の摺動部について説明する。図１に示すように、外側積層鉄心６の最下段の下部位置に鉄心押え２６が配置され、この鉄心押え２６の上に外側積層鉄心６およびアライメントプレート１５が載置されている。そして、この鉄心押え２６の下面がスライドプレート２７およびキー２８を介して底板２９上にスライド可能に支持されている。そして、鉄心押え２６の下面およびスライドプレート２７の上面に、例えば高温不活性ガス中での表面処理、例えばＣｏｌｍｏｎｏｙ，Ｓｔｅｌｌｉｔｅ，クロムカーバイドの溶射等の摩擦係数が小さくなる表面処理が施してある。
【００４５】
このような構成によると、各運転状態での温度条件により電磁ポンプ内の部材が熱膨張差で相対変位しようとしても、外側積層鉄心６の下部にスライドプレート１６を設けることにより相対的な滑りが可能となり、ステータ下部の摩擦を低減することにより、過大応力発生防止が図れる。また、外側積層鉄心６とダクト３との間の接触面圧を所定値に保持することができる。
【００４６】
なお、摺動部としては、スライドプレート２７に代え、例えばボールベアリング等の回転体を適用して摩擦を減少させる構成のものとしてもよい。
【００４７】
次に、図３〜図５によって電磁ポンプを用いた流体循環装置の実施形態について説明する。
【００４８】
図３は全体構成図であり、図４および図５はそれぞれ図３の下部および上部の拡大図である。
【００４９】
この流体循環装置は概述して、電磁ポンプをタンク内に縦型に設置し、流体をタンクの下端に設けた流体入口から導入し、タンク内の下部プレナムから電磁ポンプを通して上部プレナムまで導いた後、タンクの側壁部に設けた流体出口から流出させるようにしたものである。
【００５０】
即ち、電磁ポンプ１はタンク３０内に設置されており、この電磁ポンプ１は下部プレナム４１から導電性流体２を吸引し、環状流路５を構成するダクト３部において、電磁力により導電性流体２を昇圧するようになっている。そして、昇圧された導電性流体２は、フローガイド３１を通って上部プレナム３２に流入し、窓３３から流出した後、フロースカート３４とケーシング１２を下降して、中間シール３５とタンク３０とによって形成される中間プレナム３６を通過し、タンク外部へ流出する。このうち、導電性流体２の一部は中間シール３５部を透過し、タンク内に液面３７を形成するとともに、オーバフローノズル３８を通過して導電性流体２の主系統ラインに戻される。
【００５１】
詳述すると、図４に示すように、内側ダクト４と外側ダクト３との間で形成される流路間に、振れ止め部材４３が設けられている。この振れ止め部材４３は、外側ダクト３および内側ダクト４の双方に取り付けてもよく、また片側だけに取り付けてもよい。そして、振れ止め部材４３の取付け位置はダクト下部に取り付けられており、振れ止め部材４３の断面の形状は四角形、楕円形その他の流線形等とされている。
【００５２】
このような振れ止め部材４３により、導電性流体２が流れる流路幅が周方向で一定になるとともに、内外ステータ４０，４２の偏心が防止される。即ち、電磁ポンプの上部を固定した際、ダクト３の下部が周方向および径方向に振れることが防止される。
【００５３】
したがって、電磁ポンプの運転中での周方向振動を低減できるとともに、内側ステータと外側ステータ４０の偏心を防止できるようになる。さらに、この振れ止め部材３４は、内側ダクト４と外側ダクト３とによって形成される流路間に配置されるため、導電性流体の流路幅を固定することができる。
【００５４】
また、内側ステータ４２下部には円錐状部材４４が設置され、この円錐状部材４４には、導電性流体２を流入できる孔４５が穿設されている。この円錐状部材４４は装置荷重を軽減するため、薄肉構造となっている。導電性流体２の温度が急激に変化する熱過渡時には、円錐状部材４４が内側ステータ４２のケーシング１２と等温にならないため、円錐状部材４４とケーシング１２との間には応力がかかると想定される。この応力を生じさせないために、円錐状部材４４に導電性流体２が流れる複数個の孔４５を形成したものである。
【００５５】
このような構成によると、電磁ポンプ１の運転中に導電性流体２の温度が変化した場合、円錐状部材４４の内部に導電性流体２が流れることによって、内側ステータ４２内部から導電性流体２中へ放熱することができる。
【００５６】
また、内側ステータ４２下部の円錐状部材４４には、十字状配置その他の間隔的配置で複数個の旋回防止リブ４６が設置され、タンク３０の入口部３０ａから流入される導電性流体２が旋回して流入されることを防止するようになっている。
【００５７】
このような構成によると、電磁ポンプ１に流入される導電性流体２がポンプ入口部で旋回することが防止され、余分な渦流による流量損失の減少が図れる。
【００５８】
図５はタンク３０の導電性流体出口部側の上部プレナム３２部分の拡大図である。
【００５９】
上部プレナム３２は、上板４７で塞がれた二重円筒管により構成され、外側の円筒管には導電性流体２が流れる複数個の窓３３が形成されている。導電性流体２は、電磁ポンプ１の出口部から上部プレナム３２に流入し、上部プレナム３２の窓３３を通った後、その外周側に設けられたフロースカート３４に沿って下降し、タンク外部に排出される。
【００６０】
また、フロースカート３４の内側の窓３３の高さ位置および上部プレナム３２となる二重円筒管の内外隙間の位置に、フローガイド５３，５４が設置されている。
【００６１】
これらのフローガイド５３，５４は、窓３３の出入口部分で発生する導電性流体２の渦流れを防止し、渦流れによる応力集中を低減することができる。
【００６２】
また、プレナムの上板４７の流体接液側（下面）は上板４７の外側に向かって勾配を持っており、上板４７の板厚は外側ほど薄くなっている。そして、この上板４７の勾配部分の最外周位置にはガス抜き孔４８が穿設されている。
【００６３】
電磁ポンプ運転開始時には特に、導電性流体中にガスが混入している場合が予想され、このガスはプレナム３２の上部に集まり、集まったガスは上板４７の勾配によって上板外周部に集まり、ガス抜き穴４８を通って、ケーシング１２とフロースカート３４の間に輸送され、ガス放出管３９を通ってタンク液面３７内に放出される。
【００６４】
また、電磁ポンプの環状流路５を構成するダクト３に連設するタンク３０側の流路壁部位には、ベローズ５４が設置されている。
【００６５】
このような構成によれば、電磁ポンプ構造部材間の熱膨張差を吸収することができる。即ち、各電磁ポンプ１のケーシング１２は、その電磁ポンプ１の荷重伝達経路を構成するため肉厚構造となる。一方、ダクト３は電磁ポンプ１の磁界によって発生する渦電流による損失を小さくするため、薄肉構造となっている。このため、導電性流体２の温度が急変化した過渡時には、ケーシング１２とダクト３とは等温度とならず、このため、これらの間に熱膨張差が生じ、特に薄肉構造のダクト３に応力が集中することが予想される。
【００６６】
これに対し、本実施形態では、ケーシング１２とダクト３との間にベローズ５５を設置し、このベローズ５４により熱膨張差を吸収する構成となっているため、導電性流体２の温度変化時に電磁ポンプ構造部材間の熱膨張差を吸収することができる。
【００６７】
また、ダクト３とベローズ５５との連設部には、フローガイド５０が設置されている。このフローガイド５０は上側が拡径するラッパ状のもので上端が上部プレナム３２内に開放しており、このフローガイド５０の下端壁に流体流通用のドレン孔５２が設けられている。
【００６８】
このような構成によると、フローガイド５０により導電性流体２がダクト３からプレナム３２へ急拡流することによる圧力損失を防止することができ、導電性流体２の剥離が阻止され、急拡流による圧力損失が低減できる。また、フローガイド５０のドレン孔５２により、導電性流体２のドレン時に、その導電性流体２がベローズ５４とフローガイド５０との間に溜まることが防止され、容易に排出される。
【００６９】
なお、電磁ポンプ１の内部には前述したように、高電圧のコイルと鉄心とから構成される外側ステータ４０が設置されており、したがって、高電圧コイルの絶縁破壊防止上の観点から通常、窒素が封入される。この場合、電磁ポンプ１はケーシング１２により完全に密封されるが、ステータ温度が通常５００℃程度まで昇温するため、ポンプ内部の窒素温度も上昇し、このため、窒素圧力が電磁ポンプ内部温度に追従して増減する。
【００７０】
そこで本実施形態では、内部圧力を一定に制御する目的から、窒素を注入あるいは放出する管５１を設けている。この管５１は上部プレナム３２を貫通するコンジット内を通して外部から電磁ポンプ内部に敷設され、外部で一定圧力制御される。
【００７１】
このような構成によれば、電磁ポンプ内部に封入する窒素を供給あるいは排出する作用により、ステータ内部全体に窒素を循環させることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、サイドプレートとアライメントプレートとを同材質とすることにより熱膨張差を緩和し、熱膨張吸収機構が不要として構造が簡単な電磁ポンプを提供することができる。また、外側積層鉄心間に隙間が生じないので、積層鉄心支持部材にかかる荷重の低減が図れる。
【００７３】
また、本発明によれば、アライメントプレートとフレームとの熱膨張差を低減することができるとともに、積層鉄心ブロックとフレームとの熱膨張差を吸収することができる。
【００７４】
また、本発明によれば、いかなる運転時においても積層鉄心ブロックとダクトとの間の接触面圧を保持することにより、ステータから外部への放熱性を確保し、コイルの過大な温度上昇を抑止し、コイル絶縁部材の健全性を確保することができる。
【００７５】
さらに、本発明によれば、径方向スプリングプレートを異材質であるアライメントプレートとの熱膨張差が生じても両端が自由としたため、荷重を受けず、したがって、径方向クランプ機構は熱膨張に影響されない。
【００７６】
また、本発明によれば、アライメントプレートとバッキングリングとの間に空間を設けるにより、コイル口出しの配線がバッキングリング内の軸方向に設置でき、コンパクト化が図れる。さらにまた、ステータ下部の摩擦を低減することにより、電磁ポンプ内の部材は相対的な滑りを可能とし、外側ダクトと外側積層鉄心との接触面圧を保持することができる。
【００７７】
また、電磁ポンプの上部を固定する場合、ダクト下部に振れ止めを設け、内側ステータと外側ステータを固定することにより、電磁ポンプの運転中での周方向振動を低減でき、内側ステータと外側ステータとの偏心を防止することができる。さらに、振れ止め部材は、内側ダクトと外側ダクトとの導電性流体が流れる流路間にを設けることにより、導電性流体の流路幅を固定することができる。
【００７８】
また、本発明によれば、円錐体の内部に導電性流体を流入するようにして、内側ステータ内部の温度を導電性流体中へ放熱することができ、また電磁ポンプ入口部で起こる導電性流体の旋回流の防止、上部プレナム部に流入される導電性流体の流動変動の低減、プレナム部に溜るガスを低減、ダクトの熱膨張伸び吸収、出口部の圧損低減、ステータ内部全体への窒素循環等が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電磁ポンプの一実施形態を示す要部拡大図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図。
【図３】本発明に係る流体循環装置の一実施形態を示す全体縦断面図。
【図４】図３の下部を拡大して示す図。
【図５】図３の上部を拡大して示す図。
【図６】電磁ポンプの基本構成を示す斜視切欠断面図。
【図７】図６の横断面図。
【符号の説明】
１電磁ポンプ
２導電性流体
３外側ダクト
４内側ダクト
５環状流路
６外側積層鉄心
７スロット
８外側固定子コイル
９内側積層鉄心
１０流体入口
１１流体出口
１２ケーシング
１３内側固定子コイル
１４サイドプレート
１５アライメントプレート
１６フレーム
１７バッキングリング
１８上部鉄心押え
１９上部押え板
２０キー
２１軸方向スプリングプレート
２２フランジ
２３軸方向スプリングプレート受け
２４径方向スプリングプレート
２５径方向スプリングプレート受け
２６鉄心押え
２７スライドプレート
２８キー
２９底板
３０タンク
３１フローガイド
３２上部プレナム
３３窓
３４フロースカート
３５中間シール
３６中間プレナム
３７液面
３８オーバーホールノズル
３９ガス放出管
４０外側ステータ
４１下部プレナム
４２内側ステータ
４３振れ止め部材
４４円錘状部材
４５孔
４６リブ
４７上板
４８ガス抜き孔
４９ベローズ
５０フローガイド
５１窒素注入管
５２プレナム内部フローガイド
５３プレナムとフロースカート間のフローガイド
５４フローガイド
５５ベローズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides an electromagnetic pump that applies a traveling magnetic field to a conductive fluid from the outside, induces an induced current in the conductive fluid, and causes pumping by interaction between the induced current and the external magnetic field, and uses the electromagnetic pump. Electromagnetic pump and pump suitable for liquid metal sodium which is a coolant for fast breeder reactor, lithium circulation pump used for nuclear fusion, or liquid metal transfer pump for electromagnetic metallurgy, etc. The present invention relates to a fluid circulation device.
[0002]
[Prior art]
In general, a three-phase induction type electromagnetic pump distributes a three-phase AC winding in the order of each phase in the flow direction of the conductor fluid, that is, the axial direction of the electromagnetic pump, and allows a three-phase AC current to flow through the three-phase AC winding. By generating a traveling magnetic field in the current flow direction and applying the so-called “Fleming's right hand rule”, an induced current flows in the conductive fluid. An electromagnetic force is generated by the interaction between the induced current and the traveling magnetic field, and a propelling force of the conductive fluid is obtained by the electromagnetic force and applied as a pump. This electromagnetic force is the same as the force that generates torque in the induction motor, the thrust in the linear motor, and the like.
[0003]
Such three-phase induction type electromagnetic pumps are broadly classified into two types: a flat linear electromagnetic pump and an annular linear electromagnetic pump. Among them, the electromagnetic pump of the present invention relates to an improvement of an annular / linear electromagnetic pump. This Alura linear type electromagnetic pump is called an annular linear induction pump (hereinafter referred to as “ALIP”) because the fluid flow passage has a circular cross section. Since the duct structure has high reliability and safety, it has a large capacity. It is used as a pump or a pump of the conductive fluid 2 that requires high reliability.
[0004]
The basic structure of such ALIP will be described with reference to FIGS.
[0005]
The electromagnetic pump 1 is for flowing a conductive fluid 2 such as liquid metal sodium, for example. The outer duct 3 and the inner duct 4 form a concentric double-pipe double duct. The conductive fluid 2 flows in the annular flow path 5 formed by the duct 4.
[0006]
On the outside of the outer duct 3, an outer laminated iron core 6 in which a large number of electromagnetic steel plates are stacked is arranged in the circumferential direction. A large number of annular outer stator coils 8 are arranged in the axial direction in slots 7 formed at the end of each outer laminated core 6 on the outer duct 3 side, and these outer stator coils 8 undergo three-phase alternating current. Wired to create a magnetic field. In addition, the laminated iron core 6 has a configuration in which end plates are installed at both ends in the circumferential direction of a large number of electromagnetic steel sheets, and the electromagnetic steel sheets are fixed by fixtures inserted into holes provided in the circumferential direction of the laminated iron core 6. Yes.
[0007]
In the electromagnetic pump 1 configured as described above, by supplying a three-phase alternating current to the outer stator coil 8, the conductive fluid 2 flows through the annular flow path 5 from the fluid inlet 10 which is a suction port, and the discharge port. It is transferred to the outside from the fluid outlet 11. Then, internal heat generation such as Joule loss generated in the outer stator coil 8, iron loss generated in the outer laminated iron core 6, heat input from the conductive fluid 2, and the like are disposed on the outer peripheral side of the outer laminated iron core 6. Generally, heat is removed by circulating a refrigerant from the outside in the casing 12.
[0008]
In recent years, it has been studied to increase the capacity of such an electromagnetic pump 1 and adopt it for a circulation pump of a main circulation system of a fast breeder reactor. In this case, as shown in FIG. 7, an inner stator coil 13 is also arranged on the inner laminated core 9, and excitation is performed by the outer stator coil 8 and the inner stator coil 13, thereby strengthening the traveling magnetic field and pumping. By increasing the force, it is expected to reduce the size of the electromagnetic pump and further improve the reliability and operating efficiency.
[0009]
Further, the entire electromagnetic pump 1 may be hermetically covered with the casing 12 and may be used by being immersed in the conductive fluid 2. In that case, it is necessary to develop a technology that makes it possible to use an external refrigerant circulation facility even at a high temperature where unnecessary. However, each heat resistance temperature of the inner laminated core 9, the outer laminated core 6, the inner stator coil 13, the outer stator coil 8, etc. is limited, and these heat generations are caused by the outer duct 3, the inner duct 4, or the casing 12. It is necessary to remove heat with the conductive fluid 2 flowing through the annular flow path 5 via the.
[0010]
For example, when used as a circulation pump in the main circulation system of a fast breeder reactor, the temperature of the liquid metal sodium, which is the conductive fluid 2, is about 350 ° C., and the internal heat generation of the stator such as loss due to coil Joule heat and iron loss. Is added to the sodium temperature, the outer laminated iron core 6, the inner laminated iron core 9, the outer stator coil 8, the inner stator coil 13 and the like are used at a high temperature equal to or higher than the sodium temperature.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In the electromagnetic pump described above, the coil 8 is made of a wire material, the laminated core 6 is made of a magnetic material such as a silicon steel plate, and the duct is made of a material such as austenitic stainless steel. . For this reason, it is necessary to absorb the thermal expansion difference between the electromagnetic pump members when the temperature of the conductive fluid 2 changes. Furthermore, since the heat generation inside the stator has a limit in the heat resistance temperature of the stator coil and the iron core, the heat is removed by the conductive fluid 2 flowing in the annular flow path 5 via the outer duct 3, the inner duct 4, or the casing 12, A structure that absorbs this thermal expansion difference and presses the laminated core 6 against the duct 3 is necessary. The electromagnetic pump is a device for transferring the conductive fluid 2 and needs to reduce the influence on the structure due to the fluid flow such as the vortex flow or the swirl flow of the conductive fluid 2.
[0012]
The present invention has been made in view of such circumstances. The purpose of the present invention is to provide a fixing required during operation or transportation by an electromagnetic pump, and to improve heat removal by a conductive fluid generated in the stator. Another object of the present invention is to provide an electromagnetic pump capable of performing stable sodium flow and a fluid circulation device using the pump.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the outer duct and the inner duct are concentrically arranged to form a conductive fluid flow path therebetween, and the outer laminated core is disposed on the outer peripheral side of the outer duct. And an inner laminated iron core on the inner peripheral side of the inner duct, and stator coils are arranged in the slots of the outer laminated iron cores to form a traveling magnetic field in the flow path where the conductive fluid exists. In the electromagnetic pump, the inner ductAt the end andA conical member is installed on an end side which is an inlet side of the conductive fluid to the flow path, and a hole allowing the inflow of the conductive fluid is formed in a peripheral wall of the conical member. An electromagnetic pump is provided.
[0014]
  In the invention of claim 2,2. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein a swirling flow preventing member for preventing swirling flow of the conductive fluid is installed on the outer surface side of the conical member.An electromagnetic pump is provided.
[0015]
  In the invention of claim 3,3. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein an axial clamp mechanism that absorbs thermal expansion in the duct axial direction is provided in the outer laminated iron core disposed on one end side along the axial direction of the outer duct, and this axial direction is provided. In the clamp mechanism, an iron core presser provided on one end side in the axial direction of the outer laminated core is fixed to an alignment plate located on the back surface of the outer laminated iron core, and the clamp mechanism is configured to support the alignment plate in the radial direction from the outer peripheral side. A frame presser plate is fixed to the end side by a bolt, and the iron core presser and the frame presser plate are positioned in a circumferential direction and a radial direction by a key, and between the outer surface of the upper frame presser plate and the flange of the frame. An axial spring plate made of an elastic plate is clamped and fixed, and the axial spring plate is mounted on the iron core presser. Received digit axial spring plate is adapted to abutAn electromagnetic pump is provided.
[0016]
  In the invention of claim 4,3. The electromagnetic pump according to claim 1, further comprising a radial clamp mechanism that presses the outer laminated core toward the outer duct, and the radial clamp mechanism includes a plurality of leaf springs along the axial direction of the outer duct. And a center portion in the longitudinal direction of each spring plate is supported by a frame provided so as to support the alignment plate located on the back surface of the outer laminated core in the radial direction from the outer peripheral side. ConfiguredAn electromagnetic pump is provided.
[0017]
  In the invention of claim 5,5. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein the outer laminated iron core is disposed on the other end side along the axial direction of the outer duct, and is provided on the same end side of the outer laminated iron core. A sliding part that allows radial movement is provided between the second iron core presserAn electromagnetic pump is provided.
[0018]
  In the invention of claim 6,6. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein a steadying member is provided in a flow path portion of the conductive fluid formed between the outer duct and the inner duct.An electromagnetic pump is provided.
[0019]
  In the invention of claim 7,The electromagnetic pump according to any one of claims 1 to 6 is vertically installed in a tank, and a conductive fluid is introduced from a fluid inlet provided at a lower end of the tank, and the electromagnetic pump is introduced from a lower plenum in the tank. In the fluid circulation device configured to flow through an electromagnetic pump to an upper plenum and then flow out from a fluid outlet provided in a side wall of the tank, the upper plenum receiving the conductive fluid raised from the electromagnetic pump, A flow guide that is formed by a cylindrical casing with an upper plate having a window for flowing out the conductive fluid on its peripheral wall, and that gradually increases the diameter of the conductive fluid in the upper plenum to guide the window. And a flow skirt for lowering the fluid flowing out of the window to the fluid outlet.An electromagnetic pump is provided.
[0020]
  In the invention of claim 8, the claim of claim7In the fluid circulation device described above, an upward gradient is provided on the conductive fluid wetted side of the upper plate of the casing, and a gas vent hole is provided at an upper end position of the gradient of the upper plate. I will provide a.
[0021]
    In the invention of claim 9,9. The fluid circulation device according to claim 7, wherein the flow guide has a trumpet shape whose diameter is enlarged on the upper side, and an upper end is open in the upper plenum, and a drain for fluid circulation is provided on a lower end wall of the flow guide. Provided is a fluid circulation device characterized in that a hole is provided.
[0022]
  In the invention of claim 10,10. The fluid circulation device according to claim 7, wherein a pipe for supplying or releasing nitrogen from the outside of the electromagnetic pump is provided inside the electromagnetic pump.I will provide a.
[0028]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0029]
First, an embodiment of an electromagnetic pump will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The overall configuration of the electromagnetic pump is substantially the same as that shown in FIGS. 6 and 7, and therefore FIGS. 6 and 7 are also referred to as they are.
[0030]
FIG. 1 is an axial partial sectional view showing a main part of the electromagnetic pump according to the present embodiment, and FIG. 2 is a radial partial sectional view.
[0031]
As shown in these drawings, in the electromagnetic pump of this embodiment, the outer laminated iron core 6 is configured such that both end portions in the radial direction are sandwiched by the side plates 14 and are arranged radially around the outer duct 3. ing. The pair of side plates 14 protrudes toward the outer peripheral side of one outer laminated core 6 sandwiched between them, and is opposed to each other. A long portion along the axial direction is opposed to the protruding portion of these side plates 14. The alignment plate 15 is fitted and fastened by a bolt 15a.
[0032]
Thus, the outer laminated iron core 6 has its circumferential and radial positions determined by the rear alignment plate 15. The side plate 14 and the alignment plate 15 are made of a material having the same coefficient of thermal expansion, for example, a homogeneous material, so that the thermal expansion of the side plate 14 and the alignment plate 15 is the same. A material having sufficient strength at a high temperature, for example, SUS304 is applied.
[0033]
With such a configuration, when the electromagnetic pump 1 is operated, the side plate 14 and the alignment plate 15 can be considered as an integral structure, so that the temperatures are substantially the same. Therefore, by using the same material for the side plate 14 and the alignment plate 15, the difference in thermal expansion between the side plate 14 and the alignment plate 15 during operation of the electromagnetic pump can be eliminated, and a gap is generated between the outer laminated cores 6. This can be prevented. As a result, the thermal expansion absorbing mechanism is not required, the structure can be simplified, and a gap is not formed between the outer laminated cores 6. Therefore, the load applied to the support member of the outer laminated core 6 can be reduced.
[0034]
On the further outer peripheral side of the outer laminated core 6, a frame 16 and a backing ring 17 are disposed for radial support from the outer peripheral surface side of the alignment plate 15. The frame 16 and the backing ring 17 are fixed by bolts 17a, and a plurality of these are connected along the axial direction. The frame 16 and the backing ring 17 are a combination of materials that can reduce the difference in thermal expansion between the side plate 14 and the alignment plate 15 during pump operation. For example, the same material is used when the temperature difference is small, and a combination of a magnetic nickel alloy (for example, Inconel) and stainless steel when the temperature difference is large.
[0035]
In the electromagnetic pump 1 configured as described above, when the alignment plate 15 and the frame 16 are made of the same material such as SUS304, the temperature difference between the alignment plate 15 and the frame 16 can be reduced during operation of the electromagnetic pump. The difference in thermal expansion during operation can be kept low. When the temperature difference is large and the stacking height is large, a part or all of the alignment plate 15 is made of a material having a small coefficient of thermal expansion, such as Inconel, so that the difference in thermal expansion between the alignment plate 15 and the frame 16 is achieved. Can be reduced.
[0036]
The backing ring 17 is disposed with a certain gap from the alignment plate 15. As a result, a space for wiring and the like can be secured between the alignment plate 15 and the backing ring 17. For example, the coil lead-out wiring can be installed along the axial direction in the backing ring 17 and the configuration can be made compact.
[0037]
Next, on one end side in the axial direction of the outer laminated iron core 6 (upper part in FIG. 1), the iron core retainer 18 is fixed to the alignment plate 15 with bolts (not shown). Further, an upper pressing plate 19 is fixed to the same end portion side of the frame 16 by bolts 19a. The upper core presser 18 and the upper presser plate 19 are positioned by the key 20 in the circumferential direction and the radial direction. Further, an axial spring plate 21 made of an elastic plate is clamped and fixed between the outer surface of the upper presser plate 19 and the flange 22 of the frame 16 by bolts 22a. An axial spring plate receiver 23 mounted on the upper iron core retainer 18 is in contact with the axial spring plate 21.
[0038]
As a result, the axial displacement between the outer laminated core 6 and the alignment plate 15 is transmitted to the axial spring plate 21 via the upper core retainer 18 and the axial spring plate receiver 23, and due to the deformation of the axial spring plate 21. A reaction force is generated, and a clamp mechanism is configured. The material of the axial spring plate 21 is a non-magnetic material and is a nickel alloy having a high high temperature strength, for example, Inconel.
[0039]
Under such a configuration, when the material of the alignment plate 15 and the frame 16 is, for example, SUS304, a difference in thermal expansion occurs between the alignment plate 15 and the frame 16 when the pump stacking height is large during pump operation. However, even if this thermal expansion difference is received, the axial spring plate 21 using a material having a small thermal expansion such as Inconel is within the elastic behavior range and absorbs the thermal expansion difference between the outer laminated core 6 and the frame 16. be able to.
[0040]
On the other hand, a radial spring plate 24 composed of a plurality of leaf springs is disposed on the back surface of the alignment plate 15. The radial spring plate 24 is fixed to the frame 16 by bolts 24a at the respective central portions, and both end portions elastically contact a radial spring plate receiver 25 provided on the back surface of the alignment plate 15, Thus, a clamp mechanism is configured. That is, the radial displacement between the outer laminated core 6 and the alignment plate 15 is transmitted to the radial spring plate 24 via the radial spring plate receiver 25. Then, a reaction force is generated by the deformation of the radial spring plate 24, whereby a clamp mechanism is configured.
[0041]
The functions required for the clamp mechanism configured as described above will be described as follows. From the viewpoint of the heat dissipation of the stator, it is necessary to secure a contact surface pressure for reducing the contact thermal resistance at the contact surface between the outer duct 3 and the outer laminated core 6. During the pump operation, the gap between the outer laminated core 6 and the outer duct 3 tends to be wider than that during assembly. That is, the contact surface pressure tends to decrease. Therefore, in the present embodiment, the radial spring plate 24 is deformed in advance during assembly so that a reaction force is generated. As a result, even if the gap between the outer laminated iron core 6 and the duct 3 is widened during operation, the two can be overcome and pressed by the elastic force of the spring plate 24 to ensure a predetermined contact surface pressure. is there.
[0042]
Thus, according to the configuration of the present embodiment, the contact surface pressure between the outer laminated core 6 and the duct 3 can be maintained during any operation, and heat dissipation from the stator to the outside can be ensured. As a result, an excessive temperature rise is suppressed, and the soundness of the coil insulating member is ensured.
[0043]
In addition, according to the said structure which fixes the center part of the radial direction spring plate 24 with the volt | bolt 24a, both ends of this radial direction spring plate 24 can be made into a free end, Thereby, the displacement of the radial direction spring plate 24 is It is possible to avoid the influence of thermal displacement of adjacent members. Therefore, even if a difference in thermal expansion occurs between the radial spring plate 24 and the alignment plate 15 made of a different material, a radial clamping mechanism that does not receive a load and is not affected by thermal expansion because both ends are free. realizable.
[0044]
Next, the sliding part on the other end side (lower part in FIG. 1) of the outer laminated core 6 will be described. As shown in FIG. 1, an iron core retainer 26 is disposed at the lowermost position of the outer laminated iron core 6, and the outer laminated iron core 6 and the alignment plate 15 are placed on the iron core retainer 26. The lower surface of the iron core retainer 26 is slidably supported on the bottom plate 29 via the slide plate 27 and the key 28. The lower surface of the iron core retainer 26 and the upper surface of the slide plate 27 are subjected to a surface treatment that reduces the friction coefficient, for example, a surface treatment in a high-temperature inert gas, for example, spraying of Colmonoy, Steel, or chromium carbide.
[0045]
According to such a configuration, even if the members in the electromagnetic pump try to be relatively displaced due to the difference in thermal expansion depending on the temperature conditions in each operation state, relative sliding is caused by providing the slide plate 16 at the lower part of the outer laminated core 6. It is possible to prevent excessive stress from occurring by reducing the friction under the stator. Moreover, the contact surface pressure between the outer laminated iron core 6 and the duct 3 can be maintained at a predetermined value.
[0046]
The sliding portion may be configured to reduce friction by applying a rotating body such as a ball bearing instead of the slide plate 27.
[0047]
Next, an embodiment of a fluid circulation device using an electromagnetic pump will be described with reference to FIGS.
[0048]
3 is an overall configuration diagram, and FIGS. 4 and 5 are enlarged views of a lower part and an upper part of FIG. 3, respectively.
[0049]
This fluid circulation device can be outlined as follows: an electromagnetic pump is installed vertically in the tank, fluid is introduced from a fluid inlet provided at the lower end of the tank, and is guided from the lower plenum in the tank to the upper plenum through the electromagnetic pump. The liquid is made to flow out from the fluid outlet provided in the side wall of the tank.
[0050]
That is, the electromagnetic pump 1 is installed in the tank 30, and the electromagnetic pump 1 sucks the conductive fluid 2 from the lower plenum 41, and in the duct 3 part constituting the annular flow path 5, the conductive fluid is generated by electromagnetic force. 2 is boosted. The pressurized conductive fluid 2 flows into the upper plenum 32 through the flow guide 31, flows out of the window 33, descends the flow skirt 34 and the casing 12, and is separated by the intermediate seal 35 and the tank 30. It passes through the formed intermediate plenum 36 and flows out of the tank. Among these, a part of the conductive fluid 2 passes through the intermediate seal 35, forms a liquid level 37 in the tank, passes through the overflow nozzle 38, and is returned to the main system line of the conductive fluid 2.
[0051]
Specifically, as shown in FIG. 4, a steadying member 43 is provided between the flow paths formed between the inner duct 4 and the outer duct 3. This steadying member 43 may be attached to both the outer duct 3 and the inner duct 4, or may be attached only to one side. The mounting position of the steadying member 43 is attached to the lower part of the duct, and the cross-sectional shape of the steadying member 43 is rectangular, elliptical or other streamline.
[0052]
With such a steady member 43, the width of the flow path through which the conductive fluid 2 flows is constant in the circumferential direction, and the eccentricity of the inner and outer stators 40 and 42 is prevented. That is, when the upper part of the electromagnetic pump is fixed, the lower part of the duct 3 is prevented from swinging in the circumferential direction and the radial direction.
[0053]
Therefore, it is possible to reduce the circumferential vibration during operation of the electromagnetic pump and to prevent the inner stator and the outer stator 40 from being eccentric. Further, since the steady member 34 is disposed between the flow paths formed by the inner duct 4 and the outer duct 3, the flow width of the conductive fluid can be fixed.
[0054]
  In addition, a conical member 44 is installed below the inner stator 42, and a hole 45 through which the conductive fluid 2 can flow is formed in the conical member 44. This conical member 44 has a thin structure in order to reduce the load on the apparatus. It is assumed that stress is applied between the conical member 44 and the casing 12 because the conical member 44 does not become isothermal with the casing 12 of the inner stator 42 during a thermal transient in which the temperature of the conductive fluid 2 rapidly changes. The In order not to generate this stress, a plurality of holes 45 through which the conductive fluid 2 flows are formed in the conical member 44.
[0055]
According to such a configuration, when the temperature of the conductive fluid 2 changes during operation of the electromagnetic pump 1, the conductive fluid 2 flows into the conical member 44, thereby causing the conductive fluid 2 from the inside of the inner stator 42. It is possible to dissipate heat inside.
[0056]
Further, the conical member 44 below the inner stator 42 is provided with a plurality of anti-rotation ribs 46 in a cross-like arrangement or other interval arrangement, so that the conductive fluid 2 flowing from the inlet 30a of the tank 30 rotates. Thus, the inflow is prevented.
[0057]
According to such a configuration, the conductive fluid 2 flowing into the electromagnetic pump 1 is prevented from swirling at the pump inlet, and the flow loss due to the excess vortex can be reduced.
[0058]
FIG. 5 is an enlarged view of the upper plenum 32 portion of the tank 30 on the conductive fluid outlet side.
[0059]
The upper plenum 32 is constituted by a double cylindrical tube closed by an upper plate 47, and a plurality of windows 33 through which the conductive fluid 2 flows are formed in the outer cylindrical tube. The conductive fluid 2 flows into the upper plenum 32 from the outlet of the electromagnetic pump 1, passes through the window 33 of the upper plenum 32, and then descends along the flow skirt 34 provided on the outer peripheral side thereof, to the outside of the tank. Discharged.
[0060]
In addition, flow guides 53 and 54 are installed at the height position of the window 33 inside the flow skirt 34 and the position of the inner and outer gaps of the double cylindrical tube that becomes the upper plenum 32.
[0061]
These flow guides 53 and 54 can prevent the vortex flow of the conductive fluid 2 generated at the entrance / exit portion of the window 33 and reduce stress concentration due to the vortex flow.
[0062]
Further, the fluid contact side (lower surface) of the upper plate 47 of the plenum has a gradient toward the outer side of the upper plate 47, and the plate thickness of the upper plate 47 is thinner toward the outer side. A gas vent hole 48 is formed in the outermost peripheral position of the slope portion of the upper plate 47.
[0063]
In particular, when the electromagnetic pump is started, it is expected that gas is mixed in the conductive fluid. This gas collects at the upper portion of the plenum 32, and the collected gas collects at the outer periphery of the upper plate due to the gradient of the upper plate 47. It is transported between the casing 12 and the flow skirt 34 through the gas vent hole 48, and discharged into the tank liquid level 37 through the gas discharge pipe 39.
[0064]
Moreover, the bellows 54 is installed in the flow-path wall part by the side of the tank 30 connected with the duct 3 which comprises the annular flow path 5 of an electromagnetic pump.
[0065]
According to such a structure, the thermal expansion difference between electromagnetic pump structural members can be absorbed. That is, the casing 12 of each electromagnetic pump 1 has a thick structure to constitute a load transmission path of the electromagnetic pump 1. On the other hand, the duct 3 has a thin-walled structure in order to reduce loss due to eddy current generated by the magnetic field of the electromagnetic pump 1. For this reason, during a transition in which the temperature of the conductive fluid 2 suddenly changes, the casing 12 and the duct 3 do not become isothermal, and a difference in thermal expansion occurs between them, and stress is applied particularly to the thin-walled duct 3. Is expected to concentrate.
[0066]
On the other hand, in this embodiment, since the bellows 55 is installed between the casing 12 and the duct 3 and this bellows 54 absorbs the thermal expansion difference, the electromagnetic fluid is changed when the temperature of the conductive fluid 2 changes. The difference in thermal expansion between the pump structural members can be absorbed.
[0067]
  In addition, a flow guide 50 is installed at a connecting portion between the duct 3 and the bellows 55. The flow guide 50 has a trumpet shape whose upper diameter is enlarged, and an upper end thereof is opened in the upper plenum 32, and a drain hole 52 for fluid circulation is provided in a lower end wall of the flow guide 50.
[0068]
According to such a configuration, the flow guide 50 can prevent pressure loss due to the sudden expansion of the conductive fluid 2 from the duct 3 to the plenum 32, and the separation of the conductive fluid 2 is prevented. The pressure loss due to can be reduced. Further, the drain hole 52 of the flow guide 50 prevents the conductive fluid 2 from being accumulated between the bellows 54 and the flow guide 50 when the conductive fluid 2 is drained, and is easily discharged.
[0069]
In addition, as described above, the outer stator 40 composed of a high-voltage coil and an iron core is installed inside the electromagnetic pump 1. Therefore, from the viewpoint of preventing dielectric breakdown of the high-voltage coil, normally, nitrogen is used. Is enclosed. In this case, the electromagnetic pump 1 is completely sealed by the casing 12, but since the stator temperature normally rises to about 500 ° C., the nitrogen temperature inside the pump also rises, so that the nitrogen pressure becomes the electromagnetic pump internal temperature. Increase or decrease following.
[0070]
Therefore, in the present embodiment, a tube 51 for injecting or releasing nitrogen is provided for the purpose of controlling the internal pressure to be constant. This pipe 51 is laid from the outside inside the electromagnetic pump through a conduit passing through the upper plenum 32, and is controlled at a constant pressure outside.
[0071]
According to such a configuration, nitrogen can be circulated throughout the interior of the stator by the action of supplying or discharging nitrogen sealed in the electromagnetic pump.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the side plate and the alignment plate are made of the same material, so that the difference in thermal expansion can be reduced, and an electromagnetic pump having a simple structure can be provided without the need for a thermal expansion absorption mechanism. . Further, since no gap is generated between the outer laminated cores, the load applied to the laminated core support member can be reduced.
[0073]
Moreover, according to this invention, while being able to reduce the thermal expansion difference of an alignment plate and a flame | frame, the thermal expansion difference of a laminated iron core block and a flame | frame can be absorbed.
[0074]
In addition, according to the present invention, by maintaining the contact surface pressure between the laminated core block and the duct during any operation, heat dissipation from the stator to the outside is ensured, and excessive temperature rise of the coil is suppressed. And the soundness of a coil insulation member is securable.
[0075]
Furthermore, according to the present invention, both ends of the radial spring plate are freed even if a thermal expansion difference from the alignment plate made of a different material occurs, so that no load is received, and therefore the radial clamp mechanism affects the thermal expansion. Not.
[0076]
Further, according to the present invention, by providing a space between the alignment plate and the backing ring, the coil lead-out wiring can be installed in the axial direction in the backing ring, and the size can be reduced. Furthermore, by reducing the friction of the lower part of the stator, the members in the electromagnetic pump can be relatively slipped, and the contact surface pressure between the outer duct and the outer laminated core can be maintained.
[0077]
In addition, when fixing the upper part of the electromagnetic pump, by providing a steady rest at the lower part of the duct and fixing the inner stator and the outer stator, circumferential vibration during operation of the electromagnetic pump can be reduced. Can be prevented. Furthermore, the steadying member can fix the flow path width of the conductive fluid by providing between the flow paths through which the conductive fluid flows between the inner duct and the outer duct.
[0078]
Further, according to the present invention, the conductive fluid flows into the inside of the cone so that the temperature inside the inner stator can be dissipated into the conductive fluid, and the conductive fluid that occurs at the electromagnetic pump inlet portion. Prevention of swirling flow, reduction of flow fluctuations of conductive fluid flowing into the upper plenum, reduction of gas accumulated in the plenum, absorption of thermal expansion and expansion of the duct, reduction of pressure loss at the outlet, circulation of nitrogen throughout the stator Etc.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an enlarged view showing a main part of an embodiment of an electromagnetic pump according to the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is an overall longitudinal sectional view showing an embodiment of a fluid circulation device according to the present invention.
4 is an enlarged view showing a lower part of FIG. 3;
FIG. 5 is an enlarged view showing an upper part of FIG. 3;
FIG. 6 is a perspective cutaway sectional view showing the basic configuration of the electromagnetic pump.
7 is a cross-sectional view of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Electromagnetic pump
2 Conductive fluid
3 Outer duct
4 Inner duct
5 Annular flow path
6 Outer laminated core
7 slots
8 Outer stator coil
9 inner laminated core
10 Fluid inlet
11 Fluid outlet
12 casing
13 Inner stator coil
14 Side plate
15 Alignment plate
16 frames
17 Backing ring
18 Upper iron core presser
19 Upper presser plate
20 keys
21 Axial spring plate
22 Flange
23 Axial spring plate holder
24 radial spring plate
25 Radial spring plate holder
26 Iron core presser
27 Slide plate
28 keys
29 Bottom plate
30 tanks
31 Flow guide
32 Upper Plenum
33 windows
34 Flow Skirt
35 Intermediate seal
36 Intermediate Plenum
37 Liquid level
38 Overhaul nozzle
39 Gas release pipe
40 Outer stator
41 Lower plenum
42 Inner stator
43 steady rest
44 Conical member
45 holes
46 Ribs
47 Upper plate
48 Vent hole
49 Bellows
50 Flow guide
51 Nitrogen injection tube
52 Plenum Internal Flow Guide
53 Flow guide between plenum and flow skirt
54 Flow Guide
55 Bellows

Claims

An outer duct and an inner duct are concentrically arranged to form a conductive fluid flow path therebetween, an outer laminated iron core is arranged on the outer peripheral side of the outer duct, and an inner laminated iron core is disposed on the inner peripheral side of the inner duct. In the electromagnetic pump in which a stator coil is disposed in each of the slots of each outer laminated core, and a traveling magnetic field is formed in the flow path in which a conductive fluid exists, an end of the inner duct and the conductive An electromagnetic pump characterized in that a conical member is installed on the inlet side of the conductive fluid to the flow path, and a hole allowing the inflow of the conductive fluid is formed in a peripheral wall of the conical member.

The electromagnetic pump according to claim 1, wherein a swirl flow preventing member for preventing swirl flow of the conductive fluid is installed on an outer surface side of the conical member.

3. The electromagnetic pump according to claim 1 or 2 , wherein an axial clamp mechanism that absorbs thermal expansion in the axial direction is provided on the outer laminated core disposed on one end side along the axial direction of the outer duct, and the axial clamp is provided. The mechanism is such that an iron core presser provided on one end side in the axial direction of the outer laminated core is fixed to an alignment plate located on the back surface of the outer laminated iron core, and the same end of a frame that supports the alignment plate in the radial direction from the outer peripheral side. A frame presser plate is fixed to the side, the iron core presser and the frame presser plate are positioned in a circumferential direction and a radial direction by a key, and an elastic plate is formed between the outer surface of the frame presser plate and the flange of the frame. The axial spring plate is clamped and fixed to the axial spring plate and mounted on the iron core presser. Electromagnetic pump, characterized in that the rate received is configured to abut.

3. The electromagnetic pump according to claim 1, further comprising a radial clamp mechanism that presses the outer laminated core toward the outer duct, and the radial clamp mechanism includes a plurality of leaf springs along the axial direction of the outer duct. The spring plate is arranged, and the center portion in the length direction of each spring plate is supported by a frame provided to support the alignment plate located on the back surface of the outer laminated core in the radial direction from the outer peripheral side. An electromagnetic pump characterized by that.

5. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein the outer laminated iron core is disposed on the other end side along the axial direction of the outer duct, and is provided on the same end side of the outer laminated iron core. An electromagnetic pump characterized in that a sliding portion allowing radial movement is provided between the second iron core presser .

6. The electromagnetic pump according to claim 1, wherein a steadying member is provided in a flow path of the conductive fluid formed between the outer duct and the inner duct .

The electromagnetic pump according to any one of claims 1 to 6 is installed vertically in a tank, and a conductive fluid is introduced from a fluid inlet provided at a lower end of the tank, and is introduced from the lower plenum in the tank. In the fluid circulation device configured to flow through an electromagnetic pump to an upper plenum and then flow out from a fluid outlet provided in a side wall of the tank, the upper plenum receiving the conductive fluid raised from the electromagnetic pump, A flow guide that is formed by a cylindrical casing with an upper plate having a window for flowing out the conductive fluid on its peripheral wall, and that gradually increases the diameter of the conductive fluid in the upper plenum to guide the window. And a flow skirt for lowering the fluid flowing out of the window to the fluid outlet.

8. The fluid circulation apparatus according to claim 7 , wherein an upward gradient is provided on the conductive fluid contact side of the upper plate of the casing, and a gas vent hole is provided at an upper end position of the gradient of the upper plate. Fluid circulation device.

In fluid circulation system according to claim 7 or 8, the flow guide is intended trumpet shaped that the upper is expanded, upper end is open into the upper plenum, the fluid flow in the lower end wall of the flow guide Drain A fluid circulation device having holes.

10. The fluid circulation device according to claim 7 , wherein a pipe for supplying or releasing nitrogen from the outside of the electromagnetic pump is provided inside the electromagnetic pump.