KR970006068B1 - 전자기 펌프용 내측 고정자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
내용없음.
Description
제1도는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프의 단면도.
제2도는 제1도의 A-A를 따라서 본, 제1도의 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프의 단면도.
제3도는 제2도의 B-B를 따라서 본, 제2도의 환상 선형 흐름 전자기 펌프의 이중 고정자 조립부의 부분 단면도.
제4도는 고정자 코일을 제조하기 위한 코일 감는 장치의 투시도.
제5a도는 복합 철제 링 내측 고정자 유닛의 투시도.
제5b도는 제5a도의 복합 철제 링 고정자 유닛의 철제 구성 부품 하나의 평면도.
제5c도는 제5b도와 동일한 철제 구성부품 하나의 측면도.
제6b도,제6c도,제6d도,제6e도,제6f도 및 제6g도는 제6a도의 복합 철제 링 고정자 유닛을 위한 여러 가지 기계적 패스너 각각의 투시도.
제7도는 구리 스트립의 2티어(tier)로 감긴 코일의 투시도.
제8도는 복합 철제 고정자 링을 조립시 고정하는 것을 나타낸 투시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프 12 : 펌프 하우징
14 : 중심 지지용 지주 16 : 환상의 액체 금속 흐름 채널
18 : 외측 도관 20 : 내측 도관
22 : 액체 금속 흐름의 입구 24 : 액체 금속 흐름의 출구
26 : 외측 고정자 28 : 고정자 철제 링
30 : 고정자 코일 32 : 구리의 스트립 또는 리본
40 : 내측 고정자 42 : 고정자 코일
44 : 구리의 스트립 또는 리본 46 : 코일의 단자
48 : 고정자 철제 링 50 : 고정자 철제 링의 부품
54,54' : 고정자 코일 감기 위한 한쌍의 굴대
56 : 구리 스트립의 가운데 남은 부분 58 : 테이퍼된 또는 쐐기 모양의 부품
60 : 관통 슬롯 60' : 관통 슬롯
본 발명은 액체 금속 냉각 핵분열 리액터 장치를 통해 전기 전도 액체 금속 냉각제를 순환시키는데 일반적으로 쓰이는 형식과 같은 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프의 개량에 관한 것이다.
그와 같은 냉각제 순환 펌프, 액체 금속 냉각 핵분열 리액터 및 이들의 작동이나 기능은 예컨대, 1985년 4월 2일자로 허여된 미국 특허번호 제4,508,677호에 개시되어 있다.
먼저 본 발명의 배경을 설명하고자 한다.
액체 금속을 추진시키는 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프는 일반적으로 다수의 교호의 환상 고정자 코일과 자기 고정자 철로 이루어진 종렬에 의해 둘러싸인 환상 흐름 채널 또는 덕트를 포함한다. 단일 고정자 환상 선형 흐름 유도 펌프로 일반적으로 알려진 이 형식의 전자기 펌프와, 그것을 액체 금속 냉각 핵분열 리액터내에서 사용하는 것에 관해서는 1989년 8월 22일에 허여된 미국 특허번호 제4,859,885호와, 1989년 11월 21일에 허여된 미국 특허번호 제4,882,514호에 개시되어 있다.
그러나, 상기 특허들에 나타낸 것들보다 더 용도가 넓은 선형 흐름 전자기 유도 펌프의 디자인은 이중 고정자 시스템을 채택하고 있다. 이 전자기 펌프 시스템은, 상기 특허에 나타낸 단일 고정자 구조에 추가로 상기 펌프의 중심 선형 액체 흐름 덕트나 채널의 내측에 동심적으로 제2의 내측 고정자 구조가 들어 있다. 제2의 고정자 종렬도 다수의 교호의 환상 고정자 코일과 고정자 철로 이루어져 있다. 외측과 내측의 이중 고정자가 환상 흐름 덕트를 선형으로 통과하는 액체에 공동으로 영향을 미친다.
상기 이중 고정자 펌프 디자인은, 펌프 유닛 사이즈당 더 큰 펌핑 용량을 내며, 즉, 바꾸어 말하면, 더 작은 펌프 유닛에 의해 동일한 용량이 얻어진다. 따라서, 이중 고정자 펌프는 다른 것보다 고효율이고, 용도가 더 넓은 장점을 갖는다.
여기서 상기 미국 특허번호 제4,508,677호와 제4,859,885호 및 제4,882,514호에 개시된 내용은 참고로 기재한 것이다.
이하 본 발명의 개요를 기술한다.
본 발명은 냉각제 사이클을 통하여 액체금속 냉각제를 순환시키기 위해 액체 금속 냉각 핵분열 리액터 장치내에서 운전하는데 적합한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프의 내측 고정자 유닛의 제조방법을 포함하고 있다.
본 발명의 방법은, 구리 도체 스트립의 환상 고정자 코일과 적층 철제 자기 고정자 링으로 이루어진 내측 고정자의 부품들을 제작하고 조립하는 단계 또는 수단을 포함한다.
이하 본 발명을 상세하게 기술하고자 한다.
제1,2 및 3도를 참조하면, 전기 전도 액체 시스템에 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프(10)는, 전형적으로 다음 부품들의 집합을 포함한다 : 즉, 일반적으로 원통형 유닛인 펌프 하우징(12)은, 전자기 유도 시스템을 둘러싸고 있고, 액체 금속 냉각 핵분열 리엑터내에서 냉각체로서 일반적으로 사용되는 액체 나트륨 금속내에 잠긴 상태에서 펌프가 작동하도록 필요한 보호를 한다.
펌프 어셈블리 내측 고정자는 중심 지지용 지주(14)에 의해 견고하게 지지된다. 본 발명의 주제인 이중 고정자 전자기 펌프(10)는, 자기적으로 추진된 액체 금속이 통과하는 환상 흐름 채널(16)을 포함한다. 환상 흐름 채널(15)은, 외측 도관(18)과, 그 안쪽에 동심적으로 배치된 더 작은 내측 도관(20)으로 이루어진다.
펌프(10)를 통과하는 액체 금속의 유도된 선형 흐름은, 입구(22)로부터 환상 흐름 채널(16)로 들어와, 출구(24)에서 방출되는데, 일반적으로 밑바닥의 입구(22)로부터 꼭대기의 출구(24)로 위쪽을 향해 지나간다.
외측 고정자(26)는, 펌프 하우징(12)과 외측 도관(18)사이에 위치한 환상 종렬을 이루는데, 외측 도관(18)의 바깥쪽 둘레에 뻗어 있다. 외측 고정자(26)는 일반적으로 그 디자인이 종래의 것과 같고, 고정자 자기철(28)과 고정자 코일(30)을 포함하는 다수의 교호로 쌓아올려진 환상 고정자 유닛들로 되어 있다. 고정자코일(30)은, 일반적으로 적당한 크기로 감기어 있고, 전기 절연물로 감싼 구리의 스트립이나 리본(32)으로 구성된다. 코일 단자 즉, 전원 단자는 외측 코일(30)의 바깥쪽 둘레로부터 뻗어나와 있다.
고정자 자기 철(28)은, 일반적으로 얇은 철제 부품들이 나란이 정렬하여 복합 유닛으로 적충되어 있다. 그 철제 부품들은 연속적인 복합 링으로 적충되거나, 차례차례 조립되어 링 형태로 된 다수의 따로 떨어진 복합 유닛들이나 패키지들로 적충될 수 있다. 특허번호 제4,882,514호에 나타낸 종래의 단일 고정자 전자기 펌프에서는, 고정자 철제 링(28)과 고정자 코일(30)이 교호로 서로 그 위에 중첩되게 쌓여져, 환상 도관(18)을 둘러싸는 종렬(26)을 형성하고, 자기 추진 선형 흐름 채널이 있다. 환상 흐름 덕트의 바깥쪽에 있는 이 고정자 코일들과 철제 링들의 단일 종렬은 펄스 형태의 액체금속 추진력을 만들어낸다.
본 발명이 적용되는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프에서는, 단일 고정자 펌프 디자인에 일반적인 상기 외측 고정자 종렬(26)에 추가로, 내측 도관(20)의 안쪽에 도관(20)으로 둘러싸인 환상 종렬로 된 내측 고정자(40)가 포함되어 있다. 내측 고정자(40)는, 외측 고정자(26)와 유사한데, 절연된 구리의 스트립 또는 리본(44)이 코일 내부로부터 뻗어나온 단자(46)을 갖는 적당한 크기의 유닛에 감긴 코일(42)을 포함한다. 고정자 철제 링(48)은, 나란히 정렬하여 연속적인 복합 링으로 적충된 얇은 철제 부품(50)들로 이루어진다. 내측 고정자 코일(42)과 고정자 철제 링(48)은 교호로 서로 그 위에 중첩되게 쌓여져, 내측 도관(20)에 의해 둘러싸여진 환상 종렬(40)을 형성한다. 코일(42)은 링(48)으로부터 절연되어 있다. 외측 고정자와 내측 고정자들이, 교호로 쌓여진 구리 코일과 절연된 자기 철제 링으로 환상 종렬로 서로 유사하게 조립되어 만들어져 있음에도 불구하고, 그들의 조립과 운전에 있어서는 대처할 환경이나 계수가 크게 다르다. 예를들면, 외측 고정자에 있어서, 코일과 링의 계속되는 충의 정렬은 이들 환상 부품들이 원통형 도관(18)의 바깥쪽 주위에 설치됨에 의해 확보된다. 그러나, 내측 고정자에 있어서는, 내측 도관(20)이 내측 고정자 종렬(40)의 바깥쪽에 있고, 고정자 유닛의 조립 및 결선이 완료된 후에 도관(20)이 그 고정자 유닛의 둘레에 설치된다. 따라서, 내측 고정자 부품들의 정렬이 요구된다.
게다가, 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 유도 펌프의 펌프 고정자로부터 거기를 통과하는 액체 금속으로의 열전달은 실질적으로 고정자와 흐름간 환형 덕트 인터페이스에 존재하는 틈새에 의해 좌우된다. 즉, 간격이 크면 열전달이 감소되고 고정자의 온도가 증가되지만, 간격이 작으면 반대의 결과로 된다. 제1도의 26과 같은 외측 고정자에 있어서는, 스텐레스 스틸과 같은 전형적인 도관 재료가 높은 열 팽창 계수를 갖고, 전형적인 고정자 철제 재료들이 더 낮은 열팽창 계수를 갖는다는 유리한 조건에 의해서 고정자와 도관(18) 인터페이스 사이의 간격이 최소화된다. 따라서, 펌프가 작동 온도까지 끌어올려지면, 도관(18)의 열팽창이 외측 고정자(26)의 열 팽창을 초과하여 인터페이스에서 밀착되어 꼭 맞게 된다. 그러나, 이중 고정자 전자기 유도 펌프의 내측 고정자에 있어서, 구조가 같거나 유사한 부품 재료들을 사용함으로써 위와 반대의 상황이 발생한다. 즉, 펌프가 작동온도까지 끌어올려지면, 도관(20)은 고정자 철제 링으로부터 멀어진다. 게다가, 외측 도관(18)과 내측 도관(20)간에 차별적인 열팽창이 상당히 발생하여 흐름 채널(16)의 부피가 변화하는 것을 피하기 위해 외측 도관(18)과 내측 도관(20)을 동일한 재료로 만들어야 한다는 요구사항 때문에 문제가 더욱 복잡해진다.
그러므로, 펌프 작동 온도에서 고정자 철제 부품과 도관 인터페이스 사이의 간격을 최소화하는 내측 고정자 디자인을 마련할 필요가 있게 된다.
본 발명의 내측 고정자 코일(42)은, 코일로부터 안쪽으로 돌출되어 있는 전기 단자(46)를 갖는 여러 가지 실시예들을 포함한다. 바람직하게는, 코일의 한 끝은 전원에 연결하기 위한 단자를 마련하는데 사용된다. 게다가, 종래에는 구리나 이와 유사한 금 속의 스트립 또는 리본을 감아서 코일을 제조하였으나, 복합의 권선에 의해서 또는 2 이상의 티어(tier)를 서로 그위에 중첩되게 결합함으로써 1 이상의 티어나 층으로 코일을 형성할 수 있다.
본 발명에 의한 한가지 방법은, 제4도에 나타낸 바와 같이, 서로 반대방향으로 회전하는 한 쌍의 굴대(54,54')에 구리 스트립의 양끝을 감기 시작하여, 구리 스트립(44)이 굴대에 전부 감겨서 두 감긴 권선이 하나를 다른 하나 위에 놓아서 인접할 때까지 감는 것이다. 따라서, 두 감긴 코일들을 연결하는 나머지 중간의 구리 스트립(56)은, 코일내에 또는 그 복합으로 쌓아올린 종렬에 위치하는 단자 부분을 마련한다.
본 발명의 방법의 변형은, 하나의 코일(위쪽 티어)이 작은 바깥 지름으로 감기는 것을 제외하고는, 상기와 같이 서로 반대로 회전하는 굴대(54)에 스트립(44)의 양쪽 끝부분을 감는 것을 포함한다. 더 짧은 위쪽 티어 코일과 아래쪽 코일 티어가 짝지워진 후에, 완성된 코일(42)과 높이, 안쪽 지름이 같은 하나의 짧은 원통형이 두 코일 티어들의 둘레에 위치한다. 그리고나서, 위쪽 티어의 도체 스트립(44)들은 그 원통형에 대해 그리고 서로간에 그 자유로운 끝을 밀고 당김으로써, 바깥쪽을 향해 팽팽하게 부풀게 된다.
또 다른 방법으로는, 아래쪽 티어 코일을 먼저 감는 것이다. 이번에는 완성된 코일과 높이와 안쪽 지름과 같은 짧은 원통형이 아래쪽 티어 둘레에 위치한다. 굴대가 더 회전하면, 각 구리 스트립의 나머지 일부의 또는 절반 길이의 부분들은 동시에 원통형 속으로 들어가고, 나머지 구리 스트립을 모두 사용하면서 위쪽 코일 티어를 형성한다.
상기 방법의 변형으로서는, 구리 스트립의 별도의 길이의 두 권선을 완전하지 않게 연결하는 것이다. 여기서, 2티어의 권선들은 연속적인 스트립보다는 용접이나 납땜된 트랜지션 조인트로 연결된다. 외측 고정자철의 철제 링(예를들면 상기 특허 제4,882,514호의 제3c도와 같은 철제 부품들이 따로따로의 복합 유닛들 또는 패킷들로서 조립된 것인지 여부에 관계없이)은 그 안쪽 지름에서 연속적이지만, 내측 고정자 철제 링(48)들은 그 바깥지름에서 대략 연속적이어야 한다. 이 요구 사항은, 선행 기술에서 지금까지 일반적으로 채용된 바와 같이 철제 부품의 따로따로의 복합 유닛들이나 패킷들을 사용하는 것을 제거시킨다.
본 발명에 의하면, 제5도에 나타낸 바와 같이, 내측 고정자 철제 연속링은, 충분한 개수의 테이퍼된 또는 쐐기 모양의 부품(58)을 단독으로 사용하거나 적당한 간격을 두고 배치된 편평한 부품들과 조합으로 하여 사용하여, 다수의 철제 부품들을 환상 배치 또는 링의 형태로 결합함으로써 제조된다. 조립된 링의 개별 부품들은, 세라믹 접착제나 기계적 장치와 같은 적당한 결합 수단에 의해 함께 적층된다. 그 적절한 기계적 장치는 제6도에 나타낸 바와 같이 각 부품들의 같은 위치를 관통하는 슬롯 구멍(60), 보울트(62), 끝이 구부러진 태브(64), 바아(66), 튜우브(68), 핀 등과 같은 기계적 패스너들을 포함한다. 진동으로 인해 일어날 수 있는 손상을 경감시키기 위해, 고정자 유닛을 죄는 것이 바람직하다. 내측 고정자(40)에 있어서는, 내측 정렬 링(70)의 바깥 지름을 향해 각 적층 유닛의 철을 끌어당김으로써 죌수 있다. 이것은 보울트들을 정렬링(70)의 안쪽 지름 쪽으로부터 패키지 철제 부품내의 암나사 낸 구멍(74)으로 끼움으로서 달성된다. 그러므로, 정렬 링(70)은 내측 고정자 적충 링 조립부의 필수적인 부분이다. 더욱 안전을 기하기 위하여, 정렬링에 적충 유닛을 부착하는데에 유닛 뒤쪽 철을 관통하는 암나사낸 구멍이 있는 바아를 쓸 수도 있다.
제6e도,제6f도,제6g도에 나타낸 바와 같은 패스너를 가장 좁은 폭을 갖고 플럭스 통로에 수직이 되도록 배열함으로써, 펌프 성능에 최소한의 영향을 미치도록 보장된다.
내측 고정자의 열 팽창을 최대로 하기 위해, 정렬 링은, 304 또는 316 스텐레스 스틸과 같은 열 팽창이 큰 합금으로 만들어진다. 따라서, 적충 링의 팽창율은 정렬 링의 팽창율과 고정자 철의 팽창율을 합성한 것이다. 높은 운전 온도와 합성 팽창율의 조합에 의해 내측 고정자 철은 내측 흐름 덕트에 필적하는 열 팽창이 일어난다. 그러므로, 내측 고정자 철과 흐름 덕트간의 간격 및 내측 고정자 온도가 최소화된다. 게다가, 조립시에 수축 피트를 사용함으로써 내측 도관은 내측 고정자 전체의 중요한 밴드 클램프로서의 기능을 한다.
Claims (10)
- 환상 고정자 코일과 적충된 철제 고정자 링의 교호의 유닛들로 구성된 내측 고정자의 조립 단계를 포함하는, 전기 전도 액체 금속에 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법에 있어서, 상기 조립 단계는, 형성된 코일의 내부로부터 안쪽으로 돌출한 둘 이상의 스트립 부분을 단자로서 남겨두고, 절연된 구리 스트립을 굴대에 감아서 고정자 코일 유닛을 형성하는 단계; 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 고정자 철제 링 유닛을 조립하는 단계; 및 액체 금속 시스템에서 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프의 내측 고정자 덕트 안쪽에 설치하기 위한 복합 내측 고정자를 만들기 위해 환상 종렬로 다수의 상기 감은 고정자 코일과 상기 적충 철제 링을 교호로 쌓아올리는 단계를 조합한 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들이, 테이퍼된 철제 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들이, 링 내에 세라믹 접착제로 함께 접착된 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들의 얇은 철제 부품들이, 각각 슬롯 구멍을 갖고, 슬롯 구멍들을 관통하는 기계적 패스너들에 의해 링 내에서 결합시킨 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 환상 고정자 코일의 적충된 고정자 철제 링의 교호의 유닛들로 구성된 내측 고정자의 조립 단계를 포함하는, 전기 전도 액체 금속에 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조방법에 있어서, 상기 조립 단계는, 하나 이상의 구리 스트립의 양끝을 한쌍의 굴대에 감고, 위쪽 티어 권선을 아래쪽 티어 권선에 겹쳐놓아 구리 스트립의 복합된 2티어 코일을 이루기 위해 2티어의 스트립 권선들을 인접하게 함으로써, 위쪽 티어와 아래쪽 티어를 갖는 고정자 코일을 형성하는 단계; 다수의 얇은 철제부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 고정자 철제 링 유닛을 조립하는 단계; 및 액체 금속 시스템에서 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프의 내측 고정자 덕트 안쪽에 설치하기 위한 복합 내측 고정자를 만들기 위해 환상 종렬로 다수의 상기 2티어로 감은 고정자 코일과 상기 적충 철제 링을 교호로 쌓아올리는 단계를 조합한 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들이, 테이퍼된 철제 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 다수의 얇은 철제 부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들이, 링내에 세라믹 접착제로 함께 접착된 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 다수의 얇은 철제부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들의 얇은 철제 부품들이, 각각 슬롯 구멍을 갖고, 슬롯 구멍들을 관통하는 기계적 패스너들에 의해 링 내에서 결합시킨 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 제5항에 있어서, 다수의 얇은 철제부품들이 함께 적충되어 복합 철제 링을 이루는 조립된 환상 유닛들의 둘레에 철제 안전 밴드가 첨부된 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
- 환상 고정자 코일과 적충된 철제 고정자 링의 교호의 유닛들로 구성된 내측 고정자의 조립 단계를 포함하는, 전기 전도 액체 금속에 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법에 있어서, 상기 조립 단계는, 하나 이상의 구리 스트립의 양 끝을 굴대들에 감고, 구리 스트립 권선을 동심적으로 쌓아서 구리 스트립의 복합된 코일을 이루기 위해 스트립 권선들을 인접하게 함으로써, 다수의 티어를 갖는 고정자 코일을 형성하는 단계; 다수의 얇은 철제 박편 부품들이 나란히 이웃하게 함께 적충되어, 둘레의 원주의 클램핑 밴드를 갖는 복합 철제 링을 이루는 고정자 철제 링 유닛을 조립하는 단계; 및 액체 금속 시스템에서 액체 금속을 순환시키는데 사용하기 위한 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 덕트 안쪽에 설치하기 위한 복합 내측 고정자를 만들기 위해 환상 종렬로 다수의 상기 복합 고정자 코일과 적충 철제 링을 교호로 쌓아올리는 단계를 조합한 것을 특징으로 하는 이중 고정자 환상 선형 흐름 전자기 펌프용 내측 고정자 유닛의 제조 방법.
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