RU143586U1

RU143586U1 - SCREW INDUCTOR PUMP

Info

Publication number: RU143586U1
Application number: RU2014102053/07U
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Чермаков; Денис Петрович Бозин; Евгений Евгеньевич Горшков; Евгения Юрьевна Закемовская; Михаил Юрьевич Сидоров; Динара Дамировна Бабаназарова; Ольга Петровна Хафизова; Рафаиль Амирович Нагайбеков
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Специальное машиностроительное конструкторское бюро"
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-07-27

Abstract

1. Индуктор винтового индукционного насоса, включающий средства создания магнитного поля, отличающийся тем, что средства создания магнитного поля выполнены в виде размещенных по окружности, заключенных в оболочку из магнитомягкого материала и разделенных между собой прокладками из немагнитного материала блоков постоянных магнитов, каждый из которых имеет центральный сегмент, намагниченный радиально, и два боковых сегмента, намагниченных под углом по отношению к центральному, причем центральные сегменты размещены с чередованием полюсов по окружности.2. Индуктор по п. 1, отличающийся тем, что угол намагничивания боковых сегментов по отношению к центральному составляет преимущественно 45°.1. The inductor of a screw induction pump, including means of creating a magnetic field, characterized in that the means of creating a magnetic field are made in the form of placed around the circumference, enclosed in a shell of magnetically soft material and separated by gaskets of non-magnetic material blocks of permanent magnets, each of which has a central segment magnetized radially and two side segments magnetized at an angle with respect to the central one, the central segments being alternating between the poles s around the circumference. 2. The inductor according to claim 1, characterized in that the magnetization angle of the side segments with respect to the central one is predominantly 45 °.

Description

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции индукторов винтовых индукционных насосов, используемых для перекачивания жидких металлов в атомной энергетике, химической и металлургической промышленности.The utility model relates to electrical engineering, namely, to the design of inducers of screw induction pumps used for pumping liquid metals in nuclear energy, chemical and metallurgical industries.

Известна магнитная система винтового электромагнитного насоса в виде соленоида с ферромагнитным экраном (RU, патент № 2106735, H02N 44/04, Опубл. 10.03.1998 г.).The known magnetic system of a screw electromagnetic pump in the form of a solenoid with a ferromagnetic screen (RU, patent No. 2106735, H02N 44/04, publ. 03/10/1998).

Недостатком данной магнитной системы является то, что в случае использования магнитной системы в виде соленоида с ферромагнитным экраном высокое значение индукции в рабочем зазоре насоса обеспечивается закачкой большой энергии в обмотку соленоида. При этом неизбежные потери преобразуются в тепло, а при большом рабочем зазоре это приводит к значительным тепловым потерям. Это усугубляет имеющийся жесткий тепловой режим работы основных элементов винтового электромагнитного насоса.The disadvantage of this magnetic system is that in the case of using a magnetic system in the form of a solenoid with a ferromagnetic screen, a high value of induction in the working clearance of the pump is ensured by the injection of large energy into the coil of the solenoid. In this case, the inevitable losses are converted into heat, and with a large working gap this leads to significant heat losses. This exacerbates the existing hard thermal operation of the main elements of a screw electromagnetic pump.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является индуктор электромагнитного индукционного насоса, включающий установленную на валу приводного двигателя ферромагнитную спинку магнитопровода, к которой примыкают с одной стороны постоянные магниты (SU, авторское свидетельство № 561268, H02N 4/02, Опубл. 05.06.1977 г., дата опубликования описания 18.08.1977 г.). Промежутки между соседними разноименно-полюсными магнитами заполнены немагнитной сталью. Снаружи на вращающийся индуктор надето немагнитное бандажное кольцо, обеспечивающее прочность индуктора. Магнитное поле в электромагнитном индукционном насосе может быть создано при помощи обмотки, питаемой постоянным током. Постоянные магниты заменяются в этом случае электротехнической сталью и обмотка располагается в промежутках между полюсами.Closest to the claimed utility model is the inductor of an electromagnetic induction pump, comprising a ferromagnetic back of the magnetic core mounted on the shaft of the drive motor, to which are connected permanent magnets (SU, copyright certificate No. 561268, H02N 4/02, Publish. 05.06.1977 , date of publication of the description of August 18, 1977). The gaps between adjacent opposite-pole magnets are filled with non-magnetic steel. Outside, a non-magnetic retaining ring is put on the rotating inductor, which ensures the strength of the inductor. A magnetic field in an electromagnetic induction pump can be created using a winding powered by direct current. Permanent magnets are replaced in this case by electrical steel and the winding is located in the spaces between the poles.

Недостатком данного индуктора электромагнитного индукционного насоса является то, что в условиях работы такого индуктора при повышенных температурах наблюдается падение индукции в рабочем зазоре насоса до 20% и более из-за наличия у постоянных магнитов температурных коэффициентов индукции и коэрцитивной силы.The disadvantage of this inductor of an electromagnetic induction pump is that under the conditions of operation of such an inductor at elevated temperatures, a drop in induction in the pump’s working gap to 20% or more is observed due to the presence of temperature coefficients of induction and coercive force in permanent magnets.

В случае использования для создания магнитного поля в электромагнитном индукционном насосе обмотки, питаемой постоянным током, к недостаткам такого индуктора следует отнести то, что высокое значение индукции в рабочем зазоре насоса обеспечивается закачкой большой энергии в обмотку. При этом неизбежные потери преобразуются в тепло, а при большом рабочем зазоре это приводит к значительным тепловым потерям. Это усугубляет имеющийся жесткий тепловой режим работы основных элементов насоса, снижая его надежность.If a winding powered by direct current is used to create a magnetic field in an electromagnetic induction pump, the disadvantages of such an inductor include the fact that the high value of induction in the working gap of the pump is ensured by the injection of large energy into the winding. In this case, the inevitable losses are converted into heat, and with a large working gap this leads to significant heat losses. This exacerbates the existing hard thermal operation of the main elements of the pump, reducing its reliability.

В основу полезной модели положена задача, заключающаяся в разработке индуктора винтового индукционного насоса с использованием постоянных магнитов, конструкция которого характеризовалась бы обеспечением максимально возможной компенсации температурного снижения индукции, наблюдаемого при повышенных температурах, и минимально возможным взаимодействием между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности.The utility model is based on the task of developing a screw induction pump inductor using permanent magnets, the design of which would be characterized by providing the maximum possible compensation for the temperature decrease in induction observed at elevated temperatures, and the minimum possible interaction between individual poles with different directions of magnetization.

При этом техническим результатом является обеспечение высокого значения индукции в рабочем зазоре насоса при повышенных рабочих температурах и упрощение технологического процесса сборки индуктора.In this case, the technical result is to ensure a high value of induction in the working clearance of the pump at elevated operating temperatures and to simplify the manufacturing process of the inductor assembly.

Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в индукторе винтового индукционного насоса средства создания магнитного поля выполнены в виде размещенных по окружности, заключенных в оболочку из магнитомягкого материала и разделенных между собой прокладками из немагнитного материала блоков постоянных магнитов, каждый из которых имеет центральный сегмент, намагниченный радиально, и два боковых сегмента, намагниченных под углом по отношению к центральному, причем центральные сегменты размещены с чередованием полюсов по окружности.The achievement of the above technical result is ensured by the fact that in the inductor of a screw induction pump, the means of creating a magnetic field are made in the form of blocks of permanent magnets placed in a shell of magnetically soft material and separated by gaskets of non-magnetic material, each of which has a central segment, magnetized radially, and two lateral segments magnetized at an angle with respect to the central one, the central segments being alternated eat poles in a circle.

Угол намагничивания боковых сегментов по отношению к центральному составляет преимущественно 45°.The angle of magnetization of the side segments with respect to the central is mainly 45 °.

При выполнении средств создания магнитного поля в виде размещенных по окружности, заключенных в оболочку из магнитомягкого материала и разделенных между собой прокладками из немагнитного материала блоков постоянных магнитов, каждый из которых имеет центральный сегмент, намагниченный радиально, и два боковых сегмента, намагниченных под углом по отношению к центральному, и размещении центральных сегментов с чередованием полюсов по окружности, обеспечивается компенсация температурного снижения индукции, наблюдаемого при повышенных температурах, и снижение взаимодействия между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности, благодаря чему повышается значение индукции в рабочем зазоре насоса при повышенных температурах и упрощается технологический процесс сборки индуктора.When performing means of creating a magnetic field in the form of placed around a circle, enclosed in a shell of magnetically soft material and separated by gaskets of non-magnetic material, blocks of permanent magnets, each of which has a central segment magnetized radially and two side segments magnetized at an angle with respect to to the central, and the placement of the central segments with alternating poles around the circumference, compensation is provided for the temperature decrease in induction observed at elevated temperatures temperatures, and a decrease in the interaction between individual poles with different directions of magnetization, which increases the value of induction in the working gap of the pump at elevated temperatures and simplifies the process of assembling the inductor.

Угол намагничивания боковых сегментов по отношению к центральному выбирается, исходя из условий обеспечения максимально возможного значения индукции в рабочем зазоре насоса при повышенных температурах и минимально возможного взаимодействия между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности, и составляет преимущественно 45°. При таком угле намагничивания боковых сегментов по отношению к центральному обеспечивается увеличение общего потока каждого полюса на 20-30% по сравнению с конструкцией, построенной на магнитах с радиальной намагниченностью, и практически полная компенсация температурного снижения индукции, наблюдаемого при повышенных температурах, а также минимально возможное взаимодействие между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности. Малое взаимодействие между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности значительно облегчает технологический процесс сборки индуктора.The angle of magnetization of the side segments relative to the central one is selected based on the conditions for ensuring the maximum possible value of induction in the working gap of the pump at elevated temperatures and the minimum possible interaction between the individual poles with different directions of magnetization, and is mainly 45 °. With this angle of magnetization of the side segments with respect to the central one, an increase in the total flux of each pole by 20-30% is ensured in comparison with the construction based on magnets with radial magnetization, and almost complete compensation for the temperature decrease in induction observed at elevated temperatures, as well as the minimum possible the interaction between individual poles with different directions of magnetization. The small interaction between the individual poles with different directions of magnetization greatly facilitates the process of assembling the inductor.

Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен индуктор винтового индукционного насоса, поперечный разрез; фиг. 2 - винтовой индукционный насос, продольный разрез.The essence of the utility model is illustrated by the following drawings. In FIG. 1 shows a cross-sectional view of an inductor of a screw induction pump; FIG. 2 - screw induction pump, longitudinal section.

Индуктор винтового индукционного насоса включает средства создания магнитного поля, выполненные в виде размещенных по окружности, заключенных в оболочку 1 из магнитомягкого материала и разделенных между собой прокладками 2 из немагнитного материала блоков постоянных магнитов, каждый из которых имеет центральный сегмент 3, намагниченный радиально, и два боковых сегмента 4, намагниченных под углом по отношению к центральному. Угол намагничивания боковых сегментов 4 по отношению к центральному сегменту 3 составляет преимущественно 45°. Центральные сегменты 3 размещены с чередованием полюсов по окружности. В качестве постоянных магнитов предпочтительно используются редкоземельные постоянные магниты с высокими значениями индукции насыщения и коэрцитивной силы, например, постоянные магниты из сплава самарий-кобальт (SmCo).The inductor of a screw induction pump includes means for creating a magnetic field, made in the form of placed around a circle, enclosed in a shell 1 of magnetically soft material and separated by spacers 2 of non-magnetic material of permanent magnet blocks, each of which has a central segment 3, magnetized radially, and two lateral segment 4, magnetized at an angle with respect to the central. The magnetization angle of the side segments 4 with respect to the central segment 3 is mainly 45 °. The central segments 3 are placed with alternating poles around the circumference. As permanent magnets, rare earth permanent magnets with high values of saturation induction and coercive force, for example, permanent magnets from a samarium-cobalt alloy (SmCo), are preferably used.

Винтовой индукционный насос включает основание, состоящее из кронштейна 5 и стоек 6, спиральный канал 7 для перекачиваемой электропроводной среды, образованный внутри двух коаксиально расположенных цилиндров, внутренний сердечник 8 и электромеханический привод для вращения средств создания магнитного поля относительно спирального канала 7 и внутреннего сердечника 8. Средства создания магнитного поля размещены в стакане 9. Стакан 9 соединен с несущей конструкцией насоса через высокотемпературные необслуживаемые подшипники 10. На наружной поверхности стакана 9 выполнена одна или несколько винтовых канавок. На основание крепится опорный фланец 11, нижнее основание 12 и верхнее основание 13 с несущими стенками 14.A screw induction pump includes a base consisting of a bracket 5 and racks 6, a spiral channel 7 for a pumped conductive medium formed inside two coaxially arranged cylinders, an inner core 8 and an electromechanical drive for rotating magnetic field generating means relative to the spiral channel 7 and the inner core 8. Means of creating a magnetic field are placed in the glass 9. The glass 9 is connected to the supporting structure of the pump through high-temperature maintenance-free bearings 10. On the outside glass surface 9 is one or more helical grooves. A supporting flange 11, a lower base 12 and an upper base 13 with supporting walls 14 are mounted on the base.

Электромеханический привод состоит из электродвигателя 15, двухшарнирного карданного вала 16 и редуктора. В качестве электродвигателя 15 может быть использован серийный асинхронный электродвигатель. Электродвигатель 15 крепится к основанию через текстолитовые терморазвязки 17, 18. Редуктор состоит из ведущего колеса 19, сцепленного с валом электродвигателя 15 карданным валом 16, и ведомого колеса 20, закрепленного на стакане 9. Ведущий вал 21 редуктора развязан с несущей конструкцией через подшипники 22, 23. Для снижения теплопередачи на карданный вал 16 предусмотрен тепловой экран 24, крепящийся к несущим стенкам 14.The electromechanical drive consists of an electric motor 15, a double-jointed driveshaft 16 and a gearbox. As the electric motor 15, a serial asynchronous electric motor can be used. The electric motor 15 is attached to the base through textolite thermal connections 17, 18. The gearbox consists of a drive wheel 19 coupled to the shaft of the electric motor 15 by the driveshaft 16, and a driven wheel 20 mounted on the cup 9. The drive shaft 21 of the gearbox is decoupled from the supporting structure through bearings 22, 23. To reduce heat transfer to the driveshaft 16, a heat shield 24 is provided that is attached to the supporting walls 14.

Полость канала 7 снабжена одним или несколькими рядами спиральных перегородок или выбором одного или нескольких пазов на одном из образующих его цилиндров.The cavity of the channel 7 is equipped with one or more rows of spiral partitions or the choice of one or more grooves on one of the cylinders forming it.

Направление движения перекачиваемой электропроводной среды в насосе показано стрелками. В качестве перекачиваемой электропроводной среды может быть использованы жидкометаллические теплоносители, например, натрий или натрий-калий, свинец или его сплавы, а также могут быть использованы другие жидкие металлы.The direction of movement of the pumped conductive medium in the pump is shown by arrows. As the pumped conductive medium, liquid metal coolants, for example, sodium or potassium sodium, lead or its alloys can be used, and other liquid metals can also be used.

Для оперативной диагностики сварных швов в стакане выполнены технологические отверстия 25.For operational diagnostics of welds in the glass technological holes 25 are made.

Работа индуктора винтового индукционного насоса осуществляется следующим образом.The operation of the inductor of a screw induction pump is as follows.

Индуктор используется в винтовом индукционном насосе, предназначенном для перекачивания электропроводной среды, в качестве которой используются жидкометаллические теплоносители, например, натрий или натрий-калий, свинец или его сплавы, а также используются другие жидкие металлы.The inductor is used in a screw induction pump designed to pump an electrically conductive medium, which uses liquid metal coolants, for example, sodium or sodium-potassium, lead or its alloys, and other liquid metals.

Условиями перекачивания электропроводной среды, в качестве которой используется, например, жидкометаллический теплоноситель натрий, при использовании предложенного индуктора являются наличие высокого значения индукции в рабочем зазоре и ротация магнитного поля. Высокое значение индукции в рабочем зазоре насоса обеспечивается средствами создания магнитного поля, выполненные в виде размещенных по окружности, заключенных в оболочку 1 из магнитомягкого материала и разделенных между собой прокладками 2 из немагнитного материала блоков постоянных магнитов. В качестве постоянных магнитов используются редкоземельные постоянные магниты из сплава самарий-кобальт (SmCo). Такие постоянные магниты обладают высокими значениями индукции насыщения и коэрцитивной силы. Возможно также использование других редкоземельных постоянных магнитов, обладающих высокими значениями индукции насыщения и коэрцитивной силы. При этом каждый из таких блоков постоянных магнитов имеет центральный сегмент 3, намагниченный радиально, и два боковых сегмента 4, намагниченных под углом 45° по отношению к центральному. Центральные сегменты 3 размещены с чередованием полюсов по окружности.The conditions for pumping an electrically conductive medium, which is used, for example, liquid metal coolant sodium, when using the proposed inductor are the presence of a high value of induction in the working gap and rotation of the magnetic field. A high value of induction in the working gap of the pump is provided by means of creating a magnetic field, made in the form of placed around the circumference, enclosed in a shell 1 of magnetically soft material and separated by gaskets 2 of non-magnetic material of permanent magnet blocks. Permanent magnets are rare earth permanent magnets made of a samarium-cobalt alloy (SmCo). Such permanent magnets have high values of saturation induction and coercive force. It is also possible to use other rare-earth permanent magnets with high values of saturation induction and coercive force. Moreover, each of these blocks of permanent magnets has a central segment 3, magnetized radially, and two side segments 4, magnetized at an angle of 45 ° with respect to the central one. The central segments 3 are placed with alternating poles around the circumference.

Средства создания магнитного поля могут быть представлены, например, двенадцатью блоками постоянных магнитов, размещенными по окружности, каждый из которых выполнен в виде хорды в 30 пространственных градусов (3 сегмента по 10 пространственных градусов).Means of creating a magnetic field can be represented, for example, by twelve blocks of permanent magnets arranged around a circle, each of which is made in the form of a chord of 30 spatial degrees (3 segments of 10 spatial degrees).

Данная конструкция средств создания магнитного поля позволяет увеличить общий поток каждого полюса на 20-30% по сравнению с конструкцией, построенной на магнитах с радиальной намагниченностью, и практически полностью компенсировать температурное снижение индукции, наблюдаемой при повышенных температурах. Кроме того, преимуществом такой конструкции является малое взаимодействие между собой отдельных полюсов с различным направлением намагниченности, что значительно облегчает технологический процесс сборки.This design of means for creating a magnetic field allows you to increase the total flux of each pole by 20-30% compared with the design built on magnets with radial magnetization, and almost completely compensate for the temperature decrease in induction observed at elevated temperatures. In addition, the advantage of this design is the small interaction between the individual poles with different directions of magnetization, which greatly facilitates the assembly process.

Ротация магнитного поля в насосе производится вращением средств создания магнитного поля посредством электромеханического привода, состоящего из серийного асинхронного электродвигателя 15, двухшарнирного карданного вала 16 и редуктора. Использование такого привода для ротации магнитного поля в насосе обеспечивает, во-первых, возможность вынесения электродвигателя 15 из зоны высоких температур в зону низких температур, во-вторых, компенсацию температурного изменения межцентровых расстояний элементов привода, и, в-третьих, способствует компактному размещению основных узлов насоса. Вращение вала электродвигателя через карданный вал 16, ведущий вал 21 редуктора и зубчатые колеса 19, 20 редуктора передается на стакан 9 с установленными в нем средствами создания магнитного поля. Выполнение на наружной поверхности стакана 9, в котором размещены средства создания магнитного поля, одной или нескольких винтовых канавок обеспечивает отвод тепла от насоса при вращении стакана 9, способствуя тем самым улучшению теплового режима работы насоса.The rotation of the magnetic field in the pump is carried out by rotating the means of creating a magnetic field by means of an electromechanical drive, consisting of a serial asynchronous electric motor 15, a double-jointed universal joint shaft 16 and a gearbox. The use of such a drive for rotating the magnetic field in the pump provides, firstly, the possibility of moving the motor 15 from the high temperature zone to the low temperature zone, secondly, compensates for the temperature change in the center-to-center distances of the drive elements, and thirdly, facilitates the compact placement of the main pump units. The rotation of the motor shaft through the driveshaft 16, the drive shaft 21 of the gearbox and the gears 19, 20 of the gearbox is transmitted to the glass 9 with the means for creating a magnetic field installed therein. The execution on the outer surface of the cup 9, in which the means for creating a magnetic field are located, of one or more helical grooves provides heat removal from the pump during the rotation of the cup 9, thereby contributing to the improvement of the thermal operating mode of the pump.

При ротации магнитного поля индуктора в перекачиваемом жидком металле возникают вихревые токи, поля которых взаимодействуют с полем индуктора. Перекачиваемый жидкий металл начинает перемещаться за полем индуктора в спиральном канале 7 с усилием, требуемым для создания давления в насосе.During rotation of the magnetic field of the inductor in the pumped liquid metal, eddy currents arise, the fields of which interact with the field of the inductor. The pumped liquid metal begins to move beyond the inductor field in the spiral channel 7 with the force required to create pressure in the pump.

Винтовой индукционный насос с предложенным индуктором при использовании в качестве перекачиваемой среды натрия имеет следующие характеристики и расчетные параметры: развиваемое давление 8·10⁵ Па, расход металла - 2 м³/ч, температура металла - 400°C, напряжение линейное 380 В, ток линейный - 5,5 А, потребляемая мощность - не более 2 кВт, КПД 30%, коэффициент мощности - не менее 0,80, назначенный срок службы индуктора насоса - 20 лет, наработка на отказ - 8000 ч, ремонтопригодность - замена серийного электродвигателя без отсоединения насоса от трубопровода.A screw induction pump with the proposed inductor when using sodium as the pumped medium has the following characteristics and design parameters: developed pressure 8 · 10 ⁵ Pa, metal flow rate - 2 m ³ / h, metal temperature - 400 ° C, linear voltage 380 V, current linear - 5.5 A, power consumption - not more than 2 kW, efficiency 30%, power factor - not less than 0.80, designated life of the pump inductor - 20 years, MTBF - 8000 hours, maintainability - replacement of a serial electric motor without disconnecting the pump from the pipeline.

Claims

1. The inductor of a screw induction pump, including means of creating a magnetic field, characterized in that the means of creating a magnetic field are made in the form of placed around the circumference, enclosed in a shell of magnetically soft material and separated by gaskets of non-magnetic material blocks of permanent magnets, each of which has a central segment magnetized radially and two side segments magnetized at an angle with respect to the central one, the central segments being alternating between the poles s in a circle.

2. The inductor according to claim 1, characterized in that the angle of magnetization of the side segments with respect to the central one is predominantly 45 °.