RU199035U1

RU199035U1 - Cylindrical Linear Induction Pump

Info

Publication number: RU199035U1
Application number: RU2020115846U
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Петрунин; Александр Сергеевич Богомолов; Владимир Александрович Балашов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью «КБ Арматуры и Специального Машиностроения»
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2020-08-11

Abstract

Полезная модель относится к электротехнике и магнитной гидродинамики, а именно к магнитогидродинамическим насосам, используемым для перекачивания жидких металлов и сплавов, например, для перекачивания жидкометаллических теплоносителей в контурах атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, а также для перекачки жидких расплавов металлов и сплавов и других технологических целей в энергетической, химической и металлургической промышленности.Для повышение эффективности и надежности функционирования насоса путем снижения его энергопотребления, повышения напора и расхода перекачиваемого жидкого расплава металла при одновременном увеличении его прочности, надежность и долговечности функционирования в цилиндрическом линейном индукционном насосе, содержащем цилиндрический корпус насоса, линейно расположенные по поверхности корпуса насоса индукторы с магнитопроводами индукторов и катушками индуктивности и коаксиально расположенный внутри корпуса с образованием кольцевого рабочего канала сердечник с расположенными внутри кожуха его центральной цилиндрической части магнитопроводами сердечника, магнитопроводы индукторов изготовлены в виде наборов Ш-образных параллельных относительно друг друга пластин шихтовки из электротехнической стали переменной высоты и боковых Ш-образных защитных пластин из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса, магнитопроводы сердечника изготовлены в виде наборов продольных параллельных относительно друг друга пластин из электротехнической стали переменной высоты, расположенных в продольных секторах, образованных установленной внутри сердечника по его оси несущей крестовиной с продольными ребрами, причем ориентация пластин шихтовки магнитопроводов индукторов совпадает с ориентацией пластин шихтовки соответствующих магнитопроводов сердечника внутри кожуха центральной цилиндрической части сердечника, а ширина шихтовки Н магнитопроводов индукторов равна или больше ширины шихтовки h соответствующих магнитопроводов сердечника в соответствующих продольных секторах сердечника. 9 з.п. ф-лы, 12 ил.The utility model relates to electrical engineering and magnetohydrodynamics, namely to magnetohydrodynamic pumps used for pumping liquid metals and alloys, for example, for pumping liquid metal coolants in the circuits of nuclear power plants with fast reactors, as well as for pumping liquid molten metals and alloys and others technological purposes in the energy, chemical and metallurgical industries. To increase the efficiency and reliability of the pump by reducing its energy consumption, increasing the pressure and flow rate of the pumped liquid molten metal while increasing its strength, reliability and durability of operation in a cylindrical linear induction pump containing a cylindrical pump casing , inductors linearly located on the surface of the pump casing with magnetic cores of inductors and inductance coils and coaxially located inside the casing with the formation of an annular working analogue core with the core magnetic circuits located inside the casing of its central cylindrical part, the magnetic circuits of the inductors are made in the form of sets of W-shaped, parallel to each other, mixing plates made of electrical steel of variable height and side W-shaped protective plates made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of austenitic class, the core magnetic circuits are made in the form of sets of longitudinal parallel to each other plates of electrical steel of variable height, located in longitudinal sectors formed by a load-bearing cross with longitudinal ribs installed inside the core along its axis, and the orientation of the inductor magnetic cores mixing plates coincides with the orientation of the charge plates of the corresponding magnetic cores inside the casing of the central cylindrical part of the core, and the width of the mixture H of the magnetic cores of the inductors is equal to or greater than the width of the mixture h of the corresponding mag core thread lines in the corresponding longitudinal core sectors. 9 p.p. f-crystals, 12 ill.

Description

Область техникиTechnology area

Полезная модель относится к электротехнике и магнитной гидродинамики, а именно к магнитогидродинамическим насосам, используемым для перекачивания жидких металлов и сплавов, например, для перекачивания жидкометаллических теплоносителей в контурах атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, а также для перекачки жидких расплавов металлов и сплавов и других технологических целей в энергетической, химической и металлургической промышленности.The utility model relates to electrical engineering and magnetohydrodynamics, namely to magnetohydrodynamic pumps used for pumping liquid metals and alloys, for example, for pumping liquid metal coolants in the circuits of nuclear power plants with fast reactors, as well as for pumping liquid molten metals and alloys and others. technological purposes in the energy, chemical and metallurgical industries.

Уровень техникиState of the art

Под магнитогидродинамическими устройствами (МГД-устройствами)с жидкометаллическим рабочим телом обычно понимаются устройства, в которых по проточным трактам перемещается жидкий расплав металлапод воздействием магнитного поля.Magnetohydrodynamic devices (MHD devices) with a liquid metal working fluid are usually understood as devices in which a liquid metal melt moves along flow paths under the influence of a magnetic field.

Основным назначением МГД-устройств, как правило, является обеспечение перемещения и управление потоками жидких металлов (магнитогидродинамические насосы и дроссели) или измерение величин этих потоков (расходомеры).The main purpose of MHD devices, as a rule, is to provide movement and control of flows of liquid metals (magnetohydrodynamic pumps and throttles) or to measure the values of these flows (flow meters).

Принцип действия большинства МГД-устройств основан на использовании электромагнитных сил, действующих на проводник с током, помещенный в магнитное поле. Направление электромагнитных сил определяется правилом левой руки.The principle of operation of most MHD devices is based on the use of electromagnetic forces acting on a current-carrying conductor placed in a magnetic field. The direction of the electromagnetic forces is determined by the left hand rule.

Область МГД-устройства, в которой возбуждаются электромагнитные силы, называется рабочей или активной зоной.The area of the MHD device in which electromagnetic forces are excited is called the working or active zone.

Электрический ток может подводиться к жидкому металлу извне кондукционным (контактным) способом или возбуждаться в металле индукционным (бесконтактным) способом с помощью переменного электромагнитного поля. Отсюда МГД-устройства делят на два класса - кондукционные и индукционные.Electric current can be supplied to the liquid metal from the outside by conductive (contact) method or excited in the metal by induction (non-contact) method using an alternating electromagnetic field. Hence, MHD devices are divided into two classes - conduction and induction.

В ядерной энергетике МГД-устройства нашли широкое применение в связи с развитием реакторов на быстрых нейтронах. Более высокая плотность энерговыделения в этих реакторах, необходимость применения теплоносителей с низкими замедляющими свойствами определили выбор в качестве теплоносителя таких реакторов жидкие металлы(натрий, сплав натрий-калий) в основных и вспомогательных контурах.In nuclear power, MHD devices have found wide application in connection with the development of fast neutron reactors. The higher power density in these reactors, the need to use coolants with low moderating properties have determined the choice of liquid metals (sodium, sodium-potassium alloy) in the main and auxiliary circuits as the coolant of such reactors.

В проектах установок управляемого термоядерного синтеза рассматриваются жидкометаллические системы, обеспечивающие тепловую защиту первой стенки (лимитеры), очистку плазмы от загрязнения ее продуктами горения (диверторы) и системы теплообмена (бланкеты), в которых используются жидкие металлы - литий, сплав лития со свинцом. Для прокачки теплоносителя в указанных системах предполагается использование также электромагнитных насосов.In the projects of controlled thermonuclear fusion installations, liquid metal systems are considered that provide thermal protection of the first wall (limiters), purification of plasma from its contamination by combustion products (divertors) and heat exchange systems (blankets) that use liquid metals - lithium, lithium-lead alloy. For pumping the coolant in these systems, it is also proposed to use electromagnetic pumps.

В связи с разработкой реакторов нового поколения на основе принципа естественной безопасности, рассматриваются проекты реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцом или сплавом свинец-висмут: 300 МВ пилотная станция и 1200 МВт коммерческий реактор в России, 750 МВт (эл) модульный реактор в Японии. Такие жидкие металлы, как ртуть и свинец-висмут, рассматриваются для охлаждения мишеней нейтронных источников различного назначения. В России в стадии сооружения находится реактор БН-800, охлаждаемый натрием.In connection with the development of new generation reactors based on the principle of natural safety, projects of fast neutron reactors cooled by lead or lead-bismuth alloy are being considered: a 300 MW pilot station and a 1200 MW commercial reactor in Russia, a 750 MW (e) modular reactor in Japan. Liquid metals such as mercury and lead-bismuth are considered for cooling targets of neutron sources for various purposes. In Russia, the sodium-cooled BN-800 reactor is under construction.

Во всех этих перечисленных областях МГД-устройства используются или могут быть использованы.In all of these listed areas, MHD devices are used or can be used.

Магнитогидродинамический насос (МГД-насос), предназначен для перемещения электропроводящих жидкостей (например, жидких металлов) под воздействием магнитного поля.A magnetohydrodynamic pump (MHD pump) is designed to move electrically conductive liquids (for example, liquid metals) under the influence of a magnetic field.

МГД-насосы нашли широкое применение во вспомогательных системах реакторных установок на быстрых нейтронах БОР-60, БН-350, БН-600, БН-800, БН-1200 и в основных контурах реактора БР-10.MHD pumps have found wide application in auxiliary systems of fast neutron reactors BOR-60, BN-350, BN-600, BN-800, BN-1200, and in the main circuits of the BR-10 reactor.

Основными преимуществами МГД-насосов перед механическими насосами являются: полная герметичность проточного тракта, надежность и практическое отсутствие необходимости обслуживания, простота и удобство регулирования подачи (расхода жидкого металла), отсутствие ограничений по месту расположения в контуре. В настоящее время известно изготовление МГД-насосов для реакторной установки БН-800, ведется разработка для БН-1200.The main advantages of MHD pumps over mechanical pumps are: complete tightness of the flow path, reliability and virtually no need for maintenance, simplicity and ease of regulation of the supply (flow rate of liquid metal), no restrictions on the location in the circuit. At present, the manufacture of MHD pumps for the BN-800 reactor is known, and development for the BN-1200 is underway.

Наиболее широко в металлургии и в ядерных установках используются МГД-насосы индукционного типа, не требующие больших токов и способные работать при промышленной частоте тока. Они могут работать при высоких температурах (до 1000°С) с высокой производительностью и используются для перекачки жидкого натрия в атомных установках, атомных энергетических установках подводных лодок, военных кораблей, крупнотоннажных судов, а также могут успешно применяться в качестве дозаторов и вентилей в литейном деле, в атомной энергетике и химической промышленности при пайке печатных плат волной жидкого припоя (олова) над поверхностью ванны с припоем. Бесконтактное воздействие на металл и легкость управления и автоматизации делают их применение очень перспективным.The most widely used in metallurgy and nuclear installations are induction-type MHD pumps that do not require large currents and are capable of operating at industrial frequency. They can operate at high temperatures (up to 1000 ° C) with high productivity and are used for pumping liquid sodium in nuclear plants, nuclear power plants of submarines, warships, large ships, and can also be successfully used as dispensers and valves in the foundry industry. , in the nuclear power and chemical industry when soldering printed circuit boards with a wave of liquid solder (tin) above the surface of the solder bath. Non-contact action on metal and ease of control and automation make their application very promising.

Принцип действия индукционных МГД-насосов аналогичен асинхронным электрическим машинам. В этих устройствах электрические токи в рабочей зоне канала индуктируются бегущим магнитным полем, электрическая связь между расплавом и внешней электрической цепью отсутствуют и стенки каналов могут быть неэлектропроводящими.The principle of operation of induction MHD pumps is similar to that of asynchronous electric machines. In these devices, electric currents in the working area of the channel are induced by a traveling magnetic field, there is no electrical connection between the melt and the external electrical circuit, and the channel walls can be non-conductive.

Канал МГД-насосов энергетического назначения обычно выполняется из тонколистовой (0,5 - 1 мм) хромоникелевой стали, например, 1Х18Н9Т, являющейся немагнитной и обладающей высоким удельным сопротивлением.The channel of MHD pumps for energy purposes is usually made of thin sheet (0.5 - 1 mm ) chromium-nickel steel, for example, 1X18N9T, which is non-magnetic and has a high specific resistance.

Магнитные стали непригодны для изготовления канала (для рабочих температур ниже точки Кюри), так как при этом значительная часть магнитного потока индуктора могла бы замыкаться по стенке канала, не заходя в жидкий металл. Высокое удельное сопротивление хромоникелевой стали уменьшает потерю электроэнергии на вихревые токи, индуктированные в стенках канала. Кроме того, хромоникелевые аустенитные стали обладают повышенными механическими свойствами при высоких температурах и окалиностойкостью.Magnetic steels are unsuitable for making a channel (for operating temperatures below the Curie point), since in this case a significant part of the magnetic flux of the inductor could close along the channel wall without entering the liquid metal. The high resistivity of chromium-nickel steel reduces the loss of electricity due to eddy currents induced in the channel walls. In addition, chromium-nickel austenitic steels have enhanced mechanical properties at high temperatures and scale resistance.

Возможность применения металла в качестве материала стенок канала обусловлена малой агрессивностью щелочных металлов по отношению к конструкционным металлам и малым контактным сопротивлением току на переходах жидкий металл - шина и жидкий металл - ребро - жидкий металл. Между каналом и магнитопроводом помещается слой теплоизоляционного материала, уменьшающий тепловые потери жидкого металла и нагрев магнитопровода.The possibility of using metal as a material for the channel walls is due to the low aggressiveness of alkali metals in relation to structural metals and low contact resistance to current at the junctions liquid metal - bus and liquid metal - rib - liquid metal. A layer of heat-insulating material is placed between the channel and the magnetic core, which reduces heat losses of the liquid metal and the heating of the magnetic core.

Магнитопровод в МГД-насосах обычно набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35 - 0,5 мм, в которых штамповкой или фрезерованием (в собранном пакете) делаются пазы для обмотки. Для уменьшения потерь на вихревые токи в магнитопроводе отдельные его листы изолируют друг от друга, чаще всего слоем изоляционного лака.The magnetic circuit in MHD pumps is usually recruited from sheets of electrical steel with a thickness of 0.35 - 0.5 mm, in which grooves for winding are made by stamping or milling (in an assembled package). To reduce losses due to eddy currents in the magnetic circuit, its individual sheets are insulated from each other, most often with a layer of insulating varnish.

Рабочая зона индукционных МГД-насосов может быть плоской прямоугольной формы и цилиндрической, соответственно индукторы в них выполняются плоскими или цилиндрическими.The working area of induction MHD pumps can be flat rectangular and cylindrical, respectively, the inductors in them are flat or cylindrical.

В зависимости от конструкции МГД-насосы подразделяют на спиральные и линейные. Индукционный насос спирального типа отличаются от насоса линейного типа главным образом расположением обмотки индуктора (ее витки повернуты в горизонтальной плоскости на 90°).Depending on the design, MHD pumps are subdivided into scroll and linear. A spiral-type induction pump differs from a linear type pump mainly in the location of the inductor winding (its turns are rotated in the horizontal plane by 90 °).

Цилиндрические линейные индукционныеМГД-насосы отличается тем, что в них жидкий металл находится в поле индуктора в виде цилиндрического слоя с кольцевым поперечным сечением. Такая форма слоя получается при использовании в качестве канала для жидкого металла кольцевого пространства между двумя концентрическими трубами корпуса насоса и сердечника.Cylindrical linear induction MHD pumps are distinguished by the fact that in them the liquid metal is in the field of the inductor in the form of a cylindrical layer with an annular cross-section. This shape of the layer is obtained by using the annular space between two concentric pipes of the pump casing and the core as a channel for the liquid metal.

Бегущее магнитное поле создается системой кольцевых катушек, надетых на наружную трубу (корпус насоса) и поочередно (по длине насоса) присоединенных к различным фазам трехфазной сети. Магнитное поле при этом должно пронизывать кольцевой зазор, занятый жидким металлом, в радиальном направлении. Для этого внутри внутренней трубы (кожуха сердечника) обычно помещается железный сердечник, а вдоль наружной трубы укладываются шихтованные магнитопроводы с пазами, в которые входят катушки обмотки, что обуславливает проявления ряда технических и технологических недостатков.The traveling magnetic field is created by a system of annular coils put on the outer pipe (pump casing) and alternately (along the pump length) connected to different phases of the three-phase network. In this case, the magnetic field must penetrate the annular gap occupied by the liquid metal in the radial direction. For this, an iron core is usually placed inside the inner pipe (core casing), and laminated magnetic circuits with grooves are laid along the outer pipe, into which the winding coils enter, which causes a number of technical and technological drawbacks.

В поперечном сечении магнитная система цилиндрического линейного индукционного насоса обычно имеет вид многолучевой звезды.In cross section, the magnetic system of a cylindrical linear induction pump usually has the form of a multibeam star.

В цилиндрических линейных индукционных насосах отсутствуют как неактивные участки в контурах индукционных токов в жидком металле, так и лобовые части обмоток. Поэтому цилиндрические линейные индукционные насосы имеют вполне удовлетворительные энергетические показатели, что связано, однако, со значительным усложнением конструкции и необходимостью решения определенных технических и технологических задач.In cylindrical linear induction pumps, there are no inactive sections in the circuits of induction currents in liquid metal, and the frontal parts of the windings. Therefore, cylindrical linear induction pumps have quite satisfactory energy performance, which is associated, however, with a significant complication of the design and the need to solve certain technical and technological problems.

Конструктивным и технологическим преимуществом цилиндрических линейных индукционных насосов является использование в них металлических труб круглого сечения, что позволяет допускать создание в них больших давлений.The constructive and technological advantage of cylindrical linear induction pumps is the use of round metal pipes in them, which allows them to create high pressures in them.

В связи с этим актуальным является разработка новых технических решений, позволяющих увеличить коэффициент полезного действия (КПД) цилиндрических МГД-насосов и создаваемое ими рабочее давление, а также повышающих технологичность их изготовления и надежность их эксплуатации.In this regard, it is urgent to develop new technical solutions that make it possible to increase the efficiency (efficiency) of cylindrical MHD pumps and the working pressure created by them, as well as increase their manufacturability and reliability of their operation.

Известен индукционный цилиндрический насос [Г.А.Баранов и др. «Расчет и проектирование индукционных МГД - машин с жидкометаллическим рабочим телом», М. Атомиздат 1978 г.248 с., рис.2.3] для перекачки жидкометаллического теплоносителя натрий - калий, содержащий три основные узла: статор, неподвижный ротор и рабочий канал. Статор состоит из восьми пакетов магнитопровода с пазами для 54 дисковых катушек первичной обмотки. Ротор состоит из остова и 24 пакетов магнитопровода, набранных из электротехнической стали толщиной 0,5 мм и уложенных в пазы, профрезированные в остове. Рабочий канал образован двумя концентрически расположенными трубами, выполненными из нержавеющей стали толщиной 2 мм.Known induction cylindrical pump [GA Baranov et al. "Calculation and design of induction MHD - machines with a liquid metal working fluid", M. Atomizdat 1978 248 S., Fig. 2.3] for pumping liquid metal coolant sodium - potassium, containing three main units: stator, fixed rotor and working channel. The stator consists of eight packages of a magnetic circuit with grooves for 54 disc coils of the primary winding. The rotor consists of a frame and 24 packages of a magnetic circuit, made of electrical steel with a thickness of 0.5 mm and laid in grooves cut into the frame. The working channel is formed by two concentrically arranged pipes made of stainless steel with a thickness of 2 mm.

Недостатками этого конструктивного решения является выполнение внутреннего сердечника в виде 24-х пакетов, уложенных в пазы. В поперечном сечении сердечник представляет из себя многолучевую звезду, следовательно, обладает сравнительно низким коэффициентом заполнения электротехнической сталью, что приводит к созданию меньших напряжений бегущего магнитного поля и высоким энергетическим потерям.The disadvantages of this constructive solution is the implementation of the inner core in the form of 24 packages, laid in grooves. In cross-section, the core is a multi-beam star, therefore, has a relatively low fill factor of electrical steel, which leads to the creation of lower strains of the traveling magnetic field and high energy losses.

Известен индуктор цилиндрического линейного индукционного насоса, содержащий наружный магнитопровод с пазами, трехфазную обмотку возбуждения в виде дисковых катушек с постоянным числом проводников в каждом пазу, в котором для повышения развиваемого давления и коэффициентаполезного действия до 6% за счет уменьшения влияния продольного концевого эффекта, а также упрощения технологии изготовления индуктора за счет использования обмотки с постоянным числом витков по всей длине индуктора и соответствующего соединения катушек в фазных зонах на крайних полюсных делениях, при числе полюсов 2р≥3 и четном числе пазов на полюс и фазу q=2, 4, 6... каждая фазная зона у полюсов на входе и выходе разделена на n=q/2 катушечных групп, по две катушки в группе, которые соединены параллельно между собой в группе, а катушечные группы внутри фазной зоны соединены последовательно, при этом у остальных полюсов все катушки в фазных зонах соединены последовательно [RU 2251197 H02K44/06, H02K41/025Опубл. 27.04.2005Бюл. №12]Known inductor of a cylindrical linear induction pump, containing an external magnetic circuit with grooves, a three-phase excitation winding in the form of disk coils with a constant number of conductors in each groove, in which to increase the developed pressure and the coefficient of efficiency up to 6% by reducing the influence of the longitudinal end effect, as well as simplification of the inductor manufacturing technology by using a winding with a constant number of turns along the entire length of the inductor and the corresponding connection of the coils in the phase zones at the extreme pole divisions, with the number of poles 2p≥3 and an even number of slots per pole and phase q = 2, 4, 6. .. each phase zone at the poles at the input and output is divided into n = q / 2 coil groups, two coils in a group, which are connected in parallel to each other in a group, and the coil groups inside the phase zone are connected in series, while at the other poles all the coils in the phase zones are connected in series [RU 2251197 H02K44 / 06, H02K41 / 025 Publ. 04/27/2005 Bull. No. 12]

Предлагаемая по RU 2251197 обмотка обеспечивает более равномерное распределение потребляемого тока по фазам и повышение эффективности насоса при больших магнитных числах Рейнольдса и позволяет упростить технологию изготовления насоса и уменьшить стоимость его изготовления, так как не требуется разрабатывать и изготавливать технологическую оснастку, необходимую при изготовлении катушек с переменным числом витков.. однако недостатком цилиндрического линейного индукционного насоса по RU 2251197 является наличие тонкостенных оболочек сердечника и корпуса, что существенно ограничивает надежностьнасоса в целом.The winding proposed according to RU 2251197 provides a more uniform distribution of the consumed current in phases and an increase in the pump efficiency at high magnetic Reynolds numbers and makes it possible to simplify the pump manufacturing technology and reduce the cost of its manufacture, since there is no need to develop and manufacture the technological equipment necessary for the manufacture of coils with variable the number of turns .. however, the disadvantage of the cylindrical linear induction pump according to RU 2251197 is the presence of thin-walled shells of the core and housing, which significantly limits the reliability of the pump as a whole.

Известен цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий канал с жидким металлом, внутренний и наружный магнитопроводы, в пазах наружного магнитопровода уложена трехфазная обмотка возбуждения с постоянным числом витков в каждой катушке, выполненная со сдвигом фазных зон на парах полюсов по длине наружного магнитопровода, отличающийся тем, что для уменьшения пульсации давления с двойной частотой источника питания, повышения развиваемого давления и коэффициента полезного действия насоса в области однородного течения

за счет смещения фазных зон на парах полюсов по длине насоса и полезного использования полей продольного концевого эффекта, образующихся на границах разрыва волн линейной токовой нагрузки, при числе пар полюсов более единицы катушки трехфазной обмотки возбуждения, принадлежащие фазным зонам у каждой последующей пары полюсов, после первой пары полюсов смещены относительно предыдущей пары полюсов на длину фазной зоны в направлении движения жидкого металла. Индукционный насоссодержит наружный магнитопровод, в пазах которого уложена трехфазная обмотка. Внутренний магнитопровод охвачен наружной тонкостенной обечайкой и внутренней тонкостенной обечайкой, охватывающей внутренний магнитопровод. Обечайки, наружная и внутренняя, образуют кольцевой канал [RU 2289187 H02K44/06, H02K41/025 Опубл. 10.12.2006 Бюл. №3].Known cylindrical linear induction pump containing a channel with liquid metal, internal and external magnetic circuits, a three-phase excitation winding with a constant number of turns in each coil is laid in the grooves of the external magnetic circuit, made with a shift of phase zones at pairs of poles along the length of the external magnetic circuit, characterized in that to reduce the pressure pulsation with double frequency of the power supply, increase the developed pressure and the efficiency of the pump in the area of uniform flow

due to the displacement of the phase zones on the pole pairs along the length of the pump and the useful use of the fields of the longitudinal end effect formed at the boundaries of the breaking of the linear current load waves, with the number of pole pairs more than one coil of the three-phase field winding, belonging to the phase zones at each subsequent pair of poles, after the first the pairs of poles are displaced relative to the previous pair of poles by the length of the phase zone in the direction of movement of the liquid metal. The induction pump contains an external magnetic circuit, in the grooves of which a three-phase winding is laid. The inner magnetic core is enclosed by an outer thin-walled shell and an inner thin-walled shell that encloses the inner magnetic core. Shells, outer and inner, form an annular channel [RU 2289187 H02K44 / 06, H02K41 / 025 Publ. 10.12.2006 Bul. Number 3].

Недостатком цилиндрического линейного индукционного насоса по RU 2289187 является наличие тонкостенных оболочек сердечника и корпуса, что существенно ограничивает надежностьнасоса в целомThe disadvantage of a cylindrical linear induction pump according to RU 2289187 is the presence of thin-walled shells of the core and body, which significantly limits the reliability of the pump as a whole.

Известна конструкция двухобмоточного насоса (Г.А.Баранов и др. "Расчет и проектирование индукционных МГД-машин с жидкометаллическим рабочим телом", рис.2.3), используемая для перекачки жидкометаллического теплоносителя по трубопроводам, состоящая из сердечника, набранного из шестнадцати пакетов продольно-шихтованной электротехнической стали с расположенной в нем внутренней обмоткой; корпуса с внешней обмоткой и шестнадцати пакетов магнитопровода и рабочего канала, образованного концентрически расположенными обечайкой сердечника и обечайкой корпуса. Для охлаждения обмоток предусмотрена подача охлаждающей жидкости.The known design of a double-winding pump (G.A. Baranov et al. "Calculation and design of induction MHD machines with a liquid-metal working fluid", Fig. 2.3), used for pumping a liquid-metal coolant through pipelines, consisting of a core composed of sixteen longitudinal laminated electrical steel with an internal winding located in it; a case with an external winding and sixteen packages of a magnetic circuit and a working channel formed by concentrically located shell of the core and shell of the case. A coolant supply is provided to cool the windings.

Известен индукционный цилиндрический насос, который для повышения производительности имеет корпус с расположенным в нем внешним герметичным индуктором, содержащим обмотку и магнитопровод, герметичный внутренний индуктор с обмоткой и магнитопроводом и два рабочих канала, образованных установкой между внешним индуктором и внутренним индуктором промежуточного кольцевого магнитопровода [RU 2271597 H02K 44/06Опубл. 10.03.2006 Бюл. №7].Known induction cylindrical pump, which to increase performance has a housing with an external sealed inductor located in it, containing a winding and a magnetic circuit, a sealed internal inductor with a winding and a magnetic circuit and two working channels formed by the installation between the external inductor and the internal inductor of the intermediate ring magnetic circuit [RU 2271597 H02K 44/06 Publ. 10.03.2006 Bul. No. 7].

Известна конструкция двухобмоточного насоса (патент США №4166714), используемая для перекачки жидкометаллического теплоносителя по трубопроводам, содержащая сердечник, набранный из 16 пакетов продольно-шихтованной электротехнической стали с расположенной в нем внутренней обмоткой, корпус с внешней обмоткой и 16 пакетами магнитопровода и рабочий канал, образованный концентрически расположенными обечайкой сердечника и обечайкой корпуса. Для охлаждения обмоток предусмотрена подача охлаждающей жидкости.The known design of a double-winding pump (US patent No. 4166714), used for pumping liquid-metal coolant through pipelines, contains a core made up of 16 packs of longitudinally-laminated electrical steel with an internal winding located in it, a housing with an external winding and 16 packs of a magnetic circuit and a working channel, formed by concentrically arranged core shell and body shell. A coolant supply is provided to cool the windings.

К преимуществам этого насоса, по сравнению с однообмоточным насосом, можно отнести более высокие энергетические характеристики, а также более высокую надежность (возможность работы насоса при выходе из строя одной обмотки).The advantages of this pump, in comparison with a single-winding pump, include higher energy characteristics, as well as higher reliability (the ability to operate the pump in case of failure of one winding).

Недостатками этого конструктивного решения является выполнение внутреннего сердечника в виде 16 пакетов, уложенных в пазы. Тем самым в поперечном сечении сердечник представляет из себя многолучевую звезду, следовательно, обладает низким коэффициентом заполнения электротехнической сталью, что приводит к созданию меньшего магнитного поля и высоким энергетическим потерям.The disadvantages of this constructive solution is the implementation of the inner core in the form of 16 packages, laid in grooves. Thus, in cross-section, the core is a multi-beam star, therefore, it has a low filling factor of electrical steel, which leads to the creation of a smaller magnetic field and high energy losses.

Общим недостатком двухобмоточных насосов является большой диаметр рабочего канала, а, следовательно, и корпуса. Это обусловлено тем, что имеется оптимальная расчетная скорость жидкометаллического теплоносителя в рабочем канале, обусловленная эрозионно-коррозийным воздействием на материал оболочки, а высота рабочего канала не может быть более 20-25 мм во избежание вихревых обратных течений. Для насосов большой производительности 500-1000 м³/час диаметр корпуса неоправданно увеличивается, и в то же самое время сердечник (ротор) оказывается недогружен по магнитному потоку.A common disadvantage of double-winding pumps is the large diameter of the working channel and, consequently, of the body. This is due to the fact that there is an optimal design velocity of the liquid metal coolant in the working channel, due to the erosion-corrosive effect on the shell material, and the height of the working channel cannot be more than 20-25 mm in order to avoid vortex reverse flows. For pumps with a large capacity of 500-1000 m ³ / h, the diameter of the housing increases unreasonably, and at the same time, the core (rotor) is underloaded in terms of magnetic flux.

Известен электромагнитный индукционный насос, включающий корпус с заключенным в нем индуктором с обмоткой и магнитопроводом, внутренний сердечник, рабочий канал, образованный наружной тонкостенной обечайкой корпуса и обечайкой внутреннего сердечника, дистанцеры и узел компенсации. Для реализации расширения арсенала электромагнитных индукционных насосов (достижения технического результата) узел компенсации выполнен в виде взаимодействующих друг с другом внутреннего фланца, выполненного с радиально расположенными пазами, и внешнего фланца, выполненного с соединительными пальцами, установленными в пазах внутреннего фланца, причем внутренний фланец соединен с наружной обечайкой, а внешний фланец - с корпусом [RU 159363 H02K44/06 Опубл10.02.2016 Бюл. №4].Known electromagnetic induction pump, including a housing with an inductor with a winding and a magnetic core, an inner core, a working channel formed by an outer thin-walled shell of the shell and a shell of the inner core, spacers and a compensation unit. To implement the expansion of the arsenal of electromagnetic induction pumps (to achieve the technical result), the compensation unit is made in the form of interacting with each other an inner flange made with radially located grooves, and an outer flange made with connecting pins installed in the grooves of the inner flange, and the inner flange is connected to with an outer shell, and an outer flange with a housing [RU 159363 H02K44 / 06 Publ. 02/10/2016 Byull. No. 4].

Как следует из чертежей (фиг. 1) сердечник электромагнитного индукционного насоса по RU 159363 состоит из спирально-навитых шайб, набранных на центральную ось, что подразумевает наличие полой центральной втулки достаточно большого диаметра и слоя компаунда для склеивания ленты электротехнической стали по виткам и со втулкой. Это приводит к уменьшению коэффициента заполнения сердечника и созданию меньшего магнитного поля; также наличие границы стыка отдельных шайб приводит к увеличению магнитных потерь в сердечнике, что также понижает КПД насоса.As follows from the drawings (Fig. 1), the core of the electromagnetic induction pump according to RU 159363 consists of spiral-wound washers typed on the central axis, which implies the presence of a hollow central sleeve of a sufficiently large diameter and a layer of compound for gluing the tape of electrical steel along the turns and with the sleeve ... This leads to a decrease in the filling factor of the core and the creation of a smaller magnetic field; Also, the presence of the interface between the individual washers leads to an increase in magnetic losses in the core, which also reduces the pump efficiency.

Известен цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий индуктор с обмоткой в виде двухрядных дисковых катушек и наружным магнитопроводом, внутренниймагнитопровод и кольцевой канал, образованный внутренней и наружной обечайками, в котором для повышения надежности, на наружной поверхности внутреннего магнитопровода выполнен продольный паз, внутренняя обечайка изготовлена сварной таким образом, что продольный сварной шов расположен в пазу внутреннего магнитопровода на глубине не менее толщины внутренней обечайки, а свободное пространство паза заполнено феppомагнитным материалом, причем паз расположен диаметрально противоположно по отношению к выводным концам дисковых катушек обмотки индуктоpа [RU 1720462 H02K44/06, приоритет 04.07.1989].Known cylindrical linear induction pump containing an inductor with a winding in the form of double-row disc coils and an external magnetic circuit, an internal magnetic circuit and an annular channel formed by the inner and outer shells, in which, to increase reliability, a longitudinal groove is made on the outer surface of the inner magnetic core, the inner shell is made welded in such a way in such a way that the longitudinal weld is located in the groove of the inner magnetic circuit at a depth not less than the thickness of the inner shell, and the free space of the groove is filled with ferromagnetic material, and the groove is located diametrically opposite to the output ends of the disc coils of the inductor winding [RU 1720462 H02K44 / 06, priority 04.07 .1989].

Из чертежей фигур 1 и 3 следует, что сердечник насоса по RU 1720462 состоит из блоков электротехнической стали, уложенных в 6 пазах каркаса сердечника. Каркас образован центральным стержнем и приваренными к нему перегородками.From the drawings of figures 1 and 3 it follows that the pump core according to RU 1720462 consists of blocks of electrical steel, laid in 6 grooves of the core frame. The frame is formed by a central rod and partitions welded to it.

Недостатками этого конструктивного решения является выполнение внутреннего сердечника в виде 6 пакетов, уложенных в пазы. Тем самым в поперечном сечении сердечник представляет из себя многолучевую звезду (ромашку), следовательно, обладает низким коэффициентом заполнения электротехнической сталью, что приводит к созданию меньшего магнитного поля и высоким энергетическим потерям.The disadvantages of this constructive solution is the implementation of the inner core in the form of 6 packages, laid in grooves. Thus, in cross-section, the core is a multi-beam star (chamomile), therefore, it has a low filling factor with electrical steel, which leads to the creation of a smaller magnetic field and high energy losses.

Магнитопроводы индуктора насоса по RU1720462 (поз.1 нафиг. 1) расположены со смещением под углом по отношению к пакетам электротехнической стали сердечника, что приводит к снижению напряженности магнитного поля и, следовательно, к снижению КПД насоса.The magnetic cores of the pump inductor according to RU1720462 (item 1 nafig. 1) are displaced at an angle with respect to the packages of electrical steel of the core, which leads to a decrease in the magnetic field strength and, consequently, to a decrease in the pump efficiency.

В сердечнике насоса по RU 1720462 углубление (вдавливание) продольного сварного шва на обечайке внутрь паза на глубину h, играет роль компенсатора поперечных термических расширений. Благодаря такому конструктивному исполнению обечайки не образуется зазор между внутренней обечайкой и внутренним магнитопроводом, возникающий обычно за счет разности коэффициентов линейного расширения, и обеспечивается плотное прилегание обечайки к магнитопроводу под воздействием давления в канале, которое всегда больше, чем внутреннее давление внутри сердечника.In the pump core according to RU 1720462, the deepening (indentation) of the longitudinal weld on the shell inside the groove to a depth h plays the role of a compensator for transverse thermal expansion. Due to this design of the shell, a gap is not formed between the inner shell and the inner magnetic circuit, which usually occurs due to the difference in the coefficients of linear expansion, and a tight fit of the shell to the magnetic circuit is ensured under the influence of the pressure in the channel, which is always greater than the internal pressure inside the core.

Это несколько повышает надежность работы сердечника и в целом насоса по RU 1720462, но существенно усложняет его изготовление и способствует появлению неоднородности немагнитного зазора по азимуту, что оказывает влияние на перекачиваемый поток жидкого металла, а именно дестабилизирует течение, усиливает поперечные перетоки жидкости и увеличивает колебания выходных параметров насоса - расхода и давления, что в свою очередь приводит повышает вибрации насоса, т.е. снижает его надежность.This somewhat increases the reliability of the core and the pump as a whole according to RU 1720462, but significantly complicates its manufacture and contributes to the appearance of non-uniformity of the non-magnetic gap in azimuth, which affects the pumped flow of liquid metal, namely, destabilizes the flow, increases the transverse fluid flows and increases the oscillations of the output pump parameters - flow rate and pressure, which in turn leads to increased pump vibration, i.e. reduces its reliability.

Для уменьшения неоднородности немагнитного зазора по азимуту насоса по RU 1720462 паз после заглубления обечайки заполняют ферромагнитным материалом (электротехнической сталью) или зашихтовывают тонкими прутками из ферромагнитной стали. Для уменьшения влияния неоднородности зазора, вызванного заглублением обечайки в паз, на течение жидкого металла в канале, паз располагают в зоне максимума профиля скорости, т.е. диаметрально противоположно (со сдвигом на 180^о) относительно выводных концов катушек обмотки возбуждения, в зоне которых формируется минимум профиля скорости.To reduce the inhomogeneity of the non-magnetic gap in the azimuth of the pump according to RU 1720462, the groove after deepening the shell is filled with ferromagnetic material (electrical steel) or filled with thin rods of ferromagnetic steel. To reduce the effect of gap inhomogeneity caused by the deepening of the shell into the groove on the flow of liquid metal in the channel, the groove is located in the zone of the maximum velocity profile, i.e. diametrically opposite (shifted by ¹⁸⁰ °) relative to the outlet ends of the field winding coils, in an area which is formed by at least the velocity profile.

Обечайка сердечника насоса по RU 1720462 выполняется сварной толщиной 1-1,5 мм, что несколько уменьшает трудоемкость изготовления сердечника и в целом насоса, поскольку обычно вытачивают тонкостенные обечайки толщиной 1-1,5 мм из толстостенных труб и с применением сложной технологической оснасткиобеспечивают ее посадку на внутренний магнитопровод [Глухих В. А., Тананаев А. В., Кириллов И. Р. Магнитная гидродинамика в ядерной энергетике. М.:Энергоатомиздат, 1987, с.195-200. Алексеев Р. А. и др. Индукционный электромагнитный насос для реактора БОР-60. Электротехника, N 7, 1983, с.75.], однако малая толщина 1-1,5 мм обечайки сердечника обуславливает его незначительную прочность, как в радиальном, так и в осевом направлениях, что в конечном итоге определяет недостаточную прочность и надежность насоса в целом.The pump core shell according to RU 1720462 is welded with a thickness of 1-1.5 mm, which somewhat reduces the laboriousness of manufacturing the core and the pump as a whole, since usually thin-walled shells with a thickness of 1-1.5 mm are grinded from thick-walled pipes and, using complex technological equipment, ensure its fit on the internal magnetic circuit [Glukhikh V. A., Tananaev A. V., Kirillov I. R. Magnetic hydrodynamics in nuclear power. M.: Energoatomizdat, 1987, p. 195-200. Alekseev RA et al. Electromagnetic induction pump for the BOR-60 reactor. Electrical engineering, N 7, 1983, p. 75.], However, the small thickness of 1-1.5 mm of the shell of the core causes its insignificant strength, both in the radial and axial directions, which ultimately determines the insufficient strength and reliability of the pump in the whole.

Известна конструкция серии разработанных АО «СМКБ» насосов серии НЭИ для Белоярской АЭС [RU 159363, 164336, 165711, 166156], используемых для перекачки жидкого натрия, содержащих сердечник, набранный из блока закрепленных на центральном стержне спирально-навитых шайб электротехнической стали, корпус толщиной 1 мм и 6 Ш-образных магнитопроводов, в пазах которых установлены дисковые катушки.The known design of a series of pumps of the NEI series developed by JSC "SMKB" for Beloyarsk NPP [RU 159363, 164336, 165711, 166156], used for pumping liquid sodium, containing a core, recruited from a block of spiral-wound washers of electrical steel fixed on the central rod, a body with a thickness 1 mm and 6 W-shaped magnetic cores, in the grooves of which disk coils are installed.

Недостатками этих решений является выполнение сердечника из набора спирально навитых шайб, что подразумевает наличие полой центральной втулки достаточно большого диаметра и слоя компаунда для склеивания ленты электротехнической стали по виткам и со втулкой. Это приводит к уменьшению коэффициента заполнения сердечника и созданию меньшего магнитного поля; также наличие границы стыка отдельных шайб приводит к увеличению магнитных потерь в сердечнике, что также понижает КПД насоса. Магнитопроводы при этом после сборки подвергаются механической обработке для придания нижней (ближней к корпусу) поверхности дугообразной формы. Такая обязательная механическая обработка существенно удорожает изготовление, а также приводит к замыканию пластин электротехнической стали между собой, что увеличивает энергетические потери и снижает КПД насоса.The disadvantages of these solutions are the implementation of the core from a set of spirally wound washers, which implies the presence of a hollow central sleeve of a sufficiently large diameter and a layer of compound for gluing the electrical steel tape along the turns and with the sleeve. This leads to a decrease in the filling factor of the core and the creation of a smaller magnetic field; Also, the presence of the interface between the individual washers leads to an increase in magnetic losses in the core, which also reduces the pump efficiency. In this case, after assembly, the magnetic cores are machined to give the lower (closest to the body) surface of an arcuate shape. Such mandatory machining significantly increases the cost of manufacturing, and also leads to the closure of the plates of electrical steel with each other, which increases energy losses and reduces the efficiency of the pump.

Известен ряд конструкций цилиндрических линейных индукционных насосов, основными узлами которых являются линейный индуктор с обмоткой и сердечник. Обмотка индуктора создает бегущее вдоль канала магнитное поле, при взаимодействии которого с индуктированными в жидком металле токами возникают электромагнитные усилия, обеспечивающие перемещение жидкого металла вдоль канала.A number of designs of cylindrical linear induction pumps are known, the main units of which are a linear inductor with a winding and a core. The winding of the inductor creates a magnetic field running along the channel, upon interaction of which with currents induced in the liquid metal, electromagnetic forces arise, which ensure the movement of the liquid metal along the channel.

Сердечники этих цилиндрических линейных индукционных насосов собирают из отдельных пакетов, набранных из листов электротехнической стали или отдельных сегментов, спрессованных из ферромагнитного порошка, и помещают в тонкостенную цилиндрическую обечайку из нержавеющей стали [Глухих В.А., Танаев А.В., Кириллов И.Р. Магнитная гидродинамика в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.195, рис.6.4(а)].The cores of these cylindrical linear induction pumps are assembled from individual packages made up of sheets of electrical steel or individual segments pressed from ferromagnetic powder, and placed in a thin-walled cylindrical shell made of stainless steel [Glukhikh V.A., Tanaev A.V., Kirillov I. R. Magnetic hydrodynamics in nuclear power. M .: Energoatomizdat, 1987, p.195, fig.6.4 (a)].

Однако сердечники такой конструкции имеют недостатки, связанные с различными коэффициентами линейного расширения материала пакетов (сегментов) и нержавеющей стали обечайки, в следствии чего между пакетами и тонкостенной обечайкой в процессе эксплуатации насоса образуется зазор, который затрудняет охлаждение пакетов сердечника перекачиваемым металлом. В результате при высоких температурах перекачиваемого металла внутренний магнитопроводв сердечнике может перегреваться, при перегреве тонкостенная обечайка теряет устойчивость, образуя продольную гофру, и, как следствие, нарушается герметичность обечайкии насос выходит из строя.However, cores of this design have disadvantages associated with different coefficients of linear expansion of the material of the packages (segments) and stainless steel of the shell, as a result of which a gap forms between the packages and the thin-walled shell during pump operation, which makes it difficult to cool the core packages with the pumped metal. As a result, at high temperatures of the pumped metal, the inner magnetic circuit in the core can overheat; when overheated, the thin-walled shell loses its stability, forming a longitudinal corrugation, and, as a result, the tightness of the shell is broken and the pump fails.

Поэтому обеспечение плотного прилегания обычно тонкой около 1 мм обечайки сердечника к магнитопроводу имеет важное значение для обеспечения прочности и надежности функционирования насоса.Therefore, ensuring a tight fit of the usually thin about 1 mm shell of the core to the magnetic circuit is important for ensuring the strength and reliability of the pump.

Известен сердечник электромагнитного цилиндрического насоса, в котором функцию автокомпенсатора теплового расширения обечайки и магнитопровода сердечника выполняет цилиндрическая втулка, установленная внутри двух конических втулок, взаимодействующих с конусными поверхностями сегментов магнитопровода, причем внутренняя цилиндрическая втулка выполнена из материала (из алюминия) с коэффициентом линейного расширения большим, чем у кожуха [А. с.СССР 436423, H02K44/06, опубл. 1974].Known is the core of an electromagnetic cylindrical pump, in which the function of an autocompensator for thermal expansion of the shell and the magnetic core of the core is performed by a cylindrical bushing installed inside two tapered bushings interacting with the tapered surfaces of the magnetic circuit segments, and the inner cylindrical bushing is made of material (aluminum) with a large linear expansion coefficient, than the casing [A. pp. USSR 436423, H02K44 / 06, publ. 1974].

Данное техническое решение, однако, применимо лишь при невысоких температурах перекачиваемого металла (до 500^оС), поскольку изготовленная из алюминия цилиндрическая втулка при более высоких температурах теряет необходимые механические свойства и не обеспечивает автокомпенсации теплового расширения обечайки и магнитопровода сердечника. Изготовление втулки из другого материала не представлялось возможным по причине отсутствия материала, имеющего коэффициент линейного расширения больший, чем у нержавеющей стали и обладающего к тому же необходимыми механическими свойствами. Кроме того, сердечник такой конструкции не обладает достаточной жесткостью в поперечном направлении, так как внутренние конические втулки, на которые опираются сегменты магнитопровода, являются составными и разрезаны в поперечном направлении.This solution, however, is applicable only at low temperatures of the pumped metal (500 ° ^C), as made of aluminum cylindrical sleeve at higher temperatures, loses the necessary mechanical properties and does not provide a self-compensation of thermal expansion of the sleeve and the magnetic core. It was not possible to manufacture the bushing from a different material due to the lack of a material with a coefficient of linear expansion greater than that of stainless steel and also having the necessary mechanical properties. In addition, the core of this design does not have sufficient transverse rigidity, since the inner tapered bushings, on which the magnetic circuit segments rest, are composite and cut in the transverse direction.

Извеcтент цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий индуктор с внутренним магнитопроводом и канал с поименованными входом, выходом, в котором сочленение внутреннего магнитопровода и внутренней стенки канала выполнено в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого расположен со стороны выхода канала. Внутренняя стенка канала закреплена со стороны входа, а внутренний магнитопровод закреплен со стороны выхода канала [RU 2533056 H02K44/06 Опубл. 20.11.2014 Бюл. №32]. The meter is a cylindrical linear induction pump containing an inductor with an internal magnetic circuit and a channel with named inlet, outlet, in which the junction of the internal magnetic circuit and the internal wall of the channel is made in the form of a truncated cone, the smaller diameter of which is located on the side of the channel outlet. The inner wall of the channel is fixed from the inlet side, and the inner magnetic circuit is fixed from the outlet side of the channel [RU 2533056 H02K44 / 06 Publ. 20.11.2014 Bul. No. 32] .

По мнению авторов RU 2533056 меньший диаметр конусной поверхности расположенный со стороны выхода из канала определяет немагнитный зазор на выходе большей величины по отношению к аналогичному параметру на входе в канал, что по мнению авторов улучшает структуру результирующего магнитного поля, в результате упомянутое искажение предполагается на входе меньшим, так как величина индукции магнитного поля, при неизменной величине намагничивающей силы, пропорциональна величине немагнитного зазора, но это в конечном итоге не может оказывать существенное влияние на производительность и коэффициент полезного действия насоса.According to the authors of RU 2533056, the smaller diameter of the tapered surface located on the outlet side of the channel determines the non-magnetic gap at the outlet of a larger value in relation to the same parameter at the channel inlet, which, according to the authors, improves the structure of the resulting magnetic field, as a result, the mentioned distortion is assumed to be smaller at the inlet , since the magnitude of the magnetic field induction, at a constant magnitude of the magnetizing force, is proportional to the magnitude of the non-magnetic gap, but this ultimately cannot have a significant effect on the productivity and efficiency of the pump.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототипом) является цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий линейный индуктор с магнитопроводом индуктора и обмоткой, кольцеобразный рабочий канал и сердечник, состоящий из обечайки, внутренней трубы, магнитопровода сердечника, набранного из пакетов электротехнической стали, имеющих конусные поверхности и установленных между обечайкой и внутренней трубой, и поджимающих элементов, установленных между внутренней трубой и магнитопроводом сердечника, в котором поджимающие элементы выполнены в виде двух конических втулок, имеющих продольные разрезы, с углом конусности α=arctgD/L, где D - наружный диаметр пакетов магнитопровода сердечника, L - длина пакетов, при этом внутренняя поверхность магнитопровода в его торцевых частях выполнена конической формы с углом наклона образующей, равным α, конические втулки установлены на торцевых частях магнитопровода сердечника, и их коническая поверхность сопряжена с внутренней поверхностью магнитопровода сердечника. Количество продольных разрезов на каждой конической втулке равно числу пакетов магнитопровода сердечника в его торцевых сечениях, а расстояние между ближайшими торцами конических втулок равно L - 2h+5 мм, где h - глубина продольных разрезов втулок [RU 2029427 H02K44/06 Опуб. 20.02.1995 (прототип)].The closest in technical essence and the achieved technical result (prototype) is a cylindrical linear induction pump containing a linear inductor with an inductor magnetic core and a winding, an annular working channel and a core consisting of a shell, an inner pipe, a core magnetic circuit, recruited from electrical steel packages having conical surfaces and installed between the shell and the inner tube, and the pressing elements installed between the inner tube and the magnetic core of the core, in which the pressing elements are made in the form of two tapered bushings with longitudinal cuts, with a taper angle α = arctgD / L, where D is the outer the diameter of the packages of the core magnetic circuit, L is the length of the packages, while the inner surface of the magnetic circuit in its end parts is made of a conical shape with an angle of inclination of the generatrix equal to α, tapered bushings are installed on the end parts of the core magnetic circuit, and their conical surface is resisting close to the inner surface of the core magnetic circuit. The number of longitudinal cuts on each tapered bushing is equal to the number of packages of the core magnetic circuit in its end sections, and the distance between the nearest ends of the tapered bushings is L - 2h + 5 mm, where h is the depth of the longitudinal cuts of the bushings [RU 2029427 H02K44 / 06 Pub. 02/20/1995 (prototype)].

Существенным недостатком RU 2029427 (прототипа) является возможность заклинивания как подвижных цанговых втулок, так и опирающихся на них пакетов штампованных листов электротехнической стали внутреннего магнитопровода, что, в конечном итоге, приводит к снижению надежности и коэффициента полезного действия насоса.A significant disadvantage of RU 2029427 (prototype) is the possibility of jamming both the movable collet bushings and the packages of stamped sheets of electrical steel of the internal magnetic circuit resting on them, which ultimately leads to a decrease in the reliability and efficiency of the pump.

Другим недостатком RU 2029427 (прототипа) является значительная сложность и трудоемкость изготовления, поскольку возникает необходимость обеспечить высокую точность обработки и прилегания конических поверхностей пакетов штампованных листов электротехнической стали и вставных цанговых втулок.Another disadvantage of RU 2029427 (prototype) is the significant complexity and laboriousness of manufacture, since there is a need to ensure high accuracy of processing and adhesion of tapered surfaces of packages of stamped sheets of electrical steel and plug-in collet bushings.

Общими техническими недостатками конструкций известных сердечников, магнитопроводов и цилиндрических линейных индукционных насосов в целом являются технологическая сложность и трудоемкость их изготовления, а также недостаточная надежность и долговечность их функционирования по причине наличия тонкостенных (обычно около 1 мм) стенок корпуса канала и обечаек сердечников, сравнительно высокие, обусловленные особенностями конструкций магнитопроводов энергетические потери и, соответственно недостаточно высокие параметры функционирования и недостаточно высокий коэффициент полезного действия.The general technical drawbacks of the designs of known cores, magnetic circuits and cylindrical linear induction pumps in general are the technological complexity and laboriousness of their manufacture, as well as the insufficient reliability and durability of their operation due to the presence of thin-walled (usually about 1 mm) walls of the channel body and shells of the cores, relatively high energy losses due to the design features of the magnetic cores and, accordingly, insufficiently high operating parameters and insufficiently high efficiency.

Решаемая задача и технический результатSolved problem and technical result

Задачей полезной модели является повышение эффективности функционирования цилиндрического линейного индукционного насоса для перекачки жидкого металла и технологичности его изготовления, сборки и монтажа его конструктивных элементов.The objective of the utility model is to increase the efficiency of the cylindrical linear induction pump for pumping liquid metal and the manufacturability of its manufacture, assembly and installation of its structural elements.

Цель, достигаемая использованием объекта патентования - создание конструкции цилиндрического линейного индукционного насоса с уменьшенным энергопотреблением, с более высоким коэффициентом полезного действия (КПД) и более высокой прочностью, долговечностью и надежностью.The goal achieved by using the patent is to create a cylindrical linear induction pump design with reduced energy consumption, with a higher efficiency and higher strength, durability and reliability.

Технический результат - повышение эффективности и надежности функционирования насоса путем снижения его энергопотребления, повышения напора и расхода перекачиваемого жидкого расплава металла при одновременном увеличении его прочности, надежность и долговечности функционирования.The technical result is an increase in the efficiency and reliability of the pump operation by reducing its energy consumption, increasing the pressure and flow rate of the pumped liquid molten metal while increasing its strength, reliability and durability of operation.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что цилиндрический линейный индукционный насос, содержащийThe problem is solved and the required technical result is achieved by the fact that a cylindrical linear induction pump containing

цилиндрический корпус насоса,cylindrical pump casing,

линейно расположенные по поверхности корпуса насоса индукторы с магнитопроводами индукторов и катушками индуктивностиinductors linearly located on the surface of the pump housing with magnetic cores of inductors and inductors

и коаксиально расположенный внутри корпуса с образованием кольцевого рабочего канала сердечник с расположенными внутри кожуха его центральной цилиндрической части магнитопроводами сердечника,and a core coaxially located inside the housing with the formation of an annular working channel with core magnetic circuits located inside the housing of its central cylindrical part,

согласно полезной модели according to the utility model

магнитопроводы индукторов изготовлены в виде наборов Ш-образных параллельных относительно друг другу пластин шихтовки из электротехнической стали переменной высоты и боковых Ш-образных защитных пластин из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса,the magnetic cores of the inductors are made in the form of sets of W-shaped, parallel to each other, charge plates made of electrical steel of variable height and side W-shaped protective plates made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of austenitic class,

магнитопроводы сердечника изготовлены в виде наборов продольных параллельных относительно друг другу пластин пластин из электротехнической стали переменной высоты, расположенных в продольных секторах, образованных установленной внутри сердечника по его оси несущей крестовиной с продольными ребрами,the core magnetic circuits are made in the form of sets of longitudinal parallel to each other plates of plates made of electrical steel of variable height located in longitudinal sectors formed by a supporting cross with longitudinal ribs installed inside the core along its axis,

причем ориентация пластин шихтовки магнитопроводов индукторов совпадает с ориентацией пластин шихтовки соответствующих магнитопроводов сердечника внутри кожуха центральной цилиндрической части сердечника, аmoreover, the orientation of the charge plates of the magnetic cores of the inductors coincides with the orientation of the plates of the charge of the corresponding magnetic cores inside the casing of the central cylindrical part of the core, and

ширина шихтовки Н магнитопроводов индукторов равна или больше ширины шихтовки h соответствующих магнитопроводов сердечника в соответствующих продольных секторах сердечника.the width of the mixture H of the magnetic cores of the inductors is equal to or greater than the width of the mixture h of the corresponding magnetic cores in the corresponding longitudinal sectors of the core.

Высота Ш-образных пластин шихтовки и боковых Ш-образных защитных пластин магнитопроводов индукторов подобрана так, чтобы внутренний профиль сечений наборов Ш-образных пластин шихтовки и боковых Ш-образных защитных пластин представлял собой аппроксимированную дугу окружности, концентричную и соразмерную наружной поверхности корпуса насоса.The height of the W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates of the magnetic circuits of the inductors is selected so that the internal cross-sectional profile of the sets of W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates was an approximated arc of a circle, concentric and proportional to the outer surface of the pump housing.

Наборы Ш-образных пластин шихтовки и боковых Ш-образных защитных пластин изготовлены с возможностью их крепления относительно корпуса насоса посредством их установки в пазы фланцев насоса.Sets of W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates are made with the possibility of attaching them relative to the pump casing by installing them in the grooves of the pump flanges.

Кроме этого в цилиндрическом линейном индукционном насосе:In addition, in a cylindrical linear induction pump:

шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов выполнены в виде наборов прямоугольных параллельных относительно друг другу пластин из электротехнической стали переменной высоты, подобранных так, чтобы по нижнему контуру наборы пластин шихтовок в сечении соответствовали аппроксимированной форме внутренних углов между продольными ребрами несущей крестовины, а по верхнему контуру наборы пластин шихтовки в сечении соответствовали форме дуг окружности с диаметром, соразмерным внутреннему диаметру кожуха центральной цилиндрической части сердечника,the mixtures of the core magnetic circuits in each of the indicated sectors are made in the form of sets of rectangular, parallel to each other, plates of electrical steel of variable height, selected so that along the lower contour the sets of charge plates in the section correspond to the approximated shape of the inner angles between the longitudinal edges of the supporting cross, and along the upper the contour of the sets of charge plates in section corresponded to the shape of circular arcs with a diameter commensurate with the inner diameter of the casing of the central cylindrical part of the core,

количество магнитопроводов индукторов равно количеству соответствующих им магнитопроводов сердечника,the number of magnetic cores of inductors is equal to the number of core magnetic cores corresponding to them,

боковые Ш-образные защитные пластины магнитопроводов индукторов изготовлены со скошенными нижними краями с такими углами скоса, чтобы после установки магнитопроводов индукторов на корпусе насоса они совмещались с соседними защитными пластинами смежных магнитопроводов индукторов,the side W-shaped protective plates of the magnetic cores of the inductors are made with beveled lower edges with such bevel angles that, after installing the magnetic cores of the inductors on the pump casing, they are aligned with the adjacent protective plates of the adjacent magnetic cores of the inductors,

попродольным краям наборов пластин шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов центральной части сердечника расположены уплотняющие клинья,Sealing wedges are located along the longitudinal edges of the sets of laminating plates of the core magnetic circuits in each of the indicated sectors of the central part of the core,

по торцевым краям наборов пластин шихтовок магнитопроводов сердечника для фиксации их положения в указанных секторах центральной части сердечника установлены упорные втулки и привариваемые к ним конусообразные обтекатели,along the end edges of the sets of plates of the mixtures of the core magnetic circuits to fix their position in the indicated sectors of the central part of the core, thrust bushings and cone-shaped fairings welded to them are installed,

Ш-образные пластины шихтовки магнитопроводов индукторов и продольные пластины шихтовки магнитопроводов сердечника изготовлены из электротехнической стали таким образом, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси корпуса насоса, аW-shaped plates for the lamination of the magnetic cores of the inductors and the longitudinal plates for the lamination of the core magnetic circuits are made of electrical steel in such a way that the direction of rolling of the electrical steel coincides with the direction of the axis of the pump housing, and

корпус насоса, кожух центральной части сердечника, несущая крестовина внутри сердечника, уплотняющие клинья, упорные втулки и конусообразные обтекатели сердечника изготовлены из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса.pump casing, casing of the central part of the core, support cross inside the core, sealing wedges, thrust bushings and tapered core fairings are made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, austenitic class.

Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings

Конструкция сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса, магнитопровода индуктора цилиндрического линейного индукционного насоса и цилиндрического линейного индукционного насоса в целом, далее - насоса, содержащего цилиндрический корпус с линейно расположенными на его поверхности индукторами, содержащими индукционные катушки и магнитопроводы индукторов, и коаксиально расположенный в корпусе насоса с образованием кольцевого рабочего зазора для движения потока жидкого расплавленного металла сердечник с расположенным внутри магнитопроводом сердечника,иллюстрируются чертежами, где показаны: центральная цилиндрическая часть 1 сердечника, упорные втулки 2 сердечяника, конусообразные обтекатели 3 сердечника со стороны входа и выхода потока жидкого металла, расположенная внутри центральной части 1 сердечника несущая крестовина 4, пластины шихтовки магнитопроводов сердечника 5, цилиндрический кожух 6 сердечника, уплотняющие клинья 7, пластины шихтовки магнитопроводов индукторов 10, боковые защитные пластины магнитопроводов индукторов 11, корпус насоса 12, коаксиально установленный в корпусе насоса 12 сердечник 13, магнитопроводы индукторов 14, токопроводящие катушкииндукторов 15, кольцевой рабочий зазор 16 для движения жидкого расплава металла между наружной поверхностью центральнойцилиндрической части 1 сердечника 13 и внутренней поверхностью корпуса насоса 12.The design of the core of a cylindrical linear induction pump, the magnetic core of the inductor of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump as a whole, further - a pump containing a cylindrical body with inductors linearly located on its surface, containing induction coils and magnetic cores of inductors, and coaxially located in the pump body with the formation of an annular working gap for the movement of the flow of liquid molten metal, the core with the core located inside the magnetic circuit, are illustrated by the drawings, which show: the central cylindrical part 1 of the core, thrust bushings 2 of the core, conical fairings 3 of the core from the side of the inlet and outlet of the flow of liquid metal, located inside the central parts 1 of the core carrier cross 4, plates for the strapping of magnetic cores 5, cylindrical casing 6 of the core, sealing wedges 7, plates for strapping magnetic cores of inductors 10 , lateral protective plates of the magnetic cores of the inductors 11, the pump casing 12, the core 13 coaxially installed in the pump casing 12, the magnetic cores of the inductors 14, the current-conducting coils of the inductors 15, the annular working gap 16 for the movement of the molten metal between the outer surface of the central cylindrical part 1 of the core 13 and the inner surface of the casing pump 12.

На фиг. 1 представлен общий вид сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса в сборе,далее - сердечника, где показаны: цилиндрическая центральная часть1 сердечника, содержащая наружный кожух с расположенными в нем магнитопроводами сердечника,упорные втулки 2 сердечника для коаксиальной фиксации сердечника внутри корпуса насоса, расположенные со сторон входа и выхода жидкого металла в рабочем кольцевом пространстве между сердечником и корпусом насоса конусообразные обтекатели 3, предотвращающие завихрения потока жидкого металла на входе в насос и на выходе из насоса.FIG. 1 shows a general view of the core of a cylindrical linear induction pump assembly, hereinafter - the core, which shows: the cylindrical central part 1 of the core, containing the outer casing with the core magnetic circuits located in it, thrust bushings 2 of the core for coaxial fixation of the core inside the pump casing, located on the inlet sides and the outlet of liquid metal in the working annular space between the core and the pump casing, cone-shaped fairings 3, which prevent swirling of the flow of liquid metal at the pump inlet and at the pump outlet.

На фиг. 2 - сечение центральной части 1 сердечника, где показаны:расположенная по оси несущая крестовина 4, пластины шихтовки магнитопроводов сердечника 5, цилиндрический кожух 6 центральной части 1 сердечника с внутренним диаметром D1 и расположенные по краям наборов пластин шихтовкимагнитопроводовсердечника 5 уплотняющие клинья 7.FIG. 2 is a cross-section of the central part 1 of the core, where are shown: axially located bearing crosspiece 4, plates for burdening the core magnetic circuits 5, cylindrical casing 6 of the central part 1 of the core with an inner diameter D1 and sealing wedges 7 located along the edges of the sets of plates for burdening magnetic circuits of the core 5.

На фиг. 3 - разнесенный аксонометрический вид конструкции центральной части сердечника 1 в разобранном виде, где показаны расположенная по оси сердечника несущая крестовина 4, разделяющая внутренний объем сердечника на несколько секторов с расположенными в каждом из указанных секторов наборами пластин шихтовки магнитопроводовсердечника 5 и уплотняющими клиньями 7, х цилиндрический кожух 6 центральной части сердечника с внутренним диаметром D1.FIG. 3 - an exploded perspective view of the structure of the central part of the core 1 in disassembled view, which shows the bearing cross 4 located along the axis of the core, dividing the inner volume of the core into several sectors with sets of plates for the burdening of core magnetic circuits 5 and sealing wedges 7, x cylindrical located in each of these sectors casing 6 of the central part of the core with an inner diameter D1.

На фиг. 4 и 5 показаны соответственно аксонометрическая схема и сечение набора пластин шихтовки одного из магнитопроводов сердечника 5 переменной высоты для одного из образуемых ребрами несущей крестовиной 4 секторов сердечника.FIG. 4 and 5 show, respectively, an axonometric diagram and a cross-section of a set of burden plates of one of the core magnetic circuits 5 of variable height for one of the core sectors formed by the ribs of the supporting crosspiece 4.

На фиг. 6 - разнесенный аксонометрический вид конструкции одгого из магнитопроводов индуктора, включающего набор Ш-образных пластин шихтовки 10 переменной высоты и Ш-образные боковые защитные пластины 11 со скошенными нижними краями.FIG. 6 is an exploded perspective view of the structure of one of the magnetic circuits of the inductor, including a set of W-shaped plates of the charge 10 of variable height and W-shaped side protective plates 11 with beveled lower edges.

На фиг. 7 и 8 показаны виды сбоку вариантов коструктивного исполнения магнитопроводов индукторов, содержащих набор Ш-образных пластин шихтовки магнитопровода индуктора 10 и боковые Ш-образные защитные пластины 11, фиксация которых относительно друг друга осуществляется или склейкой высотемпературным компаундом (фиг. 7), или посредством болтовых соединений (фиг. 8). Диаметрами D2 иD3 обозначены соответственно наружный диаметр цилиндрического корпуса и диаметр нижнего контура набора Ш-образных пластин шихтовки магнитопровода индуктора.FIG. 7 and 8 show side views of variants of the structural design of the magnetic cores of the inductors containing a set of W-shaped plates of the burdening of the magnetic circuit of the inductor 10 and side W-shaped protective plates 11, the fixation of which relative to each other is carried out either by gluing with a high-temperature compound (Fig. 7), or by means of bolted connections (Fig. 8). The diameters D2 and D3 denote, respectively, the outer diameter of the cylindrical body and the diameter of the lower contour of the set of W-shaped plates of the charge of the inductor magnetic circuit.

На фиг. 9 - вид насоса сбоку, где показаны:корпус насоса 12 с коаксиально установленным внутри него сердечником 13, расположенные по поверхности корпуса магнитопроводы индукторов 14 с расположенными в пазах наборов пластин Ш-образной шихтовки магнитопроводов индукторов14 катушками индуктивности 15.FIG. 9 is a side view of the pump, which shows: the pump body 12 with the core 13 coaxially installed inside it, the magnetic cores of the inductors 14 located along the surface of the case with the inductor coils 15 located in the grooves of the sets of plates of the W-shaped charge of the magnetic cores of the inductors 14.

На фиг. 10 - схема компоновки магнитопроводов индукторов и магнитопроводов сердечника соответственнона поверхности корпуса насоса 12 и внутри центральной части сердечника, где показаны наборы пластин шихтовки магнитопроводов сердечника 5, цилиндрический кожух 6 центральной части сердечника, наборы Ш-образных пластин шихтовки магнитопроводов индуктора 10 и боковые Ш-образные защитные пластины 11. Диаметрами D1, D2 и D3 обозначены соответственно внутренний диаметр цилиндрического кожуха центральной части сердечника, наружный диаметр цилиндрического корпуса и диаметр нижнего контура набора Ш-образных пластин шихтовки магнитопровода индуктора. Шириной Н и h обозначены соответственно ширина наборов Ш-образных пластин шихтовки магнитопроводов индуктора 10 и ширина наборов пластин шихтовки магнитопроводовсердечника 5.FIG. 10 is a diagram of the arrangement of the magnetic circuits of the inductors and the magnetic circuits of the core, respectively, on the surface of the pump casing 12 and inside the central part of the core, which shows sets of plates for mixing the magnetic circuits of the core 5, a cylindrical casing 6 of the central part of the core, sets of W-shaped plates for mixing the magnetic circuits of the inductor 10 and side W-shaped protective plates 11. The diameters D1, D2 and D3 respectively designate the inner diameter of the cylindrical casing of the central part of the core, the outer diameter of the cylindrical body and the diameter of the lower contour of the set of W-shaped plates of the inductor magnetic circuit. Width H and h denote, respectively, the width of the sets of W-shaped plates of the strand of the magnetic cores of the inductor 10 and the width of the sets of the plates of the strand of the magnetic cores of the core 5.

На фиг. 10, 11 и 12 показаны варианты конструктивного исполнения и компоновки магнитопроводов сердечника и магнитпроводов индукторов.FIG. 10, 11 and 12 show variants of the design and arrangement of the core magnetic circuits and the inductor magnetic circuits.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Основными отличительными особенностями конструкции сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса являются:The main distinguishing features of the core design of a cylindrical linear induction pump are:

- наличие в центральной части 1 сердечника толстостенного (≥1,5 мм) цилиндрического кожуха 6 с внутренним диаметром D1, изготовленного из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением,например, аустенитного класса,- the presence in the central part 1 of the core of a thick-walled (≥1.5 mm) cylindrical casing 6 with an inner diameter D1, made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, austenitic class,

- наличие внутри толстостенного цилиндрического кожуха сердечника 6 несущей крестовины 4, устанавливаемой по центральной оси и разделяющей внутренний объем центральной части сердечника на несколько секторов, ограниченных с одной стороны кожухом сердечника 4, а с двух других - ребрами несущей крестовины 4,- the presence inside the thick-walled cylindrical casing of the core 6 of the bearing cross 4, installed along the central axis and dividing the inner volume of the central part of the core into several sectors, limited on one side by the core casing 4, and on the other two by the ribs of the bearing cross 4,

- выполнение в каждом из указанных секторов шихтовки магнитопроводов сердечника 5 из прямоугольных продольных пластин, изготовленных из холоднокатаной электротехнической стали так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси сердечника,- performing in each of the indicated sectors the strapping of the core magnetic circuits 5 of rectangular longitudinal plates made of cold-rolled electrical steel so that the direction of the electrical steel rolling coincides with the direction of the core axis,

- наличие расположенных по краям пластин шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов уплотняющих клиньев 7,- the presence of the core magnetic circuits located along the edges of the burdening plates in each of the indicated sectors of the sealing wedges 7,

- выполнение пластин шихтовки внутренних магнитопроводов 5 в каждом из образуемых несущей крестовиной 4 секторов сердечника переменной высоты так, чтобы по нижнему контуру наборы пластин в шихтовках магнитопроводов сердечника соответствовали аппроксимированной форме углов между ребрами несущей крестовины 4, а верхние контуры в поперечнике имели форму дуги окружности соосной с корпусом насоса и диаметром, соразмерным внутреннему диаметру D1 кожуха сердечника 6.- making the plates of the burdening of the internal magnetic circuits 5 in each of the 4 sectors of the core of variable height formed by the supporting cross so that along the lower contour the sets of plates in the mixtures of the core magnetic circuits correspond to the approximated shape of the angles between the ribs of the supporting cross 4, and the upper contours in the cross section have the shape of a circular arc coaxial with a pump casing and a diameter commensurate with the inner diameter D1 of the core casing 6.

Основными отличительными особенностями конструкции магнитопроводов индукторов цилиндрического линейного индукционного насоса являются:The main distinctive features of the design of the magnetic cores of the inductors of a cylindrical linear induction pump are:

- шихтовка магнитопроводов индукторов Ш-образными пластинами из холоднокатаной электротехнической стали так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси корпуса насоса.- lacing the magnetic cores of the inductors with W-shaped plates made of cold-rolled electrical steel so that the direction of the rolled electrical steel coincides with the direction of the axis of the pump housing.

- изготовление Ш-образных пластиншихтовки в каждом из магнитопроводов индукторов с переменной высотой так, чтобы внутренний профиль набора пластин шихтовки каждого магнитопровода индуктора представлял собой аппроксимированную дугу окружности, соразмерную и концентричнуюнаружной цилиндрической поверхности корпуса насоса,- production of W-shaped lamellas in each of the magnetic cores of the inductors with variable height so that the inner profile of the set of burdening plates of each magnetic core of the inductor is an approximated arc of a circle, commensurate and concentric with the outer cylindrical surface of the pump casing,

- наличие у магнитопроводов индукторов боковых защитных пластин 11 из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса.- the presence of the magnetic cores of the inductors of the side protective plates 11 of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of the austenitic class.

- наличие по краям наборов Ш-образных пластин шихтовки магнитопроводов индукторов боковых защитных пластин 11, изготовленных из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса, и выполненных со скошенными нижними краями с такими углами скоса, чтобы они после установки магнитопроводов индукторов плотно совмещались друг с другом вокруг корпуса насоса (фиг. 10, 11, 12).- the presence at the edges of the sets of W-shaped plates of the burdening of the magnetic cores of the inductors of the side protective plates 11, made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of the austenitic class, and made with beveled lower edges with bevel angles such that after the installation of the magnetic cores of the inductors they are tightly aligned with each other around the pump housing (Figs. 10, 11, 12).

Основными отличительными особенностями конструкции цилиндрического линейного индукционного насоса в целом являются:The main distinguishing features of the design of the cylindrical linear induction pump as a whole are:

- наличие сердечника с конусообразными обтекателями по торцам, внутри цилиндрической центральной части которого посредством установленной по оси несущей крестовины образовано несколько секторов, в каждом из которых размещены магнитопроводы сердечника в виде зафиксированных уплотнительными клиньями наборы параллельных разновысоких продольных пластин шихтовки из электротехнической стали, ориентированных так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси,- the presence of a core with conical fairings at the ends, inside the cylindrical central part of which several sectors are formed by means of a bearing cross installed along the axis, in each of which magnetic cores are located in the form of sets of parallel uneven longitudinal charge plates of electrical steel, fixed by sealing wedges, oriented so that the direction of rolling of electrical steel coincided with the direction of the axis,

- наличие установленных по наружной поверхности цилиндрического корпуса насоса магнитопроводов индукторов, содержащих наборы параллельных Ш-образных продольных параллельных относительно друг друга пластин шихтовки из электротехнической стали, ориентированных так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси насоса,- the presence of magnetic cores of inductors installed on the outer surface of the cylindrical casing of the pump, containing sets of parallel W-shaped longitudinal, parallel to each other, charge plates made of electrical steel, oriented so that the direction of rolling of electrical steel coincides with the direction of the pump axis,

-наличие установленных по наружной поверхности цилиндрического корпуса насоса магнитопроводов индукторов, содержащих наборы параллельных Ш-образных продольных параллельных относительно друг друга пластин шихтовки, имеющих разную высоту, подобранную так, чтобы в поперечном сечении профили нижних контуров магнитопровода имеет форму дуги окружности, концентричной с сердечником и соразмерной наружному диаметру корпуса насоса,- the presence of magnetic cores of inductors installed on the outer surface of the cylindrical body of the pump, containing sets of parallel W-shaped longitudinal, parallel to each other, batch plates having different heights, selected so that in cross-section the profiles of the lower contours of the magnetic core have the shape of a circular arc, concentric with the core and commensurate with the outer diameter of the pump casing,

- количество внешних магнитопроводов (магнитопроводы индуктора) равно количеству магнитопроводами сердечника.- the number of external magnetic circuits (inductor magnetic circuits) is equal to the number of core magnetic circuits.

- ориентация пластин шихтовки внешнего магнитопровода совпадает с ориентацией пластин шихтовки соответствующего сектора сердечника.- the orientation of the charge plates of the external magnetic circuit coincides with the orientation of the charge plates of the corresponding core sector.

Цилиндрический линейный индукционный насос работает и изготавливаетсяследующим образом:The cylindrical linear induction pump works and is manufactured as follows:

В расположенные на корпусе насоса токопроводящие катушки индукторов подается трехфазное переменное напряжение. Электрическая связь между расплавом металла и внешней электрической цепью индукторов отсутствует.Three-phase alternating voltage is supplied to the current-carrying inductor coils located on the pump housing. There is no electrical connection between the molten metal and the external electrical circuit of the inductors.

Переменный ток, протекающий по токопроводящим катушкам индукторов, создает вмагнитопроводах индукторов переменное бегущее магнитное поле, которое, замыкаясь на магнитопроводах сердечника, индуцирует ток в жидкометаллическом потоке в кольцевом рабочем канале насоса.The alternating current flowing through the conductive coils of the inductors creates an alternating traveling magnetic field in the magnetic conductors of the inductors, which, closing on the magnetic circuits of the core, induces a current in the liquid metal flow in the annular working channel of the pump.

Наведенный в жидкометаллическом потоке электрический ток, взаимодействуя с замкнутым магнитным полем индуктора и сердечника создает электродвижущую силу, заставляющую жидкометаллический поток передвигаться в рабочем канале.The electric current induced in the liquid-metal flow, interacting with the closed magnetic field of the inductor and the core, creates an electromotive force that makes the liquid-metal flow move in the working channel.

Бесконтактное наведение токов в жидком металле обеспечивает высокую надежность функционирования и чистоту технологического процессаперекачивания жидкого металла, безопасные условия труда и соблюдение техники безопасности.Contactless induction of currents in liquid metal ensures high operational reliability and cleanliness of the technological process for pumping liquid metal, safe working conditions and compliance with safety regulations.

Недостатком использования переменного тока является образованиев магнитопроводе вихревых токов, которые создают свои магнитные потоки, стремящиеся, в соответствии с правилом Ленца, ослабить изменение основного потока и действующие размагничивающим образом, уменьшая основной потокThe disadvantage of using alternating current is the formation of eddy currents in the magnetic circuit, which create their own magnetic fluxes, tending, in accordance with Lenz's rule, to weaken the change in the main flux and act in a demagnetizing manner, reducing the main flux

В соответствии с законом Джоуля - Ленца вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникают, поэтому вихревые токи приводят к потерям энергии (потери на вихревые токи) в магнитопроводах и в магнитных цепях.In accordance with the Joule-Lenz law, eddy currents heat the conductors in which they arise, therefore eddy currents lead to energy losses (eddy current losses) in magnetic circuits and in magnetic circuits.

Для уменьшения потерь энергии на вихревые токи, уменьшения вредного нагрева магнитопроводов и уменьшения эффекта «вытеснения» магнитного потока из ферромагнетиков магнитопроводыизготавливают не из сплошного куска ферромагнетика (электротехнической стали), а в виде набора отдельных пластин, изолированных друг от друга слоями окислов или специальным лаком и изготовленных из тонколистовой электротехнической стали.To reduce energy losses for eddy currents, reduce harmful heating of magnetic circuits and reduce the effect of "displacing" magnetic flux from ferromagnets, magnetic circuits are made not from a solid piece of ferromagnet (electrical steel), but in the form of a set of separate plates isolated from each other by layers of oxides or special varnish and made of thin sheet electrical steel.

Конструктивно цилиндрический линейный индукционный насоссодержит (фиг. 9) цилиндрический корпус 12 с коаксиально установленным в нем сердечником 13 с магнитопроводамисердечника и расположенными вокруг корпуса насосаиндукторами, содержащими магнитопроводы индукторов 14 с расположенные в пазах наборов пластин их Ш-образной шихтовки токопроводящимикатушками 15.Structurally, the cylindrical linear induction pump contains (Fig. 9) a cylindrical body 12 with a core 13 coaxially installed in it with magnetic cores and inductors located around the pump body, containing magnetic cores of inductors 14 with conductive coils 15 located in the grooves of the sets of plates of their W-shaped charge.

Сердечник цилиндрического линейного индукционного насоса, далее -сердечник, содержит (фиг. 1) цилиндрическую центральную часть1 сердечника с присоединенными к нему конусообразными обтекателями 3, обеспечивающими устранение завихрений в перекачиваемом потоке жидкого металла на входе в насос и на выходе из насоса, и расположенными внутри центральной части сердечника магнитопроводами сердечника.The core of a cylindrical linear induction pump, hereinafter referred to as the core, contains (Fig. 1) a cylindrical central part 1 of the core with cone-shaped fairings 3 attached to it, ensuring the elimination of eddies in the pumped stream of liquid metal at the inlet to the pump and at the outlet of the pump, and located inside the central core parts by core magnetic circuits.

На поверхности центральной части1 сердечника установлены упорные втулки 2, обеспечивающие коаксиальное положение сердечника внутри цилиндрического корпуса насоса с образованием кольцевого рабочего канала для потока жидкого металла.On the surface of the central part 1 of the core, thrust bushings 2 are installed, which ensure the coaxial position of the core inside the cylindrical body of the pump with the formation of an annular working channel for the flow of liquid metal.

Внутри центральной части 1 сердечника(фиг. 2 и 3) установлена по его центральной оси несущая крестовина 4, разделяющая ребрами внутренний объем центральной части сердечника на несколько секторов с расположенными в каждом из них наборами пластин шихтовки магнитопроводов сердечника 5 из электротехнической стали и расположенными по краям наборов пластин шихтовки внутренних магнитопроводов 5 в каждом из секторов уплотняющими клиньями 7из стали с высоким удельным сопротивлением. Центральную часть 1 сердечникапокрывает цилиндрический кожух сердечника 6 с внутренним диаметром D1.Inside the central part 1 of the core (Figs. 2 and 3), a load-bearing cross 4 is installed along its central axis, dividing the inner volume of the central part of the core into several sectors with ribs located in each of them with sets of laminated plates of the core magnetic circuits 5 made of electrical steel and located along the edges sets of laminating plates for internal magnetic circuits 5 in each of the sectors with sealing wedges 7 made of steel with high resistivity. The central part 1 of the core is covered by a cylindrical casing of the core 6 with an inner diameter D1.

Шихтовка магнитопроводов сердечника 5 в каждом из образуемых ребрами несущей крестовиной 4 секторов сердечника выполнена расположенными продольно относительно оси сердечника и параллельными друг другу пластинами переменной высоты из холоднокатаной электротехнической стали, изготовленными так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси канала насоса, что существенно снижает энергетические потери.The lining of the core magnetic circuits 5 in each of the core sectors 4 formed by the ribs is made longitudinally relative to the core axis and parallel to each other by plates of variable height made of cold-rolled electrical steel, made so that the direction of rolling of electrical steel coincides with the direction of the axis of the pump channel, which significantly reduces energy losses.

Пластины шихтовки магнитопроводов сердечника 5 в каждом из образуемых ребрами несущей крестовиной 4 секторов сердечника выполнены переменной высоты и подобраны так, чтобы по нижнему контуру наборы пластин в шихтовках магнитопроводов сердечника соответствовали аппроксимированной форме углов между ребрами несущей крестовины 4, а верхние контуры в поперечнике имели форму дуги окружности соосной скорпусом насоса и диаметром, соразмернымвнутреннему диаметру D1 кожуха сердечника 6.The plates of the burdening of the core magnetic circuits 5 in each of the 4 sectors of the core formed by the ribs of the supporting crosspiece are made of variable height and are selected so that along the lower contour the sets of plates in the mixtures of the core magnetic circuits correspond to the approximated shape of the angles between the ribs of the supporting crosspiece 4, and the upper contours in the cross section have the shape of an arc circle coaxial with the pump casing and a diameter commensurate with the inner diameter D1 of the core casing 6.

Уплотнение наборов пластин шихтовки магнитопроводов сердечника 5 между ребрами крестовины 4 и внутренней поверхностью цилиндрического кожуха 6 центральной части сердечника с внутренним диаметром D1 осуществляется посредством уплотняющих клиньев 7 (фиг. 2, 3, 10).Sealing of the sets of laminated plates of the core magnetic circuits 5 between the ribs of the cross 4 and the inner surface of the cylindrical casing 6 of the central part of the core with an inner diameter D1 is carried out by means of the sealing wedges 7 (Fig. 2, 3, 10).

В результате предлагаемая конструкция сердечника обеспечивает максимально полное и плотное заполнение внутреннего объема центральной части 1 сердечника продольными пластинами шихтовки магнитопроводов сердечника 5.As a result, the proposed core design provides the most complete and dense filling of the inner volume of the central part 1 of the core with longitudinal plates of the charge of the core magnetic circuits 5.

При этом параллельная ориентация пластин шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из образуемых несущей крестовиной 4 и кожухом сердечника и секторов относительно такой же параллельной ориентации пластин шихтовки соответствующих магнитопроводов индукторов (фиг. 10) обеспечивает наиболее оптимальную компоновку взаимного расположения соответствующих магнитопроводов сердечника и индукторов с соответствующим оптимальным формированием замыканием магнитных цепей с минимально возможными энергетическими электромагнитными потерями.In this case, the parallel orientation of the charge plates of the core magnetic circuits in each of the core and sectors formed by the carrier cross 4 and the casing with respect to the same parallel orientation of the charge plates of the corresponding magnetic circuits of the inductors (Fig. 10) provides the most optimal arrangement of the relative position of the corresponding magnetic circuits of the core and the inductors with the corresponding optimal formation by closing magnetic circuits with the lowest possible energy electromagnetic losses.

Пластины шихтовки магнитопроводов индукторов (фиг. 6) изготавливают из холоднокатаной электротехнической сталив виде Ш-образных пластин 10 с переменной высотой, подобранной так, чтобы нижний контурнаборов пластин шихтовки вмагнитопроводах индукторов соответствовал аппроксимированной форме дуги окружности диаметром D3, соосной с наружным диаметром корпуса насоса D2, а направление проката исходной электротехнической стали совпадало с направлением оси канала насоса.Plates for the burdening of the magnetic cores of the inductors (Fig. 6) are made of cold-rolled electrical steel in the form of W-shaped plates 10 with variable height, selected so that the lower contour of the burdening plates in the magnetic lines of the inductors corresponds to the approximated shape of an arc of a circle with a diameter D3, coaxial with the outer diameter of the pump housing D2, and the direction of rolling of the original electrical steel coincided with the direction of the axis of the pump channel.

Диаметр D3 выбирается с учетом свободного температурного расширения корпуса насоса без его повреждения об внешние магнитопроводы, поскольку температура потока, перекачиваемого насосом жидкого металла, может составлять 500 - 600 и более °С.Diameter D3 is selected taking into account the free thermal expansion of the pump casing without damage to the external magnetic circuits, since the temperature of the flow pumped by the liquid metal pump can be 500 - 600 ° C and more.

В зазоре между диаметром D2 и D3, то есть между наружной поверхностью корпуса насоса и нижней поверхностью контуров наборов Ш-образных пластин шихтовки магнитопроводов индукторов может устанавливаться немагнитный теплоизоляционный материал.In the gap between the diameters D2 and D3, that is, between the outer surface of the pump casing and the lower surface of the contours of the sets of W-shaped plates of the lacing of the magnetic cores of the inductors, a non-magnetic heat-insulating material can be installed.

Ш-образные пластины шихтовки 10 в каждом из магнитопроводов индуктора фиксируют относительно друг друга посредством боковых защитных пластин 11из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса,и зарепляют или посредством склейки высотемпературным кампаундом (фиг. 7), или посредством болтовых соединений (фиг. 8).W-shaped plates of the charge 10 in each of the magnetic cores of the inductor are fixed relative to each other by means of side protective plates 11 made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of the austenitic class, and are fixed either by gluing with a high-temperature campound (Fig. 7), or by means of bolted joints ( Fig. 8).

Боковые защитные пластины 11 магнитопроводов индукторов выполняют со скошенными нижними краями (фиг. 6-8) с такими углами скоса, чтобы они после установки внешних магнитопроводов их защитные пластины плотно совмещались друг с другом вокруг корпуса насоса (фиг. 10).The side protective plates 11 of the magnetic circuits of the inductors are made with beveled lower edges (Fig. 6-8) with bevel angles such that, after installing the external magnetic circuits, their protective plates are tightly aligned with each other around the pump casing (Fig. 10).

Магнитопроводы индукторов устанавливают на корпус насоса так (фиг. 10), чтобы защитные пластины 11 смежных магнитопроводов индукторов плотно совмещались друг с другом, обеспечивая таким образом не только повышение плотности наборов пластин шихтовки магнитопроводов индукторов, но и надежное жесткоесовместное крепление магнитопроводов индукторов на корпусе насоса с образованием в поперечном сечении по внутренней кромке магнитопроводов индукторов аппроксимированной концентрическойс сердечником и корпусомнасоса окружности диаметром D3.The magnetic cores of the inductors are installed on the pump casing in such a way (Fig. 10) so that the protective plates 11 of the adjacent magnetic cores of the inductors are tightly aligned with each other, thus providing not only an increase in the density of the sets of mixing plates of the magnetic cores of the inductors, but also a reliable rigidly compatible fastening of the magnetic cores of the inductors on the pump casing with the formation in the cross-section along the inner edge of the magnetic cores of the inductors with an approximated concentric circle with the core and the pump casing with a diameter D3.

Каждый магнитопровод индукторов ориентирован на корпусе насоса так, чтобы направление параллельных пластин его шихтовки совпадало с направлением соответствующих параллельных пластин шихтовки магнитопроводов сердечника в соответствующих секторах сердечника, а ширина шихтовки Н магнитопроводов индукторов совпадала или перекрывала ширину шихтовки h соответствующих магнитопроводов сердечника в соответствующих секторах сердечника (фиг. 10).Each magnetic circuit of the inductors is oriented on the pump casing so that the direction of the parallel plates of its charge coincides with the direction of the corresponding parallel plates of the charge of the core magnetic circuits in the corresponding sectors of the core, and the width of the charge H of the magnetic circuits of the inductors coincides or overlaps the width of the charge h of the corresponding magnetic cores in the corresponding sectors of the core (Fig. . ten).

При этом общую компоновку магнитопроводов в насосе выполняют таким образом, чтобы количество магнитопроводов индукторов совпадало с количеством магнитопроводов сердечника в соответствующих секторах сердечника с соответствующим совпадением направления параллельных пластин их шихтовки (фиг. 10, 11, 12).In this case, the general arrangement of the magnetic circuits in the pump is performed in such a way that the number of magnetic circuits of the inductors coincides with the number of magnetic circuits of the core in the corresponding sectors of the core with the corresponding coincidence of the direction of the parallel plates of their lining (Figs. 10, 11, 12).

Изготовление и сборку, токопроводящих катушек индукторов и индукторов в целом осуществляют следующим образом:The manufacture and assembly of conductive coils of inductors and inductors in general is carried out as follows:

Комплектуют пакеты наборов пластин шихтовки магнитопроводов из электротехнической стали с обычной толщиной 0,35…0,5 мм. Число пластин определяется при расчете насоса на этапе проектирования в зависимости от требуемой производительности.Packages of sets of plates for the burdening of magnetic cores are completed from electrical steel with a usual thickness of 0.35 ... 0.5 mm. The number of plates is determined when calculating the pump at the design stage, depending on the required capacity.

Нарезают и маркируют пластины шихтовки магнитопроводов индукторов заданной Ш-образной формы на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), ориентируя исходные заготовки электротехнической стали так, чтобы направление прокатки электротехнической стали совпадало с направлением центральной оси насоса, что в последующем способствует сокращению электромагнитных потерь.Cut and mark the plates of the batching of magnetic cores of inductors of a given W-shaped shape on numerically controlled machines (CNC), orienting the original blanks of electrical steel so that the direction of rolling of electrical steel coincides with the direction of the central axis of the pump, which subsequently helps to reduce electromagnetic losses.

Укладывают наборы нарезанны хпластин шихтовки и защитных пластин магнитопроводов индукторовв специальных приспособлениях - оправках, подбирая по маркировке и соответствующим образом их ориентируя, а затем скрепляют наборы пластин шихтовки и защитных пластин посредством болтовых соединений или склеиванием изоляционным лаком или клеем.The sets of pre-cut lamination plates and protective plates of the magnetic cores of the inductors are laid in special devices - mandrels, selecting according to the marking and orienting them accordingly, and then the sets of lining plates and protective plates are fastened by means of bolted connections or gluing with insulating varnish or glue.

Токопроводящие катушки индуктивности изготавливают преимущественно спирально-навитыми двухрядными. В качестве обмотки преимущественно используется провод обмоточный прямоугольного сечения. Например, для АЭС применяется разрешенный провод ПОТ-400АС. Количество витков определяется при расчете насоса на этапе проектирования в зависимости от требуемой производительности.Conductive inductance coils are made mainly of spiral-wound double-row ones. As a winding, a rectangular winding wire is mainly used. For example, for NPPs, the permitted wire POT-400AS is used. The number of turns is determined when calculating the pump at the design stage, depending on the required capacity.

После сборки производят проверку геометрической точности их формы, качества сборки и соответствие требуемым магнитным параметрам.After assembly, the geometric accuracy of their shape, assembly quality and compliance with the required magnetic parameters are checked.

Изготовление и сборку магнитопроводов сердечника и сердечника в целом осуществляют следующим образом:The manufacture and assembly of the core and core magnetic circuits as a whole is carried out as follows:

Комплектуют пакеты наборов пластин шихтовки магнитопроводов сердечника из электротехнической стали с обычной толщиной 0,35…0,5 мм. Число пластин определяется при расчете насоса на этапе проектирования в зависимости от требуемой производительности.Packages of sets of lamination plates for magnetic cores made of electrical steel with a usual thickness of 0.35 ... 0.5 mm are completed. The number of plates is determined when calculating the pump at the design stage, depending on the required capacity.

Нарезают и маркируют пластины шихтовки заданной формы на станках с числовым программным управлением (ЧПУ), ориентируя исходные заготовки электротехнической стали так, чтобы направление прокатки электротехнической стали совпадало с направлением центральной оси насоса, что в последующем способствует сокращению электромагнитных потерь.The charge plates of a given shape are cut and marked on numerically controlled machines (CNC), orienting the initial blanks of electrical steel so that the direction of rolling of electrical steel coincides with the direction of the central axis of the pump, which subsequently helps to reduce electromagnetic losses.

Укладывают наборы нарезанных пластин шихтовки в соответствующие сектора крестовины, подбирая по маркировке и соответствующим образом их ориентируя, а затем фиксируют наборы пластин шихтовки посредством уплотняющих клиньев), после чего сборка устанавливают в кожух и фиксируют с торцов посредством упорных втулок; после чего к упорным втулкам устанавливаются конусообразные обтекатели и фиксируют их посредством сварки. В некоторых случаях технологически выгоднее упорные втулки и обтекатели изготавливать единой деталью.The sets of cut charge plates are laid in the corresponding sectors of the cross, selecting according to the marking and orienting them accordingly, and then the sets of charge plates are fixed by means of sealing wedges), after which the assembly is installed in the casing and fixed from the ends by means of thrust bushings; After that, conical fairings are installed to the thrust bushings and fixed by welding. In some cases, it is technologically more advantageous to manufacture thrust bushings and fairings as a single piece.

Сборку насоса осуществляют следующим образом:The pump is assembled as follows:

Изготавливают и коаксиально устанавливают сердечник в корпус насоса, закрепляя сердечник в корпусе насоса посредством приваривания упорных втулок сердечника к внутренней поверхности корпуса с образованием кольцевого рабочего канала для жидкометаллического потока.The core is made and coaxially installed in the pump casing, fixing the core in the pump casing by welding the thrust sleeves of the core to the inner surface of the casing to form an annular working channel for the liquid metal flow.

Устанавливают на наружной поверхности корпуса насоса катушки индуктивности с использованием специального приспособления, обеспечивающего между катушками расстояние, равное ширине магнитопровода индуктора.The inductance coils are installed on the outer surface of the pump housing using a special device that provides a distance between the coils equal to the width of the magnetic core of the inductor.

В установленные на корпусе насоса катушки индуктивности вставляют магнитопроводы индукторов так, чтобы ориентация Ш-образных пластин шихтовки магнитопроводов индукторов совпадала с ориентацией пластин шихтовки соответствующих секторов сердечника в результате совмещения технологических маркировок. Положение магнитопроводовиндукторов на корпусе насоса фиксируется во фланцах насоса.The inductor magnetic cores are inserted into the inductance coils installed on the pump casing so that the orientation of the W-shaped plates of the mixture of the magnetic cores of the inductors coincides with the orientation of the mixture plates of the corresponding sectors of the core as a result of alignment of the technological markings. The position of the magnetic cores on the pump casing is fixed in the pump flanges.

На конечном этапе сборки насоса проводится контроль качества сборки и фиксации всех элементов, правильность ориентации магнитопроводов индукторов относительно соответствующих магнитопроводов сердечника.At the final stage of the pump assembly, the quality of the assembly and fixation of all elements, the correct orientation of the magnetic cores of the inductors relative to the corresponding magnetic cores are carried out.

Шихтовка магнитопроводовсердечника и магнитопроводов индукторов пластинами электротехнической стали переменной высоты с применением уплотняющих элементов (уплотнительные клинья в магнитопроводах сердечника и защитные пластины вмагнитопроводах индукторов) позволяет исключить из технологии изготовления трудоемкие и затратные операции склейки пластин шихтовки между собой специальным термостойким компаундом и сложную в технологическом плане механическую обработку шихтовки для придания нужной формы поперечных профилей. Это значительно сокращаетзатраты и время на изготовлениевнутренних и внешних магнитопроводов, повышает коэффициент заполнения и снижает электромагнитные потери.Blending of core magnetic circuits and inductor magnetic circuits with electro-technical steel plates of variable height using sealing elements (sealing wedges in the core magnetic circuits and protective plates in magnetic inductor circuits) makes it possible to exclude from the manufacturing technology labor-intensive and costly operations of bonding the batching plates together with a special heat-resistant compound and technologically complex mechanical processing blending to give the desired shape to the transverse profiles. This significantly reduces costs and time for manufacturing internal and external magnetic circuits, increases the fill factor and reduces electromagnetic losses.

Шихтовка магнитопроводов сердечника и индукторов параллельными пластинами электротехнической стали, уложенными вдоль оси канала насоса вместо применения набора шайб из навитой на центральную ось ленты электротехнической стали позволило увеличить магнитную проницаемость в рабочем направлении и повысить магнитное поле, а также уменьшить магнитные потери, что дополнительно повысило эффективность насоса, в частности его КПД.Lacing the magnetic circuits of the core and inductors with parallel plates of electrical steel laid along the axis of the pump channel instead of using a set of washers made of electrical steel tape wound on the central axis made it possible to increase the magnetic permeability in the working direction and increase the magnetic field, as well as reduce magnetic losses, which further increased the pump efficiency , in particular its efficiency.

Применение оригинальной компоновкипараллельных пластин шихтовки магнитопроводов сердечника и индукторов(фиг. 10, 11, 12) позволилосущественно повысить напряженность магнитных полей и снизить энергетические потери.The use of the original arrangement of parallel plates of the mixture of the core magnetic circuits and inductors (Fig. 10, 11, 12) made it possible to significantly increase the intensity of magnetic fields and reduce energy losses.

Значительное повышение магнитного поля в насосе и снижение магнитных потерь в сердечнике и в индукторах позволило увеличить толщину кожуха и корпуса насоса с 0,5-1 до 1,5-3 мм, что упростило изготовление и увеличило прочность и долговечность изделия.A significant increase in the magnetic field in the pump and a decrease in magnetic losses in the core and in the inductors made it possible to increase the thickness of the casing and pump body from 0.5-1 to 1.5-3 mm, which simplified the manufacture and increased the strength and durability of the product.

В настоящий момент насосы по изобретению изготовлены, испытаны и поставлены на Белоярскую АЭС, где применение патентуемых технических решений позволило по сравнению с заменяемыми МГД-насосами уменьшить потребляемую мощность на 30% при одновременном увеличении развиваемого напора и расхода на 20 и 30% соответственно.At the moment, the pumps according to the invention have been manufactured, tested and delivered to the Beloyarsk NPP, where the use of patented technical solutions made it possible, in comparison with the MHD pumps being replaced, to reduce the power consumption by 30% while increasing the developed head and flow rate by 20 and 30%, respectively.

При этом прочность и, соответственно, надежность предлагаемых цилиндрических линейных индукционных увеличена практически в 10 раз.In this case, the strength and, accordingly, the reliability of the proposed cylindrical linear induction is increased by almost 10 times.

Общие и частные существенные признаки находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом и обеспечивают достижение технического результата в виде повышения эффективности функционирования магнитогидродинамического насоса, а именно обеспечены:General and particular essential signs are in a causal relationship with the technical result and ensure the achievement of the technical result in the form of increasing the efficiency of the magnetohydrodynamic pump, namely, provided:

повышение КПД, снижение энергопотребления, повышение напора и расхода перекачиваемого расплава металла в результате создания оригинальной магнитной системы с минимальными электромагнитными потерями с небольшими размерами рабочей зоны и возможностью получения в ней больших плотностей тока, а также высоким коэффициентом мощности индуктораincrease in efficiency, decrease in energy consumption, increase in the pressure and consumption of the pumped metal melt as a result of the creation of an original magnetic system with minimal electromagnetic losses with a small size of the working area and the possibility of obtaining high current densities in it, as well as a high power factor of the inductor

возможность изготовления рабочего канала с относительно большой толщиной стенок, что обеспечивает более высокую стойкость и надежность рабочего канала.the possibility of manufacturing a working channel with a relatively large wall thickness, which ensures higher durability and reliability of the working channel.

упрощение изготовления и сборки основных деталей и насоса в целом,simplification of manufacturing and assembly of main parts and the pump as a whole,

упрощение конструкции внешних и внутренних магнитопроводовпри одновременном увеличении их прочности и надежности функционирования.simplification of the design of external and internal magnetic circuits while increasing their strength and reliability of operation.

Таким образом, все отображенные существенные признаки полезной модели находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования полезной модели.Thus, all displayed essential features of the utility model are in a causal relationship with the technical result obtained from the use of the utility model.

Конкретные параметры определены экспериментально и практически проверены в процессе натурных испытаний.Specific parameters are determined experimentally and practically verified in the course of field tests.

Натурные испытания в производственных условиях Белоярской АЭС показали уверенное решение поставленной задачи и достижение требуемого технического результата.Full-scale tests in the production conditions of the Beloyarsk NPP showed a confident solution to the task and the achievement of the required technical result.

Конкретные материалы, особенности конструкции и технологии изготовления отдельных деталей сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса выбирают обычным образом применительно к конкретным условиям его эксплуатации.Specific materials, design features and manufacturing technologies of individual parts of the core of a cylindrical linear induction pump are selected in the usual way in relation to the specific conditions of its operation.

В качестве отдельных элементов, деталей и узлов сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса могут быть использованы различные известные в электротехнике и магнитной гидродинамике материалы и конструктивные решения, обычно применяемые при изготовлении и применении магнитогидродинамических индукционных насосов, используемых для перекачки жидких расплавов металлов и сплавов и других технологических целей в энергетической, химической и металлургической промышленности.As individual elements, parts and assemblies of the core of a cylindrical linear induction pump, various materials and design solutions known in electrical engineering and magnetohydrodynamics can be used, which are usually used in the manufacture and use of magnetohydrodynamic induction pumps used for pumping liquid molten metals and alloys and other technological purposes. in the energy, chemical and metallurgical industries.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи и существенность всех общих и частных признаков полезной модели, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие полезной модели», доказанную в разделе «Осуществление полезной модели» техническую осуществимость и промышленную применимость полезной модели, решение поставленной задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании полезной модели, по нашему мнению, заявленная полезная модель удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к полезным моделям.Considering the novelty of the set of essential features, the technical solution of the task and the materiality of all general and particular features of the utility model, proved in the section "State of the art" and "Disclosure of the utility model", proved in the section "Implementation of the utility model", the technical feasibility and industrial applicability of the utility model, solving the problem and confidently achieving the required technical result in the implementation and use of the utility model, in our opinion, the declared utility model meets all the protection requirements for utility models.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки полезной модели являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели полезной модели, но и позволяют реализовать полезную модель промышленным способом.The analysis also shows that all general and particular features of a utility model are essential, since each of them is necessary, and all together they are not only sufficient to achieve the goal of the utility model, but also allow the utility model to be implemented in an industrial way.

Claims

1. Cylindrical linear induction pump containing

cylindrical pump casing,

inductors linearly located on the surface of the pump housing with magnetic cores of inductors and inductors

and a core coaxially located inside the housing with the formation of an annular working channel with core magnetic circuits located inside the housing of its central cylindrical part,

characterized in that

the magnetic cores of the inductors are made in the form of sets of W-shaped, parallel to each other, charge plates made of electrical steel of variable height and side W-shaped protective plates made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of austenitic class,

the core magnetic circuits are made in the form of sets of longitudinal parallel relative to each other plates of electrical steel of variable height, located in longitudinal sectors formed by a supporting cross with longitudinal ribs installed inside the core along its axis,

moreover, the orientation of the charge plates of the magnetic cores of the inductors coincides with the orientation of the plates of the charge of the corresponding magnetic cores inside the casing of the central cylindrical part of the core, and

the width of the mixture H of the magnetic cores of the inductors is equal to or greater than the width of the mixture h of the corresponding magnetic cores in the corresponding longitudinal sectors of the core.

2. A cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that The height of the W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates of the magnetic circuits of the inductors is selected so that the internal cross-sectional profile of the sets of W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates was an approximated arc of a circle, concentric and proportional to the outer surface of the pump housing.

3. A cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that sets of W-shaped charge plates and side W-shaped protective plates are made with the possibility of attaching them relative to the pump body by installing them in the grooves of the pump flanges.

4. A cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that the mixtures of the core magnetic circuits in each of the indicated sectors are made in the form of sets of rectangular, parallel relative to each other, plates of electrical steel of variable height, selected so that along the lower contour the sets of charge plates in the section correspond to the approximated shape of the inner angles between the longitudinal edges of the supporting cross, and along the upper the contour of the sets of charge plates in section corresponded to the shape of circular arcs with a diameter commensurate with the inner diameter of the casing of the central cylindrical part of the core.

5. The cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that the number of magnetic circuits of the inductors is equal to the number of the corresponding magnetic circuits of the core.

6. Cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that the side W-shaped protective plates of the magnetic circuits of the inductors are made with beveled lower edges with such bevel angles that, after installing the magnetic circuits of the inductors on the pump casing, they are aligned with the adjacent protective plates of the adjacent magnetic circuits of the inductors ...

7. A cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that sealing wedges are located along the longitudinal edges of the sets of plates for the burden of the core magnetic circuits in each of said sectors of the central part of the core.

8. Cylindrical linear induction pump according to claim. 1, characterized in that on the end edges of the sets of plates of mixtures of the core magnetic cores to fix their position in the indicated sectors of the central part of the core, thrust bushings and cone-shaped fairings welded to them are installed.

9. Cylindrical linear induction pump according to Claim. 1, characterized in that the W-shaped plate-laminating magnetic circuits of inductors and longitudinal plate-laminating magnetic circuits of the core are made of electrical steel so that the rolling direction of the electrical steel to coincide with the direction of the axis of the pump housing.

10. Cylindrical linear induction pump according to claim 1, characterized in that pump casing, casing of the central part of the core, support cross inside the core, sealing wedges, thrust bushings and tapered core fairings are made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, austenitic class.