RU2533056C1

RU2533056C1 - Cylindrical linear induction pump

Info

Publication number: RU2533056C1
Application number: RU2013145155/07A
Authority: RU
Inventors: Иван Викторович Витковский; Михаил Михайлович Голованов; Сергей Анатольевич Крижановский; Валерия Святославовна Федеряева
Original assignee: Открытое акционерное общество "НИИЭФА им. Д.В. Ефремова" (ОАО "НИИЭФА")
Priority date: 2013-10-08
Filing date: 2013-10-08
Publication date: 2014-11-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed pump comprises inductor with internal magnetic core and channel with inlet and outlet. Coupling between said magnetic core and channel inner wall is composed of truncated cone with smaller diameter located at channel outlet side. Channel inner wall is secured at inlet side while internal core is secured at channel outlet side.

EFFECT: higher efficiency and reliability.

2 dwg

Description

Изобретение относится к МГД технике, в частности к цилиндрическим линейным индукционным насосам (ЦЛИН) для перекачивания жидкометаллических теплоносителей на атомных электростанциях, в химической и металлургической отраслях промышленности.The invention relates to MHD technology, in particular to cylindrical linear induction pumps (CLC) for pumping liquid metal coolants in nuclear power plants, in the chemical and metallurgical industries.

Известен ряд конструкций цилиндрических линейных индукционных насосов, основными узлами которых являются индуктор, внутренний магнитопровод и кольцевой канал (далее канал). Индуктор состоит из наружного и внутреннего магнитопроводов. В пазах наружного магнитопровода уложены катушки обмотки возбуждения. Внутренний магнитопровод очехлован внутренней стенкой канала, которая вместе с наружной образуют канал [Глухих В.А., Тананаев А.В., Кириллов И.Р. Магнитная гидродинамика в ядерной энергетике. М.: Энергоатомиздат, 1987, с.196, рис.6.4 (а, б)]. Обмотка индуктора создает бегущее магнитное поле, при взаимодействии которого с индуктированными в жидком металле токами возникает электромагнитное усилие, обеспечивающее перемещение жидкого металла.A number of designs of cylindrical linear induction pumps are known, the main nodes of which are an inductor, an internal magnetic circuit and an annular channel (hereinafter referred to as the channel). The inductor consists of an external and internal magnetic circuit. In the grooves of the external magnetic circuit, the field winding coils are laid. The inner magnetic circuit is covered by the inner wall of the channel, which together with the outer form the channel [Glukhikh V.A., Tananaev A.V., Kirillov I.R. Magnetic hydrodynamics in nuclear power. M .: Energoatomizdat, 1987, p.196, fig. 6.4 (a, b)]. The winding of the inductor creates a traveling magnetic field, in the interaction of which with the currents induced in the liquid metal, an electromagnetic force arises, which ensures the movement of the liquid metal.

Однако приведенная конструкция ЦЛИН имеет недостатки. Вследствие различных коэффициентов линейного расширения материалов внутреннего магнитопровода и внутренней стенки канала между ними, в процессе эксплуатации насоса, образуется зазор, затрудняющий охлаждение внутреннего магнитопровода перекачиваемым металлом. В результате, при высоких температурах перекачиваемого металла, внутренний магнитопровод может нагреваться выше точки Кюри и терять магнитные свойства. Кроме того, в этих условиях тонкая внутренняя стенка канала теряет устойчивость, образуя продольную гофру, в результате чего нарушается герметичность внутренней стенки канала и насос выходит из строя. Для обеспечения плотного прилегания внутренней стенки канала к магнитопроводу принимают различные меры.However, the design of CLIN has disadvantages. Due to various linear expansion coefficients of the materials of the inner magnetic circuit and the inner wall of the channel between them, during operation of the pump, a gap is formed that impedes the cooling of the inner magnetic circuit by the metal being pumped. As a result, at high temperatures of the pumped metal, the internal magnetic circuit can heat up above the Curie point and lose its magnetic properties. In addition, under these conditions, the thin inner wall of the channel loses stability, forming a longitudinal corrugation, as a result of which the tightness of the inner wall of the channel is broken and the pump fails. To ensure a tight fit of the inner wall of the channel to the magnetic circuit, various measures are taken.

Известен принимаемый за прототип цилиндрический линейный индукционный насос [патент РФ №2029427 от 27.10.1992]. Насос содержит индуктор с катушками обмотки возбуждения, канал, содержащий внутреннюю и наружную стенки, внутренний магнитопровод. Внутренний магнитопровод собран из листов электротехнической стали и опирается на внутреннюю трубу. По концам магнитопровод защемлен конусными цанговыми втулками, которые имеют продольные разрезы в количестве, равном количеству пакетов. Магнитопровод имеет внутренние конусные поверхности от концов к середине с углом α=arctg D/L, где D - наружный диаметр магнитопровода; L - длина магнитопровода. Однако такая конструкция имеет существенные недостатки. Одним из них 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. Другим недостатком является значительная сложность и трудоемкость изготовления, поскольку возникает необходимость обеспечить высокую точность обработки и прилегание конических поверхностей пакетов штампованных листов электротехнической стали и вставной цанговой втулки.Known for the prototype is a cylindrical linear induction pump [RF patent No. 2029427 from 10.27.1992]. The pump comprises an inductor with field winding coils, a channel containing internal and external walls, and an internal magnetic circuit. The internal magnetic circuit is assembled from sheets of electrical steel and rests on the inner tube. At the ends, the magnetic circuit is pinched by conical collet bushings, which have longitudinal cuts in an amount equal to the number of packets. The magnetic circuit has inner conical surfaces from the ends to the middle with an angle α = arctan D / L, where D is the outer diameter of the magnetic circuit; L is the length of the magnetic circuit. However, this design has significant drawbacks. One of them is the possibility of jamming both movable collet sleeves and packages of stamped sheets of electrical steel of the internal magnetic circuit resting on them, which, ultimately, reduces the reliability and efficiency of the pump. Another disadvantage is the significant complexity and complexity of manufacturing, since there is a need to ensure high precision processing and the fit of the conical surfaces of the packages of stamped sheets of electrical steel and an insert collet sleeve.

Заявляемое техническое решение направлено на устранение вышеуказанных недостатков, присущих аналогу и прототипу, а именно на повышение надежности работы и коэффициента полезного действия насоса.The claimed technical solution is aimed at eliminating the above disadvantages inherent in the analogue and prototype, namely, to increase the reliability and efficiency of the pump.

Поставленная задача достигается тем, что в цилиндрическом линейном индукционном насосе, содержащем индуктор с внутренним магнитопроводом и канал с поименованными входом, выходом и сочлененными внутренним магнитопроводом и внутренней стенкой канала, с целью повышения надежности и коэффициента полезного действия насоса сочленение внутреннего магнитопровода и внутренней стенки канала выполнено в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого расположен со стороны выхода из канала, причем внутренняя стенка канала закреплена со стороны входа в канал, а внутренний магнитопровод закреплен со стороны выхода из канала.The problem is achieved in that in a cylindrical linear induction pump containing an inductor with an internal magnetic circuit and a channel with named input, output and articulated internal magnetic circuit and internal wall of the channel, in order to increase the reliability and efficiency of the pump, the joint of the internal magnetic circuit and internal channel wall is made in the form of a truncated cone, the smaller diameter of which is located on the exit side of the channel, and the inner wall of the channel is fixed on the side us entrance into the channel and an inner yoke fixed to the output side of the channel.

На фиг.1 изображен продольный разрез цилиндрического линейного индукционного насоса, а на фиг.2 - фрагмент А (см. фиг.1) продольного разреза в увеличенном масштабе.Figure 1 shows a longitudinal section of a cylindrical linear induction pump, and figure 2 is a fragment A (see figure 1) of a longitudinal section on an enlarged scale.

Насос содержит канал 1 и индуктор 2 (на фиг.2 не показан). Канал 1 имеет внутреннюю 3 и наружную 4 стенки канала, при этом внутренняя стенка 3 канала закреплена со стороны входа в канал. Индуктор включает магнитопровод 5, представляющий собой пакеты, набранные из штампованных листов электротехнической стали, в пазах которых размещены катушки 6 обмотки возбуждения, внутренний магнитопровод 7, набранный из листов электротехнической стали, часть из которых опирается на трубу 8. При этом внутренний магнитопровод 7 закреплен со стороны выхода из канала, образованного внутренней 3 и наружной 4 стенками канала.The pump comprises a channel 1 and an inductor 2 (not shown in FIG. 2). Channel 1 has an inner 3 and an outer 4 channel wall, while the inner wall 3 of the channel is fixed from the entrance to the channel. The inductor includes a magnetic circuit 5, which is a package of stamped sheets of electrical steel, in the grooves of which are placed a coil 6 of the field winding, an internal magnetic circuit 7, composed of sheets of electrical steel, some of which rests on the pipe 8. The internal magnetic circuit 7 is fixed with the sides of the exit from the channel formed by the inner 3 and outer 4 walls of the channel.

Насос работает следующим образом. При включении напряжения создается бегущее магнитное поле, под действием которого в жидком металле индуктируется ток, в результате взаимодействия которого с магнитным полем в жидком металле возбуждается электромагнитная сила, обеспечивающая движение жидкого металла, перемещающегося вдоль канала насоса 1. Одновременно с этим за счет потерь от вихревых токов нагреваются пакеты из листов электротехнической стали внутреннего магнитопровода 7 и внутренняя стенка канала 3. Тепловые потери, включая и тепловые потери пакетов внутреннего магнитопровода, передаются через внутреннюю стенку канала в перекачиваемый металл.The pump operates as follows. When the voltage is turned on, a traveling magnetic field is created, under the influence of which a current is induced in the liquid metal, as a result of the interaction of which with the magnetic field in the liquid metal, an electromagnetic force is excited, which ensures the movement of the liquid metal moving along the channel of pump 1. At the same time, due to losses from the vortex currents are heated packages of sheets of electrical steel of the inner magnetic circuit 7 and the inner wall of the channel 3. Heat loss, including heat loss of the packages of the inner magnet pipelines are transferred through the inner wall of the channel into the pumped metal.

Благодаря введению совокупности существенных признаков, а именно выполнению сочленения внутреннего магнитопровода и внутренней стенки канала в виде усеченного конуса, меньший диаметр которого расположен со стороны выхода из канала, причем внутренняя стенка канала закреплена со стороны входа в канал, а внутренний магнитопровод закреплен со стороны выхода из канала, при работе насоса наряду с одновременным увеличением радиальных и осевых размеров внутренней стенки канала и внутреннего магнитопровода происходит их встречное смещение относительно друг друга в осевом направлении, за счет чего достигается их постоянный плотный контакт. В результате такого контакта улучшается охлаждение внутреннего магнитопровода, а следовательно, исключается его перегрев, при этом повышается надежность работы и коэффициент полезного действия насоса.Due to the introduction of a set of essential features, namely, the articulation of the inner magnetic circuit and the inner wall of the channel in the form of a truncated cone, the smaller diameter of which is located on the outlet side of the channel, the inner wall of the channel is fixed on the side of the channel entrance, and the internal magnetic circuit is fixed on the side of the channel channel, when the pump is running along with a simultaneous increase in the radial and axial dimensions of the inner wall of the channel and the internal magnetic circuit, they meet tnositelno each other in the axial direction, thereby achieving intimate contact of their constant. As a result of this contact, the cooling of the internal magnetic circuit is improved, and therefore, its overheating is eliminated, while the reliability of the pump and the efficiency of the pump are increased.

Действительно, благодаря введению совокупности вышеуказанных признаков, увеличивается устойчивость внутренней стенки канала к воздействию внешнего давления, то есть снижается вероятность возникновения продольной гофры на внутренней стенке канала и, таким образом, увеличивается надежность канала, а следовательно, надежность насоса в целом. Кроме этого, упрощается процесс сборки по сравнению с аналогичной операцией в случае их цилиндрического сочленения.Indeed, due to the introduction of the totality of the above features, the resistance of the inner wall of the channel to external pressure increases, that is, the likelihood of a longitudinal corrugation on the inner wall of the channel decreases and, thus, the reliability of the channel, and therefore the reliability of the pump as a whole, increases. In addition, the assembly process is simplified compared to a similar operation in the case of their cylindrical joint.

Дополнительно к этому, увеличение коэффициента полезного действия насоса достигается благодаря тому, что меньший диаметр конусных поверхностей выполнен со стороны выхода из канала. Поясним это явление более подробно. Известно, [Витковский И.В., Лаврентьев И.В. Электромагнитные процессы в кольцевом канале при конечных магнитных числах Рейнольдса // Магнитная гидродинамика. 1976. N 1. С.107-111], что при движении токопроводящей жидкости (рабочего тела) в кольцевом зазоре канала, размещенного в радиальном магнитном поле, происходит смещение результирующего магнитного поля и его существенное искажение по направлению движения рабочего тела.In addition, an increase in the efficiency of the pump is achieved due to the fact that the smaller diameter of the conical surfaces is made on the outlet side of the channel. Let us explain this phenomenon in more detail. It is known [Vitkovsky I.V., Lavrentiev I.V. Electromagnetic processes in an annular channel with finite magnetic Reynolds numbers // Magnetic Hydrodynamics. 1976. N 1. S.107-111] that when the conductive fluid (working fluid) moves in the annular gap of a channel placed in a radial magnetic field, the resulting magnetic field is displaced and is substantially distorted in the direction of movement of the working fluid.

В заявляемом решении меньший диаметр конусной поверхности расположен со стороны выхода из канала, поэтому немагнитный зазор на выходе имеет большую величину по отношению к аналогичному параметру на входе в канал. Поэтому улучшается структура результирующего магнитного поля. В результате упомянутое искажение будет меньшим, так как величина индукции магнитного поля, при неизменной величине намагничивающей силы, пропорциональна величине немагнитного зазора. Понятно, что за счет уменьшения искажения магнитного поля коэффициент полезного действия насоса будет большим.In the claimed solution, the smaller diameter of the conical surface is located on the exit side of the channel, therefore, the non-magnetic exit gap has a large value with respect to the same parameter at the channel entrance. Therefore, the structure of the resulting magnetic field is improved. As a result, the aforementioned distortion will be smaller, since the magnitude of the magnetic field induction, at a constant magnitude of the magnetizing force, is proportional to the magnitude of the nonmagnetic gap. It is clear that by reducing the distortion of the magnetic field, the efficiency of the pump will be large.

Claims

A cylindrical linear induction pump containing an inductor with an internal magnetic circuit and a channel with named input, output and articulated internal magnetic circuit and internal wall of the channel, characterized in that the joint of the internal magnetic circuit and the internal channel wall is made in the form of a truncated cone, the smaller diameter of which is located on the output side from the channel, and the inner wall of the channel is fixed from the side of the entrance to the channel, and the internal magnetic circuit is fixed from the side of the exit from the channel.