RU2765977C2 - Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump - Google Patents

Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump Download PDF

Info

Publication number
RU2765977C2
RU2765977C2 RU2020115825A RU2020115825A RU2765977C2 RU 2765977 C2 RU2765977 C2 RU 2765977C2 RU 2020115825 A RU2020115825 A RU 2020115825A RU 2020115825 A RU2020115825 A RU 2020115825A RU 2765977 C2 RU2765977 C2 RU 2765977C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
core
pump
casing
magnetic
plates
Prior art date
Application number
RU2020115825A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020115825A (en
RU2020115825A3 (en
Inventor
Владимир Павлович Петрунин
Александр Сергеевич Богомолов
Владимир Александрович Балашов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «КБ Арматуры и Специального Машиностроения»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «КБ Арматуры и Специального Машиностроения» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «КБ Арматуры и Специального Машиностроения»
Priority to RU2020115825A priority Critical patent/RU2765977C2/en
Publication of RU2020115825A publication Critical patent/RU2020115825A/en
Publication of RU2020115825A3 publication Critical patent/RU2020115825A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2765977C2 publication Critical patent/RU2765977C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14Stator cores with salient poles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/02Electrodynamic pumps
    • H02K44/06Induction pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; pump building.
SUBSTANCE: core (C) of a cylindrical linear induction pump (CLIP) contains a cylindrical pump housing. Also, inductors with magnetic conductors of inductors (MCI) and inductance coils (IC) are linearly located on the surface of the pump housing. It contains coaxially located inside the housing with formation of annular working channel C with core magnetic conductors (CMC) located inside it. Also comprises a central part C in the form of a cylindrical casing, axially installed inside the casing bearing a crosspiece with longitudinal ribs, dividing the inner volume of the casing into corresponding to the number of longitudinal ribs of the bearing cross-piece of longitudinal sectors. Which are limited on one side by casing, and on the other side by longitudinal ribs of bearing crosspiece, and are located in each of said sectors of blending CMC in form of sets of longitudinal plates from electrical steel, located parallel to axes of symmetry of sections of said sectors.
EFFECT: improvement of efficiency and reliability of pump operation by reduction of its power consumption, increased head and flow rate of pumped liquid molten metal at simultaneous increase of its strength, reliability and durability of functioning.
10 cl, 12 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение 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 invention relates to electrical engineering and magnetohydrodynamics, and in particular 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 neutron reactors, as well as for pumping liquid melts of metals and alloys and other 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 металла под воздействием магнитного поля.Magnetohydrodynamic devices (MHD devices) with a liquid metal working medium 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 liquid metal flows (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 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.An electric current can be supplied to a liquid metal from the outside by a conductive (contact) method or excited in a metal by an induction (non-contact) method using an alternating electromagnetic field. Hence, MHD devices are divided into two classes - conductive 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 the nuclear power industry, MHD devices have found wide application in connection with the development of fast neutron reactors. The higher energy density in these reactors, the need to use coolants with low moderating properties determined the choice of liquid metals (sodium, sodium-potassium alloy) as the coolant in the main and auxiliary circuits.

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), plasma purification from contamination by combustion products (divertors) and heat exchange systems (blankets) that use liquid metals - lithium, an alloy of lithium with lead. For pumping the coolant in these systems, it is also supposed 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 with lead or lead-bismuth alloy are being considered: a 300 MW pilot station and a 1200 MW commercial reactor in Russia, a 750 MW (el) modular reactor in Japan. Such liquid metals 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 are widely used in the auxiliary systems of the BOR-60, BN-350, BN-600, BN-800, BN-1200 fast neutron reactors 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 convenience in regulating the supply (liquid metal flow rate), and no restrictions on the location in the circuit. At present, it is known to manufacture MHD pumps for the BN-800 reactor plant, and development is underway for the BN-1200.

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 MHD pumps of the induction type, which do not require high currents and are capable of operating at an industrial current frequency. They can operate at high temperatures (up to 1000°C) with high performance and are used for pumping liquid sodium in nuclear plants, nuclear power plants of submarines, warships, large-tonnage ships, and can also be successfully used as dispensers and valves in foundries. , in the nuclear power industry and the chemical industry when soldering printed circuit boards with a wave of liquid solder (tin) above the surface of the solder bath. The non-contact effect on the metal and the 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 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 walls of the channels 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, 1X18H9T, which is non-magnetic and has a high resistivity.

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 the manufacture of 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 improved 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 the low contact resistance to current at the liquid metal-bus and liquid metal-rib-liquid metal transitions. A layer of heat-insulating material is placed between the channel and the magnetic circuit, which reduces the heat losses of the liquid metal and the heating of the magnetic circuit.

Магнитопроводы в МГД-насосах обычно набирают из листов электротехнической стали толщиной 0,35-0,5 мм (шихтуют), в которых штамповкой или фрезерованием (в собранных пакетах шихтовки) делаются пазы для обмотки. Для уменьшения потерь на вихревые токи в магнитопроводах отдельные листы шихтовки изолируют друг от друга, чаще всего слоем изоляционного лака.Magnetic circuits in MHD pumps are usually made from sheets of electrical steel 0.35-0.5 mm thick (mixed), in which grooves for winding are made by stamping or milling (in assembled stacking packages). To reduce eddy current losses in the magnetic circuits, individual sheets of the charge are isolated 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 отличается от насоса линейного типа главным образом расположением обмотки индуктора (ее витки повернуты в горизонтальной плоскости на 90°).Depending on the design, MHD pumps are divided into spiral and linear. A scroll-type induction pump differs from a linear-type pump mainly in the location of the inductor winding (its turns are rotated 90 ° in the horizontal plane).

Цилиндрические линейные индукционные МГД-насосы отличаются 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 layer shape is obtained by using the annular space between two concentric pipes of the pump housing 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.A traveling magnetic field is created by a system of annular coils put on the outer pipe (pump casing) and connected in turn (along the length of the pump) to different phases of a three-phase network. In this case, the magnetic field must penetrate the annular gap occupied by the liquid metal in the radial direction. To do this, an iron core is usually placed inside the inner tube (core casing), and laminated magnetic cores with grooves, which include winding coils, are laid along the outer tube, which causes a number of technical and technological disadvantages.

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 multi-beam 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 the liquid metal, as well as 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 design and technological advantage of cylindrical linear induction pumps is the use of round metal pipes in them, which makes it possible 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 relevant to develop new technical solutions that allow increasing the efficiency of cylindrical MHD pumps and the operating pressure they create, as well as increasing the manufacturability of their manufacture and the 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 and others. “Calculation and design of induction MHD - machines with a liquid metal working fluid”, M. Atomizdat 1978, 248 p., fig. 2, 3] for pumping liquid metal sodium-potassium coolant containing three main units: stator, fixed rotor and working channel. The stator consists of eight packs of magnetic core with slots for 54 disc coils of the primary winding. The rotor consists of a core and 24 magnetic circuit packs made of electrical steel 0.5 mm thick and laid in grooves milled in the core. The working channel is formed by two concentrically located pipes made of stainless steel 2 mm thick.

Недостатками этого конструктивного решения является выполнение внутреннего магнитопровода 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 internal magnetic circuit of the core in the form of 24 packages laid in the grooves. In cross section, the core is a multi-beam star, therefore, it has a relatively low fill factor of electrical steel, which leads to the creation of lower voltages 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 коэффициента полезного 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, H02K, Опубл. 27.04.2005, Бюл. № 12].Known inductor of a cylindrical linear induction pump containing an external magnetic circuit with slots, a three-phase excitation winding in the form of disk coils with a constant number of conductors in each slot, in which to increase the developed pressure and efficiency up to 6% by reducing the influence of the longitudinal end effect, and also simplifying the manufacturing technology of the inductor through the use of 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 input and output poles is divided into n = q / 2 coil groups, two coils per group, which are connected in parallel to each other in the group, and the coil groups inside the phase zone are connected in series, while at the remaining poles all coils in the phase zones are connected in series [RU 2251197 H02K44/06, H02K, Publ. 27.04.2005, 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 надежность насоса в целом. The winding proposed according to RU 2251197 provides a more uniform distribution of the consumed current over the phases and an increase in the efficiency of the pump at high magnetic Reynolds numbers and makes it possible to simplify the manufacturing technology of the pump and reduce the cost of its manufacture, since it is not required to develop and manufacture technological equipment necessary for the manufacture of coils with variable number of turns, however, the disadvantage of a 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

Figure 00000001
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 насос содержит 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 H02K 44/06, H02K 41/025, Опубл. 10.12.2006, Бюл. № 3].Known cylindrical linear induction pump containing a channel with liquid metal, inner and outer magnetic cores, in the grooves of the outer magnetic circuit is laid three-phase excitation winding with a constant number of turns in each coil, made with a shift of the phase zones on the pole pairs along the length of the outer magnetic circuit, characterized in that to reduce pressure pulsation with double the frequency of the power supply, to increase the developed pressure and the efficiency of the pump in the area of uniform flow
Figure 00000001
due to the displacement of the phase zones on the pole pairs along the length of the pump and the beneficial use of the fields of the longitudinal end effect formed at the boundaries of the break of the waves of the linear current load, with the number of pole pairs more than one, the coils of the three-phase excitation winding belonging to the phase zones of 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 circuit is covered by an outer thin-walled shell and an inner thin-walled shell covering the inner magnetic circuit. The shells, outer and inner, form an annular channel [RU 2289187 H02K 44/06, H02K 41/025, Publ. December 10, 2006, Bull. No. 3].

Недостатком цилиндрического линейного индукционного насоса по RU 2289187 является наличие тонкостенных оболочек сердечника и корпуса, что существенно ограничивает надежность насоса в целом.The disadvantage of a cylindrical linear induction pump according to RU 2289187 is the presence of thin-walled shells of the core and housing, 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.A well-known design of a two-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 made up of sixteen packages longitudinally laminated electrical steel with an internal winding located in it; a body with an external winding and sixteen packages of a magnetic circuit and a working channel formed by a concentrically located core shell and a shell shell. For cooling the windings, a coolant supply is provided.

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 44/06, Опубл. 10.03.2006, Бюл. № 7].Known induction cylindrical pump, which, to improve 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 annular magnetic circuit [RU 2271597 H02K 44/06, publ. 03/10/2006, Bull. 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.A well-known design of a double-winding pump (US patent No. 4166714) used for pumping liquid metal coolant through pipelines, containing a core made of 16 packages of longitudinally laminated electrical steel with an internal winding located in it, a housing with an external winding and 16 packages of a magnetic circuit and a working channel, formed by concentrically located shell of the core and the shell of the body. For cooling the windings, a coolant supply is provided.

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 when one winding fails).

Недостатками этого конструктивного решения является выполнение внутреннего магнитопровода сердечника в виде 16 пакетов, уложенных в пазы. Тем самым в поперечном сечении магнитопровод 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 internal magnetic circuit of the core in the form of 16 packages laid in the grooves. Thus, in the cross section of the magnetic core, the core is a multi-beam star, therefore, it has a low fill 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 hence the housing. 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-corrosion 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 high capacity pumps of 500-1000 m 3 /h, the casing diameter unreasonably increases, and at the same time the core (rotor) is underloaded by the 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 H02K 44/06, Опубл 10.02.2016, Бюл. №4].Known electromagnetic induction pump, including a housing with an enclosed inductor with a winding and a magnetic circuit, an inner core, a working channel formed by an outer thin-walled shell of the housing and the shell of the inner core, spacers and a compensation unit. To implement the expansion of the arsenal of electromagnetic induction pumps (achieving a technical result), the compensation unit is made in the form of an inner flange interacting with each other, made with radially located grooves, and an outer flange, made with connecting fingers installed in the grooves of the inner flange, and the inner flange is connected to outer shell, and the outer flange - with the body [RU 159363 H02K 44/06, Publ 02/10/2016, Bull. No. 4].

Как следует из чертежей (фиг. 1) магнитопровод сердечника 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 магнитопровода 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 magnetic circuit of the core of the electromagnetic induction pump according to RU 159363 consists of spirally wound washers assembled 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 electrical steel tape along the coils and with sleeve. This leads to a decrease in the filling factor of the core magnetic circuit and the creation of a smaller magnetic field; Also, the presence of the junction of individual washers leads to an increase in magnetic losses in the core, which also reduces the efficiency of the pump.

Известен цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий индуктор с обмоткой в виде двухрядных дисковых катушек и наружным магнитопроводом, внутренний магнитопровод 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 H02K 44/06, приоритет 04.07.1989].A cylindrical linear induction pump is known, containing an inductor with a winding in the form of double-row disk 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 circuit, the inner shell is made welded in such a way that the longitudinal weld is located in the groove of the internal 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 disk coils of the inductor winding [RU 1720462 H02K 44/06, priority 04.07.1989].

Из чертежей фигур 1 и 3 следует, что магнитопровод сердечника 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 magnetic circuit of the pump core according to RU 1720462 consists of electrical steel blocks 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 магнитопровода сердечника в виде 6 пакетов, уложенных в пазы. Тем самым в поперечном сечении магнитопровод сердечника 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 internal magnetic circuit of the core in the form of 6 packages laid in the grooves. Thus, in the cross section of the core magnetic circuit is a multi-beam star (chamomile), therefore, it has a low fill factor of electrical steel, which leads to the creation of a smaller magnetic field and high energy losses.

Магнитопроводы индуктора насоса по RU 1720462 (поз. 1 на фиг. 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 circuits of the pump inductor according to RU 1720462 (pos. 1 in Fig. 1) are located at an angle offset 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 efficiency of the pump.

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 recess (indentation) of the longitudinal weld on the shell inside the groove to a depth h plays the role of a compensator for transverse thermal expansions. Thanks 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 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 к повышению вибрации насоса, т.е. снижает его надежность.This somewhat increases the reliability of the operation 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 liquid metal flow being pumped, namely, it destabilizes the flow, enhances the transverse flows of the liquid and increases the fluctuations of the output pump parameters - flow and pressure, which in turn leads to an increase in 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°) относительно выводных концов катушек обмотки возбуждения, в зоне которых формируется минимум профиля скорости. To reduce the inhomogeneity of the non-magnetic gap along the azimuth of the pump according to RU 1720462, after deepening the shell, the groove is filled with ferromagnetic material (electrical steel) or charged with thin rods of ferromagnetic steel. To reduce the influence of the 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 velocity profile maximum, i.e. diametrically opposite (with a shift of 180°) relative to the output ends of the excitation winding coils, in the zone of which a minimum of the velocity profile is formed.

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 оснастки обеспечивают 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 shell of the pump core according to RU 1720462 is welded with a thickness of 1-1.5 mm, which somewhat reduces the complexity of manufacturing the core and the pump as a whole, since thin-walled shells with a thickness of 1-1.5 mm are usually machined from thick-walled pipes and, using sophisticated technological equipment, provide it landing on the internal magnetic circuit [Glukhikh V.A., Tananaev A.V., Kirillov I.R. Magnetic hydrodynamics in nuclear power engineering. Moscow: Energoatomizdat, 1987, p. 195-200. Alekseev R.A. and others. Induction electromagnetic pump for the BOR-60 reactor. Electrical engineering, N 7, 1983, p. 75], however, the small thickness of 1-1.5 mm of the core shell causes its insignificant strength, both in the radial and axial directions, which ultimately determines the insufficient strength and reliability of the pump as a 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.A well-known design of a series of pumps of the NEI series developed by JSC "SMKB" for the Beloyarsk NPP [RU 159363, 164336, 165711, 166156], used for pumping liquid sodium, containing a core assembled from a block of spirally wound electrical steel washers fixed on a 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 магнитопроводов, а также приводит к замыканию пластин электротехнической стали между собой, что увеличивает энергетические потери и снижает КПД насоса.The disadvantages of these solutions is that the core is made 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 coils and with the sleeve. This leads to a decrease in the fill factor of the core and the creation of a smaller magnetic field; Also, the presence of the junction of individual washers leads to an increase in magnetic losses in the core, which also reduces the efficiency of the pump. In this case, after assembly, the magnetic cores are subjected to machining to give the lower (closer to the body) surface an arcuate shape. Such mandatory machining significantly increases the cost of manufacturing magnetic circuits, and also leads to the closure of electrical steel plates to 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 components 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, the interaction of which with the currents induced in the liquid metal produces electromagnetic forces that 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 separate packages, assembled from 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 engineering. 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, вследствие 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 магнитопровод в сердечнике может перегреваться, при перегреве тонкостенная обечайка теряет устойчивость, образуя продольную гофру, и, как следствие, нарушается герметичность обечайки и насос выходит из строя. However, the cores of this design have disadvantages associated with different coefficients of linear expansion of the material of the packages (segments) and the stainless steel of the shell, as a result of which a gap is formed 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 metal being pumped, the internal 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 snug fit of the usually thin about 1 mm shell of the core to the magnetic core is important to ensure 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, H02K 44/06, опубл. 1974].A core of an electromagnetic cylindrical pump is known, in which the function of an auto-compensator for thermal expansion of the shell and the core magnetic circuit is performed by a cylindrical bushing installed inside two conical bushings interacting with the conical surfaces of the magnetic circuit segments, and the inner cylindrical bushing is made of a material (aluminum) with a large linear expansion coefficient, than the casing [A. With. USSR 436423, H02K 44/06, publ. 1974].

Данное техническое решение, однако, применимо лишь при невысоких температурах перекачиваемого металла (до 500°С), 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 technical solution, however, is applicable only at low temperatures of the pumped metal (up to 500°C), since the cylindrical bushing made of aluminum at higher temperatures loses the necessary mechanical properties and does not provide automatic compensation for the thermal expansion of the shell and the core magnetic circuit. It was not possible to manufacture the sleeve from another material due to the lack of a material with a coefficient of linear expansion greater than that of stainless steel and also possessing the necessary mechanical properties. In addition, the core of this design does not have sufficient rigidity in the transverse direction, since the inner conical bushings, on which the segments of the magnetic circuit rest, are composite and are cut in the transverse direction.

Извеcтен 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 H02K 44/06, Опубл. 20.11.2014, Бюл. №32]. A cylindrical linear induction pump is known, containing an inductor with an internal magnetic circuit and a channel with named input, output, in which the joint of the internal magnetic circuit and the inner 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 on the input side, and the inner magnetic core is fixed on the output side of the channel [RU 2533056 H02K 44/06, Publ. November 20, 2014, Bull. #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 cone surface located on the side of the exit from the channel determines the non-magnetic gap at the exit of a larger value in relation to the similar parameter at the entrance to the channel, which, according to the authors, improves the structure of the resulting magnetic field, as a result, the said distortion is assumed to be smaller at the entrance , since the value of the magnetic field induction, with a constant value of the magnetizing force, is proportional to the value of the non-magnetic gap, but this ultimately cannot have a significant impact on the performance 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 H02K 44/06, Опубл. 20.02.1995 (прототип)].The closest in technical essence and achieved technical result (prototype) is a cylindrical linear induction pump containing a linear inductor with an inductor magnetic circuit and a winding, an annular working channel and a core consisting of a shell, an inner tube, a core magnetic circuit assembled from electrical steel packages having tapered surfaces and installed between the shell and the inner tube, and clamping elements installed between the inner tube and the magnetic circuit of the core, in which the clamping elements are made in the form of two conical 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 inclination angle of the generatrix equal to α, conical bushings are installed on the end parts of the core magnetic circuit, and their conical surface with spun with the inner surface of the core magnetic circuit. The number of longitudinal cuts on each tapered bushing is equal to the number of core magnetic core packages 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 H02K 44/06, Publ. 20.02.1995 (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 сердечника, 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 of both movable collet bushings and packages of stamped sheets of electrical steel of the internal magnetic circuit of the core resting on them, which ultimately leads to a decrease in 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 в сердечнике.Another disadvantage of EN 2029427 (prototype) is the significant complexity and laboriousness of manufacturing, since it becomes necessary to ensure high accuracy of processing and fit of the conical surfaces of the packages of stamped sheets of electrical steel and plug-in collet bushings in the core.

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.General technical disadvantages of the designs of known cores, magnetic cores and cylindrical linear induction pumps in general are the technological complexity and laboriousness of their manufacture, as well as the lack of reliability and durability of their operation due to the presence of thin-walled (usually about 1 mm) walls of the channel housing and core shells, relatively high , due to the design features of the magnetic circuits, energy losses and, accordingly, insufficiently high operating parameters and insufficiently high efficiency.

Решаемая задача и технический результатProblem to be solved and technical result

Задачей изобретения 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 invention is to increase the efficiency of the operation of a 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 object of patenting is to create a design of a cylindrical linear induction pump with reduced energy consumption, with a higher coefficient of performance (COP) 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.EFFECT: increased efficiency and reliability of the pump by reducing its energy consumption, increasing the pressure and flow rate of the pumped liquid metal melt while increasing its strength, reliability and durability.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается тем, что сердечник цилиндрического линейного индукционного насоса, содержащего 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 него магнитопроводами сердечника, согласно изобретения сердечник содержит The problem is solved and the required technical result is achieved by the fact that the core of a cylindrical linear induction pump containing a cylindrical pump housing, inductors linearly located on the surface of the pump housing with magnetic circuits of the inductors and inductors and coaxially located inside the housing with the formation of an annular working channel core with located inside it magnetic circuits of the core, according to the invention, the core contains

центральную часть сердечника в виде цилиндрического кожуха, the central part of the core in the form of a cylindrical casing,

установленную внутри кожуха по оси несущую крестовину с продольными ребрами, разделяющими внутренний объем кожуха на соответствующее числу продольных ребер несущей крестовины продольных секторов, ограниченных с одной стороны кожухом, а с других - продольными ребрами несущей крестовины, иa carrier cross installed inside the casing along the axis with longitudinal ribs dividing the internal volume of the casing into longitudinal sectors corresponding to the number of longitudinal ribs of the carrier cross, bounded on one side by the casing, and on the other - by the longitudinal ribs of the carrier cross, and

расположенные в каждом из указанных секторов шихтовки магнитопроводов сердечника в виде наборов продольных пластин из электротехнической стали, расположенных параллельно осям симметрии сечений указанных секторов.located in each of the said sectors of the core magnetic circuit stacking in the form of sets of longitudinal plates made of electrical steel, located parallel to the axes of symmetry of the sections of the said sectors.

Шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов выполнены в виде наборов прямоугольных продольных 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.Laying of the core magnetic circuits in each of these sectors is made in the form of sets of rectangular longitudinal plates of electrical steel of variable height, selected so that along the lower contour the sets of lamination plates in the cross section correspond to the approximate shape of the internal angles between the longitudinal ribs of the bearing cross, and along the upper contour the sets of plates the cross-section of the blend corresponded to the shape of circular arcs with a diameter commensurate with the inner diameter of the casing.

По продольным 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 lamination plates for the core magnetic circuits in each of the indicated sectors of the central part of the core.

Наборы пластин шихтовок магнитопроводов сердечника в указанных секторах центральной части сердечника зафиксированы посредством устанавливаемых по торцам центральной части сердечника упорных втулок, изготовленных с возможностью фиксации коаксиального положения сердечника в корпусе насоса с образованием кольцевого рабочего канала.The sets of lamination plates of the core magnetic circuits in said sectors of the central part of the core are fixed by means of thrust bushings installed at the ends of the central part of the core, made with the possibility of fixing the coaxial position of the core in the pump housing to form an annular working channel.

По краям упорных втулок с наружных сторон установлены конусообразные обтекатели, исключающие завихрения жидкометаллического потока на входе в насос и на выходе из насоса.Cone-shaped fairings are installed along the edges of the thrust bushings from the outer sides, which exclude turbulence of the liquid metal flow at the inlet to the pump and at the outlet of the pump.

При этом пластины шихтовок магнитопроводов сердечника изготовлены из электротехнической стали так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси сердечника, а кожух, несущая крестовина, уплотняющие клинья, упорные втулки и конусообразные обтекатели сердечника изготовлены из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса.At the same time, the plates of the core magnetic circuits are made of electrical steel so that the direction of the rolled electrical steel coincides with the direction of the core axis, and the casing, bearing cross, sealing wedges, thrust bushings and cone-shaped core fairings are made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, austenitic class.

Поставленная задача решается и требуемый технический результат достигается также тем, что цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий 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 части магнитопроводами сердечника, согласно изобретения сердечник содержит The problem is solved and the required technical result is also achieved by the fact that a cylindrical linear induction pump containing a cylindrical pump housing, inductors linearly located on the surface of the pump housing with magnetic circuits of the inductors and inductors and coaxially located inside the housing with the formation of an annular working channel core with located inside the casing its central part by the magnetic circuits of the core, according to the invention the core contains

центральную часть сердечника в виде цилиндрического кожуха, the central part of the core in the form of a cylindrical casing,

установленную внутри кожуха по оси несущую крестовину с продольными ребрами, разделяющими внутренний объем кожуха на соответствующее числу продольных ребер несущей крестовины продольных секторов, ограниченных с одной стороны кожухом, а с других - продольными ребрами несущей крестовины, иa carrier cross installed inside the casing along the axis with longitudinal ribs dividing the internal volume of the casing into longitudinal sectors corresponding to the number of longitudinal ribs of the carrier cross, bounded on one side by the casing, and on the other - by the longitudinal ribs of the carrier cross, and

расположенные в каждом из указанных секторов шихтовки магнитопроводов сердечника в виде наборов продольных пластин из электротехнической стали переменной высоты,located in each of the indicated sectors of the core magnetic core lamination in the form of sets of longitudinal plates made of electrical steel of variable height,

расположенных параллельно осям симметрии сечений указанных секторов и 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.located parallel to the axes of symmetry of the sections of the indicated sectors and selected so that along the lower contour the sets of burden plates in the cross section correspond to the approximate shape of the internal angles between the longitudinal ribs of the bearing cross, and along the upper contour the sets of burden plates in the cross section correspond to the shape of arcs of a circle with a diameter commensurate with the inner diameter casing.

При этом цилиндрический линейный индукционный насос содержит сердечник описанной выше конструкции.In this case, the cylindrical linear induction pump contains a core of the design described above.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Конструкция сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса, магнитопровода индуктора цилиндрического линейного индукционного насоса и цилиндрического линейного индукционного насоса, 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 сердечника, 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 катушки индукторов 15, кольцевой рабочий зазор 16 для движения жидкого расплава металла между наружной поверхностью центральной цилиндрической части 1 сердечника 13 и внутренней поверхностью корпуса насоса 12.The design of the core of a cylindrical linear induction pump, the magnetic circuit of the inductor of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump, further - a pump containing a cylindrical housing with inductors linearly located on its surface, containing induction coils and magnetic circuits of the inductors, and coaxially located in the pump housing to form an annular working gap for the movement of the flow of liquid molten metal, the core with the core magnetic circuit located inside, are illustrated by drawings, which show: the central cylindrical part 1 of the core, thrust bushings 2 of the core, cone-shaped fairings 3 of the core from the side of the inlet and outlet of the liquid metal flow, located inside the central part 1 bearing crosspiece 4, core magnetic core stacking plates 5, core cylindrical casing 6, sealing wedges 7, inductor magnetic core stacking plates 10, side e 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 circuits of the inductors 14, the conductive coils of the inductors 15, the annular working gap 16 for the movement of liquid metal melt between the outer surface of the central cylindrical part 1 of the core 13 and the inner surface pump body 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.In FIG. 1 shows a general view of the core of a cylindrical linear induction pump assembly, hereinafter - the core, which shows: a cylindrical central part 1 of the core, containing an 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 housing, located on the input sides and the exit of liquid metal in the working annular space between the core and the pump casing, cone-shaped fairings 3, which prevent the flow of liquid metal from swirling at the inlet to the pump and at the outlet of the pump.

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 шихтовки магнитопроводов сердечника 5 уплотняющие клинья 7.In FIG. 2 is a section of the central part 1 of the core, where it is shown: a bearing cross 4 located along the axis, lamination plates of the core magnetic circuits 5, a 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 laminations of the 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 магнитопроводов сердечника 5 и уплотняющими клиньями 7, х цилиндрический кожух 6 центральной части сердечника с внутренним диаметром D1. In FIG. 3 is an exploded axonometric view of the structure of the central part of the core 1 in disassembled form, which shows the carrier cross 4 located along the axis of the core, dividing the internal volume of the core into several sectors with sets of lamination plates for the core magnetic circuits 5 and sealing wedges 7 located in each of these sectors, x cylindrical 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.In FIG. 4 and 5 show, respectively, an axonometric diagram and a section of a set of lamination plates of one of the magnetic circuits of the core 5 of variable height for one of the sectors of the core formed by the ribs of the carrier cross 4.

На фиг. 6 - разнесенный аксонометрический вид конструкции одного из магнитопроводов индуктора, включающего набор Ш-образных пластин шихтовки 10 переменной высоты и Ш-образные боковые защитные пластины 11 со скошенными нижними краями.In FIG. 6 is an exploded axonometric view of the design of one of the magnetic cores of the inductor, including a set of E-shaped burden plates 10 of variable height and E-shaped side protective plates 11 with beveled bottom 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 и D3 обозначены соответственно наружный диаметр цилиндрического корпуса и диаметр нижнего контура набора Ш-образных пластин шихтовки магнитопровода индуктора. In FIG. 7 and 8 show side views of variants of the design of the magnetic cores of inductors, containing a set of W-shaped plates for laminating the magnetic core 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). 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 inductor magnetic circuit stacking.

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.In FIG. 9 is a side view of the pump, showing: the pump housing 12 with a core 13 coaxially installed inside it, the magnetic circuits of the inductors 14 located on the surface of the housing with the inductance coils 15 located in the grooves of the sets of plates of the W-shaped stacking of the magnetic circuits of the inductors 14.

На фиг. 10 - схема компоновки магнитопроводов индукторов и магнитопроводов сердечника соответственно на 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 магнитопроводов сердечника 5.In FIG. 10 is a diagram of the layout of the magnetic circuits of the inductors and the magnetic circuits of the core, respectively, on the surface of the pump housing 12 and inside the central part of the core, which shows sets of plates for stacking the magnetic circuits of the core 5, a cylindrical casing 6 of the central part of the core, sets of Ш-shaped plates for stacking the magnetic circuits of the inductor 10 and side Ш- shaped protective plates 11. Diameters D1, D2 and D3 denote, respectively, the inner diameter of the cylindrical casing of the central part of the core, the outer diameter of the cylindrical casing and the diameter of the lower contour of the set of W-shaped plates of the inductor magnetic circuit stacking. Width H and h denote, respectively, the width of the sets of W-shaped plates for the stacking of the magnetic cores of the inductor 10 and the width of the sets of plates for the stacking of the magnetic cores of the core 5.

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

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

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

- наличие в центральной части 1 сердечника толстостенного (≥1,5мм) 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 internal volume of the central part of the core into several sectors, limited on the one hand by the casing of the core 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, - execution in each of the indicated sectors of the stacking of the magnetic core core 5 from rectangular longitudinal plates made of cold-rolled electrical steel so that the direction of the rolled electrical steel 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 at the edges of the lamination 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.- execution of plates of internal magnetic cores 5 lamination in each of the sectors of the core of variable height formed by the carrier cross 4 so that, along the lower contour, the sets of plates in the core magnetic core laminations correspond to the approximate shape of the angles between the ribs of the carrier cross 4, and the upper contours in the diameter have the shape of an arc of a circle coaxial with a pump housing 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 distinguishing 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,- stacking of the magnetic circuits of the inductors with W-shaped plates of cold-rolled electrical steel so that the direction of the rolled electrical steel coincides with the direction of the axis of the pump casing,

- изготовление Ш-образных пластин шихтовки 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 концентричную наружной цилиндрической поверхности корпуса насоса,- fabrication of W-shaped lamination plates in each of the inductor magnetic cores with variable height so that the inner profile of the set of laminating plates of each inductor magnetic core is an approximate circular arc, 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 side protective plates 11 of non-magnetic steel with high resistivity, for example, of the austenitic class, in the magnetic circuits of the inductors,

- 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 of 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 such bevel angles at the edges of the sets of W-shaped plates for laminating the magnetic cores of the inductors, so that after installing the magnetic cores of the inductors they fit tightly together with each other around the pump housing (Fig. 10, 11, 12).

Основными отличительными особенностями конструкции цилиндрического линейного индукционного насоса являются:The main distinguishing features of the design of a cylindrical linear induction pump 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 cone-shaped fairings at the ends, inside the cylindrical central part of which, by means of a bearing cross installed along the axis, several sectors are formed, each of which contains the core magnetic circuits in the form of sets of parallel, unevenly high longitudinal plates of electrical steel blending fixed by sealing wedges, oriented so that the direction of rolled 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 circuits of inductors installed on the outer surface of the cylindrical pump housing, containing sets of parallel W-shaped longitudinal parallel to each other plates of electrical steel charge, 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 circuits of inductors installed on the outer surface of the cylindrical pump housing, containing sets of parallel W-shaped longitudinal lamination plates parallel to each other, having different heights, selected so that in cross section the profiles of the lower contours of the magnetic circuit have the shape of an arc of a circle concentric with the core and commensurate with the outer diameter of the pump housing,

- количество внешних магнитопроводов (магнитопроводы индуктора) равно количеству магнитопроводов 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 lamination plates of the external magnetic circuit coincides with the orientation of the lamination plates of the corresponding sector of the core.

Цилиндрический линейный индукционный насос работает и изготавливается следующим образом: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.A three-phase alternating voltage is supplied to the current-carrying inductor coils located on the pump casing. There is no electrical connection between the metal melt and the external electrical circuit of the inductors.

Переменный ток, протекающий по токопроводящим катушкам индукторов, создает в магнитопроводах индукторов переменное бегущее магнитное поле, которое, замыкаясь на магнитопроводах сердечника, индуцирует ток в жидкометаллическом потоке в кольцевом рабочем канале насоса. An alternating current flowing through the conductive coils of the inductors creates an alternating traveling magnetic field in the magnetic circuits 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 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 процесса перекачивания жидкого металла, безопасные условия труда и соблюдение техники безопасности. Non-contact induction of currents in liquid metal ensures high reliability of operation and cleanliness of the technological process of pumping liquid metal, safe working conditions and compliance with safety regulations.

Недостатком использования переменного тока является образование в магнитопроводе вихревых токов, которые создают свои магнитные потоки, стремящиеся, в соответствии с правилом Ленца, ослабить изменение основного потока и действующие размагничивающим образом, уменьшая основной поток.The 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 the Lenz rule, to weaken the change in the main flux and acting 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 occur, so 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 магнитопроводы изготавливают 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 due to eddy currents, reduce the harmful heating of magnetic cores and reduce the effect of "displacing" the magnetic flux from ferromagnets, magnetic cores 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 a special varnish and made of thin sheet electrical steel.

Конструктивно цилиндрический линейный индукционный насос содержит (фиг. 9) цилиндрический корпус 12 с коаксиально установленным в нем сердечником 13 с магнитопроводами сердечника и расположенными вокруг корпуса насоса индукторами, содержащими магнитопроводы индукторов 14 с расположенные в пазах наборов пластин их Ш-образной шихтовки токопроводящими катушками 15.Structurally, a cylindrical linear induction pump contains (Fig. 9) a cylindrical housing 12 with a core 13 coaxially installed in it with core magnetic circuits and inductors located around the pump housing, containing magnetic circuits of inductors 14 with current-carrying coils 15 located in the grooves of the sets of plates of their W-shaped blending.

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 turbulence in the pumped liquid metal flow at the pump inlet and at the pump outlet, and located inside the central parts of the core by the magnetic circuits of the core.

На поверхности центральной части 1 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 pump housing with the formation of an annular working channel for the liquid metal flow.

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 сердечника покрывает цилиндрический кожух сердечника 6 с внутренним диаметром D1.Inside the central part 1 of the core (Fig. 2 and 3) a bearing cross 4 is installed along its central axis, dividing the internal volume of the central part of the core into several sectors with ribs with sets of lamination plates for the magnetic circuits of the core 5 made of electrical steel located in each of them and located at the edges sets of plates for blending 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 lamination of the core magnetic circuits 5 in each of the core sectors formed by the ribs of the carrier cross 4 is made longitudinally relative to the core axis and parallel to each other with plates of variable height from cold-rolled electrical steel, made so that the direction of the rolled 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 с корпусом насоса и диаметром, соразмерным внутреннему диаметру D1 кожуха сердечника 6.The lamination plates of the core magnetic circuits 5 in each of the sectors of the core formed by the ribs of the carrier cross 4 are made of variable height and are selected so that along the lower contour the sets of plates in the laminations of the core magnetic circuits correspond to the approximate shape of the angles between the ribs of the carrier cross 4, and the upper contours in diameter have the shape of an arc circle coaxial with the pump housing and with 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).The sealing of the sets of plates for stacking the magnetic circuits of the core 5 between the ribs of the crosspiece 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 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 design of the core provides the most complete and dense filling of the internal volume of the central part 1 of the core with longitudinal plates of the core 5 magnetic circuits.

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. At the same time, the parallel orientation of the lamination plates of the core magnetic circuits in each of the core and sectors formed by the carrier cross 4 and the casing relative to the same parallel orientation of the lamination 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 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 стали в виде Ш-образных пластин 10 с переменной высотой, подобранной так, чтобы нижний контур наборов пластин шихтовки в магнитопроводах 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.Laying plates of the magnetic circuits of the inductors (Fig. 6) are made of cold-rolled electrical steel in the form of W-shaped plates 10 with a variable height, selected so that the lower contour of the sets of lamination plates in the magnetic circuits of the inductors corresponds to the approximate shape of an arc of a circle with a diameter D3, coaxial with the outer diameter of the housing pump 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 о 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 housing without damaging it against external magnetic circuits, since the temperature of the flow pumped by the liquid metal pump can be 500–600 °С or 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 housing and the lower surface of the contours of the sets of W-shaped plates for stacking 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 11 из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса, и зарепляют или посредством склейки высотемпературным кампаундом (фиг. 7), или посредством болтовых соединений (фиг. 8).The W-shaped plates of the burden 10 in each of the magnetic circuits 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 compound (Fig. 7), or by means of bolted connections (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 bevelled lower edges (Fig. 6-8) with such bevel angles 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 жесткое совместное крепление магнитопроводов индукторов на корпусе насоса с образованием в поперечном сечении по внутренней кромке магнитопроводов индукторов аппроксимированной концентрической с сердечником и корпусом насоса окружности диаметром D3.The magnetic cores of the inductors are installed on the pump casing in such a way (Fig. 10) that the protective plates 11 of the adjacent magnetic cores of the inductors are closely aligned with each other, thus providing not only an increase in the density of the sets of plates for stacking the magnetic cores of the inductors, but also a reliable rigid joint fastening of the magnetic cores of the inductors on the pump casing with the formation in cross section along the inner edge of the magnetic circuits of the inductors of an approximated concentric circle with a core and a pump casing with a diameter of 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 housing so that the direction of the parallel plates of its stacking coincides with the direction of the corresponding parallel plates of the stacking of the core magnetic circuits in the corresponding sectors of the core, and the width of the stacking H of the magnetic circuits of the inductors matches or overlaps the width of the stacking h of the corresponding magnetic circuits of the core in the corresponding sectors of the core (Fig. . 10).

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).At the same time, the general layout 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 blending (Fig. 10, 11, 12).

Изготовление и сборку, токопроводящих катушек индукторов и индукторов в целом осуществляют следующим образом.The manufacture and assembly of conductive inductor coils 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 stacking magnetic circuits 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 performance.

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.Laying plates of magnetic circuits of inductors of a given W-shape are cut and marked on machine tools with numerical control (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 и защитных пластин магнитопроводов индукторов в 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.Sets of cut lamination plates and protective plates of inductor magnetic cores are laid in special fixtures - mandrels, selected according to the marking and oriented accordingly, and then the sets of laminating plates and protective plates are fastened by bolting or by 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 inductors are made mainly of double-row helically wound coils. As a winding, a winding wire of rectangular cross section is mainly used. For example, for nuclear power plants, 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 performance.

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 magnetic circuits of the core and the core 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 plates for laminating core magnetic circuits made of electrical steel with a typical 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 performance.

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.Laying plates of a given shape are cut and marked on machine tools with numerical control (CNC), orienting the initial billets 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 blending plates are placed in the corresponding sectors of the cross, selecting according to the marking and orienting them accordingly, and then the sets of blending 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, cone-shaped 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 assembly of the pump is carried out 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.Manufacture and coaxially install the core in the pump housing, fixing the core in the pump housing by welding the thrust bushings of the core to the inner surface of the housing 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 inductor magnetic circuit.

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 магнитопроводов индукторов на корпусе насоса фиксируется во фланцах насоса.The magnetic cores of the inductors are inserted into the inductors mounted on the pump casing so that the orientation of the W-shaped plates of the inductors magnetic cores is aligned with the orientation of the plates of the corresponding sectors of the core as a result of the combination of technological markings. The position of the magnetic circuits of the inductors 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 control of the assembly and fixation of all elements is carried out, as well as the correct orientation of the magnetic circuits of the inductors relative to the corresponding magnetic circuits of the core.

Шихтовка магнитопроводов сердечника и магнитопроводов индукторов пластинами электротехнической стали переменной высоты с применением уплотняющих элементов (уплотнительные клинья в магнитопроводах сердечника и защитные пластины в магнитопроводах 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 сокращает затраты и время на изготовление внутренних и внешних магнитопроводов, повышает коэффициент заполнения и снижает электромагнитные потери.Laying of the core magnetic circuits and inductor magnetic circuits with plates of electrical steel of variable height using sealing elements (sealing wedges in the core magnetic circuits and protective plates in the inductor magnetic circuits) makes it possible to exclude labor-intensive and costly operations of gluing the lamination plates together with a special heat-resistant compound and technologically complex from the manufacturing technology mechanical processing of the blend to give the desired shape of the transverse profiles. This significantly reduces the cost and time for the manufacture of 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.Laying of 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 efficiency of the pump , in particular its efficiency.

Применение оригинальной компоновки параллельных пластин шихтовки магнитопроводов сердечника и индукторов (фиг. 10, 11, 12) позволило существенно повысить напряженность магнитных полей и снизить энергетические потери.The use of the original layout of parallel plates for the core and inductor magnetic circuits (Fig. 10, 11, 12) made it possible to significantly increase the magnetic field strength 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 housing from 0.5–1 to 1.5–3 mm, which simplified manufacturing 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 has made it possible to reduce the power consumption by 30% compared to the replaced MHD pumps while simultaneously 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.At the same time, the strength and, accordingly, the reliability of the proposed cylindrical linear induction machines 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 features are in a causal relationship with the technical result and ensure the achievement of the technical result in the form of an increase in the efficiency of the magnetohydrodynamic pump, namely, the following are 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 индуктора,increase in efficiency, reduction in energy consumption, increase in head and flow rate 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 the manufacture and assembly of the main parts and the pump as a whole,

упрощение конструкции внешних и внутренних магнитопроводов при 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 изобретения находятся в причинно-следственной связи с техническим результатом, получаемым от использования изобретения.Thus, all displayed essential features of the invention are in a causal relationship with the technical result obtained from the use of the invention.

Конкретные параметры определены экспериментально и практически проверены в процессе натурных испытаний.Specific parameters are determined experimentally and practically verified during full-scale 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 problem and the achievement of the required technical result.

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

В качестве отдельных элементов, деталей и узлов 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 a cylindrical linear induction pump, various materials and design solutions known in electrical engineering and magnetohydrodynamics, commonly used in the manufacture and use of magnetohydrodynamic induction pumps used for pumping liquid melts of metals and alloys and other technological purposes in energy, chemical and metallurgical industries.

Учитывая новизну совокупности существенных признаков, техническое решение поставленной задачи, изобретательский уровень и существенность всех общих и частных признаков изобретения, доказанных в разделе «Уровень техники» и «Раскрытие изобретения», доказанную в разделе «Осуществление и изобретения» техническую осуществимость и промышленную применимость изобретения, решение поставленной изобретательской задачи и уверенное достижение требуемого технического результата при реализации и использовании изобретения, по нашему мнению, заявленное изобретение удовлетворяет всем требованиям охраноспособности, предъявляемым к изобретениям.Considering the novelty of the set of essential features, the technical solution of the task, the inventive step and the materiality of all general and particular features of the invention, proven in the section "Prior Art" and "Disclosure of the Invention", proven in the section "Implementation and Inventions" the technical feasibility and industrial applicability of the invention, solution of the set inventive problem and confident achievement of the required technical result in the implementation and use of the invention, in our opinion, the claimed invention satisfies all the requirements for patentability for inventions.

Проведенный анализ показывает также, что все общие и частные признаки изобретения являются существенными, так как каждый из них необходим, а все вместе они не только достаточны для достижения цели изобретения, но и позволяют реализовать изобретение промышленным способом.The analysis also shows that all general and particular features of the invention are essential, since each of them is necessary, and together they are not only sufficient to achieve the purpose of the invention, but also allow the invention to be implemented industrially.

Кроме этого анализ совокупности существенных признаков группы изобретений и достигаемого при их использовании единого технического результата показывает наличие единого изобретательского замысла, тесную и неразрывную связь сердечника цилиндрического линейного индукционного насоса и цилиндрического линейного индукционного насоса с сердечником. Это позволяет объединить изобретения в одной заявке, то есть обеспечить требования критерия единства изобретения.In addition, the analysis of the set of essential features of the group of inventions and the single technical result achieved by using them shows the presence of a single inventive concept, a close and inextricable connection between the core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump with a core. This allows you to combine inventions in one application, that is, to ensure the requirements of the criterion of unity of invention.

Claims (18)

1. Сердечник цилиндрического линейного индукционного насоса, содержащего 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 него магнитопроводами сердечника, 1. The core of a cylindrical linear induction pump, containing a cylindrical pump housing, 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 to form an annular working channel with core magnetic circuits located inside it, отличающийся тем, что сердечник содержит characterized in that core contains центральную часть сердечника в виде цилиндрического кожуха, the central part of the core in the form of a cylindrical casing, установленную внутри кожуха по оси несущую крестовину с продольными ребрами, разделяющими внутренний объем кожуха на соответствующее числу продольных ребер несущей крестовины продольных секторов, ограниченных с одной стороны кожухом, а с других - продольными ребрами несущей крестовины, иa carrier cross installed inside the casing along the axis with longitudinal ribs dividing the internal volume of the casing into longitudinal sectors corresponding to the number of longitudinal ribs of the carrier cross, bounded on one side by the casing, and on the other - by the longitudinal ribs of the carrier cross, and расположенные в каждом из указанных секторов шихтовки магнитопроводов сердечника в виде наборов продольных пластин из электротехнической стали, расположенных параллельно осям симметрии сечений указанных секторов.located in each of the specified sectors of the stacking of the core magnetic circuits in the form of sets of longitudinal plates made of electrical steel, located parallel to the axes of symmetry of the sections of the specified sectors. 2. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов выполнены в виде наборов прямоугольных продольных 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.2. The core according to claim 1, characterized in that the core magnetic core laminations in each of these sectors are made in the form of sets of rectangular longitudinal plates made of electrical steel of variable height, selected so that, along the lower contour, the sets of lamination plates in the cross section correspond to the approximate shape of the internal corners between the longitudinal ribs of the carrier cross, and along the upper contour, the sets of lamination plates in cross section corresponded to the shape of circular arcs with a diameter commensurate with the inner diameter of the casing. 3. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что по продольным краям наборов пластин шихтовки магнитопроводов сердечника в каждом из указанных секторов центральной части сердечника расположены уплотняющие клинья.3. The core according to claim 1, characterized in that sealing wedges are located along the longitudinal edges of the sets of plates for laminating the core magnetic circuits in each of the indicated sectors of the central part of the core. 4. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что наборы пластин шихтовок магнитопроводов сердечника в указанных секторах центральной части сердечника зафиксированы посредством устанавливаемых по торцам центральной части сердечника упорных втулок.4. The core according to claim 1, characterized in that the sets of lamination plates of the core magnetic circuits are fixed in said sectors of the central part of the core by means of thrust bushings installed along the ends of the central part of the core. 5. Сердечник по п. 4, отличающийся тем, что упорные втулки изготовлены с возможностью фиксации коаксиального положения сердечника в корпусе насоса с образованием кольцевого рабочего канала.5. The core according to claim 4, characterized in that thrust bushings are made with the possibility of fixing the coaxial position of the core in the pump housing with the formation of an annular working channel. 6. Сердечник по п. 4, отличающийся тем, что по краям упорных втулок установлены конусообразные обтекатели.6. The core according to claim 4, characterized in that cone-shaped fairings are installed along the edges of the thrust bushings. 7. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что пластины шихтовок магнитопроводов сердечника изготовлены из электротехнической стали так, чтобы направление проката электротехнической стали совпадало с направлением оси сердечника. 7. The core according to claim. 1, characterized in that the plates of the core magnetic core blends are made of electrical steel so that the direction of the rolled electrical steel coincides with the direction of the core axis. 8. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что кожух, несущая крестовина, уплотняющие клинья, упорные втулки и конусообразные обтекатели изготовлены из немагнитной стали с высоким удельным сопротивлением, например, аустенитного класса.8. The core according to claim. 1, characterized in that the casing, bearing cross, sealing wedges, thrust bushings and conical fairings are made of non-magnetic steel with high resistivity, for example, austenitic class. 9. Цилиндрический линейный индукционный насос, содержащий 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 части магнитопроводами сердечника, отличающийся тем, что сердечник насоса содержит 9. A cylindrical linear induction pump containing a cylindrical pump housing, inductors linearly located on the surface of the pump housing with magnetic circuits of inductors and inductors and a core coaxially located inside the housing to form an annular working channel with the core magnetic circuits located inside the casing of its central part, characterized in that pump core contains центральную часть сердечника в виде цилиндрического кожуха, the central part of the core in the form of a cylindrical casing, установленную внутри кожуха по оси несущую крестовину с продольными ребрами, разделяющими внутренний объем кожуха на соответствующее числу продольных ребер несущей крестовины продольных секторов, ограниченных с одной стороны кожухом, а с других - продольными ребрами несущей крестовины, иa carrier cross installed inside the casing along the axis with longitudinal ribs dividing the internal volume of the casing into longitudinal sectors corresponding to the number of longitudinal ribs of the carrier cross, bounded on one side by the casing, and on the other - by the longitudinal ribs of the carrier cross, and расположенные в каждом из указанных секторов шихтовки магнитопроводов сердечника в виде наборов продольных пластин из электротехнической стали переменной высоты, located in each of the indicated sectors of the core magnetic core lamination in the form of sets of longitudinal plates made of electrical steel of variable height, расположенных параллельно осям симметрии сечений указанных секторов и 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.located parallel to the axes of symmetry of the sections of the indicated sectors and selected so that along the lower contour the sets of blending plates in the cross section correspond to the approximate shape of the internal angles between the longitudinal ribs of the bearing cross, and along the upper contour the sets of blending plates in the cross section correspond to the shape of circular arcs with a diameter commensurate with the inner diameter casing. 10. Цилиндрический линейный индукционный насос по п. 9, отличающийся тем, что содержит сердечник по любому из пп. 1-8.10. Cylindrical linear induction pump according to claim 9, characterized in that it contains a core according to any one of paragraphs. 1-8.
RU2020115825A 2020-05-14 2020-05-14 Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump RU2765977C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115825A RU2765977C2 (en) 2020-05-14 2020-05-14 Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020115825A RU2765977C2 (en) 2020-05-14 2020-05-14 Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020115825A RU2020115825A (en) 2021-11-15
RU2020115825A3 RU2020115825A3 (en) 2021-12-13
RU2765977C2 true RU2765977C2 (en) 2022-02-07

Family

ID=78595591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020115825A RU2765977C2 (en) 2020-05-14 2020-05-14 Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765977C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797349C1 (en) * 2022-12-23 2023-06-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Magnetohydrodynamic pump for electrically conductive liquids

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU175824A1 (en) * Я. Я. Лиелпетер , Н. М. Охременко CYLINDRICAL INDUCTION PUMP
SU782689A1 (en) * 1979-06-27 1982-01-23 Предприятие П/Я А-7904 Cylindrical linear induction pump
SU1720462A1 (en) * 1989-07-04 1994-03-30 Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова Cylindric linear induction pump
RU2029427C1 (en) * 1992-10-27 1995-02-20 Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова Linear cylindrical induction pump
CN110994939A (en) * 2019-12-11 2020-04-10 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院 Self-stabilized cylindrical linear induction electromagnetic pump

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU175824A1 (en) * Я. Я. Лиелпетер , Н. М. Охременко CYLINDRICAL INDUCTION PUMP
SU782689A1 (en) * 1979-06-27 1982-01-23 Предприятие П/Я А-7904 Cylindrical linear induction pump
SU1720462A1 (en) * 1989-07-04 1994-03-30 Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова Cylindric linear induction pump
RU2029427C1 (en) * 1992-10-27 1995-02-20 Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им.Д.В.Ефремова Linear cylindrical induction pump
CN110994939A (en) * 2019-12-11 2020-04-10 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院 Self-stabilized cylindrical linear induction electromagnetic pump

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2797349C1 (en) * 2022-12-23 2023-06-02 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Пермский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук Magnetohydrodynamic pump for electrically conductive liquids

Also Published As

Publication number Publication date
RU2020115825A (en) 2021-11-15
RU2020115825A3 (en) 2021-12-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU198799U1 (en) Core of cylindrical linear induction pump
US5382860A (en) Electromagnetic pump stator core
Wu et al. Preliminary design of CFETR TF prototype coil
Nashine et al. Design, in-sodium testing and performance evaluation of annular linear induction pump for a sodium cooled fast reactor
RU2765977C2 (en) Core of a cylindrical linear induction pump and a cylindrical linear induction pump
RU2765978C2 (en) Magnetic core of the inductor of the cylindrical linear induction pump and the cylindrical linear induction pump
RU2766431C2 (en) Cylindrical linear induction pump
Kwak et al. Development of innovative reactor‐integrated coolant system design concept for a small modular lead fast reactor
JPS6310661B2 (en)
US20230291295A1 (en) Magnetohydrodynamic pump for molten salts and method of operating
RU199035U1 (en) Cylindrical Linear Induction Pump
RU199138U1 (en) Inductor magnetic core of cylindrical linear induction pump
Kim The design and fabrication of a small MHD pump for liquid sodium circulation
US20220051820A1 (en) Curvilinear electromagnetic pump
Kliman Large electromagnetic pumps
US20100237723A1 (en) System and method for thermal management in electrical machines
Fanning et al. Giant electromagnetic pump for sodium cooled reactor applications
Vickers Recent trends in turbogenerators
JPH06284685A (en) Electromagnetic pump
Blake Electro-magnetic pumps for liquid metals
Gutierrez et al. Electromagnetic pumps for liquid metals
DK181419B1 (en) A linear motor for use in a molten salt nuclear reactor and a valve for use in a molten salt nuclear reactor
Gahan et al. Primary loop-Electromagnetic pump design
KR0146236B1 (en) A ring shape cross section linear inductive electronic pump using nozzle-cooling method and ceramic-coating insulating method
CN115395757B (en) Electromagnetic pump

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant