Brevet FR2458937A1 — publié le 19810102

L'invention concerne un perfectionnement apporté aux pompes électromagnétiques à conduction pour métal liquide, c'est à dire les pompes o le métal liquide est mis en circulation sous l'effet d'un champ magnétique et d'un courant électrique perpendiculaires entre eux et traversant un canal ascendant de pompage du métal liquide (le mé- tal peut être par exemple constitué par de l'aluminium). Ces pompes comportent généralement un circuit magnétique pour la création d'un champ traversant le canal de pompage du métal et une spire en matériau réfractaire à l'intérieur de laquelle se trouve du métal liquide en contact électrique avec le métal contenu dans le-canal ascendant depDmpage, au niveau de la zone soumise au champ magnétique. De telles pompes ont déjà fait l'objet d'un brevet français n0 2.164.493. On a représenté sur la figure 1 de la présente demande de brevet une pompe du type décrit dans le brevet nO 2.164.493. Une pompe de ce type comprend un canal ascendant de pompage du métal liquide 1 qui traverse l'entrefer 2 d'un premier circuit électromagnétique en forme de culasse 3. Cette culasse est associée à une bobine 4 enroulée autour d'un de ses c8tés et qu'on alimente en courant alternatif de façon à créer dans la tranche de métal liquide située dans l'entrefer 2 un champ magnétique horizontal. La pompe comporte en outre un deuxième circuit magnétique en forme de cadre 5, une bobine d'alimentation 6 enroulée autour dun côté du cadre 5 et une spire conductrice 7 de section rectangulaire entourant un autre côté du cadre 5. On alimente la bobine 6 en courant alternatif de façon à induire un courant alternatif dans la boucle 7. Cette boucle 7 est constituée de métal liquide contenu dans une enveloppe réfractaire 8. Cette enveloppe 8 est reliée au canal 1 par deux embouts 9 et 9' com- portant chacun une ouverture mettant en communication l'intérieur de l'enveloppe 8 avec l'intérieur du canal 1 si bien que le métal peut circuler entre l'enveloppe 8 et le canal 1. La tranche de métal située entre les deux embouts 9 et 9' est parcourue par le courant al- ternatif généré dans la boucle 7. On dispose la boucle 7 de façon que le courant circulant en- tre les embouts 9 et 9' soit orthogonal au champ magnétique créé dans l'entrefer 2 et à l'axe du canal 1. Pour que la force électromagnétique verticale qui est alors créée dans la tranche de métal située entre les embouts 9 et 9' reste toujours ascendante, il est nécessaire de veiller à ce que courant et champ magnétique soient approximativement en phase. Si de telles pompes donnent satisaction, on constate cepen- dant que, dans le temps, les particules non conductrices de l'électri- cité qui sont véhiculées par le métal liquide ont tendance à se dépo- ser dans la boucle 7 par laquelle est engendré le courant qui passe dans le canal 1 de métal liquide. Dans les pompes que l'on vient de décrire, la boucle 7 est par conséquent difficile à nettoyer. Pour pallier cet inconvénient, une demande française a été déposée (publiée sous le numéro 2.360. 206). Elle concerne une variante des pompes décrites ci-dessus dans laquelle la boucle est rectiligne et débouche sur le bain de métal par lequel les courants induits se referment. De telles pompes sont très intéressantes sous l'aspect du nettoyage de la boucle, mais les performances obtenues sont plus faibles que celles des machines, objets-du brevet nO 2.164.493. Ce- ci est dû en particulier au fait que la boucle, rectiligne, est couplée de manière plus lâche à la branche du cadre 5 que dans le brevet 2.164. 493. De plus, le trajet de la boucle étant bien plus long que dans les pompes du brevet 2.164.493, la boucle oppose une résistance importante au courant induit. Pour pallier tous ces inconvénients, la demanderesse a eu l'idée de réaliser une pompe à conduction immergée dans laquelle la boucle présente le trajet le plus court possible de manière à réduire la résistance opposée au courant induit, mais dont la cir- culation du métal pompé ne soit pas entravée par une perte de char- ge importante. La pompe réalisée présente en outre une boucle fa- cile à nettoyer. La présente invention concerne une pompe électromagnétique à conduction immergée pour métal liquide comportant: - une partie en matériau réfractaire immergeable dans un bain de ce métal liquide - un premier circuit magnétique comportant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire et dotée d'un entrefer - un deuxième circuit magnétique fermé, doté d'une bobine d'alimen- tation et comportant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire - ménagés dans le matériau réfractaire, un canal ascendant de pompa- ge du métal liquide traversant l'entrefer du premier circuit magné- tique et une spire renfermant du métal liquide et communiquant avec le canal ascendant de pompage à l'endroit o celui-ci traverse l'en- trefer. Selon l'invention, la spire est constituée par un canal en forme de U renversé dont le plan médian est un plan vertical pas- sant par l'entrefer du premier circuit-. Les deux jambes du U plon- gent dans le bain de métal, pour fermer la spire, l'une des jambes étant en fait constituée d'un tronçon du canal ascendant et l'autre jambe enlaçant partiellement la branché horizontale du deuxième cir- cuit magnétique. Dans une telle pompe, la boucle contourne au plus près le circuit magnétique du transformateur qui induit les courants dans la spire. Les performances obtenues sont ainsi améliorées. Selon une autre caractéristique de l'invention, la section du canal constituant la boucle diminue de façon continue en partant du bas des jambes du U jusqu'à la zone traversant l'entrefer. En outre la boucle est prévue de façon à ce que le métal circulant dans la pompe subisse le moins de perturbations possible du point de vue hydraulique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie immergeable de la pompe est constituée de l'empilement d'un ensemble de pièces en matériau réfractaire comportant des évidements qui cons- tituent le canal ascendant de pompage et la spire. Afin de bien faire comprendre l'invention, nous allons maintenant décrire à titre d'exemple non limitatif une pompe à con- duction selon l'invention. La figure 2 représente une vue en perspective d'une pompe selon l'invention. La figure 3 représente une coupe de la pompe de la figure 2 effectuée au niveau du plan du circuit magnétique 5. La figure 4 représente une coupe de la pompe de la figure 2 effectuée au niveau du plan du circuit magnétique 3. Sur les diverses figures, les éléments correspondants por- tent les mèmes repères. Un premier circuit magnétique 3 en forme de C est équipé d'une bobine 4 qui peut &tre alimentée en courant alternatif de fa- çon à créer une induction dans le circuit et de ce fait, un champ magnétique horizontal au niveau de l'entrefer 2 ménagé entre les deux branches du circuit. Un deuxième circuit magnétique 5 équipé d'une bobine 6 est un transformateur qui induit un courant électrique dans une spire 7 en forme du U renversé et contenant du métal liquide lors- que la bobine 6 est alimentée en courant alternatif. Le courant électrique induit dans la spire 7 passe à travers l'entrefer 2. Il se referme en utilisant le bain de métal dans la zone 16 de son parcours puisque la spire est ouverte sur le bain par les orifices 9 et 10. Les circuits magnétiques 3 et 5 sont feuilletés et cons- titués de t8les en alliage magnétique au cobalt pour haute tempéra- ture. Le métal liquide est pompé par action conjuguée du champ magnétique et du courant de la boucle dans l'entrefer 2. Il est aspiré au niveau des orifices 9 et 10; il est refoulé par le ca- nal ascendant 1, comme l'indiquent les flèches fi, f2 et f3. La spire 7 est ménagée dans des pièces en matériau ré- fractaire 11, 12 et 13 qui sont immergées dans le bain de métal liquide. Le métal liquide pénétrant par les orifices 9 et 10 rem- plit la spire 7; à ce moment là, si les bobines 4 et 6 sont ali- mentées, il y a naissance d'un courant induit dans cette boucle et, par l'action conjuguée du champ magnétique qui règne dans l'entre- fer 2, le métal est pompé vers l'orifice de décharge 14. Avant son arrivée dans les orifices 9 et 10, le métal liquide est filtré par un filtre 15 immergé dans le bain de métal, et fixé ou appuyé con- tre la pièce 13. Une chambre d'aspiration 17 est ménagée entre la pièce 13 et le filtre 15. Quant à la partie haute de la pompe, en particulier les bobines 4 et 6, elles sont placées dans un carter refroidi par une circulation d'air. La pompe qui vient d'être décrite présente de nombreux avan- tages. En particulier il n'y a de zone morte en aucun endroit de la spire 7. Ainsi toute formation de dép8t sur les parois de la boucle est évitée et celle-ci n'a pas besoin d'ttre nettoyée. Au cas o un nettoyage serait nécessaire, les orifices 9, 10 et 14 sont largement dimensionnés et permettent un nettoyage mécanique aisé en tout point de la machined'autant plus que la section du canal constituant la spire diminue de façon continue en partant du bas des jambes du U jusqu'à la zone traversant l'entrefer. En outre, le trajet du métal dans la pompe est très court et il subit le moins de perturbations possible du point de vue hy- draulique; ceci, ajouté à un entrefer également très réduit et à un couplage serré entre la boucle 7 et le circuit magnétique 5, con- court à l'obtention de bonnes performances. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'gtre décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes et l'on peut modifier les points de détail sans pour au- tant sortir du cadre de l'invention. Ainsi les pièces en matériau réfractaire pourraient etre plus nombreuses ou bien réduites au nombre de 1 ou 2. Elles pour- raient également 8tre disposées d'une autre manière ou avoir une autre forme que la forme de galette qui leur a été donnée dans l'exemple déìt ci-dessus. La forme de la boucle pourrait être également légèrement différente, à condition toutefois qu'elle enjambe le circuit ma- gnétique 5, en le serrant suffisamment et que le trajet du métal dans la boucle subisse le moins de perturbations possible du point de vue hydraulique. On pourrait également envisager de placer un troisième circuit magnétique identique au circuit magnétique 5 et symétrique de celui-ci par rapport au circuit magnétique 3. Ce circuit magné- tique serait doté d'une bobine alimentée par un courant alternatif en phase avec celui des bobines 4 et 6. Le troisième circuit ma- gnétique donnerait naissance à un courant dans la spire 7 qui s'a- jouterait arithmétiquement au courant produit par le circuit ma- gnétique 5. On renforcerait ainsi le courant de conduction et par suite les performances débit-pression de la pompe. 24589-37 REVENDICATIONS 1.- Pompe électromagnétique à conduction pour métal liquide comportant: - une partie en matériau réfractaire immergeable dans un bain de mé- tal liquide - un premier circuit magnétique comportant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire et dotée d'un entrefer - un deuxième circuit magnétique fermé, doté d'une bobine d'ali- mentation et comportant une branche horizontale noyée dans le maté- riau réfractaire - ménagés dans le matériau réfractaire, un canal ascendant de pom- page d u métal liquide traversant l'entrefer du premier circuit magnétique et une spire renfermant du métal liquide et communiquant avec le canal ascendant de pompage à l'endroit o celui-ci traverse l'entrefer, caractérisée par le fait que la spire est constituée par un canal en forme de U renversé et dont le plan médian est un plan vertical pas- sant par l'entrefer du premier circuit et que les jambes du U plon- gent dans le bain de métal, pour fermer la spire, l'une des jambes étant en fait constituée d'un tronçon du canal ascendant et l'autre jambe enlaçant partiellement la branche horizontale du deuxième cir- cuit magnétique. 2.- Pompe électromagnétique à conduction selon la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que la section du canal constituant la spire diminue de façon continue en partant du bas des jambes du U jus- qu'à la zone traversant l'entrefer. 3.- Pompe électromagnétique à conduction selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la partie im- mergeable de la pompe est constituée de l'empilement d'un ensemble de pièces en matériau réfractaire comportant des évidements qui constituent le canal ascendant de pompage et la spire.