Brevet FR2499330A2 — publié le 19820806

FR 2499330 A2 19820806 FR 8102099 A 19810204 La présente invention concerne un perfectionnement apporté aux pompes électromagnétiques à conduction pour métal liquide, c'est-à-dire des 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 métal peut être par exemple constitué par de l'aluminium). La présente invention constitue une addition à l'invention décri- te dans la demande de brevet français 79-14585 déposé le 7 juin 1979. Cette demande de brevet nO 79-14585 concerne une pompe à conduction comportant S - une première partie en matériau réfractaire immergeable dans un bain de métal liquide, - un premier circuit magnétique comportant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire et dotée d4un entrefer, - un deuxième circuit magnétique fermé, doté d'une bobine d'alimentation et comportant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire, - ménagés dans le matériau réfractaire, un canal ascendant de pompage du mé- tal liquide traversant l'entrefer du premier circuit magnétique, et une spire renfermant du métal liquide et com=uniquant avec le canal ascendant de pompage à l'endroit o celui-ci traverse l'entrefer, cette spire étant constituée par un canal en forme de U renversé dont le plan médian est un plan vertical passant par l'entrefer du premier circuit. Les deux jambes du U plongeant dans le bain de métal pour former 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 circuit magnéti- que. Dans la réalisation d'une telle pompe, on dispose deux circuits magnétiques dans des plans verticaux, chaque circuit étant excité par une bobine d'alimentation. Etant donné que cette pompe est destinée à être immergée dans du métal liquide, qui peut être très chaud, il est préférable que les bobines d'alimentation se situent au-dessus du corps en matériau réfractaire de la pompe. Un inconvénient pour une telle pompe réside dans le fait qu'étant donné qu'il y a deux bobines à la partie supérieure de la pompe, cela impli- que un certain écartement des deux circuits magnétiques au moins égal à la somme des épaisseurs des bobines. La distance séparant les deux branches horizontales inférieures des deux circuits magnétiques est donc grande elle aussi, et la spire constituée d'un canal en forme de U renversé qui passe par l'entrefer de la première branche et enlace la deuxième branche suit donc un chemin assez long, ce qui entraîne des pertes par effet Joule puisque cette spire est parcourue par un courant électrique. - Un autre inconvénient pour une telle pompe réside dans le fait que la présence à la verticale de l'entrefer d'un circuit magnétique, surtout s'il est pourvu d'une bobine d'excitation, implique que le canal ascendant traversant l'entrefer doit être dévié latéralement pour déboucher à la par- tie supérieure du corps de pompe à une certaine distance de la bobine. Le chemin d'écoulement du métal liquide comporte ainsi des déviations et est donc assez long. D'autre part, lorsque l'on veut réaliser un tel disposi- tif, on s'aperçoit qu'au niveau de l'entrefer le chemin parcouru par les courants électriques induits comporte des courbures très accentuées ce qui, dans le champ magnétique transversal, engendre des forces divergentes, dont une partie est inefficace pour provoquer l'écoulement du métal. Pour pallier ces inconvénients la demanderesse a eu l'idée de dis- poser le premier circuit magnétique de façon à ce que l'axe médian de ses branches passe par un plan horizontal, le deuxième circuit magnétique gar- dant son axe médian dans un plan vertical.-Cette disposition nouvelle du premier circuit magnétique implique qu'il soit pratiquement noyé dans le corps de la pompe, un bobinage associé à ce premier circuit magnétique se- rait alors difficilement utilisable à cause-de la température élevée et de la difficulté pour le refroidir. Mais il est connu (brevet français nO 2.360.206), pour des pompes à conduction à deux circuits magnétiques de disposer une bobine d'excitation uniquement sur le circuit magnétique servant à créer le courant induit, l'autre circuit magnétique comprenant l'entrefer et servant à créer le champ magnétique étant alors dépourvu de bobine d'excitation. La demanderesse a eu l'idée d'appliquer cette disposition connue à son propre dispositif en supprimant par conséquent la bobine du premier circuit magnétique qui peut alors être effectivement noyé dans le matériau réfractaire sans aucun problème. La présente invention concerne une pompe électromagnétique à con- duction immergée pour métal liquide comportant: - une partie en matériau réfractaire immergeable dans un bain de ce métal liquide, - un premier circuit magnétique doté d'un entrefer, - un deuxième circuit magnétique fermé doté d'une bobine d'alimefttation et comprenant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire, - un canal ascendant de pompage du métal liquide ménagé dans le matériau réfractaire et traversant l'entrefer du premier circuit magnétique, - une spire ménagée dans le matériau réfractaire, contenant du métal li- quide, cette spire étant en forme de U renversé dont le plan médian est un plan vertical passant par l'entrefer du premier circuit, les deux jambes du U plongeant dans le bain de métal pour fermer la spire, l'une des jam- bes étant en fait constituée d'un tronçon du canal ascendant et l'autre jambe enlaçant partiellement la branche horizontale du deuxième circuit magnétique. Selon l'invention, le premier circuit magnétique est dépourvu de bobine d'excitation et disposé de façon à ce que l'axe médian de ses bran- ches passe par un plan sensiblement horizontal, le canal ascendant traver- sant l'entrefer étant alors sensiblement rectiligne et vertical le long du deuxième circuit magnétique. D'autres avantages propres à cette invention apparattront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, il- lustré par les figures annexées. La figure 1 représente une vue en perspective d'une pompe selon l'invention. La figure 2 représente une coupe d'une pompe selon la demande de brevet français no 79-14585, effectuée au niveau du plan passant par l'entre- fer. La figure 3 représente une coupe d'une pompe selon l'invention, effectuée au niveau du plan passant par l'entrefer. Des repères identiques sont affectés aux pièces ayant même forme et même fonction, qu'elles appartiennent à la demande de brevet français no 7914585 (figure 2) ou à la présente demande de certificat d'addition qui s'y rattache (figures 1 et 3). En se reportant à la figure 1, on voit un ensemble de pièces 1, 2, 3 formant le corps en matériau réfractaire de la pompe qui est essentielle- ment immergé dans le métal liquide. Dans ce corps de pompe sont ménagées di- verses cavités remplies de métal liquide et formant un canal 4 d'aspiration débouchant à la partie inférieure du corps de pompe, un canal 5 de refoule- ment débouchant à la partie supérieure, et un canal 6 relié au point de jonc- tion des canaux 4 et 5 et débouchant aussi à la partie inférieure du corps de pompe. Un premier circuit magnétique 7 dépourvu de bobine d'alimentation présente un entrefer 8 situé dans un plan sensiblement vertical. Le lieu commun de jonction des canaux 4, 5 et 6 présente une zone de forme plate se situant dans un plan vertical, cette zone se trouvant à l'intérieur de l'entrefer 8. Un deuxième circuit magnétique 9 fermé entoure le canal 6. Ce circuit magnétique 9 comporte une bobine 19 qui est parcourue par un cou- rant électrique alternatif. Les branches de ce circuit magnétique 9 sont situées dans un plan sensiblement vertical. Les canaux 4 et 6 forment en- semble une spire en forme de U renversé qui enlace la branche horizontale du deuxième circuit magnétique et dont les deux jambes plongent dans le métal liquide de la chambre d'aspiration Il sous la partie inférieure de la pompe et qui est destiné à être aspiré. Sur la face inférieure de la pompe, est disposé un filtre 12 qui entoure la chambre il. La pompe fonctionne de la manière suivante Le deuxième circuit magnétique 9, excité par la bobine 19 est tra- versé par un flux magnétique alternatif qui engendre un courant électri- que induit, alternatif qui tourne dans la boucle conductrice de métal li- quide constituée par l'ensemble 4, 6 et 11. Ce courant électrique traverse l'entrefer 8 selon des directions restant dans un plan sensiblement verti- cal, ce qui engendre dans le premier circuit magnétique 7 un champ magné- tique qui au niveau de l'entrefer a une direction sensiblement horizontale et perpendiculaire au courant électrique induit circulant aussi dans cet entrefer. Cette présence simultanée de champ et de courant perpendiculai- res entre eux crée dans la troisième direction perpendiculaire une force au sein même du métal liquide qui a une résultante F2 sensiblement verti- cale et de bas en haut ce qui provoque le refoulement du métal liquide dans le canal 5 et en conséquence uneaspiration du métal liquide en prove- nance du canal 4 ou en provenance à la fois des canaux 4 et 6 qui plongent tous les deux dans la chambre d'aspiration 11. Le filtre 12 permet d'arrê- ter les impuretés du métal liquide avant son passage dans la chambre 11. En se reportant aux figures 2 et 3 nous pouvons comparer les dis- positions propres à la présente invention (figure 3) par rapport aux disposi- tions antérieures (figure 2) qui étaient celles de la demande de brevet fran9ais 79-14585. Dans la disposition antérieure le circuit magnétique 13 comportant l'entrefer 8 étant disposé verticalement, le conduit de refoulement 16 de- vait suivre un chemin ascendant non vertical pour déboucher en 14 à côté de 2 4 9 9 3 5 la bobine 15. Dans la disposition relative à la présente invention (figure 3) le circuit magnétique 7 placé dans un plan horizontal permet une disposi- tion sensiblement verticale du canal 5. Nous remarquons par ailleurs que cette nouvelle disposition permet de rapprocher la zone de l'entrefer 8 de la branche inférieure 10 du deuxième circuit magnétique, ce qui permet à la spire formée par les canaux 4, 6 et 11 d'avoir une longueur totale plus courte. Il y a donc diminution des pertes par effet Joule puisque le cou- rant électrique circulant dans cette spire emprunte un chemin plus court. D'autre part la disposition antérieure (figure 2) présentant un entrefer plus éloigné implique un parcours à la spire qui présente un petit rayon de courbure dans la zone de l'entrefer. Par conséquent, et cela ressort bien des figures 2 et 3, on s'aperçoit qu'au niveau de l'entrefer 8, le chemin 17 que parcourt le courant électrique comporte une courbure plus ac- centuée dans le dispositif antérieur que la courbure du chemin 18 que par- court le courant électrique dans le dispositif propre à l'invention. Il s'ensuit que les forces élémentaires F sont moins divergentes dans le nou- veau dispositif et contribuent donc mieux à la création de la force résul- tante de refoulement F2 en minimisant les turbulences. Le canal de refou- lement 5 étant plus vertical et rectiligne offre aussi moins de pertes de charges. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient dtêtre décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes et l'on peut modifier des points de détail sans pour autant sortir du cadre de lvin- vention. REVENDICATION Pompe électromagnétique à conduction immergée pour métal liquide comportant: - une partie en matériau réfractaire immergeable dans un bain de métal li- quide, - un premier circuit magnétique doté d'un entrefer, - un deuxième circuit magnétique fermé doté d'une bobine d'alimentation et comprenant une branche horizontale noyée dans le matériau réfractaire, - un canal ascendant de pompage du métal liquide ménagé dans le matériau ré- fractaire et traversant l'entrefer du premier circuit magnétique, - une spire ménagée dans le matériau réfractaire contenant du métal liquide, cette spire étant en forme de U renversé dont le plan médian est un plan vertical passant par l'entrefer du premier circuit, les deux jambes du U plongeant 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 enla- cant partiellement la branche horizontale du deuxième circuit magnétique, caractérisée en ce que le premier circuit magnétique est dépourvu de bobine d'alimentation et disposé de façon à ce que l'axe médian de ses branches passe par un plan sensiblement horizontal, le canal ascendant traversant l'entrefer étant alors sensiblement rectiligne et vertical.