Brevet FR2521365A1 — publié le 19830812

POMPE ELECTROMAGNETIQUE POUR METAUX LIQUIDES La présente invention se rapporte à une pompe électromagnétique pour métaux liquides, en particulier pour azote liquide, où, en une disposition cylindrique et symétrique autour d'un conduit annulaire extérieur de pompage, les bobines d'induction sont disposées à l'extérieur et après un coude, un conduit de retour est présent. Pour le transport de métaux liquides, on utilise depuis longtemps des pompes électromagnétiques. Les champs variables produits par les bobines d'induction, induisent dans le métal liquide, des courants et champs magnétiques, par lesquels le métal liquide est mis en mouvement. Dans la technique des réacteurs, dans le cas de réacteurs refroidis par un métal liquide, en particulier des réacteurs refroidis à l'azote liquide, divers types de telles pompes trouvent leur utilisation.Dans la revue de Siemens nO 50 (1976), cahier 11, est décrit un type spécial de ces pompes. I1 s'agit là d'une disposition cylindrique et symétrique où le conduit de pompage se compose d'un interstice annulaire extérieur, autour duquel, à l'extérieur, les bobines d'induction sont disposées, et où, après un coude, il y a un conduit interne de retour, de façon que l'entrée et la sortie de l'azote se produisent d'un côté du corps de la pompe. Les bobines sont ainsi disposées à l'extérieur, autour du conduit de pompage, sur des tales de transformateur en forme de'peigne et sont commutées selon l'une des possibilités connues. Dans la publication du brevet allemand 26 37 473 est par ailleurs décrite une pompe électromagnétique avec un conduit annulaire formé de deux tubes concentriques, où sont disposés, aussi bien du côté extérieur que du côté intérieur du conduit annulaire, des systèmes de bobines d'induction. Avec cette disposition, les deux systèmes de bobines d'induction agissent sur un conduit annulaire, ce qui amène une influence réciproque des champs variables. Un refroidissement des systèmes internes de bobines est le cas échéant nécessaire, lequel peut amener une corrosion par les aérosols. Un retour interne du courant de métal liquide est de plus impossible dans cette construction. En particulier dans la technologie des réacteurs, des conditions préalables sont posées sur les pompes électroma gnétiqùes qui n'étaient pas toujours remplies de façon optimale avec les formes réalisées jusqu'à maintenant. I1 faut, par exemple, qu'une faute se présentant ne puisse conduire à un arrêt total du système de pompage. Par ailleurs, les pom pes doivent être aussi peu que possible susceptibles de panne et avoir un degré élevé d'efficacité et une longue durée de vie. La présente invention a donc pop objet une pompe non refroidie, stable aux aérosols, avec retour, qui présente un bon degré d'efficacité. Pour cela, il faut en même temps, deux systèmes indépendants, qui à chaque fois produisent à peu près la moitié de la puissance de la pompe. Par ailleurs, la fabrication et l'entretien de telles pompes doivent être le plus simple possible. I1 est particulièrement important que les systèmes indépendants s'influencent aussi peu que possible, ce qui est particulièrement nécessaire dans le cas d'écoulements à contre-courant dans les deux systèmes. On peut trouver une solution à ce problème dans une pompe électromagnétique pour métaux liquides où est prévu un deuxième système interne et concentrique de bobines, le conduit de retour est également formé comme un espace annulaire, le système interne de bobines et le conduit annulaire de retour forment un deuxième système de pompage qui peut fonctionner indépendamment du système extérieur de pompage. L'idée décisive provient du fait que, dans les pompes connues jusqu'à maintenant avec un tournant ou coude de retour, le conduit de retour ne sert qu'au déplacement de la décharge de la pompe à proximité du support d'entrée. Selon la disposition proposée ici, ce conduit de retour n'est utilisé que cote conduit de pompage (comme jusqu'à maintenant, l'interstice annulaire extérieur). De plus, un deuxième système interne de bobines est disposé concentriquement, au centre de la pompe. Le conduit de retour est ainsi également formé comme un interstice annulaire et il en découle un système interne de pompage indépendant du système externe.En utilisant plus de tôles de transformateur et des bobines de dimension correspondante, la plus petite surface à la disposition du système interne est plus fortement utilisée donc, les deux systèmes ont, à la demande, la même puissance. Dans le cas de l'arrêt d'un système, on peut par conséquent maintenir la moitié de la pression ou la moitié du debit. Ce sont des conditions qui sont demandées, pour un réacteur nucléaire, dans des cas déterminés de panne. Comme les bobines peuvent supporter la température d'utilisation de l'azote, aucun refroidissement n'est nécessaire et même dans le cas d'un fonctionnement assez long, il n'y a pas à s'attendre à des dégradations dues aux aérosols. Une autre solution du problème donné est obtenue dans une pompe électromagnétique où un second système de bobines interne disposé concentriquement et prévu, où le conduit de retour est également formé comme un interstice annulaire, où le système interne de bobines et un conduit supplémentaire et interne de pompage en forme d'interstice annulaire forment un deuxième système de pompage pouvant fonctionner indépendamment du système externe de pompage, où est prévu un deuxième tournant ou coude de retour, et où les ouvertures d'entrée et de sortie sont à des extrémités différentes de la pompe.Pour des cas d'utilisation où les ouvertures d'entrée et de sortie doivent être à des extrémités différentes de la pompe, un troisième interstice annulaire, concentrique aux autres, est préconisé. I1 faut alors deux tournants ou coudes de retour, pour conduire l'écoulement à travers les deux conduits de pompage. Cet agencement présente l'avantage d'une meilleure séparation des deux circuits magnétiques de pompage, car le retour de champ magnétique des deux systèmes de bobines se produit à chaque fois dans des âmes différentes. Le système interne de bobines est également interchangeable ou amovible dans ce mode de réalisation. La possibilité selon laquelle les systèmes intérieur et extérieur de bobines sont interchangeables ou amovibles donne, à la pompe, une facilité particulière d'entretien ainsi qu'une forte disponibilité. Après avoir retiré une coiffe de protection, les deux systèmes de bobines peuvent être enlevés, sans qu'une séparation entre la pompe et le circuit du métal liquide ne soit nécessaire. C'est également une propriété particulièrement importante dans la technologie des réacteurs. Le tournant ou coude de retour peut présenter un rétrécissement de sa coupe transversale qui est une forme favorable de la pièce de retour qui conduit à des propriétés favorables d'écoulement à l'intérieur du système. Une construction particulière de l'âme entre les interstices annulaires peut également être prévue, en effet l'amie ou les âmes entre les conduits de forme annulaire (conduit de pompage et conduit de retour) sont avantageusement faites en lamelles isolées les unes des autres par des couches d'oxyde, et qui sont redressées radialement et se trouvent dans un plan de la coupe longitudinale, avantageusement en cobalt-fer. Comme dans ces âmes, le champ magnétique doit être fermé tandis que des courants tourbillonnaires ne sont pas souhaités, il est proposé de former ces âmes de lamelles redressées radialement et se trouvant dans le plan de la coupe longitudinale, qui sont isolées les unes des autres par des couches d'oxyde. Pour les lamelles, on préfère avant tout le cobalt-fer.Avec cette mesure, l'écoulement de retour peut être amélioré par rapport aux systèmes utilisés jusqu'à maintenant totalement en matériau ferritique, qui ne présente pas les propriétés magnétiques correspondantes. Les parois des espaces annulaires traversés par le métal liquide sont également finies en acier austénitique et forment ainsi une protection et un maintien pour les lamelles. Pour une plus forte séparation des deux systèmes magnétiques de pompage, une autre couche, avantageusement également en acier austénitique, est disposée à l'intérieur de l'âme, entre les lamelles. De cette façon l'amie est répartie en deux circuits magnétiques de retour, et la couche intermédiaire, dans le sens magnétique, agit comme un interstice d'air, ce par quoi les deux systèmes de pompage n'exerçent qu'une influence mutuelle minimale. Par ailleurs, on peut prévoir, entre les corps des bobines des systèmes extérieur et intérieur de bobines, des tôles concentriques qui sont formées de segments de cercle et qui remplissent tout l'espace libre. Cette construction amène vis à vis des constructions connues jusqu'à maintenant des pompes électromagnétiques, une considérable amélioration du circuit magnétique. Pour des raisons de matériau et de techniques de fabrication les corps étaient également fixés entre les âmes, par des tôles en forme de peigne, et c'est pourquoi tout l'espace libre, et de loin, n'était pas disponible pour être rempli de matière magnétiquement conductrice. On propose maintenant de disposer concentriquement entre les corps des bobines, des segments de cercle en tôle de transformateur, de façon que jusqu'aux alimentations par câble, l'espace libre puisse être rempli de tôles de transformateur.Les tôles se composent d'une tôle de transformateur résistant particulièrement bien à la chaleur par exemple en fer de silicium, avec une couche d'isolement en oxyde de silicium. Avec cette disposition, les écoulements tourbillonnaires sont fortement réprimés, mais le champ magnétique iest conduit de façon optimale. Pour favoriser le couplage magnétique à l'extérieur et à l'intérieur du système de bobines sont prévus tout à fait à l'extérieur et tout à fait à l'intérieur des systèmes de bobine, des paquets de tôle de transformateur c'est à dire que plusieurs couches de tôle de transformateur sont enroulées les unes sur les autres à l'extérieur et à l'intérieur, qui sont découpées en un emplacement.Ces mesures amènent particulièrement une amélioration considérable de l'effet de la pompe, car les pertes par les écoulements tourbillonnaires dans les circuits magnétiques et par dispersion du champ magnétique sont évitées. En prévoyant par ailleurs,'une coiffe amovible sur le tournant ou coude de retour, cela facilite l'entretien et l'assemblage de la pompe. Comme la partie de la pompe qui conduit l'azote se compose, en principe, d'un corps ressemblant à un tube en sac, à l'extrémité ouverte duquel se trouve le coude de retour ou tournant, les bobines et toutes les autres pièces à mettre en place ainsi que les conduits d'amenée peuvent être introduits à partir de ce côté. Une coiffe amovible de ce côté permet de découvrir en toute sécurité mais également rapidement, le cas échéant au moyen d'un manipulateur, tout le système. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif mais nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une projection verticale du mode de réalisation préféré; la figure 2 est une coupe de la figure 1, pour rendre plus clair le montage des conduits annulaires; et la figure 3 montre un autre mode de réalisation de la présente invention Sur la figure 1, on peut voir une vue générale d'un mode de réalisation préféré de l'invention, où une partie du corps de pompe cylindrique et symétrique est représentée en vue en projection verticale.Au moyen d'un support d'entrée I, l'azote s'écoule dans un conduit de pompage annulaire 10, il est tourné de 1800 par un coude 2 et s'écoule alors à travers un deuxième conduit de retour de forme annulaire ll yers le support de sortie 3. Tout le corps de pompe 4 est avantageusement fait en acier austénitique, et a, par principe la forme d'un cube en sac à plusieurs parois. Sur le côté extérieur est disposé un système de bobines 12, qui entralne le métal liquide se trouvant dans le conduit de pompage 10, par des champs mobiles et un système de bobines 13 disposé concentriquement à l'intérieur, entrain de deux façons correspondantes le métal liquide se trouvant dans le canal intérieur de retour 11.Une coiffe 5, qui peut être mise en place par un guidage approprié sur le coude 2, maintient tout le système, car elle est fixée à une plaque opposée 6, au moyen de tiges de maintien 7. La figure 2 montre la construction précise des systèmes de bobine et des conduits annulaires. Le conduit extérieur de pompage 10, dont les parois sont en acier austénitique, se trouve dans le domaine d'influence magnétique du système de bobines 12. De façon correspondante, le métal liquide se trouvant dans le conduit interne de pompage (conduit de retour 11), peut être influencé par le système interne de bobines 13. Les deux conduits de pompage sont séparés par une âme qui est formée de deux couches de lamelles 14, qui sont limitées, à l'extérieur par les parois 15 des conduits. Les lamelles se composent par exemple, de cobalt-fer et produisent le couplage de retour magnétique, sans qu'il y ait pour cela des courants tourbillonnaires importants, car les lamelles sont isolées les unes des autres par des couches d'oxyde. Pour une plus forte séparation des deux systèmes de pompage, est prévue, au milieu de l'amie entre les couches de lamelles, une autre couche de séparation 16 qui est avantageusement également en acier austénitique. Les bobines des systèmes 12, 13 sont elles-mêmes disposées entre des tôles magnétiquement conductrices 17, qui se composent de segments de cercle entassés les uns sur les autres, en tôle de transformateur, par exemple fer-silicium, avec une couche isolante en oxyde de silicium. De cette façon, tout l'espace entre les bobines peut être rempli d'un matériau magnétiquement conducteur, ce qui augmente énormément l'effet de la pompe. Tout à fait à l'extérieur ou tout à fait à l'intérieur des systèmes de bobines sont également prévus des paquets de tôle de transformateur, qui aident également à fermer le cercle magnétique et à augmenter l'effet produit.Ces paquets se composent de plusieurs couches, éventuellement en forme de spirales, de tôles empilées les unes sur les autres. La figure 3 montre un schéma de principe d'une forme particulière de réalisation de l'invention proposée, où les ouvertures d'entrée 24 et de sortie 25 se trouvent sur des côtés différents de la pompe. Dans cette forme de réalisation, est prévu un conduit concentrique de retour 21, qui relie deux conduits de pompage 26 et 27 par deux coudes 22, 23. Avec ce mode de réalisation, les circuits magnétiques sont plus fortement séparés et les champs mobiles des deux systèmes de bobines se déplacent dans la même direction, ce qui peut être avantageux dans certains cas. Pour des raisons techniques d'écoulement, le conduit de retour 21 peut être plus large que les deux conduits de pompage 26, 27 et dans ce cas, les coudes sont formés de façon appropriée. Le montage des bobines reste, dans cette forme de réalisation, comme on l'a décrit ci-dessus. La représentation choisie sur les figures 1 et 3 n'indique rien concernant la position dans laquelle la pompe peut être utilisée. Selon les nécessités, la pompe peut fonctionner dans diverses positions. De même, la direction du transport n'est pas établie de principe, car elle dépend principalement du branchement des bobines, cependant, les modes de réalisation représentés ici ont une direction préférée d'écoulement, car les coudes ou tournants et autres sont à disposer symétriquement pour les deux directions d'écoulement. REVENDICATIONS 1. Pompe électromagnétique pour métaux liquides, en particulier pour de l'azote liquide où, en une disposition symétrique et cylindrique autour d'un conduit annulaire externe de pompage sont disposées des bobines d'induction, à l'extérieur, et après un coude est prévu un conduit interne de retour, caractérisée en ce que a) un deuxième système concentrique et interne de bobines (13) est prévu. b) Le conduit de retour (11) est également configuré comme un interstice annulaire. c) Le système interne de bobines (13) et le conduit annulaire de retour (11) forment un deuxième système de pompage pouvant fonctionner indépendamment du système externe de pompage. 2 Pompe électromagnétique pour métaux liquides en particulier pour de l'azote liquide, où, en une disposition symétrique et cylindrique autour d'un canal externe annulaire de pompage sont disposées, à l'extérieur, les bobines d'induction, et après un coude, est prévu un conduit interne de retour, caractérisée en ce que a) un deuxième système interne de bobines est prévu, disposé concentriquement, b) le conduit de retour (21) est également configuré comme un interstice annulaire, c) le système interne de bobines et un conduit supplémentaire interne de pompage en forme d'interstice annulaire (27) forment un deuxième système de pompage pouvant fonctionner indépendamment du système de pompage extérieur, d) un deuxième coude (23) est prévu, e) des ouvertures d'entrée (24) et de sortie (25) se trouvent à différentes extrémités de la pompe. 3 Pompe électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que les systèmes intérieur (13) et extérieur (12) sont interchangeables. 4 Pompe électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le coude (2) présente un rétrécissement de section. 5 Pompe électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que a) l'ame ou les âmes entre les conduits annulaires (conduit de pompage 10, conduit de retour 11), sont formées de lamelles (14) isolées les unes par rapport aux autres par des couches d'oxyde, radialement dressées et se trouvant dpns le plan de la coupe longitudinale, qui sont avantageusement en cobalt-fer. b) Les lamelles (14) sont séparées du métal liquide, par les parois (15) de conduit en acier austénitique. c) A l'intérieur de l'amie formée de lamelles (14) est disposée une autre couche de séparation (16) avantageusement en acier austénitique. 6. Pompe électromagnétique selon. l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que a) entre les corps des bobines des systèmes extérieur (12) et intérieur (13) se trouvent des tôles concentriques (17), qui sont formées de segments de cercle, et qui remplissent tout l'espace libre. b) les tôles (17j se composent d'une tôle de transformateur résistant à la chaleur, par exemple du silicium-fer, avec une couche d'isolement en oxyde de silicium. c) Tout à fait à l'extérieur ou tout à fait à l'intérieur des systèmes de bobines (12, 13) se trouvent des paquets (18) de plusieurs couches de tôle de transformateur résistant à la chaleur. 7. Pompe électromagnétique selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le coude (2) est couvert d'une coiffe (5) amovible.