Brevet FR2556149A1 — publié le 19850607

Pompe électromagnétique La présente invention a trait à une pompe électromagnétique pour liquide électriquement conducteur, comprenant un tube externe autour duquel est disposée une culasse magnétique réalisée sous la forme de tôles munies d'encoches dans lesquelles est logé un bobinage polyphasé constitué de spires d'induction de m&me axe que le tube externe et un tube interne disposé à l'intérieur du tube externe et de même axe que lui et comportant à l'intérieur un noyau magnétique apte à créer avec le bobinage polyphasé un champ magnétique exerçant un effort sur le liquide dans le canal entre les deux tubes pour le faire circuler axialement. Une telle pompe électromagnétique est décrite dans le document FR- A-1599 876. Le bobinage polyphasé produit un champ glissant dont les lignes de flux traversent le canal et se ferment par le noyau magnétique intérieur au canal. Sous l'action de ce champ variable de configuration axisymé- trique, des courants circulaires sont induits dans le liquide du canal et la réaction de ces courants sur l'induction radiale produit une force motrice axiale assurant la mise en mouvement du liquide. De telles pompes sont utilisées notamment pour pomper le sodium liquide devant assurer le refroidissement des réacteurs nueléaires. Dans toutes ces pompes, il est nécessaire de pouvoir démonter la culasse magnétique avec les bobines sans ouverture préalable et vidange complète du circuit de sodium qui peut être radio-actif. A cet effet, dans la pompe connue, le tube externe est interrompu à l'arrière et la circulation de liquide après passage dans le canal est renvoyée en sens opposé dans la partie axiale du tube interne. Ainsi, il est possible de dégager culasse et bobinage par l'arrière. Le rendement d'une telle pompe est relativement faible. La pompe selon l'invention ne présentant pas ces inconvénients est caractérisée en ce que le tube interne est bouché et en ce que les spires sont disposées chacune dans une encoche et sont constituées chacune d'une première demi-spire et d'une seconde demi-spire terminées par des développantes, les premières demi-spires étant reliées électriquement entre elles par leurs développantes pour former un premier demi-bobi- -2- nage, les secondes demi-spires étant reliées électriquement entre elles par leurs développantes pour former un second demi-bobinage, lesdits premier et second demi-bobinages constituant le bobinage polyphasé et étant disposés de part et d'autre d'un plan de Joint passant par l'axe des tubes et étant logés dans les demi-culasses magnétiques se regrou- pant selon le plan de joint pour constituer la culasse magnétique et en ce que le canal comporte des moyens de séparation disposés au voisinage des parties du tube externe non entourées par les demi-spires, lesdits moyens de séparation séparant le canal en deux demi-canaux actifs et empêchant la circulation hydraulique du liquide en dehors des demi- canaux actifs mais permettant la conduction électrique entre ces deux demi-canaux actifs. Le bobinage et la culasse étant séparables en deux selon le plan de joint, il est possible de les démonter en laissant intact le circuit hydraulique véhiculant le liquide. Dans la pompe selon l'invention, le liquide circule toujours dans le même sens en passant dans le canal sans revenir par le tube interne, ce qui améliore le rendement. Dans les zones du canal au voisinage des parties du tube externe non entourées par les demi-spires (donc au voisinage du plan de Joint), il n'y a pas de flux magnétique et le liquide n'est le siège d'aucun effort pour le faire avancer, si bien que le liquide aurait une tendance à refouler localement. Grâce aux moyens de séparation les deux veines liquides non traversées par un flux magnétique sont isolées des deux demi-canaux actifs. Les moyens de séparation permettent au courant électrique de passer d'un demi-canal actif dans l'autre afin que le liquide dans ces demi-canaux soit le siège d'une force tendant à le mettre en mouvement. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, les moyens de séparation comportent des cloisons longitudinales métalliques-délimitant entre les deux demi-canaux actifs deux veines remplies de liquide conducteur, lesdites cloisons longitudinales étant associées à des cloi- sons transversales empêchant la circulation du liquide dans les veines. Ainsi, la résistance électrique de ces moyens de séparation est faible puisque la résistivité du sodium est inférieure à celle des -3- métaux (acier inox) résistant au sodium. De plus, grâce aux diverses séparations notamment les séparations longitudinales, la turbulence dans les demicanaux actifs est réduite au minimum au voisinage de leurs bords. Il est préférable de prévoir une légère fuite de liquide entre les deux demicanaux actifs et les veines passives, ce qui permet d'évacuer la chaleur qui se forme par effet Joule dans les veines passives. Pour évacuer la chaleur qui se développe dans les demi-spires, on fait circuler un fluide réfrigérant dans lesdites demi-spires. Il faut remarquer que les moyens pour amener et évacuer le liquide réfrigérant peuvent se loger facilement au voisinage du plan de joint. Il en est de même des connexions axiales entre demi-spires du même demi- bobinage qui permettent d'assurer la distribution polyphasée du courant dans le bobinage polyphasé. De préférence, le noyau magnétique est constitué d'un empilage de tôles magnétiques minces longitudinales courbées suivant un profil en développante de cercle si bien que le noyau magnétique couvre toute la zone des demi-canaux actifs. Selon une réalisation préférentielle de l'invention, le tube interne est terminé à chaque extrémité par un bouclier, lesdits bou- cliers ayant un profil hydrodynamique et étant centrés par rapport au tube externe par des nervures solidaires dudit tube, les nervures asso- ciées à l'un des boucliers y étant soudées et les nervures associées à l'autre n'y étant pas soudées pour permettre une dilatation axiale des tubes. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se réfé- rant à un mode de réalisation particulier cité à titre d'exemple non limitatif et représenté sur les dessins annexes. La figure 1 est une coupe transversale passant par le plan milieu de la pompe. La figure 2 est une coupe longitudinale décalée repérée II-II' sur la figure 1. La figure 3 est un schéma de l'un des demi-bobinages. La figure 4 est un schéma fonctionnel électromagnétique dans une coupe transversale. 2556 1 49 La figure 5 est une coupe longitudinale selon le plan de joint repérée V-V' sur la figure 1. La pompe selon l'invention comporte un tube externe 1 avec une entrée 2 et une sortie 3 de liquide conducteur supportées par des paliers 4. A l'intérieur du tube externe 1 est disposé un tube interne 5 de même axe (voir figures 2 et 5). Le tube interne 5 est obturé du côté de l'entrée par un bouclier conique 6 soudé à des nervures 7, elles-mêmes soudées au tube externe l. Du côté de la sortie le tube interne est obturé par un bouclier fuselé 8 comportant une partie axiale allongée 9, qui peut glisser à l'intérieur de nervures 10 soudées au tube externe 1. Autour du tube externe 1 sont disposées deux demi-culasses magné- tiques 11, 11' séparées par le plan de Joint V-V'. Les deux demi- culasses 11, 11' sont constituées de paquets de tôles magnétiques 12 longitudinales munis d'encoches 14 séparés par des cales de forme trapé- zoidales 13. Les deux demi-culasses 11, 11' sont disposées dans deux demi-car- casses 15, 15' en forme de demi-tores munis de prolongements 16, 16' parallèles au plan de joint V-V'. Entre les demi-carcasses 15 et 15' et le tube externe 1 sont pré- vues des cales isolantes 17. Les demi-carcasses 15 et 15' sont rigidi- fiées par des nervures de raidissement 18. Dans les encoches 14 sont disposées des demi-spires 19, 19' termi- nées par des développantes 20, 20' parallèles au plan de joint. Les développantes 20, servent à relier les demi-spires 19 d'un côté du plan de joint pour faire un premier demi-bobinage 35 et les développantes 20' servant à relier les demi-spires 19' situées de l'autre côté pour former un second demi-bobinage 35'. Les développantes 20, 20' sont calées à l'aide de cales isolan- tes 21 à l'intérieur des prolongements 16, 16' des demi-carcasses 15, '. Pour refroidir les demi-spires 19, 19', on fait circuler de l'eau à l'intérieur. L'eau est amenée par un collecteur d'entrée 22 resp. 22' et repart par un collecteur de sortie 23 resp.23'. -5 A l'intérieur du tube interne 5 est disposé un noyau magnétique 24 compris entre la paroi du tube 5 et quatre parois longitudinales 25 disposées selon un cylindre de même axe que le tube 5. Ces parois 25 sont soudées sur des anneaux métalliques 26 de même axe que le tube 5. Les parois 25 sont séparées par des séparateurs 27 traversant le plan de joint V-V' et par des séparateurs 28 traversés par le plan perpendiculaire au plan de joint passant par l'axe des tubes 1, 5. Les séparateurs 27 ont deux faces latérales concaves qui se pro- longent hors du tube 5 par deux cloisons longitudinales 29, 29'. Les séparateurs 28 comportent deux faces latérales convexes. Il est ainsi possible d'empiler entre la paroi du tube interne 5 et les quatre parois longitudinales 25 des tôles magnétiques minces longitu- dinales 30 courbées selon un profil en développante de cercle assurant un remplissage total et uniforme pour former le noyau magnétique 24. Les cloisons longitudinales 29, 29' de chacun des séparateurs 27 arrivent au voisinage de la paroi du tube externe 1 et divisent le canal 31 situé entre le tube interne 5 et le tube externe 1 en deux demi- canaux actifs 32, 32' et deux veines passives 33. Les cloisons longitudinales 29, 29' ont sensiblement le même écar- tement que les développantes 20 situées de part et d'autre du plan de joint. Entre les cloisons longitudinales 29 et 29' ont été disposées un certain nombre de cloisons transversales 34 (voir figure 5) qui empê- chent toute circulation du liquide dans les veines passives 33. Les cloisons 29, 29' et 34 sont par exemple en acier inox qui n'est pas attaqué par le sodium. Le plan de joint V-V' est un plan de symétrie pour la pompe. Sur la figure 3, on a représenté un schéma de connexions permet- tant d'obtenir un demi-bobinage polyphasé, E1, E2, E3 représentant les entrées de courant triphasées à basse fréquence et S1, S2, S3 les sorties de courant triphasées formant le neutre N. Les parties droites situées entre les deux traits longitudinaux représentent les demi-spires 19 constituant le demi-bobinage 35. Les demi-spires sont reliées entre elles par les développantes 20. Sur la figure 4, on a représenté un schéma fonctionnel électroma- gnétique dans une coupe transversale. 2556 1 49 Le canal 31 est rempli de sodium liquide. Lorsque les demi-bobi- nages polyphasés sont alimentés en courant, ils donnent naissance à un flux traversant le canal 31 et se fermant par le noyau magnétique. Ce flux étant variable, des courants circulaires I sont induits dans le sens circonférentiel. Les cloisons 29 sont peu épaisses et de toute façon conductrices de l'électricité si bien que les lignes de courant peuvent se fermer en faisant le tour du canal 31. En raison de la géométrie des demi-spires 19, l'induction magné- tique radiale B n'est créée que dans les demi-canaux actifs 32, 32'. Si bien que la force F provenant de la réaction de l'induction B sur les courants I ne prend naissance que dans les demi-canaux actifs 32, 32'. Le liquide conducteur (sodium) est mis en mouvement par la force F et s'écoule sans turbulence le long des cloisons longitudinales 29. Par contre, dans les veines passives, le liquide n'est pas soumis à la force F et les cloisons latérales 34 évitent que le liquide soit refoulé. Les demi-canaux actifs ont par exemple un angle d'ouverture de 72 à 77 , les veines passives ayant un angle d'ouverture complémentaire de 18 à 13 . Il faut remarquer que la disposition des tôles magnétiques dans le noyau magnétique assure une grande homogénéité de répartition du champ magnétique à travers les deux demi-canaux actifs, d'o une bonne répar- tition de la force motrice se traduisant par un écoulement régulier et sans turbulence du liquide. Enfin, la légère fuite de liquide entre les demi-canaux actifs et les veines passives assure le remplissage initial en liquide des veines passives puis son renouvellement, ce qui évite un échauffement trop important de cette veine. Le montage des deux demi-carcasses autour du tube interne peut se faire une fois que les tubes 1 et 5 sont mis en position avec le canal 31 rempli de sodium. Il suffit d'assembler les deux demi-carcasses sur place. Pour le démontage, on sépare les deux demi-carcasses et on les enlève sans avoir besoin de vidanger le sodium à l'intérieur du canal 31. 2556 1 4 9 -7- REVENDICATIONS 1/ Pompe électromagnétique pour liquide électriquement conducteur comprenant un tube externe (1) autour duquel est disposée une culasse magnétique (11, 11') réalisée sous la forme de tôles (12) munies d'encoches (14) dans lesquelles est logé un bobinage polyphasé (35, 35') constitué de spires d'induction (29) de même axe que le tube externe (1) et un tube interne (5) disposé à l'intérieur du tube externe (1) et de même axe que lui et comportant à l'intérieur un noyau magnétique (24) apte à créer avec le bobinage polyphasé (35, 35') un champ magnétique exerçant un effort sur le liquide dans le canal (31) entre les deux tubes (1, 5) pour le faire circuler axialement, caractérisée en ce que le tube interne (5) est bouché et en ce que les spires (19, 19') sont disposées chacune dans une encoche (14) et sont constituées chacune d'une première demi-spire (29) et d'une seconde demi-spire (19') terminée par des développantes (20, 20'), les premières demi-spires (19) étant reliées électriquement entre elles par leurs développantes (20) pour former un premier demi-bobinage (35), les secondes demi- spires (19') étant reliées électriquement entre elles par leurs dévelop- pantes (20) pour former un second demi-bobinage (35'), lesdits premier et second demi-bobinages (35, 35') constituant le bobinage polyphasé et étant disposés de part et d'autre d'un plan de joint passant par l'axe des tubes (1, 5) et étant logés dans les demi-culasses magnétiques (11, 11') se regroupant selon le plan de joint pour constituer la culasse magnétique et en ce que le canal (31) comporte des moyens de sépara- tion (29, 29') disposés au voisinage des parties du tube externe (1) non entourées par les demi-spires (19, 19'), lesdits moyens de sépara- tion (29, 29') séparant le canal en deux demi-canaux actifs (32, 32') et empêchant la circulation hydraulique du liquide en dehors des demi- canaux actifs (32, 32') mais permettant la conduction électrique entre les deux demi-canaux actifs (32, 32'). 2/ Pompe électromagnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de séparation (29, 29') comportent des cloisons longitu- dinales métalliques (29, 29') délimitant entre les deux demi-canaux actifs (32, 32') deux veines (33) remplies de liquide conducteur, lesdi- -8- tes cloisons longitudinales (29, 29') étant associées à des cloisons transversales (34) empêchant la circulation du liquide dans les veines (33). 3/ Pompe électromagnétique selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'une légère fuite de liquide est prévue entre les demi-canaux actifs (32, 32') et les veines passives (33) afin d'assurer le remplis- sage initial desdites veines (33) et le renouvellement du liquide pour assurer leur refroidissement. 4/ Pompe électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les demi-spires (19, 19') sont parcourues par un fluide réfrigérant. / Pompe électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le noyau magnétique (24) est constitué d'un empi- lage de tôles magnétiques minces longitudinales (25) courbées suivant un profil en développante de cercle. 6/ Pompe électromagnétique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le tube interne (5) est terminé à chaque extrémité par un bouelier (6, 8), lesdits boueliers (6, 8) ayant des profils hydrodynamiques et étant centrés par rapport au tube externe (1) par des nervures (7, 10) solidaires de ce tube (1), les nervures (7) associées à l'un des boucliers (6) y étant soudées et les nervures (10) associées à l'autre (8) n'y étant pas soudées pour permettre une dilatation axiale des tubes (1, 5).