Brevet FR2572867A1 — publié le 19860509

La présente invention concerne les machines électriques, plus precisément celles dans lesquelles l'énergie électrique amenée à un fluide électroconducteur est transformée en énergie du fluide électroconducteur mis en mouvement par l'interaction électromagnétique, et a notamment pour objet une pompe électromagnétique. Les pompes électromagnétiques sont utilisées dans l'industrie pour le pompage de différents fluides électroconducteurs et, en particulier, pour le transport et la coulée d'électrolytes, de métaux et d'alliages fondus, de préférence légers, par exemple les alliages à base de magnésium. En règle générale, le rendement des pompes électromagnétiques ne dépasse pas quelques unités de pourcentage et la majeure partie de l'énergie fournie est consommée dans ces machines pour chauffer le fluide électroconducteur à transporter et les éléments constitutifs de la pompe. Cela produit un effet particulièrement défavorable sur l'aptitude au fonctionnement des pompes électromagnétiques utilisées dans la métallurgie et immergées entièrement ou partiellement dans un métal fondu. Le chauffage des éléments constitutifs de la pompe électromagnétique provoque une diminution des propriétés ferromagnétiques du matériau utilisé dans le système ma gnétique de la pompe et une dispersion de ces propriétés lorsque le point de Curie est atteint, ainsi qu'une dé térioration de l'isolation électrique et une dissolution poussée du matériau de la conduite servant à transporter le fluide électroconducteur. L'emploi de systèmes de refroidissement complique la construction des pompes électromagnétiques. De plus, il apparaît un danger d'exploslon quand le milieu de refroidissement entre en contact avec le métal fondu, surtout dans le cas des alliages à base de magnésium. On connaît une rompe électromagnétique (cf.brevet français n 2360206 du 30.07.76, Cl.Int.2 Ho2 n 4/20) comprenant un circuit magnétique ouvert, entre les pôles duquel est placée une conduite servant à transporter un fluide électroconducteur. Ladite conduite comporte un tronçon vertical et un tronçon horizontal . Le fluide électroconducteur remplissant le tronçon horizontal dé la conduite est traversé par le courant électrique. A l'endroit de jonction des tronçons vertical et horizontal, la conduite est entourée d'un circuit magnétique ouvert. Cette pompe électromagnétique comporte un circuit magnétique fermé entourant le tronçon horizontal. Ce tron çon horizontal de la conduite est réalisé suffisamment long pour permettre la mise en place du circuit magnétique susmentionné. Lorsque le courant électrique traverse le tronçon horizontal de la conduite, le fluide électroconducteur degage une chaleur supplémentaire dont le transfert dans le fluide électroconducteur entourant la pompe électromagnétique est rendu difficile par l'étendue dudit tronçon. On connait également une autre pompe électromagnétique, dans laquelle le tronçon traversé par le courant est égal à la largeur de la conduite (L.A.Verte, Magnéto-hydrody- namique dans la métallurgie", 1975, Editions "Métallurgia", Moscou, p.27, figure 1), et qui comprend un circuit magnétique ouvert entre les pôles duquel sont disposées une conduite rectiligne de transport du fluide électroconducteur, avec un orifice d'entrée1 et une électrode liée à la conduite et servant à amener le courant au fluide électroconducteur transporté. Une autre électrode est adjacente à la conduite du côté opposé à l'emplacement de cette première électrode. Le fluide électroconducteur remplissant la conduite et se trouvant entre les deux électrodes est traversé par le courant électrique suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la conduite. L'orifice en bout de la conduite faic office d'orifice d'entrée par lequel la conduite communique avec le fluide électroconducteur. Pour que le fluide électroconducteur se trouvant hors de la pompe n'exerce pas un effet de dérivation sur la répartition du courant entre les électrodes, le tronçon de la conduite situé entre les électrodes est suffisamment éloigné de l'orifice d'entrée.De la sorte, le transfert de la chaleur du tronçon de conduite traversé par le courant au fluide électroconducteur extérieur est lui aussi difficile du fait que ce tronçon est éloigné de orifice d'entrée. On s'est donc proposé de mettre au point une pompe électromagnétique dans laquelle l'emplacement de l'orifice d'entrée serait tel qu'il permettrait de réduire la surchauffe du fluide électroconducteur dans la conduite et d'élever ainsi la fiabilité de la pompe. Ce problème est résolu du fait que la pompe électromagnétique comprenant un circuit magnétique ouvert entre les pièces polaires duquel sont disposées une conduite rectiligne de transport d'un fluide électroconducteur, pourvue d'un orifice, et une électrode liée à la conduite et servant à amener le courant au milieu électroconducteur, est caractérisée, selon l'invention, en ce que ledit orifice d'entrée est ménagé dans la conduite du côté opposé à l'emplacement de l'électrode, l'aire de section transversale dudit orifice d'entrée étant égale ou supérieure à celle de la section transversale de la conduite. Une telle réalisation de la pompe électromagnétique permet de diminuer la surchauffe du fluide électroconducteur dans la conduite: le fait que l'orifice d'entrée par lequel la conduite communique directement avec le milieu environnant soit réalisé dans la paroi de celle-ci permet le transfert, par le plus court chemin, de la chaleur du fluide électroconducteur, se trouvant dans la conduite à l'endroit du passage du courant, au milieu électroconducteur contenu dans le récipient et dans lequel est immergée la pompe électromagnétique. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: -- la figure 1 représente une vue d'ensemble de la pompe électromagnétique (coupe longitudinale partielle) conforme à l'invention; - la figure 2 est üne coupe suivant II-II de la figure 1, selon l'invention. La pompe électromagnétique comprend un corps cylindrique 1 (figure 1) en acier inoxydable dans lequel est disposée, suivant l'axe du corps 1, une conduite rectiligne 2 servant à transporter le fluide électroconducteur 3 dont le sens d'écoulement est indiqué par la flèche B. La pompe électromagnétique est utilisée, dans le cas considéré ici à titre d'exempletpour transvaser un alliage à base de magnésium constituant le fluide électroconducteur 3. Dans la partie due fond du corps 1 sont disposés un circuit magnétique ouvert 4 et une électrode 5 liée à la conduite 2 et servant à amener le courant au fluide électro- conducteur 3. Dans le cas considéré de réalisation de l'invention , la surface de l'électrode 5 vient en pronlongement de la surface intérieure de la conduite 2. Ltelectrode 5 est reliée par un élément de connexion 6 à l'une des bornes d'une sourcé d'alimentation 7 dont l'autre borne est reliée par l'intermédiaire d'un élément de connexion 8 au fluide électroconducteur 3 remplissant le récipient (non représenté sur le dessin) dans lequel est immergée la pompe électromagnétique. L'électrode 5 et l'élément de connexion 6 sont séparés du corps 1 au moyen d'un joint 9 en matière diélectrique, par exemple en mica ou en tissu de verre. Du côté opposé à l'emplacement de l'électrode 5, on a pratiqué dans la conduite 2 un orifice d'entrée 10 en assurant ainsi le passage du courant suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la conduite 2. La tranche 11 de la conduite 2 se trouvant dans la partie de fond du corps 1 est inclinée sous un angle par rapport à l'axe de la conduite (elle est inclinée de haut en bas dans le sens allant vers l'orifice d'entrée 10). L'angle OÇ est choisi dans les limites de Oc à 450 en fonction de la viscosité et du débit du fluide électroconducteur 9, dont le sens d'amenée à l'orifice d'entrée 10 est indiqué par la flèche C. Le fond du corps 1 est à gradins. A l'endroit de l'orifice d'entrée 10, la conduite 2 est adjacentew la paroi verticale du fond de corps 1r le tronçon 12 du fond du corps 1 se trouvant au-dessus de l'orifice 10 et étant parallèle à la tranche 11 de la conduite 2. Dans la partie de fond du corps 1 de la pompe, la section de celui-ci presente, au niveau de l'orifice d'entrée 10, la forme d'un segment. La conduite 2 se situe entre les pôles 13 du circuit magnétique 4 et sa section transversale a la forme d'un rectangle allongé. L'orifice d'entrée 10 à également la forme d'un rectangle allongé. L'aire de section transversale de l'orifice 10 est égale ou supérieure à l'aire de section transversale de la conduite 2, ce qui assure le déplacement régulier du fluide électroconducteur 3 transporté. Le rapport desdites aires est choisi dans les limites dé 1 à 2. Afin d'assurer une répartition régulière du courant dans la conduite 2, le rapport de l'aire de section transversale de l'orifice d'entrée 10 à celle de l'électrode 5 est choisi dans les limites de 0,5 à 1,5. La pompe électromagnétique fonctionne de la façon suivante. Le corps 1 (figure 1) de la pompe électromagnétique est immergé partiellement dans le récipient (non représenté sur les figures) comprenant le fluide électroconducteur 3, à une profondeur suffisante pour que l'électrode 5 soit immergée dans le fluide électroconducteur 3. Le fluide électroconducteur 3 arrive dans la conduite 2 dans le sens C. On met en marche pompe électromagnétique en branchant la source d'alimentation 7. L'élément de connexion 6, l'électrode 5 et le fluide électroconducteur 3 situé en dehors du corps 1 de pompe sont traversés par le courant qui, dans la partie du circuit magnétique 4 comprise entre les pôles 13, passe par le fluide électroconducteur 3 de la conduite 2 suivant une direction perpendiculaire à l'axe de cette dernière (dans le sens indiqué par la flèche C). Ce courant fait naître dans le circuit magnétique 4 un champ magnétique dont le vecteur d'induction est perpendiculaire à l'axe de la conduite 2 et à la direction du courant. Par suite de l'interaction du champ magnétique avec le courant dans le fluide électroconducteur 3, ce dernier subit l'action d'une force qui le déplace le long de la conduite 2 dans le sens indigné par la flèche B. La chaleur qui se dégage dans le fluide électroconducteur 3 lors du passage du courant par la conduite 2 est transférée à travers l'orifice 10 directement dans le fluide électroconducteur 3 se trouvant à l'extérieur de la pompe et ayant une température plus basse et un volume assez grand. De ce fait, l'échauffement des éléments constitutifs de la pompe, y compris la conduite 2 et l'électrode 5, n'est pas important. Ceci est en outre favorisé par le fait que le courant ne passe dans le corps 1 que par une seule électrode 5 et un seul élément de connexion 6. Le passage du courant par le fluide électroconducteur 3 dans lequel est immerge la pompe est pratiquement sans effet sur la variation de la température dudit milieu. Par comparaison avec la pompe électromagnétique connue, dans laquelle la surchauffe du fluide transporté est de 70 à 800C, la surchauffe dans la pompe revendiquée est réduite jusqu'à 15-20 , ce qui améliore la fiabilité de fonctionnement de la pompe. REVENDICATION Pompe électromagnétique comprenant un circuit magnétique ouvert (4) entre les pôles duquel sont disposées une conduite rectiligne (2) pour le transport d'un fluide électroconducteur (3), pourvue d'un orifice d'entrée (10), et une électrode (5) connectée à la conduite (2) et servant à amener le courant au fluide électroconducteur (3), caractérisée en ce que l'orifice d'entree (10) est pratiqué dans la conduite (2) du côté opposé à celui ou se trouve l'électrode (5), ce qui assure le passage du courant suivant une direction perpendiculaire à l'axe de la conduite (2), l'aire de section transversale dudit orifice d'entrée (10) étant égale ou supérieure à l'aire de section transversale de la conduite (2).