RING-SHAPED LINEAR INDUCTION IMMERGED PUMP FOR PUMPING LIQUID METAL

Abstract: 1. Annular linear induction pump having a central inlet (2) and a central outlet for conveying liquid metals, more particularly magnesium and its alloys, wherein a pump channel (1) of annular cross-section is surrounded on the outside by several concentric coils (6), which are arranged between comb-shaped magnetic sheets (7) for the purpose of generating magnetic moving fields, and has on the inside a displacement body (4) which serves as a magnetic return path, and wherein there are provided devices for the purpose of cooling the coils (6) and magnetic sheets (7), characterized by the following features : a) the induction pump is developed as a submersible pump with the inlet (2) on the underside ; b) the displacement body (4) can be removed downwards out of the inlet (2) of the pump ; c) the displacement body (4) can be fixed at its lower end by means of pins (18) and is held at its upper end by means of a centering device (19 ; 29 ; 39 ; 49).

Description: Ringförmige lineare Induktionstauchpumpe zur Förderung von Flüssigmetall Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionspumpe zur Förderung von Flüssigmetall nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. In Giessereien und Schmelzbetrieben werden in zunehmendem Masse wegen ihrer guten Regelbarkeit Induktionspumpen zur Förderung von Flüssigmetall eingesetzt. Dabei stellen sich je nach Anwendungsfall und Art der zu fördernden Schmelze ganz unterschiedliche Probleme. Aus der DE-A-31 41 774 ist beispielsweise eine Induktionstauchpumpe bekannt, welche insbesondere für Anwendungen bei flüssigem Aluminium ausgelegt ist. Diese Auslegung berücksichtigt speziell, dass nur keramische Materialien einen dauernden Kontakt mit dem flüssigen Aluminium für längere Zeit überstehen können. Viele Flüssigmetalle können jedoch auch in metallischen Behältern aus beStimmten Legierungen aufbewahrt werden, wodurch auch kompliziertere Formen der Strdmungsführung in induktiven Pumpen möglich sind. Dies ist für Alkalimetalle seit langem aus der Reaktortechnik für natriumgekühlte Kernreaktoren bekannt, wo Induktionspumpen vielfach Anwendung finden. So ist beispielsweise aus der DE-C-32 04 462 eine sogenannte "Rundpumpe" bekannt, bei welcher in einer zylindersymmetrischen Anordnung um einen ringförmigen Pumpkanal aussen konzentrische Induktionsspulen angeordnet sind. Auch aus der FR-A-1 593 007 sind verschiedene Bauarten von ringförmigen Induktionspumpen bekannt. Bisher wurden jedoch Rundpuinpen als Tauchpumpen nur für die niedrigschmelzenden Alkalimetalle ausgebildet und nicht für spezielle Anwendungen für höher schmelzende andere Metalle ertüchtigt. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ausgehend vom Stand der Technik eine ringförmige lineare Induktionspumpe, welche sich als Tauchpumpe zur Förderung von höherschmelzenden Flüssigmetallen, insbesondere von dem sehr reaktiven Magnesium und dessen Legierungen eignet. Dabei soll sowohl der sichere luftdichte Einschluss des Flüssigmetalles wie auch eine wirtschaftliche Förderung ge währleistet werden. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Induktionspumpe nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Diese Pumpe entspricht in ihrem prinzipiellen Aufbau in etwa den aus der Natriumtechnologie an sich bekannten Tauchpumpen, weist jedoch für die spezielle Anwendung die erliadungsgemassen Besonderheiten auf. Um die bei höherschmelzenden Metallen auftretenden Problume bei der Wartung zu beherrschen, wird vorgeschlagen, dass der Verdrängungskörper im Inneren der Pumpe auswechselbar und nach unten aus der Pumpe herausnehmbar sein soll. Diese neuartige Anbringung des Verdrängcmgs körpers erleichtert bei einem evtl. Verstopfen der Pumpe die Reinigungs- und Wartungsarbeiten. Eine verstopfte Pumpe ohne Zerlegen "aufzutauen" wäre bei höherschmelzenden Metallen sehr schwierig. In weiterer Ausgestaltung wird dazu im Anspruch 2 vorgeschlagen, dass der Verdrängungskörper ganz schwach konisch gestaltet ist und sich nach oben verjüngt. Diese Ausführung des Verdrängungskörpers, bei der beispielsweise eine Abweichung von 1 zur Senkrechten ausreicht, ermöglicht das Herausziehen des Verdrängungskörpers selbst bei "eingefrorener" Pumpe, d. h. bei in der Pumpe verbliebenem erstarrtem Schmelzmaterial. Im Anspruch 3 wird vorgeschlagen, die Halterung des Verdrängungskörpers an seinem unteren Ende durch Stifte zu bewerkstelligen. Mit Hilfe solcher Stifte, von denen wenigstens 3 vorhanden sein müssen, lässt sich, wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, der Verdrängungskörper schnell und sicher haltern, wobei die Stifte beispielsweise durch Splinte schnell gesichert werden können. Im Anspruch 4 wird zusätzlich vorgeschlagen, dass der Verdrängungskörper an seinem oberen Ende durch eine Zentriervorrichtung gehaltert ist. Falls die Halterung durch die Stifte am unteren Ende nicht als ausreichend angesehen wird, so kann das obere Ende des Verdrängungskörpers zusEtz- lich z. B. mit Zentrierstiften versehen werden, welche eine präzise Einhaltung seiner Lage ermöglichen. Diese Zentrierstifte haben allerdings, sofern sie am Verdrängungskörper befestigt sind, den Nachteil, dass ein Herausziehen des Verdrängungskörpers bei vollständig eingefrorener Pumpe nur schwer möglich sein wird. Bei nur teilweise zugesetzter Pumpe könnte jedoch der Verdrängungskörper trotz der Zentrierstifte durch ge eignetes Drehen herausgezogen werden. Besser ist es jedoch, die Zentriervorrichtung innen am Aussenrohr zu befestigen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 5 vorgeschlagen, dass die Pumpe innerhalb des flüssigmetall- beständigen Gehäuses eine thermische Isolierschicht aufweist, z. B. aus Kohlefasern oder Mineralfasermatten, und dass die Spulen und Magnetbleche über eine ¯ Luftverteilungseinrichtung kühlbar sind. Diese Ausgestaltung ermöglicht einen Betrieb der Pumpe auch in Metallschmelzen mit höherer Temperatur, beispielsweise in flüssigem Magnesium, ohne dass die Magnetbleche bzw. -spulen überhitzt werden. Dabei wird die Luft, wie anhand der Zeichnung näher erläutert, durch Verteilerrohre zugeführt und entlang der Spulen und Magnetkerne in das Innere des Gehäuses geblasen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, dass das Innere des Verdrängungskörpers mit magnetisch leitendem Material in Stabform den magnetischen Rückschluss für die Spulen bildet. Dieser Aufbau ermöglicht eine verhältnismässig einfache Fertigung und einen guten magnetischen Wirkungsgrad. In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 7 vorgeschlagen, dass das Material zumindest des Aussenrohres des Pumpkanals unmagnetisch sein oder wenige stens einen möglichst niedrigen Curie-Punkt aufweisen soll. Insbesondere beispielsweise für Magnesium können als Material des Aussenrohres bestimmte Stahl? Ve#end.e.t##erden welche jedoch im allgemeinen ferromagnetiach sind. Da das Magnetfeld der Spulen jedoch das Aussenrohr durchdringen soll, kann dies nur durch Wahl eines Materials mit niedrigem Curje-Punkt gewährleistet werden. Liegt der Curie-Punkt niedriger als die niedrigste Betriebstemperatur der Pumpe, so ist das Aussenrohr im Betrieb immer unmagnetisch und stört daher den Magnetfeldverlauf nicht. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 8 vorgeschlagen, dass als Material für den Pumpkanal eine magnesiumbeständige Legierung ohne Nickelanteile, d. h. insbesondere ein nickelfreier Stahl gewählt werden soll. Ein solches Material erfüllt die o. g. Bedingungen. Auch das Aussengehäuse und evtl. Schweissnähte sollten aus solchem Material hergestellt sein. In zusätzlicher Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 9 vorgeschlagen, dass der Pumpkanal sich an seinem oberen Ende konisch zu einem Rohr verjüngt und aus dem Gehäuse der Pumpe so herausgeführt ist, dass um das herausgeführte Rohr herum genügend Raum für die Anbringung einer an das Pumpengehäuse anschliessenden Begleitheitung vorhanden ist. Rohrleitungen für Flüssigmetalle mit hohem Schmelzpunkt müssen, sofern sie über längere Strecken führen, mit einer Begleitheizung versehen sein, um ein Einfrieren der Rohrleitungen und zu grosse thermische Spannungen zu vermeiden. Um gerade auch den Auslass der Pumpe vor thermischen Schwankungen zu schützen, sollte die Begleitheizung möglichst nahe an das Pumpengeh#use herangeführt werden, was durch die Ausgestaltung gemäss dem Anspruch 9 ermöglicht wird. Im Anspruch 10 wird ferner vorgeschlagen, dass die Pumpe an ihrem Auslass bzw. am Ende eines daran anschliessenden Dosierrohres mit einem induktiven Füllstandsmesser ausgestattet ist. Da ein Zurückfliessen Üon Magnesium in die Pumpe bei einem Förderstop vermieden werden soll, muss die Förderleistung der Pumpe so geregelt werden, dass der Flüssigmetallspiegel am oberen Ende der Pumpe bzw. am Ende des Dosierrohres gehalten werden kann. Die dazu notwendigen Messwerte liefert der induktive Füllstandsmesser. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 11 vorgeschlagen, dass Anteil und Anordnung der Induktionsspulen so gewählt sind, dass eine Förderung und präzise Dosierung auch bei niedrigem Flüssigmetallspiegel möglich ist. Daher ist die Pumpe mit vielen verhältnismässig flachen Spulen ausgestattet, deren unterste möglichst nahe zum Boden des Gehäuses angeordnet ist. Auch bei niedrigem Flüssigmetallspiegel liegen daher noch genügend Spulen im Flüssigmetallbereich, so dass ein Förderbeginn möglich ist. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit seinen wesentlichen Teilen ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen Figur 1 den Aufbau einer erfindungsgemässen Pumpe, Figur 2, 3 und 4 Varianten der Zentriervorrichtung am oberen Ende des Verdrängungskörpers. Das zu fördernde Flüssiginetall wird in einem ringspaltförmigen Förderkanal 1 durch magnetische Wanderfelder aufwärts gefördert. Der ringspaltförmige Förderkanal 1 wird aussen durch ein Aussenrohr 3 und innen durch den Verdrängungskörper 4 begrenzt. Am unteren Ende ist das Aussenrohr 3 offen, so dass dort ein Einlass- 2 für das Flüssigmetall gebildet wird. Das Innere 5 des Verdrängungs- körpers 4 ist mit magnetisch leitendem Material. angeftillt, vorzugsweise mit dünnen Stäben aus ferro magnetischem Material mit hohem Curie-Punkt. Der Förderkanal 1 ist aussen umgeben von konzentrischen ringförmigen Magnetspulen 6, wobei diese Spulen in an sich bekannter Weise von kammförmigen Magnetblechen 7 umgeben sind. Die gesamte Pumpenanordnung ist aussen mit einer thermischen Isolierung 8 und einer flüssigmetallbeständigen Hülle 9 versehen. Die flüssigmetallbestän- dige Hülle 9 ist mit dem Aussenrohr 3 des Förderkanals 1 dicht verschweisst, wodurch ein Eindringen von Flüssigmetall in das elektrische System der Pumpe sicher verhindert wird. An ihrem oberen Ende ist die Pumpe mit Versorgungsrohren 10, 11 versehen, auf welchen auch Zusatzaggregate und Anschlusskästen montiert sind. In dem Rohr 10 sind die elektrischen Zuleitungen 12 zu den Spulen 6, welche üblicherweise mit Mehrphasen-Wechselstrom versorgt werden, untergebracht. Ausserdem befindet sich darin eine Luftzuleitung 13, welche über ein oder mehrere Verteilerrohr 14a, 14b - in der Zeichnung versetzt dargestellt - die Kühlung der Spulen 6 und Magnetbleche 7 sicherstellen soll. Dazu sind die Verteilerrohre 14a, 14b mit Luftauslassöffnungen 15 in Richtung der Spulen versehen. Ausserdem ist ein Luftauslass 16 am unteren Ende der Verteilerrohre 14a, 14b vorhanden. Die eingespeiste Luft strömt an den Spulen 6 und zwischen den Magnetblechen 7 entlang zum Auslass 17, der durch das Rohr 11 nach aussen führt. Der Verdrängungskörper 4 ist an seinem unteren Ende durch drei Stifte 18 gehaltert, welche in entsprechende Bohrungen im Verdrängungskörper einsetzbar sind. Aussen werden die Stifte in Verlängerungn des Pumpengehäuses 9 gehaltert und zur Sicherung beispielsweise versplintet. Zur Zentrierung des oberen Endes des Verdrängungskörpers 4 sind fernerhin drei Zentrierstifte 19 am Verdrängungskörper befestigt, welche ihn in seiner Lage fixieren und ein Hin- und Herschlagen in der Strömung verhindern. Oberhalb des Spulensystems geht der ringspaltförmige Förderkanal 1 in einem sich konisch verjüngenden Übergangsstück 20 wieder in eine einfache Rohrleitung über, welche oben aus der Pumpe herausragt. Dabei ist der Raum 21 aussen um das Über- gangsstück 20 herum von allen mechanischen Einbauten freigehalten, damit eine Begleitheizung möglichst nahe an die Pumpe herangeführt werden kann. Die gesamte Pumpe ist mit Hilfe eines Flansches 22 dichtend in den Deckel eines sChmelzenbehälters einsetzbar, so dass eine Förderung aus einem dichten, inerten System möglich ist. In den Figuren 2, 3 und 4 sind Ausschnitte aus Fig. 1 dargestellt, die Varianten der Zentriervorrichtung am oberen Ende des Verdrangungskorpers 4 zeigen. Figur 2 zeigt an dem Aussenrohr 3 befestigte Zentrierstifte 29, welche die entsprechend geformte Spitze 28 des des Verdränungskörpers 4 in ihrer Einbaulage fixieren, ohne jedoch den Ein- und Ausbau des Verdrängungskörpers zu behindern. Es sollten drei oder mehr Zentrierstifte 29 vorhanden sein. Figur 3 zeigt etwas anders angeordnete Zentrierstifte 39, welche die Spitze 38 des Verdrängungskörpers 4 halten. Ihre Wirkungsweise entspricht der oben beschriebenen, In Figur 4 ist statt der Zentrierstifte ein Zentrierring 49 mit Mindestens drei Stegen dargestellt. Dieser Ring 49 ist zusammen mit dem Verdrängungskörper 4 einbaubar und benötigt einen Wulst 50 innen am Aussenrohr 3 als Anschlag. Der Ring 49 sollte den Strömungsquerschnitt nicht zu sehr verringern. Die erfindungsgemässe Ausführung der Pumpe eignet sich besonders für das kontinuierliche oder portionsweise Vergiessen von Magnesium und Magnesium-Legierungen.

Claims: Ringförmige lineare Induktionstauchpumpe zur Förderung von Flüssigmetall Patentansprüche 1. Ringförmige lineare Induktionstauchpumpe #ur Förderung von Flüssigmetallen, insbesondere Magnesium und dessen Legierungen, wobei ein Pumpkanal (1) von ringförmigem Querschnitt aussen von mehreren zwischen kammförmigen Magnetblechen (7) angeordneten, konzentrischen Spulen (6) zur Erzeugung magnetischer Wanderfelder umgeben ist und innen einen Verdrängungskörper (4) aufweist, der als magnetischer Rückschluss dient, und wobei Einrichtungen zur Kühlung der Spulen (6) und Magnetbleche (7) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörpr (4) nach unten aus der Pumpe herausnehmbar ist. 2. Induktionspumpe nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Verdrängungskörper (4) ganz schwach konisch gestaltet ist und sich nach oben verjüngt. 3. Induktionspumpe nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Verdrängungskörper (4) an seinem unteren Ende durch Stifte (18) fixierbar ist. 4. Induktionspumpe nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränungskö## (4) an seinem oberen Ende durch eine Zentriervorrichtung (19; 29; 39; 49) gehaltert ist. 5. Induktionspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des flüssigmetallbeständigen Gehäuses (9) eine thermische Isolierschicht (8), z. B. aus Fasergewebe, vorhanden ist, und dass die Spulen (6) und Magnetbleche (7) über eine Luftverteilungseinrichtung (13, 14a, 14b, 15, 16) kühlbar sind. 6. Induktionspumpe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innere des Verdrängungskörpers (4) mit magnetisch leitendem Material (5) in Stabform ausgefüllt ist, welches den magnetischen Rückschluss für die Spulen bildet. 7. Induktionspumpe nach einem der vorhergehenden .Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Material zumindest des Aussenrohres (3) des Pumpkanals (1) einen möglichst niedrigen Curie-Punkt aufweist, bzw. aus unmagnetischem Werkstoff besteht. 8. Induktionspumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Pumpkanals (1) und/oder des Aussengehäuses (9) ggf. einschliesslich der Schweissnähte eine magnesiumbeständige Legierung ohne Nickelanteil ist. 9. Induktionspumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pumpkanal (1) sich an seinem oberen Ende (20) konisch verjüngt und aus dem Gehäuse der Pumpe so herausgeführt ist , dass um das Ende herum genügend Raum für die Anbringung einer an das Pumpengehause anschliessenden Begleitheizung vorhanden ist. 10. Induktionspumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe an ihrem Auslass (20) bzw. am Ende eines daran anschliessenden Dosierrohres mit einem induktiven Füllstandsmesser ausgestattet ist. 11. Induktionspumpe nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass Anzahl und Anordnung der Induktionsspulen (6) so gewählt sind, dass eine Förderung und präzise Dosierung auch bei niedrigem Flüssigmetallspiegel möglich ist

Inventors: ALLGEIER, ERICH, DIPL.-ING., BARZANTNY, JOACHIM, CREMER, DIETER, GRUTZMACHER, GERD, Grützmacher, Gerd
Applicants: INTERATOM GESELLSCHAFT MIT BESCHRANKTER HAFTUNG
Application year: 1985
Main classification: H02K44
IPC codes: H02K44