ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ СПИРАЛЬНЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в металлургии для перекачивания жидких металлов и сплавов.
Наиболее близким к полезной модели по технической сущности, выбранным в качестве прототипа, является кондукционный спиральный электромагнитный насос для создания высоких (тысячи атмосфер) давлений, канал которого снабжен входным и выходным патрубками и выполнен из стальной нержавеющей трубы, свернутой в спираль Архимеда, соседние витки которой электрически соединены между собой, и помещен в постоянное магнитное поле, направленное нормально к плоскости спирального канала. Жидкий металл в канале движется в результате взаимодействия радиального электрического тока с постоянным магнитным полем. (Магнитная гидродинамика. - 1998. - Т.33, №3. - С.295 - 297).
Недостатками этого насоса являются: магнитная система, содержащая обмотку намагничивания с источником постоянного тока и громоздкий ферромагнитный сердечник; а также спиральный канал, содержащий довольно много (порядка 50) витков. Прототип сложен в изготовлении, имеет большие габариты и вес и, как следствие, высокую стоимость.
Перед авторами стояла задача создания малогабаритного, простого в изготовлении (технологически), недорогого насоса. На практике для перекачивания жидких металлов часто требуется давление порядка 3-7 атмосфер и расход порядка 100 - 200 мл/сек. Для решения поставленной задачи предлагается небольшой компактный насос, в котором электромагнитные силы создаются в результате взаимодействия тока канала с собственным магнитным полем. Насос содержит, как и прототип, магнитопровод, металлопровод, выполненный в виде диска, внутри которого размещен канал, выполненный в виде плоской спирали, входной и выходной патрубки, и токовводные шины, соединенные с внешними торцевыми участками металлопровода. Отличным от прототипа является то, что он дополнительно содержит магнитопровод, при этом оба магнитопровода выполнены П-образными и охватывают металлопровод на участках, соединенных с шинами, таким образом, что давление, возникающее в витках на этих участках канала, складывается.
На рис.1 представлена схема такого насоса в разрезе. Канал 1 насоса снабжен входным и выходным патрубками 2, 3 и выполнен в виде спирали Архимеда из нескольких витков, электрически соединенных (сваркой или пайкой) между собой на двух участках 4, 5. На периферии к внешнему витку канала подсоединены электроды (токовводные шины) 6, 7. Электрически соединенные между собой участки 4, 5 канала охвачены П-образными магнитопроводами 8, 9.
Насос работает следующим образом. Электрический ток, подведенный к каналу 1 через электроды 6,7, протекая по участкам 4, 5 канала между П-образными магнитопроводами 8, 9, создает в витках канала на этих участках собственное магнитное поле, направленное нормально к плоскости спирального канала 1. Взаимодействие радиальной составляющей тока с этим магнитным полем приводит к возникновению в витках на этих участках канала электромагнитной силы, направленной по касательной к виткам канала, в результате действия которой между входным и выходным патрубками 2, 3 возникает перепад давления.
пл
6
Для проверки работоспособности предлагаемого насоса была изготовлена экспериментальная модель. Канал модели был выполнен из нержавеющей трубки с внешним диаметром 12 мм, толщиной стенки 1 мм и состоял из 4 витков. Среднее значение внутреннего диаметра спирали канала - 85 мм. Электроды были медные. Немагнитный зазор сердечников был 15 мм, ширина сердечников - 48 мм. В качестве рабочей среды использован галлиевый сплав, жидкий при комнатной температуре (Т=17 С). Проводимость сплава σ - 3,56×10 Сим. В качестве источника тока был использован регулируемый однофазный трансформатор, вторичный виток которого соединялся с электродами модели (на схеме не показан).
На рис.2 приведен график зависимости давления Р от расхода Q при трех значениях тока канала - 1000, 2000 и 3000 ампер. Максимальное давление - 112 кПа, максимальный расход - 108 мл/сек.
На рис.3 представлена схема насоса с изменением конструкции - соединением во внутреннем витке спирального канала 1 электрически соединенных участков 4,5 токопроводящей шиной 10, что приводит к изменению в лучшую сторону графика зависимости давления Р от расхода Q при тех же значениях тока канала
На рис.4 приведен график зависимости давления Р от расхода Q в случае соединения электрически соединенных участков токопроводящей шиной. Максимальное давление - 160 кПа, максимальный расход - 123 мл/сек.
На рис.5 представлена схема насоса с изменением схемы подключения канала - подсоединением каждого участка электрически соединенных витков канала к отдельным источникам тока 11, 12. Это вызывает еще большее улучшение Р - Q характеристики модели.
На рис.6 приведен график зависимости давления Р от расхода Q в случае подсоединения электрически соединенных участков к отдельным источникам тока. Максимальное давление - 190 кПа, максимальный расход- 153 мл/сек.
Таким образом, подбирая диаметр трубки, число витков канала, схему его подключения к источнику тока и величину тока канала, отсутствие или наличие дополнительного электрода, можно в определенных пределах подбирать конструкцию насоса, наиболее подходящую для достижения целей заказчика. При этом насос достаточно прост в изготовлении, имеет относительно небольшой вес и габариты.