ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к электротехнике, а именно к конструкции электромагнитных индукционных насосов, используемых для перекачивания жидких металлов в атомной энергетике, химической и металлургической промышленности.
Известна винтовая индукционная МГД-машина, содержащая спиральный (винтовой) канал с жидким металлом, образованный внутри двух тонкостенных коаксиально расположенных цилиндров, на поверхности одного из которых имеется винтовая канавка или приваренное к нему винтовое ребро, внутренний сердечник, внешний цилиндрический сердечник и многофазную обмотку, расположенную в пазах внешнего сердечника (Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л., «Энергия», 1970, С. 22-24, рис. 1-11).
Недостаток данной винтовой индукционной МГД-машины связан с отсутствием узла компенсации различных термических удлинений и расширений ее основных рабочих элементов. Отсутствие такого узла компенсации может привести к нарушению работы данной МГД-машины.
К недостаткам следует также отнести то, что высокое значение индукции в рабочем зазоре обеспечивается закачкой большой энергии в многофазную обмотку, расположенную в пазах внешнего сердечника. При этом неизбежные потери преобразуются в тепло, а при большом рабочем зазоре это приводит к значительным тепловым потерям. Это усугубляет имеющийся жесткий тепловой режим работы основных элементов машины, снижая ее надежность.
Необходимо также отметить, что такая машина имеет пониженный КПД из-за относительно больших гидравлических потерь и электрических потерь в стенках канала и в контактных сопротивлениях металл-стенки канала.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является индукционный цилиндрический насос, содержащий корпус с заключенным в нем индуктором с обмоткой и магнитопроводом, внутренний сердечник, являющийся ярмом для замыкания магнитного потока, набранный из листов продольно-шихтованной электротехнической стали, установленный соосно с корпусом и закрепленный на нем с помощью дистанцеров и подвижной опоры, рабочий канал, образованный наружной тонкостенной обечайкой и обечайкой внутреннего сердечника, установленный в хвостовой части корпуса узел компенсации в виде сильфонной вставки, закрепленной одним концом на наружной тонкостенной обечайки рабочего канала, другим - на корпусе (RU, патент №2282297, Н02К 44/06, Н02К 5/00, Опубл. 20.08.2006 г.).
Недостаток данного индукционного цилиндрического насоса связан с выполнением узла компенсации в виде сильфонной вставки, закрепленной одним концом на наружной тонкостенной обечайки рабочего канала, другим - на корпусе насоса. Использование такого узла компенсации обусловлено необходимостью компенсации различных температурных расширений корпуса и наружной обечайки рабочего канала. Однако недостатком данного технического решения является отсутствие точности позиционирования основных рабочих элементов насоса и возможное повышение гидравлического сопротивления жидкометаллического теплоносителя.
В основу полезной модели положена задача расширения арсенала электромагнитных индукционных насосов, используемых для перекачивания жидких металлов в атомной энергетике, химической и металлургической промышленности, путем создания такого насоса, конструкция которого характеризовалась бы возможностью одновременной компенсации радиального и осевого перемещения основных рабочих элементов насоса и центрирования рабочего канала насоса во всех температурных режимах работы насоса.
При этом техническим результатом является реализация этого назначения.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что в электромагнитном индукционном насосе, включающем корпус с заключенным в нем индуктором с обмоткой и магнитопроводом, внутренний сердечник, рабочий канал, образованный наружной тонкостенной обечайкой и обечайкой внутреннего сердечника, дистанцеры, узел компенсации выполнен в виде взаимодействующих друг с другом внутреннего фланца, выполненного с радиально расположенными пазами, и внешнего фланца, выполненного с соединительными пальцами, установленными в пазах внутреннего фланца, при этом внутренний фланец соединен с наружной обечайкой, а внешний фланец соединен с корпусом.
Выполнение узла компенсации в виде взаимодействующих друг с другом внутреннего фланца, выполненного с радиально расположенными пазами, и внешнего фланца, выполненного с соединительными пальцами, установленными в пазах внутреннего фланца, и при этом соединение внутреннего фланца с наружной обечайкой, а внешнего фланца - с корпусом обеспечивает возможность одновременной компенсации радиального и осевого перемещения основных рабочих элементов насоса и центрирования рабочего канала насоса при любом температурном режиме работы насоса.
Сущность полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг. 1 изображен электромагнитный индукционный насос с цилиндрическим рабочим каналом, продольный разрез; на фиг. 2 - узел компенсации электромагнитного индукционного насоса с цилиндрическим рабочим каналом, разрез; на фиг. 3 - электромагнитный индукционный насос с винтовым рабочим каналом, продольный разрез; на фиг. 4 - узел компенсации электромагнитного индукционного насоса с винтовым рабочим каналом, разрез.
Электромагнитный индукционный насос включает корпус 1 с заключенным в нем индуктором с обмоткой 2 и магнитопроводом 3, внутренний сердечник 4, рабочий канал для перекачиваемой электропроводной среды, образованный наружной тонкостенной обечайкой 5 и обечайкой 6 внутреннего сердечника 4 и узел компенсации. Кронштейны 7, 8 крепятся к корпусу 1 насоса и служат для его крепления. Наружная обечайка 5 рабочего канала выполнена с сужениями с образованием выходного патрубка 9 и входного патрубка 10. Наружная обечайка 5 закреплена на кронштейне 7 со стороны входного патрубка 10 с помощью подвижного соединения 11. Движение перекачиваемой электропроводной среды в насосе осуществляется от входного патрубка 10 по рабочему каналу к выходному патрубку 9. В качестве перекачиваемой электропроводной среды может быть использованы жидкометаллические теплоносители, например, натрий, натрий - калий, свинец или его сплавы, а также могут быть использованы другие жидкие металлы. Детали рабочего канала, контактирующие с перекачиваемой электропроводной средой, изготовлены из коррозионной стали аустенитного класса. Узел компенсации выполнен в виде взаимодействующих друг с другом внутреннего фланца 12, выполненного с радиально расположенными пазами 13, и внешнего фланца 14, выполненного с соединительными пальцами 15, установленными в пазах 13 внутреннего фланца 12, при этом внутренний фланец 12 соединен с наружной обечайкой 5, а внешний фланец 14 соединен с корпусом 1. Внешний фланец 14 соединен с корпусом 1 с помощью неподвижных соединений.
Пазы 13 внутреннего фланца 12 могут быть выполнены как закрытыми, так и открытыми, что определяется наличием свободного пространства для установки внутреннего фланца 12 внутри конструкции насоса. Длина паза 13 зависит от величины хода пальца 15 при температурном расширении.
Выводы обмотки 2 пропущены через изоляторы и расположены в клеммной колодке 16. Выводы выполнены из медного сплава и позволяют подсоединить кабель питания с помощью наконечников. Выводы обмотки 2 закрыты съемным кожухом. В нерабочем состоянии насос укомплектован технологическими заглушками 17.
Внутренний сердечник 4 крепится к наружной обечайке 5 с помощью дистанцеров 18. Дистанцеры 18 привариваются к сердечнику 4 и свободно упираются в стенку наружной обечайки 5. Детали канала, контактирующие с жидким металлом, например, наружная обечайка 5, обечайка 6 внутреннего сердечника 4, дистанцеры 18 выполняются из коррозионностойкой стали аустенитного класса. При этом магнитопровод 3, внутренний сердечник 4 - из электротехнической стали с высокой индукцией насыщения.
Рабочий канал для перекачиваемой электропроводной среды, образованный наружной тонкостенной обечайкой 5 и обечайкой 6 внутреннего сердечника 4, может быть выполнен как цилиндрическим, так и винтовым. В случае винтового рабочего канала обечайка 6 внутреннего сердечника 4 выполнена с винтовой перегородкой 19. При этом винтовая перегородка 19 конструктивно является внешним элементом конструкции обечайки 6.
Работа электромагнитного индукционного насоса осуществляется следующим образом.
Электромагнитный индукционный насос предназначен для перекачивания электропроводной среды, в качестве которой используются жидкометаллические теплоносители, например, натрий, натрий - калий, свинец или его сплавы, а также используются другие жидкие металлы.
Электромагнитный индукционный насос представляет собой МГД-машину переменного тока, принцип действия которой основан на создании электромагнитной силы (давления) за счет взаимодействия бегущего магнитного поля, создаваемого индуктором, с токами, индуктируемыми в перекачиваемой электропроводной среде.
Для приведения в действие насоса в обмотку индуктора подается трехфазное переменное напряжение. Переменный ток, протекающий по обмотке, создает переменное по времени магнитное поле, которое индуцирует ток в перекачиваемой электропроводной среде рабочего канала, в качестве которой используется, например, жидкометаллический теплоноситель натрий. Наведенный электрический ток, взаимодействуя с магнитным полем индуктора, создает силу, толкающую жидкометаллический теплоноситель вдоль рабочего канала. При этом происходит повышение температуры основных рабочих элементов насоса, в частности корпуса 1 насоса и наружной обечайки 5 рабочего канала насоса, что приводит к различным термическим расширениям и удлинениям указанных элементов.
Благодаря выполнению узла компенсации в виде взаимодействующих друг с другом внутреннего фланца 12, выполненного с радиально расположенными пазами 13, и внешнего фланца 14, выполненного с соединительными пальцами 15, установленными в пазах 13 внутреннего фланца 12, и соединению внутреннего фланца 12 с наружной обечайкой 5, а внешнего фланца 14 - с корпусом 1, обеспечивается возможность одновременной компенсации радиального и осевого перемещения основных рабочих элементов насоса и центрирования рабочего канала насоса во всех температурных режимах работы насоса.
При этом температура с наружной обечайки 5 передается на внешний фланец 14, который также подвержен радиальному расширению. За счет радиального расширения у фланца 12 изменяется положение пазов 13. Паз 13 фланца 12 перемещается вдоль пальца 15 оставляя ось внутреннего фланца 12 в неизменном положении относительно внешнего фланца 14. Учитывая, что палец 15 зафиксирован на внешнем фланце 14, наружная обечайка 5 также остается в неизменном положении в радиальном направлении относительно внешнего фланца 14. Паз 13 внутреннего фланца 12 перемещается по пальцу 15 в осевом направлении, что приводит к линейной компенсации.
Пазы 13 внутреннего фланца 12 могут быть выполнены как закрытыми, так и открытыми в зависимости от конструктивных особенностей насоса, что определяется наличием свободного пространства при установке фланца 12 внутри конструкции. Величина закрытого паза 13 зависит от величины хода пальца 15 при температурном расширении.
Расстояние между фланцами 12 и 14 определяется величиной температурных расширений, на которые происходит увеличение длины горячего магнитопровода 3 относительно холодного корпуса 1.
Количество соединительных пальцев 15 внешнего фланца 14 определятся размером и технологическими особенностями конструкции насоса и может меняться от 3 до 8. Так, например, при количестве соединительных пальцев 15 менее 3 не обеспечивается компенсация радиального расширения, а количество соединительных пальцев более 8 нецелесообразно, поскольку теряется жесткость внутреннего фланца 12 и внешнего фланца 14 из-за большого количества пазов.
Таким образом электромагнитный индукционный насос обеспечивает возможность одновременной компенсации радиального и осевого перемещения основных рабочих элементов насоса и центрирования рабочего канала насоса во всех температурных режимах работы насоса.