ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ НАСОС

Жидкометаллический насос.
Полезная модель относится к области электромагнитного транснортирования электропроводящих жидкостей, а конкретнее, к устройству плоских индукционных насосов.
Известны линейные жидкометаллические насосы, состоящие из двух индукторов, каждый из которых состоит из сердечника и трехфазной обмотки. Между индукторами находится канал с жидким металлом (А.Н.Вольдек Электрические машины. Ленинградское отделение Энергия, 1974, с.595; Я.Я.Лиелпетер Жидкометаллические индукционные МГД-машины., Рига, Зинатне, 1969, с. 198-231).
При протекании жидкого металла по каналу переход от нулевой скорости частиц жидкого металла, прилипающих к поверхностям стенок канала, к скорости ядра потока жидкого металла происходит очень резко в области, расположенной в непосредственной близости к поверхностям стенок канала. Ввиду этого в пристеночных областях развиваются значительные силы вязкого
трения, что приводит к уменьшению КПД насоса.
Известный линейный индукционный насос ( П.А.Андреев, А.А.Канаев, Е.Д.Федорович. Жидкометаллические носители ядерных реакторов. Ленинград. СУДПРОМГИЗ 1959. с.262) имеет корпус их тонкостенной листовой стали, внутри которого расположены два магнитопровода (верхний и нижний). В пазах магнитопроводов уложена электрическая 3-х фазная обмотка. Между магнитопроводами расположен металлический канал для прокачки жидкого металла. Боковая поверхность канала снаружи
МПК - H02N4/20
окружена теплоизолирующим кожухом. На наружной поверхности стенок канала установлены электронагреватели. Действие электронагревателей пода ерживает температуру плавления в жидком металле который находиться внутри канала.
Под действием бегущего магнитного поля, созданного 3-х фазной обмоткой, в жидком металле наводятся вихревые токи. Взаимодействие вихревых токов с бегущим магнитным полем приводит к появлению пропульсивной силы, под действием которой он проиходит в движение.
Недостатком данного насоса является то, что у стенок канала (на самой стенке локальная скорость равна нулю) присутствие рабочей электромагнитной силы (силы, которая появляется в результате взаимодействия поля возбуждения с токами, индуцированными в жидком металле этим полем) приводит, при неизменной средней скорости течения, к увеличению градиента скорости, в результате чего увеличивается сила трения на стенке, что в свою очередь ведет к уменьшению к.п.д. насоса.
Задачей настоящей полезной моде.ли яв.ляется увеличение к.п.д. насоса.
Указанная задача достигается тем, что в насосе, содержащем внешний корпус из тонкостенной листовой стали, внутри которого расположены два магнитопровода статора , в пазах магнитопроводов уложена электрическая 3-х фазная обмотка, между магнитопроводами расположен коробчатый канал с металлическими стенками, наружная боковая поверхность канала снабжена электронагревателями и окружена теплоизолирующим
Стр.2
кожухом, внутренняя стенка канала выполнена в виде гофра , ориентированного поперек направления движения потока жидкого
металла , причем уг1Ц7блен ая гофра одной стенкж находятся напротив выступа гофра поотивоположной стенки канала.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что
заявленный насос отличается выполнением внутренней стенки канала гофрированной. Таким образом, заявленный насос соответствует критерию новизна.
Отмеченная новизна данного насоса исследована по его существенным признакам на соответствие критерию изобретательский уровень, при этом были приняты во внимание внешние источники информации в данной и родственных областях техники, а также то условие, что все существенные признаки изобретения находятся в единой и логической взаимосвязи и направлены в совокупности на достижение единого результата.
Так в источнике (Передача энергии с использованием сверхпроводимости и криорезистивной техники. Исследования и разработки Японии., Н.Итон и др. Всемирный электротехнический конгресс., М., 1977, секц. 2, с. 1-22) выявлен разъемный токовод, в котором для осуществления перемещения подвижной части используется деформация гофрированного сифона. Очевидно, что данное устройство по своей конструкции, выполняемым функциям и достигнутым результатам не эквивалентно предлагаемому устройству. Это позволяет заключить, что предлагаемый насос обладает новизной и отвечает критерию  изобретательский уровень .
На фиг.1 дан разрез заявляемого насоса:
1- магнитопроводы статора;
2- обмотка;
3- стенка канала;
4- полость канала;
5- термоизоляционный кожух;
6- стальной корпус;
7- электронагреватель.
На фиг.2 показан механизм образования элементарного вихря (катка) жидкого металла:
1- стенка канала;
2- элементарный вихрь (каток) жидкого металла;
3- ядро потока жидкого металла.
Обмотки возбуждения 2 (фиг. 1) магнитопроводов статора 1 создают бегущее магнитное поле, которое наводит в жидком металле токи. Вследствие взаимодействия этих токов с магнитным полем возбуждения возникают электромагнитные силы, действующие на частицы жидкого металла. В результате развивается напор, и жидкий металл приходит в движение по направлению движения поля с некоторым скольжением относительно его.
Электронагреватели 7, расположенные на наружной поверхности стенок 3. металлического канала, поддерживают металл в жидком состоянии. Термоизоляционный кожух 5 предохраняет магнитопроводы 1 и обмотку 2 от теплового воздействия электронагревателей 7.
Снаружи вся конструкция помещена в стальной корпус б.
Стр. 4
При прохождении жидкого металла в полости канала 4 поперечные направлению потока углубления гофра стенки канала 3 являются инициаторами образования вихрей жидкого металла в пристеночной области канала - своеобразных вращающихся элементарных вихрей (катков) жидкого металла.
Механизм образования элементарного вихря (катка) металла описывается классической задачей гидродинамики - обтекание угла струей жидкости.
В значительном диапазоне скоростей жидкости у вершины обтекаемого угла возникает завихренная зона, в нашем случае элементарный вихрь (каток) жидкого металла (М.А.Лаврентьев, Б.В. Шабат, Проблемы гидродинамики и их математические модели., М., Наука, 1977., с 190,234). Ядро потока жидкого металла 3 (фиг.2) движется по элементарным вихрям (каткам) жидкого металла 2, вращающимся в углублении стенки канала 1, что по сравнению с прототипом, где имеется скольжение жидкого металла по гладкой стенке канала, значительно уменьшает потери на трение, а значит увеличивает к.п.д. насоса.
Гофрирование противолежащих стенок канала осуществлено так, что углубления гофра одной стенки находятся напротив выступов гофра противоположной стенки канала. Таким образом, площадь поперечного сечения канала остается постоянной, что ведет к отсутствию разрывов потока жидкого металла, т.е. отсутствию кавитации.
В насосе, выбранном в качестве прототипа, КПД составил
Стр.5
0,. К.п.д. определен как отношение механической (гидравлической) мощности к активной мощности индуктора. Рабочий жидкий металл - ртуть при числе Рейнолъдса 29, и скорости течения 1,67 м/с. Насос характеризуется следующими
параметрами:
42
1)полный напор - 9, Н/м ;
2)размеры сечения канала - 0,,01 м ;
3)длина канала - 0,24 м;
4)скорость движения бегущего магнитного по.ля - 96 м/с;
5)коэффициент трения жидкого металла о стенку канала 0,0135;
Коэффициент трения жидкого металла в заявляемом насосе составил 0,0018. При тех же параметрах насоса в заявляемом насосе к.п.д. равен 0,.