Электромагнитный спиральный насос

Полезная модель относится к машиностроению и может быть использована в металлургии для перекачивания жидких металлов и сплавов. Сущность: спиральный насос содержит металлопровод в виде диска, внутри которого размещен канал, выполненный в виде плоской спирали Архимеда с несколькими витками; входной и выходной патрубки; токовводные шины, соединенные с внешними торцевыми участками металлопровода; два П-образных магнитопровода, охватывающих примыкающие к шинам участки электрически соединенных между собой витков канала. С целью улучшения выходных характеристик насоса (давление и расход) при том же токе внутренние торцевые участки металлопровода, охватываемые магнитопроводами, соединяют между собой токопроводящей шиной, а также участки металлопровода, охваченные магнитопроводами, соединяют шинами с двумя отдельными источниками тока Технический результат: уменьшение веса, габаритов и сложности изготовления электромагнитного спирального насоса. 1 н.п. ф-лы., 6 илл.

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.

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_пл=17 С). Проводимость сплава - 3,56×10⁶ 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.

1. Электромагнитный спиральный насос, содержащий 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, отличающийся тем, 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.

2. Электромагнитный спиральный насос по п.1, отличающийся тем, что внутренние торцевые участки металлопровода, охватываемые магнитопроводами, соединены токопроводящей шиной.

3. Электромагнитный спиральный насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что участки металлопровода, охваченные магнитопроводами, соединены шинами с двумя отдельными источниками тока.