Электромагнитный индукционный насос (его варианты)

 

1. Электромагнитный индукционный насос, содержащий канал, магнитопровод и многофазную обмотку возбуждения с числом пар полюсов Рп не t. менее, по крайней мере, двух причем фазные зоны последовательно расположенных пар полюсов сдвинуты по фазе, чающийся тем, что, с целбю повышения эффективности путем устранения неустойчивой работы насоса при резко выраженных колебаниях давления и расхода, фазные зоны обмотки возбуждения, принадлежащие каждой фазе, расположены на каждой последующей паре полюсных делений по всей длине насоса со сдвигом на угол Р п злектрических .градусов, где m. m - число фаз обмотки возбуждения, п 1 f

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН це сэ (Si)S Н 02 К 44/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHflM

ПРИ ГННТ СССР (21) 3338970/26 (22) 07.07.81 (46) 07.08.91. Бюл. N 29 (72) И.P.Кириллов, С.М.Кочемаэов, А.П.Огородников и В.П.Остапенко (53) 538.4 (088 ° 8) (56) Баранов Г.А., Глухих В.А., Кирилов И.P. Расчет и проектирование индукционных МГД вЂ” машин с жидкометаллическим рабочим телом. М.: Атомиздат, 1978, с. 8.

Авторское свидетельство СССР

11I 723745, кл. Н 02 К 44/06, 09,08.78, Кебадэе Б.В. и др. Исследование неустойчивых режимов работы цилиндрического линейного индукционного насоса. Магнитная гидродинамика, 1979 ° 11I 4, с, 89-94. (54) ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ

НАСОС (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Электромагнитный индукцион« ный насос, содержащий канал, магнитопровод и многофазную обмотку возбуждения с числом пар полюсов Рп не менее, по крайней мере, двух причем фазные зоны последовательно расположенных пар полюсов сдвинуты по фазе, отличающийся тем, что, 1 с целью повышения эффективности путем устранения неустойчивой работы насоса при резко выраженных колебаниях давления и расхода, фазные зоны обмотки возбуждения, принадлежащие каждой фазе, расположены на каждой последующей паре полюсных делений по всей длине насоса со сдвигом на угол

1=II

= — и электрических, градусов, где

m — - число фаз обмотки возбуждения, n = 1 —. (2m-1).

2. Насос р содержащий канал, магнитопровод и многофаэную обмотку возбуждения с числом пар полюсов Рп не менее, по крайней мере, трех причем фазные зоны последовательно расположенных пар полюсов сдвинуты по фазе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем устранения неустойчивой работы насоса при умеренных колебаниях давления и расхода, фазные зоны обмотки возбуждения, принадлежащие каждой фазе, расположены у отдельных пар полюсных делений относительно предыдущей лары полюсных делений со сдвиа

roM на угол P = — — n электричесm ких градусов, где m — число фаз об мотки всзбуждения, п 1-.(2ш-1).

3. Насос, содержащий канал, магнитопровод и многофазную обмотку возбуждения с числом пар полюсов Рп не менее по крайней мере двух, причем фазные зоны последовательно расположенных пар полюсов сдвинуты по фазе, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности путем устранения неустойчивой работы насоса при слабых колебаниях давления и расхода и повышения его эффективности, фазные зоны обмотки возбужде! ния, принадлежащие каждой фазе, расположены у отдельных пар полюсных делений относительно предыдущей пары полюсных делений со сдвигом на угол

П

+ — — (электрических градусов, III g где m — число фаз обмотки возбуждения q — число пазов на полюс и фазу; (q 1) °

1151175

Изобретение относится к области магнитогидродинамической техники (МГД-техники), в частности к области линейных индукционных электромагнит5 ных насосов. Оно может быть использовано в насосах для перекачивания жидкометаллических теплоносителей в контурах атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, исследо- 10 вательских жидкометаллических контурах, в металлургической промьппленности, в других технологических установках, Известен ряд конструкций индукционных насосов, основными узлами которых являются индуктор с сердечником, канал и многофазная обмотка возбуждения. Обмотка создает бегущее вдоль канала магнитное поле, при 20 взаимодействии которого с индуктированными в жидком металле токами появляется электромагнитное усилие, обеспечивающее перемещение жидкого металла в канале насоса. Известно, 25 что основным параметром, характеризующим интенсивность магнитогидродинамических процессов в индукционных электромагнитных насосах, является параметр электромагнитного взаимодействия R+g = К,,„Я, где S — скольжение; .

9oO+

К„„= .2 магнитное число

Рейнольдс а, и

Ы= —— л и.

6 — полюсное деление; 40

k — проводимость перекачиваемой с реды, Q = 2 » f — круговая частота, — частота питающего тока, В линейных индукционных .насосах 45 при параметрах электромагнитного взаимодействия R mg> 1 профиль скорости токопроводящей жидкости в канале становится существенно неоднородным. В результате при Rn,+v.1 работа насоса становится неустойчивой, расход — на50 порная характеристика становится немонотонной, в ней появляются провалы, в насосе и контуре возникают низкочастотные (1 — 2 Гц) колебания давления, расход тока с амплитудой +20X и более. Поток жидкости металла электропроводного рабочего тела) в насосе имеет пульсирующий характер и вызывает вибрацию насоса и контура, что является недопустимым при эксплуатации насоса, например, в основных контурах реакторов на быстрых н6йтронах.

Известен также электромагнитный индукционный насос, содержащий канал, магнитопровод, многофазную обмотку возбуждения с числом пар полюсов не менее двух, причем фазные зоны последовательно расположенных пар полю сов сдвинуты по фазе, В данном устройстве для устранения неустойчивости работы при R® 1 волны линейной токовой нагрузки А „ cus(63 t — осх + (3) последовательно расположенных пар полюсов сдвинуты по фазе одна относительно другой с опережением на угол (3 = +120 электрических градусов или с .отставанием на угол

P = -120 электрических градусов. Такая конструкция насоса в ряде случаев дает возможность уменьшить уровень колебаний выходных параметров насоса, стабилизировать расход - на" ,порную характеристику, но не позволяет решить задачу в целом. Стабилизация достигается за счет увеличения потребляемого насосом тока, уменьшения его габаритной мощности и КПД.

Поскольку частота и амплитуда пульсаций параметров насоса зависит от его конструктивных параметров, режима работы, то вполне естественно, что и угол сдвига P = 120, предо ложенный для. снижения пульсаций, не может быть оптимальным во всех случаях. Как показали проведенные в последнее время экспериментальные исследования можно снизить уровень пульсаций и стабилизировать расход— напорную характеристику при углах о

Ф отличных от +120 С с такими же и даже меньшими энергетическими затратами и повысить КПД насоса по сравнению с известным решением.

Целью изобретения является повышение эффективности путем устранения неустойчивой работы насоса при различных колебаниях давления и расхода.

Поставленная цель достигается тем, что фазные зоны обмотки возбуждения, принадлежащие каждой фазе, расположены на каждой последующей паре полюсных делений по всей длине насоса со сдвиI 3 гом на угол P = — n электрических

m градусов, где m — число фаз обмотки

51175

На фиг.3 показана схема обмотки 3. с числом пар полюсных делений Рп

3 и числом пазов на полюс и фазу

q 2, выполненная по второму вари- .5 анту со сдвигом фазных зон обмотки возбуждения на последней, в данном случае, паре полюсных делений на

Т 180 угол P — ° n — — ° 2 120

m 3

На фиг.4 показана схема обмотки 3 выполненной по третьему варианту со сдвигом фаэных зон у обмотки на последней паре полюсов на угол P =

5 возбуждения; n = 1 — (2m — 1). Во втором варианте насоса фазные эоны обмотки возбуждения, принадлежащие каждой фазе, расположены у отдельных пар полюсных делений относительно предыдущей пары полюсных делений

Il со сдвигом на угол P = — n электриm ческих градусов.

В третьем варианте насоса содержащем обмотку возбуждения с числом нар полюсов Рп не менее двух, фазные эоны обмотки возбуждения

У принадлежащие каждой фазе, расположены у отдельных пар полюсных делений относительно предыдущей пары полюсных делений со сдвигом на угол Р

И

m q электрических градусов

l где q - число пазов на полюс и фазу

m — число фаз обмотки возбуждения;

F - 1 — (q-1)..

На фиг.1 изображен продольный разрез насоса, на фиг. 2, 3, 4 — схемы обмотки возбуждения, на фиг.5 и 6— экспериментальные кривые, иллюстриру ющие влияние -угла сдвига на КПД и, скорость.

На фиг.1 изображен продольный разрез электромагнитного насоса состоящего из прямоточного канала с внутренним магнитопроводом 1 и индуктора 2, в пазы которого уложена трехфаэная обмотка возбуждения 3, выполненная из дисковых катушек. На фиг.2 показана схема обмотки возбуждения с числом пар полюсов P. 3 и числом пазов на полюс и фазу q 2 выполненная согласно первому варианту со сдвигом фазных зон обмотки на каждой последующей паре полюсных деЛ лений 2ь относительно предыдущей пары полюсных делений на угол

180 — и = — — 5 = 300

m 3

6 и 180 — 30 и волны линей- ной токовой нагрузки.

При включении напряжения на обмот5 ку насоса на каждой паре полюсных делений создаются волны линейной токовой нагрузки 4, которые за счет смещения фазных зон обмотки также !

О сдвинуты одна относительно другой на той же угол. Разрывы в линейной токовой нагрузке обмотки индуктора (см. фиг. 2, 3, 4), образующиеся при сдвиге фазных зон, .приводят к

I5 появлению в движущейся электропроводящей среде дополнительных электромагнитных полей, имеющих характер бегущих от границ раздела волн со спадающей амплитудой. Взаимодействие их с.первичным магнитным по.лем (полем обмотки возбуждения) создает дополнительные к основным электромагнитные усилия в электропроводящей среде. Как показывает эксперимент, эти усилия выравнивают профиль скорости по азимуту и уменьшают колебания расхода и давления. Достигается это, как правило, за счет дополнительных энергетических затрат обусловленных дополнительными джоулевыми потерями мощности .в электропроводящей. среде. При отдельных сочетаниях характерных параметров возможно и уменьшение потребляемой мощности (повышение КПД) в сравнении с

35 классической схемой.

Исследования проведены на индукционном линейном цилиндрическом насосе, имеющем следующие значения характерных параметров: Ryn = 4,7; ш

= 3; q = 2, число пар полюсов Рп

= 3. Согласно первого и второго ва риантов изобретения 6 и = 60 о.

= 300; согласно третьего варианта

45 р „ = 30 . При выполнении обмотки с указанными углами сдвига фазных зон во всех случаях наблюдалось уменьшение в той или иной степени колебаний давления и расхода насоса и рас0 ширение зоны его устойчивой работы

Как установлено в работе источником колебаний параметров является возникновение неоднородного по азимуту профиля скорости течения жидкости в канале насоса при R S ) 1 и

5 образование вихревых течений при выходе этого профиля из насоса. Отсюда степень ослабления колебаний зависит от степени выравнивания профиля скорости. На фиг.5 представлено экспери1151175 ментально полученное распределение осевой составляющей скорости (Ч) по азимуту цилиндрического канала на его выходе из различных углов сдвига фазных зон. Профили соответствуют скольжению S = 0,525, по оси абсцисс отложены номера датчиков, расположенных по окружности канала. Чем меньше угол сдвига фазных зон, тем меньше выравнивается профиль скорости, слабее подавляются колебания расхода и давления.

Положительный эффект достигается, как показывают эксперименты, во всем вышеуказанном диапазоне изменения угла (. Выбор конкретного угла сдвига фазных зон по известным методикам расчета индукционных насосов не представляется возможным. Чтобы определить расчетно-теоретическим путем оптимальный в каждом конкретном случае угол, необходимо решить двумерную магнитогидродинамическую задачу о турбулентном движении проводящей среды в бегущем магнитном поле.

Такого решения в настоящее время нет.

Результаты экспериментальных исследований позволяют дать следующие рекомендации по выбору оптимальных углов сдвига фаэных зон. Чем больше значения угла сдвига 5, тем сильнее подавляются колебания расхода и давления. С другой стороны, чем больше 8 тем больше затраты мощности и меньше КПД насоса (см. фиг. 6). На фиг. 6: $ — КПД насоса, Q — расход жидкого металла; S — скольжение .

Экспериментальные исследования, проведенйые на ряде. насосов, показывают, что выбор оптимального угла сдвига и количества пар полюсов Р> на которых следует производить фаэовые сдвиги, зависит от конструктивного исполнения машины: ее длины, степени несимметрии магнитного зазора по длине и по периметру, условий входа и выхода, Для машин с несимметричным входом канала и резко выраженными колебаниями параметров необходимо брать большие углы и фаэовые сдвиги делать на каждой паре полюсных делений, начиная с второй от входа.

Для машин с умеренными колебаниями вполне достаточно ввести сдвиг на отдельных парах полюсных делений по длине машины. Для машин со слабыми колебаниями достаточно вести малый фазовый сдвиг по всей длине машины или на отдельных парах полюсных делений. Поскольку найти один оптимальный угол сдвига, позволяющий бы:

2р решить всю задачу В целом для каждо го насоса, не представляется возможным, для достижения поставленной цели в зависимости от уровня колебаний, определяемого конструктивными особен25 ностями насоса и режима работы, используется один из предлагаемых вариантов. Использование предлагаемых вариантов позволит расширить область устойчивой работы электромагнитных насосов. Опыт проектирования электромагнитных насосов показывает, что они, как правило, имеют максимальный КПД при минимальном весе ак1 тивных материалов на единицу мощности в обл ас ти э наче ний Рп, z > 1, где

35 насосы работают неустойчиво. Использование предлагаемых решений позволяет устранить неустойчивость работы насосов в области К„„ )1, выбрать оп40 тимальные геометрические размеры канала и индуктора и за счет этого повысить на 3 — 5Х КПД насосов и снизить вес активных материалов на

15-20Х.

f151175

Раг.1

Фиг. 2

z в х с э я z в х

Фиг З

1 151175

V, Ж/ C

f2

Фиг.5

1, %

D3 $

D7

Редактор O,Ôèëèïïoâà Техред А.Кравчук Корректор И. Эрдейи

Заказ 3436 Тираж 319 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101