Линейный индукционный насос

 

Изобретение относится к МГД-технике, в частности к усовершенствованию линейных индукционных насосов, и может быть использовано для перекачивания жидкометаллических теплоносителей. Целью изобретения является повышение КПД. Насос содержит внутренний сердечник и наружный магнитопровод с обмоткой. В рабочем канале установлены продольные перегородки, выходящие за длину магнитопровода, с отверстиями. Наличие перегородок во второй половине канала обеспечивает стабилизацию неоднородности профиля скорости при параметре электромагнитного взаимодействия R_nS>1 и, следовательно, уменьшение потерь, связанных с перестройкой профиля скорости. 3 ил.

Изобретение относится к области МГД-техники, в частности к усовершенствованию линейных индукционных насосов. Оно может быть использовано для перекачивания жидкометаллических теплоносителей в контурах атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах, а также для других технологических целей. Целью изобретения является повышение КПД. На фиг. 1 показан продольный разрез цилиндрического линейного индукционного насоса; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид перегородки, устанавливаемой в канале насоса. Насос содержит наружный магнитопровод 1, в пазах которого уложена трехфазная обмотка 2 возбуждения, рабочий канал 3, сердечник 4 внутреннего магнитопровода с входным 5 и выходным 6 обтекателями. В рабочем канале 3 установлены продольные перегородки 7, выходящие за длину магнитопровода с отверстиями 8. В случае расположения выходного обтекателя вплотную к магнитопроводу продольные перегородки вне магнитопровода располагаются в кольцевом диффузоре, образованном выходным обтекателем и наружной стенкой канала. При включении напряжения на обмотку 2 насоса в канале 3, заполненном жидким металлом, создается бегущее магнитное поле, под действием которого жидкий металл перемещается вдоль оси канала. Жидкий металл поступает из трубопровода к входному обтекателю 5, в активную зону канала 3, проходит между продольными перегородками 7, огибает выходной обтекатель 6 и поступает в трубопровод. Известно, что профиль скорости токопроводящей жидкости в канале при параметре электромагнитного взаимодействия R_m>1 имеет неоднородный характер, причем развитие неоднородности происходит от входа к выходу, и максимальную неоднородность профиль скорости имеет на выходе. В связи с этим и стабилизация его с помощью продольных перегородок необходима в этой зоне, т. е. на второй половине длины канала по ходу движения потока. Поскольку материал перегородок, как правило, имеет электропроводность меньше, чем электропроводность перекачиваемого металла, то их установка в канале несколько увеличивает сопротивление кольцевым токам в жидком металле. Для уменьшения этого влияния на кольцевые токи в перегородках имеются отверстия, площадь живого сечения которых уменьшается от середины к концу магнитопровода. Отверстия могут иметь различную форму: круглую, квадратную и т. д. При таком конструктивном исполнении перегородок в середине машины, где профиль скорости еще достаточно однороден, влияние перегородок на течение и токи будет невелико, поскольку и перегородках имеются отверстия и кольцевые токи могут замыкаться через жидкий металл в них. По мере приближения к выходу из индуктора профиль скорости приобретает все более неоднородный характер и влияние перегородок на стабилизацию течения становится все более существенным, так как площадь отверстий в них уменьшается и сходит на нет в конец инжектора. На выходе за магнитопроводом индуктора перегородки не имеют отверстий. Поэтому крупномасштабные вихри течения, имеющие место на выходе канала, разбиваются на ряд мелких вихрей продольными перегородками, происходит их гашение и стабилизация течения за счет сил турбулентного трения. Изменение структуры потока в канале, в активной зоне и на выходе насоса влияет и на интегральные характеристики машины - на потребляемую и выходную мощность, развиваемое давление, За счет получения более однородного профиля скорости в канале уменьшаются дополнительные джоулевы потери мощности, связанные с неоднородностью и перестройкой профиля скорости. Снижение потребляемой мощности за счет этих потерь ведет к повышению КПД насоса. Длина перегородок за индуктором выбирается по соотношению l_n2 ≥ 5d_r, где d_r - гидравлический диаметр канала. На этом участке происходит гашение и стабилизация течения мелкомасштабных вихрей продольными перегородками, так как для стабилизации течения, как известно из гидродинамики, поток должен пройти не менее 5 гидравлических диаметров. Для каналов цилиндрических линейных индукционных насосов характерно неравенство 2 π τ_ср>> h, где τ_ср - средний радиус канала; h - высота канала и d_r ≈ 2h. Высота канала в электромагнитных насосах на расходы от 100 до 1500 м³/ч составляет h= 10-20 мм. Следовательно, длина перегородок за индуктором будет составлять от 100 до 200 мм. Площадь живого сечения всех отверстий в перегородке выбирается не превышающей половину площади живого сечения перегородки, находящейся в зоне магнитопровода, поскольку с увеличением площади, занимаемой отверстиями в перегородке, снижаются эффективность стабилизации течения и механическая прочность перегородки. Стабилизация течения с помощью продольных перегородок подтверждена экспериментально. На насосе ЦЛИН - 3/150 было проведено измерение профиля скорости на выходе канала без перегородок и с семью перегородками, установленными согласно предлагаемому техническому решению. Канал имел высоту h= 12 мм, индуктор имел длину L= 900 мм, длина перегородок в зоне индуктора l_пл= 450 мм, общая площадь отверстий в перегородке составляла 17% от площади сечения перегородки в зоне индуктора, перегородки выходили за зону индуктора на длину l_n2= 5d_r= 5 ˙2h= 5 ˙2 ˙12= 120 мм. Установка перегородок позволяет при одной и той же допускаемой величине неоднородности потока Δ V/V увеличить R_mS в 1,5-1,8 раза. Следует отметить, что установка продольных перегородок, кроме повышения эффективности насоса, позволяет увеличить жесткость и, следовательно, надежность тонкостенного канала. Канал с перегородками хорошо выдерживает внешнее давление при вакуумировании контура перед его заполнением. (56) Авторское свидетельство СССР N 436422, кл. Н 03 К 44/06, 1974. Авторское свидетельство СССР N 1109005, кл. Н 02 К 44/06, 1983.

Формула изобретения

ЛИНЕЙНЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАСОС, содержащий магнитопроводы с обмоткой и продольные электропроводящие перегородки, разделяющие канал на ряд подканалов, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, электропроводящие перегородки расположены в канале на выходе насоса, длина их в активной зоне канала под магнитопроводом равна половине магнитопровода, а вне магнитопровода длина их составляет не менее 5 гидравлических диаметров канала, причем перегородки в активной зоне канала имеют поперечные отверстия, площадь живого сечения которых уменьшается от середины к концу магнитопровода, а суммарная площадь живых сечений всех отверстий не превышает половины площади живого сечения перегородки, находящейся под магнитопроводом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3