螺旋电磁泵的制作方法

1.本发明涉及电磁泵技术领域，特别涉及一种螺旋电磁泵。


背景技术：

2.电磁泵作为一种重要的液态金属输送设备，因其具有无介质接触、无运动部件、密封完全、维护简便等优点，在核电领域得到了广泛应用。
3.在电磁泵常见的应用场景中，通常无需考虑电磁泵的尺寸因素，因此，电磁泵通常具有较大的尺寸。然而，在某些特殊应用场景中，如某些车载装置或水下装置，系统总空间受到限制，要求电磁泵的尺寸小，且具有高扬程。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种体积小高扬程的螺旋电磁泵。
5.为了实现上述目的，本技术实施例提供了一种螺旋电磁泵，包括：
6.泵沟外壳，所述泵沟外壳限定有容纳腔，所述泵沟外壳的径向周壁设有与所述容纳腔连通的用于接收液态金属的液流入口；
7.泵沟内壳，设置于所述容纳腔内；
8.泵沟管道，所述泵沟管道的轴向两端均为开口端，所述泵沟管道的一部分位于所述容纳腔内，另一部分从所述泵沟外壳的一侧轴向端壁延伸至所述容纳腔外，所述泵沟管道与所述泵沟外壳之间形成外层环形流道，所述泵沟管道与所述泵沟内壳之间形成与所述外层环形流道连通的内层环形流道，从而经由所述液流入口进入所述容纳腔内的液态金属依次流经所述外层环形流道和所述内层环形流道，从所述泵沟管道的位于所述容纳腔外部的开口端流出；
9.第一螺旋叶片，设置于所述泵沟管道与所述泵沟外壳之间，以在所述外层环形流道内形成外层螺旋流道；
10.第二螺旋叶片，设置于所述泵沟管道与所述泵沟内壳之间，以在所述内层环形流道内形成内层螺旋流道；以及
11.电磁驱动装置，用于提供驱动所述液态金属从所述液流入口沿所述外层螺旋流道向所述内层螺旋流道流动的电磁力。
附图说明
12.通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。
13.图1是根据本发明一个实施例的螺旋电磁泵的剖面示意图；
14.图2是图1所示螺旋电磁泵的局部放大图；
15.图3是图1所示泵沟管道的结构示意图；以及
16.图4是图1所示泵沟内壳的结构示意图。
17.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
18.附图标记说明：
19.100、螺旋电磁泵；
20.10、泵沟内壳；102、内层环形流道；11、直管段；111、第二螺旋叶片；112、第二导流部；12、导流段；
21.20、泵沟外壳；201、液流入口；202、外层环形流道；21、容纳腔；22、径向周壁；23、轴向端壁；
22.30、泵沟管道；301、开口端；31、第一螺旋叶片；32、第一导流部；321、第一侧壁；322、第二侧壁；323、连接侧壁；33、轴向端面；
23.40、内部铁芯；50、外部铁芯；60、线圈；70、隔热层。
具体实施方式
24.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
26.在本发明实施例的描述中“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
27.参见图1和图2，本发明实施例的螺旋电磁泵100包括：泵沟外壳20，泵沟内壳10，泵沟管道30，第一螺旋叶片31，第二螺旋叶片111以及电磁驱动装置。
28.泵沟外壳20限定有容纳腔21，泵沟外壳20的径向周壁22设有与容纳腔21连通的用于接收液态金属的液流入口201。泵沟内壳10设置于容纳腔21内。
29.泵沟管道30的轴向两端均为开口端。泵沟管道30的一部分位于容纳腔21内，另一部分从泵沟外壳20的一侧轴向端壁23延伸至容纳腔21外。泵沟管道30与泵沟外壳20之间形成外层环形流道202，泵沟管道30与泵沟内壳10之间形成与外层环形流道202连通的内层环形流道102，从而经由液流入口201进入容纳腔21内的液态金属依次流经外层环形流道202和内层环形流道102，从泵沟管道30的位于容纳腔21外部的开口端301流出。
30.泵沟管道30的位于容纳腔21外部的开口端301即为螺旋电磁泵100的液流出口。
31.第一螺旋叶片31设置于泵沟管道30与泵沟外壳20之间，以在外层环形流道202内形成外层螺旋流道。第二螺旋叶片111设置于泵沟管道30与泵沟内壳10之间，以在内层环形流道102内形成内层螺旋流道。
32.电磁驱动装置用于提供驱动液态金属从液流入口201沿外层螺旋流道向内层螺旋流道流动的电磁力。
33.在本技术实施例中，由于在泵沟外壳20内部形成内外双层螺旋流道，当电磁驱动装置提供驱动液态金属流动的电磁力时，由于液态金属经历两个螺旋通道的驱动，使得电磁泵的扬程相较一个螺旋通道的扬程显著提高。
34.此外，相比仅设置一层螺旋流道，本技术实施例的螺旋电磁泵100由于在泵沟外壳20内部形成内外双层螺旋流道，能够有效降低电磁泵的体积和重量，如体积能够降低约50％。同时，本技术实施例由于在泵沟外壳20内部形成内外双层螺旋流道，还能够提高螺旋电磁泵100的效率，与其他类型电磁泵相比，效率提升约28％。
35.参见图3，在一些实施例中，第一螺旋叶片31形成于泵沟管道30的径向外侧表面。在这样的实施例中，第一螺旋叶片31可以为形成在泵沟管道30的外螺旋槽或外螺旋肋。第一螺旋叶片31在泵沟管道30上沿螺旋延伸。容易理解，第一螺旋叶片31的螺距远小于第一螺旋叶片31沿轴向的长度。例如，第一螺旋叶片31沿轴向的长度可以为螺距的5倍以上。
36.在一些实施例中，第一螺旋叶片31可以与泵沟外壳20的径向周壁22的内表面间隙配合。从而，能够有效避免液态金属从螺旋叶片的径向端部与泵沟外壳20的径向周壁22之间的间隙中直接流过，而不进入螺旋流道内流动。第一螺旋叶片31可焊接于泵沟管道30的径向外侧表面。
37.在另一些实施例中，第一螺旋叶片31也可形成于泵沟外壳20的径向周壁22的内表面。第一螺旋叶片31可焊接于泵沟外壳20的径向周壁22的内表面。
38.参见图4，在一些实施例中，第二螺旋叶片111可形成于泵沟内壳10的径向周壁的外表面。在这样的实施例中，第二螺旋叶片111可以为形成在泵沟内壳10的径向周壁的外螺旋槽或外螺旋肋。第二螺旋叶片111在泵沟内壳10的径向周壁上沿螺旋延伸。容易理解，第二螺旋叶片111的螺距远小于第二螺旋叶片111沿轴向的长度。例如，第二螺旋叶片111沿轴向的长度可以为螺距的5倍以上。
39.第二螺旋叶片111与泵沟管道30的径向内侧表面间隙配合。从而，能够有效避免液态金属从螺旋叶片的径向端部与泵沟管道30的管壁之间的间隙中直接流过，而不进入螺旋流道内流动。第二螺旋叶片111可焊接于泵沟内壳10的径向周壁的外表面。
40.在另一些实施例中，第二螺旋叶片111也可形成于泵沟管道30的径向内表面。第二螺旋叶片111也可焊接于泵沟管道30的径向内表面。
41.在一些实施例中，第一螺旋叶片31和第二螺旋叶片111的螺距相同，从而尽量维持液态金属流动的稳定性。
42.在一些实施例中，第一螺旋叶片31和第二螺旋叶片111沿轴向的长度相同。
43.在一些实施例中，第一螺旋叶片31和第二螺旋叶片111的旋转方向相反，从而有利于提高液态金属的流动速度。在另一些实施例中，如图3和图4所示，第一螺旋叶片31和第二螺旋叶片111的旋转方向也可以相同。
44.在一些实施例中，内层环形流道102与外层环形流道202的环宽相同，从而有利于保持液态金属流动的稳定性。
45.在一些实施例中，外层环形流道202的环宽小于液流入口201的直径。进一步地，外层环形流道202的环宽为液流入口201的直径的三分之一至八分之一。从而，当液态金属从液流入口201进入外层环形流道202在螺旋流道内流动时，电流能够依次贯穿各匝液态金属和匝间螺旋叶片沿轴向导通，使得液态金属通道的匝之间以及液态金属与通道壁之间存在可靠的电接触，以便次级电流可以沿轴向依次流过通道的各匝。
46.在一些实施例中，泵沟管道30位于容纳腔21内的轴向端面33与泵沟外壳20的另一侧轴向端壁之间存在间距。内层环形流道102与外层环形流道202通过该间距实现连通。
47.泵沟管道30位于容纳腔21内的轴向端面33与泵沟外壳20邻近轴向端面33的一侧轴向端壁之间的间距大于泵沟外壳20的径向周壁22的内表面与泵沟内壳10的径向周壁的外表面之间的间距，以便于提高液态金属流动的连续性和稳定性。
48.在另一些实施例中，也可在泵沟管道30位于容纳腔21内的轴向端面33附近设置至少一个通孔，以使内层环形流道102与外层环形流道202通过该至少一个通孔实现连通。
49.在一些实施例中，泵沟外壳20邻近轴向端面33的一侧轴向端壁与泵沟内壳10相应一侧的轴向端壁固定连接。例如，泵沟外壳20邻近轴向端面33的一侧轴向端壁与泵沟内壳10相应一侧的轴向端壁焊接。
50.在一些实施例中，泵沟外壳20邻近轴向端面33的一侧轴向端壁部分作为泵沟内壳10相应一侧的轴向端壁。即，泵沟外壳20与泵沟内壳10共用一侧轴向端壁。泵沟内壳10的径向管壁的端面直接焊接于泵沟外壳20的一侧轴向端壁。
51.液流入口201可远离泵沟管道30位于容纳腔21内的轴向端面33设置。如此设置，有利于增大螺旋流道的长度。
52.第一螺旋叶片31可自泵沟管道30位于容纳腔21内的轴向端面33朝液流入口201方向延伸。
53.泵沟管道30靠近液流入口201的径向外侧表面沿周向间隔地设置多个第一导流部32，经由液流入口201进入容纳腔21内的液态金属经由多个第一导流部32导流后进入外层螺旋流道，从而有利于使液态金属按设计的螺旋流道流动。
54.第一导流部32的数量例如可为3个，4个，5个，或更多个。第一导流部32的长度方向与泵沟管道30的轴向方向具有夹角。
55.第一导流部32包括第一侧壁321，与第一侧壁321相接的第二侧壁322，以及同时连接第一侧壁321和第二侧壁322的连接侧壁323。其中，第一侧壁321和第二侧壁322为弧形，第一侧壁321和第二侧壁322通过弧形的连接侧壁323圆滑过渡。第一侧壁321的弧形、第二侧壁322的弧形与第一螺旋叶片31的螺旋方向大致相同，从而更有利于使液态金属按设计的螺旋流道流动。
56.在一些实施例中，泵沟内壳10包括内径均匀的直管段11和与直管段11相接且内径渐缩的导流段12，导流段12相比直管段11更靠近泵沟外壳20的液流入口201。导流段12可以降低流动阻力损失。
57.第二螺旋叶片111形成于直管段11的径向外侧表面。
58.直管段11位于第二螺旋叶片111与导流段12之间的径向外侧表面沿周向间隔地设置多个第二导流部112，从外层螺旋流道流出的液态金属经由多个第二导流部112导流后进入泵沟管道30。第二导流部112的形状可以与第一导流部32基本相同，也具有第一侧壁、与第一侧壁相接的第二侧壁，以及同时连接第一侧壁和第二侧壁的连接侧壁。第二导流部112的第一侧壁和第二侧壁的弧形与第二螺旋叶片111的螺旋方向大致相同。
59.在一些实施例中，第一螺旋叶片31、第二螺旋叶片111与泵沟管道30的材料相同。例如，当工作温度在600℃条件以下时，第一螺旋叶片31、第二螺旋叶片111与泵沟管道30一般选择奥氏体不锈钢材料。
60.在一些实施例中，电磁驱动装置包括：内部铁芯40、外部铁芯50以及多个线圈60。
61.内部铁芯40设置在泵沟内壳10内。在一些实施例中，内部铁芯40可由多个硅钢片
在泵沟内壳10的径向内侧沿周向叠制而成。在一些实施例中，内部铁芯40可由多个扇形铁芯组成。每个扇形铁芯由多个硅钢片沿周向紧密叠制而成。泵沟内壳10内部可以设有支撑轴，用于支撑内部铁芯40。
62.需要说明的是，内部铁芯40的具体形式不限于此。在其他实施例中，内部铁芯40也可具有本领域常用的其他结构。
63.外部铁芯50设置于泵沟外壳20的径向外侧。外部铁芯50可以在泵沟外壳20的径向外侧沿其轴向延伸。多个线圈60设置于外部铁芯50。
64.在一些实施例中，外部铁芯50沿其长度方向设有多个沿周向延伸的绕组槽。绕组槽沿外部铁芯50的长度方向等间隔分布。每个线圈60相应地设置在外部铁芯50的一个绕组槽内。
65.在另一些实施例中，外部铁芯50沿其周向方向设有多个沿轴向延伸的开槽。每个开槽可为自外部铁芯50的上表面向下凹陷形成，开槽的轴向两侧均为开放端。每个开槽内均插入多个线圈60，这些线圈60沿凹槽的深度方向分布。在这样的实施例中，线圈60可直接从开槽中拆卸和安装，而无需切割管道，可降低液态金属泄漏的风险，以及降低向液态金属系统内引入空气杂质，污染液态金属的品质。此外，如此设置，还有利于实现线圈60的自然通风散热，即无需额外的冷却系统。
66.由于流入泵沟外壳20内的液态金属温度太高，泵沟外壳20通常也具有较高的温度。可在外部铁芯50与泵沟外壳20之间设置隔热层70，用于阻碍泵沟外壳20向外部铁芯50方向的径向传热，以免外部铁芯50和线圈60的温度过高。在一些实施例中，隔热层70的材质可为短纤维隔热毡。
67.本技术实施例的螺旋电磁泵100，与圆柱型感应式电磁泵相比，在相同流量-扬程性能指标条件下，本技术实施例的螺旋电磁泵100效率更高，体积更小，适用于对安装空间和效率指标有严格限制的场合，包括核潜艇、空间堆、小堆等。
68.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
69.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。