一种无转子的离心式液态金属磁力泵的制作方法

本发明涉及离心式磁力泵，尤其涉及用于泵送液态金属的离心式液态金属磁力泵。

背景技术：

离心泵是泵的一种重要种类，其由叶轮带动流体旋转产生离心力来输送流体。而传统形式的离心泵，由于其结构，即电机通过联轴器驱动主轴，再驱动叶轮，为了保证密封性和泵内压力，需要设置密封圈，减漏环，填料密封函来保证泵壳与主轴间的密封性。特别是填料函中的填料则由于与主轴间的高速转动磨损，需要定期更换，即使采用机械密封结构，仍会存在一定量的泄露，特别是用于泵送液态金属来冷却快中子增殖反应堆堆芯的一回路核主泵对密封的要求比较严格。而对于传动结构来说，较长的主轴在高速高扭矩的旋转中极其容易因为改变工况而频繁改变的剪应力而导致轴结构产生疲劳。并且，电机的扭矩经过联轴器结构多级传动，也会存在相应的传动损失。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种由恒定磁场直接驱动且没有叶轮转子的一体式磁力泵用于泵送液态金属或是其他可以载流而不发生化学变化的介质。

本发明是一种无转子的离心式液态金属磁力泵，本发明是一种无转子的离心式液态金属磁力泵，泵体内含固定导叶体26、进口整流锥25，包括第一泵壳14a，第二泵壳14b，第一蜗壳15a，第二蜗壳15b，前励磁线圈17，后励磁线圈13，前线圈座3，后线圈座11，前线圈罩5，后线圈罩9，前线圈盖4，后线圈盖12，第一蜗壳15a和第二蜗壳15b通过连接座环7连接构成蜗壳体，第一蜗壳15a和第二蜗壳15b分别连接在第一泵壳14a和第二泵壳14b上，前线圈座3和后线圈座11分别通过焊接连接到第一泵壳14a和第二泵壳14b上，通过用螺栓连接前线圈座3中的螺纹孔18和前线圈盖螺纹孔19，将前线圈盖4固定在进口环座20和前线圈座3中间，用于通过压紧来固定前线圈罩5，将前励磁线圈17固定在前线圈罩5和前线圈座3之间；直锥型吸入室2通过统一螺栓经过螺纹孔连接到进口环座20上，安装至第一泵壳14a上，直锥型吸入室2前有进口法兰1；后线圈盖11通过螺纹孔10与后线圈座11连接，后线圈罩9被后线圈盖12压紧在后线圈座11上，由此将后励磁线圈13固定在后线圈罩9和后线圈座11之间；后线圈座中间与第二泵壳14b组成的凹台里有电极接线盒8；正电极16a固定在进口整流锥25上，进口整流锥25固定在第一蜗壳15a上，负电极16b安装在固定导叶体26内，固定导叶体26固定在第一蜗壳15a上；前筋板22a、后筋板22b分别和第一蜗壳15a、第二蜗壳15b与前基板21a、后基板21b连接，构成支撑体。

本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：由于其无转子结构带来的效率高，没有轴承无需润滑散热，完全无泄漏，静音低振动等优点，将会非常适合作为使用液态金属作为冷却介质的核反应堆一回路主泵，特别是其静音低振动将会非常适合装置在对噪音水平严格控制的工况场合。

附图说明

图1是本发明侧视剖视图，也是图2的a-a剖视图，

图2是图1的设备外观的左视图，

图3是图2的主视图，

图4是本发明的轴侧剖视图，也是剖视结构示意图，

图5是本发明的磁场方向与分布示意图，

图6是本发明的流体在磁场中的受力分析图，

图7是任取的一个流体质点在径向加速流道内的流动轨迹示意图，

图8是环列的固定导叶体分布示意图。

附图标记及对应名称为：进口法兰1，直锥型吸入室2，前线圈座3，前线圈盖4，前线圈罩5，出口法兰6，连接座环7，电极接线盒8，后线圈罩9，螺纹孔10，后线圈座11，后线圈盖12，后励磁线圈13，第一泵壳14a，第二泵壳14b，第一蜗壳15a，第二蜗壳15b，负电极16b，正电极16a，前励磁线圈17，螺纹孔18，前线圈盖螺纹孔19，进口环座20，前基板21a，后基板21b，前筋板22a，后筋板22b，地脚螺栓孔23，隔舌24，进口整流锥25，固定导叶体26。

具体实施方式

如图1~图4所示，本发明是一种无转子的离心式液态金属磁力泵，泵体内含固定导叶体26、进口整流锥25，包括第一泵壳14a，第二泵壳14b，第一蜗壳15a，第二蜗壳15b，前励磁线圈17，后励磁线圈13，前线圈座3，后线圈座11，前线圈罩5，后线圈罩9，前线圈盖4，后线圈盖12，第一蜗壳15a和第二蜗壳15b通过连接座环7连接构成蜗壳体，第一蜗壳15a和第二蜗壳15b分别连接在第一泵壳14a和第二泵壳14b上，前线圈座3和后线圈座11分别通过焊接连接到第一泵壳14a和第二泵壳14b上，通过用螺栓连接前线圈座3中的螺纹孔18和前线圈盖螺纹孔19，将前线圈盖4固定在进口环座20和前线圈座3中间，用于通过压紧来固定前线圈罩5，将前励磁线圈17固定在前线圈罩5和前线圈座3之间；直锥型吸入室2通过统一螺栓经过螺纹孔连接到进口环座20上，安装至第一泵壳14a上，直锥型吸入室2前有进口法兰1；后线圈盖11通过螺纹孔10与后线圈座11连接，后线圈罩9被后线圈盖12压紧在后线圈座11上，由此将后励磁线圈13固定在后线圈罩9和后线圈座11之间；后线圈座中间与第二泵壳14b组成的凹台里有电极接线盒8；正电极16a固定在进口整流锥25上，进口整流锥25固定在第一蜗壳15a上，负电极16b安装在固定导叶体26内，固定导叶体26固定在第一蜗壳15a上；前筋板22a、后筋板22b分别和第一蜗壳15a、第二蜗壳15b与前基板21a、后基板21b连接，构成支撑体。

由于这种泵是通过位于泵壳外部的励磁线圈和电极直接通过安培力驱动通电工作介质，即利用通电泵送介质充当电机的转子和泵的叶轮，不在需要后接或是内置电机，省去了为了在后方外设电机而需要设计设置的轴承座，轴承，润滑油缸额外结构，和省略了用于在主轴穿过泵体处设置的动密封结构。其将会仅有静密封，外泄漏量完全为零，这适用于需要严苛禁止外泄漏的场合，例如作为一回路主泵用于泵送液态金属用于冷却核反应堆堆芯时，由于其没有动密封，所有的密封装置均为静密封，因此可以做到完全零泄漏，这对于核反应堆一回路来说是十分重要的，充满了衰变物质和受到辐照活化后成为放射源的一回路冷却剂将会被完全密封在回路管道内。同时由于其无转子无轴承的结构，仅仅有用于消除速度环量的活动导叶，其检修周期可以进一步延长。由于由通电泵送介质充当电机转子和泵的叶轮，没有旋转工作部件（没有转子），这样能有效减少因为旋转工作部件加工误差，装配误差等带来的震动问题所引发的噪音和工作震动。可以更加安静，适用于严格要求静音的场合和环境，并且由于其没有转子，也就没有轴承轴瓦，润滑油缸，冷却管路等额外设施，不再需要润滑和散热，可以进一步缩小体积。同时由于直接将电能转换为了泵送流体的扬程，不需要经过一道机械能的中途转换，通过变压调节励磁电流或是驱动电流来进行调速，其传动效率将会相较于以往的离心泵进一步提高。并且由于是由磁场直接对通电泵送介质做功，没有叶轮叶片结构，由这些结构带来的冲击损失，摩擦损失，容积损失与泄露损失将会不复存在；同时，由于是磁场和电流起到约束作用，实际上相当于无限叶片数，原本由于有限叶片数导致的对于流体质点的约束不完整导致的叶片出口处径向环量将会有效减少，水利损失减小，压力脉动减小，其综合水力效率相对于传统离心泵将会进一步提高。并且由叶轮前后盖板压差导致的与扬程相关的轴向力也将会不复存在，以此进一步省略了复杂而降低效率的轴向力平衡措施，可以进一步提高总效率。

如图1~图4所示，正电极16a固定在进口整流锥25上，负电极16b固定在固定导叶体26里，并以其作为整流罩，电极接线盒8位于第二泵壳14b上的后线圈座11的中心凹台里；离心泵的泵体外设置有励磁线圈阵列，包括前励磁线圈17、后励磁线圈13，还有前线圈座3、后线圈座11、前线圈罩5、后线圈罩9、前线圈盖4、后线圈盖12，前线圈盖4、后线圈盖12通过螺栓连接前线圈座3、后线圈座11上，并通过压紧的方式将前线圈罩5、后线圈罩9固定在前线圈座3、后线圈座11上，前线圈座3、后线圈座11分别固定在前泵壳14、后泵壳15上，将前励磁线圈17、后励磁线圈13压紧固定在前线圈罩5、后线圈罩9中间。

如图1~图8所示，所述的固定导叶体26，通过螺栓必要连接件或者焊接，一体铸造措施，与第二泵壳14b连接在一起；所述的进口整流锥25以同样的方法连接固定于第二泵壳14b上；位于进口整流锥25和环列的固定导叶体26之间，由第一泵壳14a和第二泵壳14b充当轴向约束的径向流道组成了替代传统离心泵中叶轮的加速流道段；这一段径向加速流道是水平垂直于轴向，即进口方向的，或者依据流动轨迹修改为带角度倾斜的类圆锥结构。

如图1~图4所示，所述的前励磁线圈17、后励磁线圈13，通入直流电，产生一个轴向，即进口方向的恒定磁场，磁感线平行于轴向穿透整个径向加速流道并均匀分布，并且垂直于流体的流动轨迹或是正电极16a、负电极16b间的连线。

如图1~图6所示，所述的第一泵壳14a，第二泵壳14b，第一蜗壳15a和第二蜗壳15b选择低导磁率、良好绝缘性能、耐高温的陶瓷材料组成，能够有效隔离正电极16a、负电极16b间的电势使得仅能由被泵送的介质作为两个电极间的载流导体的同时保证在由第一泵壳14a和第二泵壳14b充当轴向约束的径向流道组成的加速流道段中均匀覆盖的匀强磁场。

如图1~图6所示，电极部分，包括正电极16a、负电极16b能够使得被泵送介质在进口半径方向上成为载流导体，电流方向垂直于磁场方向。

本发明的工作过程如下：本发明通过向位于进口整流锥25内的正电极16a和位于固定导叶体26内的负电极16b加载恒压电压，使得位于俩电极间的被泵送介质（例如液态金属）成为无数道电流方向沿半径方向指向统一指向圆心（进口整流锥）或远离圆心的载流导体，此时向位于泵壳外的前/后励磁线圈17/13加载恒压电压，直流电流将会在励磁线圈中心产生一个如图5的匀强磁场，此时根据图6受力分析图可知，两个电极间的载流导体即被泵送介质，将会受到一个依据右手定则判定方向的安培力，并开始旋转，受力旋转后任取的一个流体质点的运动轨迹将会如图7，当流体流出位于匀强磁场中由环列固定固定导叶体26包围的由第一泵壳14a、第二泵壳14b轴向约束的加速流道段后，将会进入到图8（环列的固定导叶体分布示意图）所示的由环列导叶体26组成的环列叶栅中，以此消除速度环量和进一步改变流动方向减小冲击损失，之后流出环列固定导叶体26的被泵送液体将会被由第一蜗壳15a和第二蜗壳15b经由连接座环7连接拼装而成的蜗壳体收集起来，进一步减速增压，经由出口段泵出。而新的待泵送介质将会同时经由直锥型吸入室2被前面泵出介质产生的负压吸入，并经由进口整流锥25，流入位于匀强磁场中由环列固定固定导叶体26包围的由第一泵壳14a、第二泵壳14b轴向约束的加速流道段，重复被加速，导流，收集，减速增压至被泵出的这一过程。