一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵

本发明涉及电磁泵，特别涉及一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵。

背景技术：

1、电磁泵是一种输送导电流体的装置，它可以利用液态金属中电流和磁场的作用，把产生的洛伦兹力直接作用于液态金属上使其流动。电磁泵广泛应用于航天工业、核工业、金属生产和芯片散热等方向。电磁泵根据电流供给类型可以分为传导泵和感应泵，其中传导泵内电流的来源是液体的传导，感应泵的电流来源则是磁通和液体的相对运动感应出的；根据电源类型可以分为直流泵和交流泵(包含单相与三相)；根据流道结构可以分为圆柱泵、螺旋泵和平面泵(包含单面和双面)。圆柱式线性感应电磁泵(annular linearinduction pump,alip)是目前在研究的第四代先进核电系统(如，液态金属冷却快中子反应堆、加速器驱动次临界系统)中的液态金属主循环泵，其通过线圈绕组上外接的三相交流电感应生成的行波磁场与液态金属流体中的感应电流相互作用，产生沿液态金属流道轴向的洛伦兹力从而驱动液态金属流体沿流道轴向流动。圆柱式线性感应电磁泵结构简单、没有机械运动部件，构建了完全封闭的液态金属流道，实现运行过程稳定无泄漏。但大量实验研究结果表明，大设计流量圆柱式线性感应电磁泵在小流量工况下液态金属流道会出现不稳定流动现象，继而影响感应电流与感生磁场，使得洛伦兹力方向发生偏移，逐步影响流动状态，造成流场出现大尺度的逆向流与回流现象，严重影响出口流量及出口压力稳定性。因此，设计一种能够实现主动调控以满足不同工况稳定运行的新型电磁泵是圆柱式线性感应电磁泵大型化、多工况运行的关键技术。

2、国内发明专利cn201911262539.3“一种自稳流圆柱式线性感应电磁泵”采用多段周向交错分布的外部定子，显著减轻磁场周向分布不均度，减小了非轴向洛伦兹力对流体的扰动。发明专利cn201710167971.9“一种增设稳流导板的圆柱式线性感应电磁泵”，通过在液态金属流道周向增设稳流导板，有效阻碍和破坏流道内涡流的形成和发展，极大提升了泵内液态金属流动稳定性。发明专利cn201710371575“一种带稳流段的多级alip电磁泵”将整个泵体分为多级泵段，每级泵段由一级电磁段和一级稳流段组成，电磁段负责向金属液做功增压，而稳流段负责对金属液的不稳定流动进行稳流，并提出了单侧布线与双侧布线两种绕组线圈布线方式，提高了洛伦兹力在流道径向的均匀性。发明专利cn202010993274.0“一种具有轴向导叶的圆柱式线性感应电磁泵”,通过在电磁泵流道中周向布置轴向导叶，显著减轻磁场和流场的周向不均扰动对流场稳定性的影响，从而起到稳流作用。以上专利均对电磁泵提出了一些改进和创新的措施，但外部定子的分段设计方案增加了电磁泵设计、安装、维修的复杂性，增设导板或叶片方案使得流道变得更加复杂且不能根据具体工况主动调节。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，通过在内定子内部增设调控定子来主动调控液态金属流场，提高不同工况要求下泵内液态金属流动的稳定性，为大流量圆柱式线性感应电磁泵的设计、制造与运行提供可能。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，包括流道内部管道、流道外部管道、外定子绕组、外定子铁芯、外定子定位卡盘、内定子、调控定子绕组、调控定子铁芯和调控定子卡盘；所述流道内部管道与流道外部管道同轴布置，流道内部管道和流道外部管道均为环形的液态金属流道；所述外定子绕组通过外定子定位卡盘布置于流道外部管道的外部，外定子绕组填充于外定子铁芯的线槽中；所述调控定子绕组上设置有调控定子铁芯；调控定子绕组填充于调控定子铁芯的线槽中；所述内定子设置在调控定子卡盘外圈且靠近流道内部管道。

4、上述方案中，所述调控定子卡盘包括圆盘和圆柱；两个所述圆盘设置在圆柱的两端；所述圆柱和圆盘中心均开设有孔且相通；所述圆柱沿轴向方向上设置有肋条板。

5、上述方案中，所述肋条板将圆柱沿轴向方向均分成4份。

6、上述方案中，所述调控定子卡盘上沿轴向方向上布置有调控定子铁芯。

7、上述方案中，所述调控定子铁芯包括凸块和横杆；数块所述凸块中间位置穿过横杆；相邻两块凸块之间存在一定的间隙为线槽；所述调控定子绕组填充于调控定子铁芯的线槽中；所述调控定子绕组和调控定子铁芯组成调控定子。

8、上述方案中，所述流道内部管道的内圈里设置有轴向布置两排、周向布置四列共八个调控定子，且每个所述调控定子中的数组调控定子绕组轴向缠绕在调控定子铁芯的线槽中，所述调控定子周向均匀布置在调控定位卡盘上，每两个相邻的调控定子的中心绕调控定位卡盘所呈角度为90°布置，调控定位卡盘上的间隙部分由调控定子间隙硅钢进行填补。

9、上述方案中，所述调控定子在肋条板之间轴向分布。

10、上述方案中，所述流道外部管道与所述外定子铁芯之间铺设一层绝热材料，所述流道内部管道上靠近内定子的面铺设有一层绝热材料。

11、上述方案中，所述流道内部管道、流道外部管道、外定子定位卡盘和调控定位卡盘均采用消磁不锈钢材料。

12、上述方案中，所述外定子绕组和调控定子绕组均采用y形接线方式；所述外定子铁芯、所述调控定子铁芯和所述调控定子间隙硅钢均由多层硅钢片压叠合而成。

13、有益效果：

14、1.本发明通过在内定子内部增设主动调控装置，利用调控定子绕组产生的补偿磁场对液态金属流道中周向局部不稳定流动区域进行主动调控，能够显著减轻磁场和流场的周向分布不均对流场稳定性的影响，起到稳流调控效果。主动调控装置具有一定的灵活性，可针对不同工况具体不稳定流动状态进行具体调控，能够极大程度地提高不同工况要求下泵内液态金属流动的稳定性，可以有效解决流动不稳定问题。

15、2.本发明可以根据不稳定流动涡旋产生的轴向范围布置调控定子的排数；可以根据产生周向不稳定流动的局部区域进行有选择的主动调控周向布置的调控定子数量。本发明中主动调控装置包含数个调控定子，可针对具体不稳定流动现象进行灵活的具体调控。调控定子产生补充磁场，改善流道不稳定磁场、流场流动状态，提高流场稳定性。

16、3.本发明中流道内部管道和流道外部管道能够形成环形的液态金属流道。

17、4.本发明中调控定位卡盘能够对调控定子实现分区，再利用调控定子绕组对具体的不稳定流动现象进行灵活的控制；另外，调控定位卡盘对调控定子起到定位作用。

技术特征：

1.一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，包括流道内部管道(1)、流道外部管道(2)、外定子绕组(3)、外定子铁芯(4)、外定子定位卡盘(5)、内定子(6)、调控定子绕组(7)、调控定子铁芯(8)和调控定子卡盘(9)；所述流道内部管道(1)与流道外部管道(2)同轴布置，流道内部管道(1)和流道外部管道(2)均为环形的液态金属流道；所述外定子绕组(3)通过外定子定位卡盘(5)布置于流道外部管道(2)的外部，外定子绕组(3)填充于外定子铁芯(4)的线槽中；所述调控定子绕组(7)上设置有调控定子铁芯(8)；调控定子绕组(7)填充于调控定子铁芯(8)的线槽中；所述内定子(6)设置在调控定子卡盘(9)外圈且靠近流道内部管道(1)。

2.根据权利要求1所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述调控定子卡盘(9)包括圆盘(9-1)和圆柱(9-2)；两个所述圆盘(9-1)设置在圆柱(9-2)的两端；所述圆柱(9-2)和圆盘(9-1)中心均开设有孔且相通；所述圆柱(9-2)沿轴向方向上设置有肋条板(9-3)。

3.根据权利要求2所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述肋条板(9-3)将圆柱(9-2)沿轴向方向均分成4份。

4.根据权利要求1至3任一项所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述调控定子卡盘(9)上沿轴向方向上布置有调控定子铁芯(8)。

5.根据权利要求4所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述调控定子铁芯(8)包括凸块(8-1)和横杆(8-2)；数块所述凸块(8-1)中间位置穿过横杆(8-2)；相邻两块凸块(8-1)之间存在一定的间隙为线槽；所述调控定子绕组(7)填充于调控定子铁芯(8)的线槽中；所述调控定子绕组(7)和调控定子铁芯(8)组成调控定子。

6.根据权利要求5所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述流道内部管道(1)的内圈里设置有轴向布置两排、周向布置四列共八个调控定子，且每个所述调控定子中的数组调控定子绕组(7)轴向缠绕在调控定子铁芯(8)的线槽中，所述调控定子周向均匀布置在调控定位卡盘(9)上，每两个相邻的调控定子的中心绕调控定位卡盘(9)所呈角度为90°布置，调控定位卡盘(9)上的间隙部分由调控定子间隙硅钢(10)进行填补。

7.根据权利要求6所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述调控定子在肋条板(9-3)之间轴向分布。

8.根据权利要求1所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述流道外部管道(2)与所述外定子铁芯(4)之间铺设一层绝热材料，所述流道内部管道(1)上靠近内定子(6)的面铺设有一层绝热材料。

9.根据权利要求1所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述流道内部管道(1)、流道外部管道(2)、外定子定位卡盘(5)和调控定位卡盘(9)均采用消磁不锈钢材料。

10.根据权利要求1所述的具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，其特征在于，所述外定子绕组(3)和调控定子绕组(7)均采用y形接线方式；所述外定子铁芯(4)、所述调控定子铁芯(8)和所述调控定子间隙硅钢(10)均由多层硅钢片压叠合而成。

技术总结
本发明公开了一种具有主动调控装置的圆柱式线性感应电磁泵，涉及电磁泵技术领域，包括流道内部管道、流道外部管道、外定子绕组、外定子铁芯、外定子定位卡盘、内定子、调控定子绕组、调控定子铁芯和调控定子卡盘；所述调控定子绕组上设置有调控定子铁芯；调控定子绕组填充于调控定子铁芯的线槽中；所述内定子设置在调控定子卡盘外圈且靠近流道内部管道。本发明中调制线圈绕组通过主动调控能够提供补偿磁场，显著减轻磁场和流场的周向分布不均对流场稳定性的影响，起到稳流调控效果，极大地提升了不同工况要求下泵内液态金属流动的稳定性，可有效解决流动不稳定问题。

技术研发人员：王晓捷,王大勇,赵睿杰,程仁浩,张兴,钟云
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16