一种带稳流段的多级ALIP电磁泵制造技术

本发明专利技术涉及一种带稳流段的多级ALIP电磁泵，属于电磁泵技术领域，整个泵体分多级泵段，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。所述电磁段包括外部铁芯定子、通电线圈、流道外管、流道内管、液态金属流道、内部铁芯定子、内部承压管和支撑盘，稳流段包括稳流导板、流道外管、流道内管和内部承压管；所述稳流导板在环形流道内周向等分并沿泵体轴向布置。本发明专利技术大大提高了在不同流量下泵内流动的稳定性，为大流量高效ALIP电磁泵的设计提供了可能。

【技术实现步骤摘要】
一种带稳流段的多级ALIP电磁泵
本专利技术属于电磁泵
，具体是设计一种带稳流段的多级圆柱式线性感应电磁泵的新型结构。
技术介绍
圆柱式线性感应电磁泵(AnnularLinearInductionPump,ALIP)是第四代液态金属冷却快中子反应堆主冷却回路和二级回路驱动泵理想的选用泵型，其利用外接三相交变电流感应的行波磁场和导电流体中的感应电流相互作用，产生沿泵体轴向的洛伦兹力，从而推动流体沿轴向流动。ALIP电磁泵实现了液体金属在完全封闭情况下的定向传输，这种驱动方式结构简单，没有机械运动，可长期稳定运行，避免金属氧化与设备维护的问题。然而目前设计和测试的该型泵的流量不能满足冷却商业型反应堆的需求，实验结果表明，ALIP电磁泵在大流量设计工况下会出现流动不稳定现象，出口压力脉动增大引起流量的震荡和泵体的振动，内部流场紊乱并出现大尺度涡流和逆向流；泵高效区域狭窄，当流量稍微偏离设计点时，泵的效率下降明显。这些现象主要是因为电磁泵结构上的不对称产生的流道内电磁场周向分布的不均以及电流在金属液中的趋肤效应导致的流道内产生非轴向洛伦兹力，从而使入口流速的微小扰动在流道内流动时不断发展变大，从而形成大尺度的涡流和回流，严重影响泵出口流量和压力的稳定性。因此设计一种能提高流动稳定性的新型结构是ALIP电磁泵大型化的关键技术。国内技术专利CN02254740.1“自激电磁泵”将输送装置与动力源合为一体构成输送管道的自激电磁泵，它从本质上改变了普通泵的工作原理，简化了结构；技术CN200920217356.5“液态金属传输用内外加芯交流感应泵”，通过在流道内外均加铁芯来减少漏磁量，从而提高效率；技术CN201620628336.7“一种轻质铁芯电磁泵”通过内部填充石墨的中空铁芯替换原有笨重的实心内部铁芯，实现了电磁泵的轻量化；专利技术专利CN201610937565.1“一种空间核环境用液态金属电磁泵”通过一系列改进创新，使电磁泵变得紧凑、坚固，能承受振动与冲击，能在空间核电源系统中长期稳定运行。以上均对电磁泵提出了一些改进和创新的措施，但所述电磁泵均应用在较小的工作流量下，且并未提及解决泵体内流动不稳定性的方法。本专利技术专利针对大型ALIP设计，提出多级泵段和增加稳流段的设计思想来提高泵内流动稳定性和扩大泵的高效区，为大流量ALIP电磁泵的设计制造提供可能。
技术实现思路
为了解决大型ALIP电磁泵内流不稳定和高效区狭窄的问题，本专利技术专利提供一种带稳流段的多级ALIP电磁泵的新型结构设计。本专利技术的技术方案为：一种带稳流段的多级ALIP电磁泵，整个泵体分多级泵段，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；所述电磁段包括外部铁芯定子、通电线圈、流道外管、流道内管、液态金属流道、内部铁芯定子、内部承压管和支撑盘，外部铁芯定子和内部铁芯定子由多层硅钢片压叠合而成，定子在周向等分并沿泵体轴向分散布置，流道外管内部为流道内管，且流道外管和流道内管之间为液态金属流道，外部铁芯定子位于流道外管外部，内部铁芯定子位于流道内管内部，通电线圈绕组沿流道外管周向缠绕，并放置在外部铁芯定子的各线圈槽中，外部定子由两端固连在流道外管上的支撑盘固定，线圈采用Y形式接线且每相电流接两个线圈绕组，流道外管道外表面可铺设一层绝热材料；通电线圈和外部铁芯定子之间的缝隙间分散填充无机绝缘材料；稳流段包括稳流板、流道外管、流道内管和内部承压管，所述稳流板在液态金属流道内周向等分并沿泵体轴向布置；内部承压管位于内部铁芯定子内层。进一步，通电线圈采用单侧或内外双侧布线方式，电磁段的线圈采用双侧布线时，内、外侧线圈面积比不小于0.5。进一步，每级泵段内的电磁段的通电线圈极对数不少于3对，不超过5对。进一步，为了增加线圈散热空间和减轻泵体重量，可将外部铁芯定子等分成若干个独立矩形块，并在周向均匀分布，外部铁芯定子数量一般不少于6个且不大于12个。进一步，每级泵段的稳流段长度L2约为电磁段长度L1的1/3，稳流板从每级电磁段流道长度的2/3处开始，也可适当移动，一直延伸至当前泵段的整个稳流段。进一步，稳流板与流道内外管壁之间均垂直，在360°周向等分并沿泵体轴向布置，稳流板的数量4-8片；稳流板的形状为平板状，高度即为整个电磁泵流道的高度。进一步，所述的流道外管、流道内管、稳流板、内部承压管和支撑盘均采用消磁不锈钢材料。本专利技术借鉴传统多级水泵的设计思路，在目前常见ALIP电磁泵结构基础上，提出了一种带稳流段的多级ALIP电磁泵的新结构，整个泵体分多级泵段，每级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。所述电磁段包括外部铁芯定子、通电线圈、流道外管、流道内管、液态金属流道、内部铁芯定子、内部承压管和支撑盘，稳流段包括稳流板、流道外管、流道内管和内部承压管。根据设计的级数，将原来连续的电磁段分为长度相等的多个部分，线圈可采用单侧或内外双侧布线方式；电磁段的线圈采用双侧布线时，内、外侧线圈面积比不小于0.5；每级泵段内的电磁段的线圈极对数不小于3对，不超过5对。每级泵段的稳流段长度约为电磁段长度的1/3，稳流板从每级电磁段流道长度的2/3处开始，也可适当移动，一直延伸至当前泵段的整个稳流段；稳流板与流道内外管壁之间均垂直，在360°周向等分并沿泵体轴向布置，稳流板的数量可以4-8片，视设计要求和具体情况而定；稳流板的形状为平板状，高度即为整个电磁泵流道的高度，厚度根据制作工艺情况确定。本专利技术的主要有益效果如下：第一，多级泵体的设计使得每一级电磁段长度相对于一般ALIP电磁泵要短，从而可以减少非径向洛伦兹力等因素对流体非径向作用扰动的积累，使流体在未产生明显周向运动和大尺度涡流前就进入稳流段。第二，增加的稳流段设计，通过周向布置的导板将原本的环形空腔分割成若干个扇形通道，上一泵段累计形成的乱流流过稳流段时，导板的阻挡将减少不稳定流动在周向和径向上分速度，这样能有效地阻碍和破坏流道内涡流的形成和发展，从而使流体更加稳定的进入下一级泵段，继续增压。附图说明图1为一种带稳流段的两级ALIP电磁泵的形式示意图；其中，图1a是一种带稳流段的两级ALIP电磁泵的单侧布线形式示意图；图1b是一种带稳流段的两级ALIP电磁泵的内外双侧布线形式示意图。图2为种带稳流段的两级ALIP电磁泵的形式示意剖视图；图2a是图1a的A-A向视图；图2b是图1b的B-B向视图。图中：1.外部铁芯定子，2.通电线圈，3.流道外管，4.流道内管，5.液态金属流道，6.稳流板，7.内部铁芯定子，8.内部承压管，9.支撑盘。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术专利涉及的两级ALIP电磁泵结构设计进行详细的说明，并且提供单侧和双侧两种线圈布线方式。如图1-2所示，本专利技术借鉴传统多级水泵的设计思路，在目前常见ALIP电磁泵结构基础上，提出了一种带稳流段的多级ALIP电磁泵的新结构，单侧布线和双侧布线分别见图1a和图1b，整个泵体分多级泵段，每级泵段由一级电磁段L1和一级稳流段L2组成，电磁段L1负责向金属液做功增压，而稳流段L2负责对金属液的不稳定流动进行稳流。所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带稳流段的多级ALIP电磁泵，其特征在于，整个泵体分多级泵段，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；所述电磁段包括外部铁芯定子(1)、通电线圈(2)、流道外管(3)、流道内管(4)、液态金属流道(5)、内部铁芯定子(7)、内部承压管(8)和支撑盘(9)，外部铁芯定子(1)和内部铁芯定子(7)由多层硅钢片压叠合而成，定子在周向等分并沿泵体轴向分散布置，流道外管(3)内部为流道内管(4)，且流道外管(3)和流道内管(4)之间为液态金属流道(5)，外部铁芯定子(1)位于流道外管(3)外部，内部铁芯定子(7)位于流道内管(4)内部，通电线圈(2)绕组沿流道外管(3)周向缠绕，并放置在外部铁芯定子(1)的各线圈槽中，外部定子(1)由两端固连在流道外管(3)上的支撑盘(9)固定，线圈采用Y形式接线且每相电流接两个线圈绕组，流道外管道(3)外表面可铺设一层绝热材料；通电线圈(2)和外部铁芯定子(1)之间的缝隙间分散填充无机绝缘材料；稳流段包括稳流板(6)、流道外管(3)、流道内管(4)和内部承压管(8)，所述稳流板(6)在液态金属流道(5)内周向等分并沿泵体轴向布置；内部承压管(8)位于内部铁芯定子(7)内层。...

【技术特征摘要】
1.一种带稳流段的多级ALIP电磁泵，其特征在于，整个泵体分多级泵段，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；所述电磁段包括外部铁芯定子(1)、通电线圈(2)、流道外管(3)、流道内管(4)、液态金属流道(5)、内部铁芯定子(7)、内部承压管(8)和支撑盘(9)，外部铁芯定子(1)和内部铁芯定子(7)由多层硅钢片压叠合而成，定子在周向等分并沿泵体轴向分散布置，流道外管(3)内部为流道内管(4)，且流道外管(3)和流道内管(4)之间为液态金属流道(5)，外部铁芯定子(1)位于流道外管(3)外部，内部铁芯定子(7)位于流道内管(4)内部，通电线圈(2)绕组沿流道外管(3)周向缠绕，并放置在外部铁芯定子(1)的各线圈槽中，外部定子(1)由两端固连在流道外管(3)上的支撑盘(9)固定，线圈采用Y形式接线且每相电流接两个线圈绕组，流道外管道(3)外表面可铺设一层绝热材料；通电线圈(2)和外部铁芯定子(1)之间的缝隙间分散填充无机绝缘材料；稳流段包括稳流板(6)、流道外管(3)、流道内管(4)和内部承压管(8)，所述稳流板(6)在液态金属流道(5)内周向等分并沿泵体轴向布置；内部承压管(8)位于内部铁芯定子(7)内层。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵睿杰，施卫东，张德胜，黄俊，苗衡，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32