申请/专利权人：中国原子能科学研究院

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109546841B

主分类号：H02K44/06

分类号：H02K44/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.04.23#实质审查的生效;2019.03.29#公开

摘要：本发明公开了一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其包括有电机、联轴器、一对磁钢、圆弧导管、弹簧、泵轴以及气隙调节器，其中所述泵轴通过所述联轴器固定安装在所述电机上，一对所述磁钢相对布置固定安装在所述泵轴上，一对所述磁钢之间形成有开口气隙，所述圆弧导管布置在所述气隙之间，所述弹簧水平设置在一对所述磁钢之间，用于对一对所述磁钢施加水平压紧力，所述气隙调节器与一侧的所述磁钢抵触相连，其中通过正反拧动所述气隙调节器，来实现对一对所述磁钢之间的水平距离进行调节；该可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵其能够实现以低成本、较短周期解决尤其是小流量、低阻力试验回路高温液态碱金属流体输送问题。

主权项：1.一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述电磁泵包括有电机、联轴器、一对磁钢、圆弧导管、弹簧、泵轴以及气隙调节器，其中所述泵轴通过所述联轴器固定安装在所述电机上，一对所述磁钢相对布置固定安装在所述泵轴上，一对所述磁钢之间形成有开口气隙，所述圆弧导管布置在所述气隙之间，所述弹簧水平设置在一对所述磁钢之间，用于对一对所述磁钢施加水平压紧力，所述气隙调节器与一侧的所述磁钢抵触相连，其中通过正反拧动所述气隙调节器，来实现对一对所述磁钢之间的水平距离进行调节，其中当所述泵轴带动一对所述磁钢旋转运动时，所述气隙间的磁力线在所述圆弧导管内的液态金属内产生作用力，使得圆弧导管内的液态金属产生与所述磁钢旋转方向相同的流体运动；所述电磁泵还包括有泵轴推力轴承、泵轴推力轴承定位套以及泵轴支撑座，其中所述泵轴推力轴承和泵轴推力轴承定位套安装在所述泵轴的远离所述电机的外端上，所述泵轴推力轴承定位套和气隙调节器分别安装在所述泵轴支撑座内端面两端上，其中所述气隙调节器与所述泵轴支撑座内端面构成可水平调节移动的螺纹相连；所述气隙调节器包括有调节轴承、调节轴承定位套、螺纹调节轴套以及磁钢推力轴承，其中所述调节轴承定位套与所述螺纹调节轴套内端面螺纹紧固相连，所述调节轴承定位套将所述调节轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部一端上，所述磁钢推力轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部另一端上，所述磁钢推力轴承通过设置的垫圈与所述一侧的所述磁钢抵触相连，所述螺纹调节轴套外端面与所述泵轴支撑座内端面螺纹相连。

全文数据：一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵技术领域本发明涉及电磁泵技术领域，具体涉及一种尤其适合科学实验室使用的可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵。背景技术高温条件下熔融液态碱金属的输送，尤其是实验室小型实验装置管道内高温液态碱金属的输送是装置建设首要解决问题，这主要由于碱金属物性及其高温运行工况共同造成的。碱金属化学性质活泼，易燃易爆，不可暴露于空气，与水接触会剧烈反应并可产生氢爆。商业采购的电磁泵往往面临较昂贵的资金和较长的周期，且性能指标不能完全满足实验室科研活动大范围性能调节需求。利用实验室条件，短时间内低成本制造高温液态金属流体输送设备一直是碱金属科研工作者追求的目标，圆弧导管电磁泵是优选方案之一，其具有结构相简单，选材容易，调节能力强的优点。通常情况，圆弧导管电磁泵工作的气隙磁场由直流电磁铁产生，通过调节电磁铁线圈电流强度，就可以改变气隙内的磁场强度，进而改变电磁泵P-Q输出特性。发明内容针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，该可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵其能够实现以低成本、较短周期解决尤其是小流量、低阻力试验回路高温液态碱金属流体输送问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，所述电磁泵包括有电机、联轴器、一对磁钢、圆弧导管、弹簧、泵轴以及气隙调节器，其中所述泵轴通过所述联轴器固定安装在所述电机上，一对所述磁钢相对布置固定安装在所述泵轴上，一对所述磁钢之间形成有开口气隙，所述圆弧导管布置在所述气隙之间，所述弹簧水平设置在一对所述磁钢之间，用于对一对所述磁钢施加水平压紧力，所述气隙调节器与一侧的所述磁钢抵触相连，其中通过正反拧动所述气隙调节器，来实现对一对所述磁钢之间的水平距离进行调节，其中当所述泵轴带动一对所述磁钢旋转运动时，所述气隙间的磁力线在所述圆弧导管内的液态金属内产生作用力，使得圆弧导管内的液态金属产生与所述磁钢旋转方向相同的流体运动。进一步，所述电磁泵还包括有泵轴推力轴承、泵轴推力轴承定位套以及泵轴支撑座，其中所述泵轴推力轴承和泵轴推力轴承定位套安装在所述泵轴的远离所述电机的外端上，所述泵轴推力轴承定位套和气隙调节器分别安装在所述泵轴支撑座内端面两端上，其中所述气隙调节器与所述泵轴支撑座内端面构成可水平调节移动的螺纹相连。进一步，所述气隙调节器包括有轴承、轴承定位套、螺纹调节轴套以及磁钢推力轴承，其中所述轴承定位套通过与所述螺纹调节轴套内端面螺纹紧固相连，所述轴承定位套将所述轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部一端上，所述磁钢推力轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部另一端上，所述磁钢推力轴承通过设置有的垫圈与所述一侧所述磁钢抵触相连，所述螺纹调节轴套外端面与所述泵轴支撑座内端面螺纹相连。进一步，所述圆弧导管和位于其两侧的所述磁钢之间分别设置有用于隔热功能的多层陶瓷纤维板。进一步，所述磁钢截面形状为N型，其中N型的所述磁钢其中间部分为采用软磁体，N型的所述磁钢两端部位为采用永磁体构成。进一步，所述软磁体和永磁体为通过采用薄壁无磁金属壳包裹成一个整体的N型磁铁结构。进一步，所述圆弧导管为采用无磁性的无缝钢管制作而成。进一步，所述磁钢其中间部位设置有与所述泵轴相配合的泵轴孔，其中所述泵轴通过轴键与所述磁钢构成可水平移动的转动相连。进一步，所述电机为变频电机。进一步，所述永磁体为采用钕铁硼或钐钴永磁体，所述软磁体为DT4工业纯铁或坡莫合金。与现有技术相比，本方案具有的有益技术效果为：1、本发明提供的电磁泵适用于高温液态碱金属，结构简单，可靠性高，材料获取容易，机械加工要求低，成本较低，制造周期较短；2、本发明提供的电磁泵调节性好，通过变频器控制电机转速以及通过改变气隙宽度进而改变气隙磁场强度，可大范围改变泵P-Q输出特性，可靠性好；3、本发明提供的电磁泵具有自加热效应，对于常温固态的碱金属可直接冷启动，无需额外加热器预热；适用温度范围广，最高使用温度仅受泵沟材料限制，泵轴、永磁体等非耐热部件具有自冷工作特性，无需额外冷却，在结构设计上保证了自身的热安全。附图说明图1为本发明中永磁场圆弧导管电磁泵结构示意图。图2为本发明中永磁场圆弧导管电磁泵泵头截面结构示意图。图3为本发明中永磁场圆弧导管电磁泵泵头三维立体截面结构示意图。图4为本发明中磁钢永磁体位置结构示意图。图中：1-泵轴，2-气隙调节器，21-泵轴支撑座，22-泵轴推力轴承定位套，23-泵轴推力轴承，24-螺纹调节轴套，25-轴承，26-轴承定位套，27-磁钢推力轴承，3-磁钢，31-软磁体，32-永磁体，4-圆弧导管，5-气隙，6-弹簧，7-联轴器，8-电机，9-陶瓷纤维板层，10-轴键。具体实施方式下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。本方案是针对现有的商业采购的电磁泵往往面临较昂贵的资金和较长的周期，且性能指标不能完全满足实验室科研活动大范围性能调节需求的前提下，进而提出的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，该可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵其能够实现以低成本、较短周期解决尤其是小流量、低阻力试验回路高温液态碱金属流体输送问题。参见附图1所示，为本实施例中的永磁场圆弧导管电磁泵结构示意图。本实施例中的永磁场圆弧导管电磁泵包括有电机8、联轴器7、一对磁钢3、圆弧导管4、弹簧6、泵轴1以及气隙调节器2，其中泵轴1通过联轴器7固定安装在电机8上，一对磁钢3相对布置固定安装在泵轴1上，一对磁钢3之间形成有竖直开口的气隙5，圆弧导管4竖直布置在气隙5之间，弹簧6水平设置在一对磁钢3之间，用于对一对磁钢3施加水平压紧力，其中该弹簧6水平套装在位于上述一对磁钢3之间的泵轴1部分的外端面上，气隙调节器2与一侧的磁钢3抵触相连，其中通过正反拧动气隙调节器2，来实现对一对磁钢3之间的水平距离进行调节，进而实现对气隙5的宽带进行调节，其中当泵轴1带动一对磁钢3旋转运动时，位于气隙5间的磁力线在圆弧导管4内的液态金属内产生作用力，使得圆弧导管4内的液态金属产生与磁钢3旋转方向相同的流体运动。结合参照附图2和3所示，本实施例中的电磁泵还包括有泵轴推力轴承23、泵轴推力轴承定位套22以及泵轴支撑座21，由于泵轴1为一个整体，工作中，其通过泵轴推力轴承23实现与泵轴支撑座21的转动连接，其中泵轴1上的限位台阶与泵轴推力轴承定位套22共同固定了泵轴1的轴向位置。其中泵轴推力轴承23和泵轴推力轴承定位套22安装在泵轴1的远离电机8的外端上，泵轴推力轴承定位套22和气隙调节器2分别安装在泵轴支撑座21内端面两端上，其中气隙调节器2与泵轴支撑座21内端面构成可水平调节移动的螺纹相连，即可通过正反拧动该气隙调节器2，气隙调节器2可以沿着泵轴支撑座21内端面进行前后水平移动，进而实现对一对磁钢3之间的气隙5宽度进行调节。具体的，本实施例中的气隙调节器2包括有轴承25、轴承定位套26、螺纹调节轴套24以及磁钢推力轴承27，其中轴承定位套26通过与螺纹调节轴套24内端面螺纹紧固相连，轴承定位套26将轴承25固定安装在螺纹调节轴套24内部外端上，磁钢推力轴承27固定安装在螺纹调节轴套24内部内端上，磁钢推力轴承27通过设置有的垫圈与一侧磁钢3抵触相连，螺纹调节轴套24外端面与泵轴支撑座21内端面螺纹相连。即可以通过采用扳手等工具来正反拧动螺纹调节轴套24时，由于螺纹调节轴套24沿着泵轴支撑座21内端面左右水平移动，而位于外侧的磁钢3其由于在弹簧6的压力作用下，始终与气隙调节器2抵触相连，所以当螺纹调节轴套24产生左右水平移动时，位于外侧的磁钢3其同步的进行同方向的移动，从而实现一对磁钢3之间的气隙5宽度大小调节。此外弹簧6的设置，还可以使得磁钢3的位置在泵轴1发生旋转时其不会产生水平移动，另外为了防止过度调节，气隙调节器2其的调节范围被机械限位结构所限制，即可以通过螺纹调节轴套24与泵轴支撑座21内端面二者相配合的螺纹行程进行控制。另外，本实施例中的上述磁钢3其中间部位设置有与泵轴1相配合的泵轴孔，泵轴通过轴键10与磁钢3构成可水平移动的转动相连，即轴键10的作用是使泵轴1带动磁钢3共同旋转的同时允许磁钢3沿着泵轴1向方向位移，进而使气隙调节器2的应用成为可能。本实施例中的可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵气隙中产生磁场的来源为磁钢3，参见附图4所示，本实施例中的磁钢3其主体截面为N形，高磁能积的永磁体32布置在N形的两边，N形中间部分为软磁体31；其中高磁能积的永磁体32通常为钕铁硼或钐钴永磁体，通常不选用磁能积较低的铁氧体或铝镍钴永磁体；软磁体31通常为DT4工业纯铁或适合恒定磁场的坡莫合金牌号，优选DT4工业纯铁。磁钢3的永磁体32与软磁体31之间优选采用薄壁无磁金属壳体将整块永磁体32与软磁体31全部包裹成型，包裹金属体边缘接缝处采用低热量的激光焊接。在实际中由于试验时所用的液态碱金属的温度通常较高，可达600℃以上，圆弧导管4的热量会危及电磁铁的工作安全，因此，永磁场圆弧导管电磁泵在圆弧导管4与两侧磁钢3之间分别设置了多层结构隔热陶瓷纤维板层9，以降低热量传递。此外，由于磁钢3被泵轴1带动旋转，会在空气中产生强迫对流冷却，进一步降低了磁钢3的工作温度。可以理解的是，在实际中陶瓷纤维板的层数其根据圆弧导管4内液态碱金属的工作温度而定，随着工作温度的升高，其层数相应的增加。此外，本实施例中的圆弧导管4材料通常选择与碱金属相容的无缝钢管制作，且力学性能符合工况要求，尤其重要的是应选择无磁材料制作，奥氏体不锈钢为较好的选择。为了能够对泵轴1的转速进行调节，本实施例中的电机8为变频电机，可方便改变泵轴1转速，电机8通过联轴器7与泵轴1相连接，这与通常的离心水泵形式一样，选择刚性联轴器7即可满足要求。工作时，电机8通过联轴器7带动泵轴1旋转，进而带动磁钢3旋转，气隙5间的磁力线，在泵轴1旋转运动过程中，不断切割静止圆弧导管4中液态碱金属导体，形成垂直于磁力线方向与磁场运动方向的感应电流右手定则，这个感应电流在磁场的作用下，产生垂直于磁力线方向与感应电流方向的作用力安培力，左手定则，圆弧导管4中的液态碱金属随着泵轴1的旋转，在圆弧导管4内产生与旋转方向相同的流体运动。泵轴1的轴速控制通过变频器调节电机8的转速实现，通过改变电机8的转向可以改变圆弧导管4中内碱金属流动的方向。气隙5内的磁场强度通过气隙调节器2改变气隙5宽度实现。由此可见，由于泵磁路磁场强度可以通过气隙调节器2调节，轴转速也可通过变频器控制改变，因此可便于构建成多种运行特性，大大方便实验室科研用户需要。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

权利要求：1.一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述电磁泵包括有电机、联轴器、一对磁钢、圆弧导管、弹簧、泵轴以及气隙调节器，其中所述泵轴通过所述联轴器固定安装在所述电机上，一对所述磁钢相对布置固定安装在所述泵轴上，一对所述磁钢之间形成有开口气隙，所述圆弧导管布置在所述气隙之间，所述弹簧水平设置在一对所述磁钢之间，用于对一对所述磁钢施加水平压紧力，所述气隙调节器与一侧的所述磁钢抵触相连，其中通过正反拧动所述气隙调节器，来实现对一对所述磁钢之间的水平距离进行调节，其中当所述泵轴带动一对所述磁钢旋转运动时，所述气隙间的磁力线在所述圆弧导管内的液态金属内产生作用力，使得圆弧导管内的液态金属产生与所述磁钢旋转方向相同的流体运动。2.根据权利要求1所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述电磁泵还包括有泵轴推力轴承、泵轴推力轴承定位套以及泵轴支撑座，其中所述泵轴推力轴承和泵轴推力轴承定位套安装在所述泵轴的远离所述电机的外端上，所述泵轴推力轴承定位套和气隙调节器分别安装在所述泵轴支撑座内端面两端上，其中所述气隙调节器与所述泵轴支撑座内端面构成可水平调节移动的螺纹相连。3.根据权利要求2所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述气隙调节器包括有轴承、轴承定位套、螺纹调节轴套以及磁钢推力轴承，其中所述轴承定位套通过与所述螺纹调节轴套内端面螺纹紧固相连，所述轴承定位套将所述轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部一端上，所述磁钢推力轴承固定安装在所述螺纹调节轴套内部另一端上，所述磁钢推力轴承通过设置有的垫圈与所述一侧所述磁钢抵触相连，所述螺纹调节轴套外端面与所述泵轴支撑座内端面螺纹相连。4.根据权利要求1至3任一所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述圆弧导管和位于其两侧的所述磁钢之间分别设置有用于隔热功能的多层陶瓷纤维板。5.根据权利要求1所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述磁钢截面形状为N型，其中N型的所述磁钢其中间部分为采用软磁体，N型的所述磁钢两端部位为采用永磁体构成。6.根据权利要求5所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述软磁体和永磁体为通过采用薄壁无磁金属壳包裹成一个整体的N型磁铁结构。7.根据权利要求1所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述圆弧导管为采用无磁性的无缝钢管制作而成。8.根据权利要求1所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述磁钢其中间部位设置有与所述泵轴相配合的泵轴孔，其中所述泵轴通过轴键与所述磁钢构成可水平移动的转动相连。9.根据权利要求1所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述电机为变频电机。10.根据权利要求5所述的一种可变气隙永磁场圆弧导管电磁泵，其特征在于：所述永磁体为采用钕铁硼或钐钴永磁体，所述软磁体为DT4工业纯铁或坡莫合金。

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