液态金属电磁泵的制作方法

1.本发明涉及电磁泵技术领域，特别涉及一种液态金属电磁泵。


背景技术：

2.液态金属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.为了保证液态金属电磁泵能够长期稳定运行，散热问题显得尤为重要。对于核电领域使用的液态金属电磁泵而言，由于其必须要承受一定剂量的中子及γ射线的辐照，为了避免强制冷却引起的维修，通常核工业使用的液态金属电磁泵通过自然散热进行冷却。
4.目前，对液态金属电磁泵的散热主要是对液态金属电磁泵的外部线圈进行自然散热。即，将外部线圈暴露于外部环境中，由空气对流带走外部线圈的热量。此外，由于流入液态金属电磁泵的泵沟压力管道内的液态金属温度较高，使得泵沟压力管道通常也具有较高的温度，本领域的惯用手段是在外部线圈、外部定子铁芯与泵沟压力管道之间设置隔热层，用于减少外部线圈、外部定子铁芯与泵沟压力管道之间的热量传输，以免外部线圈和外部定子铁芯吸收泵沟压力管道的热量，导致外部定子铁芯和外部线圈的温度过高。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的在于提供一种具有新的散热方式的液态金属电磁泵。
6.为了实现上述目的，本技术实施例提供了一种液态金属电磁泵，包括：
7.泵沟压力管道，具有用于接收液态金属流入的液流入口以及用于向外输送液态金属的液流出口；
8.封闭的泵沟内壳体，设置于所述泵沟压力管道的径向内侧，所述泵沟内壳体与所述泵沟压力管道共同形成与所述液流入口和所述液流出口连通的供液态金属流动的环形流道；以及
9.电磁驱动装置，用于提供驱动所述液态金属在所述环形流道内流动的电磁力；所述电磁驱动装置包括：
10.外部定子铁芯，在所述泵沟压力管道的径向外侧沿轴向延伸，所述定子铁芯沿其长度方向设有多个绕组槽；和
11.多个外部线圈，每个所述外部线圈设置在所述外部定子铁芯的一个绕组槽内；其中，至少一个所述外部线圈配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至所述泵沟压力管道。
12.本技术实施例特别地将外部线圈配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道，而不设置隔热层，从而使得外部线圈的热量能够传递至泵沟压力管道，进而利用环形流道内部流动的液态金属带走外部线圈的热量，为外部线圈降温。
13.在本技术实施例中，由于外部线圈的热量可传递至环形流道内流动的液态金属，从而可降低整个液态金属循环回路中对液态金属的加热功率。
附图说明
14.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。
15.图1是根据本发明一个实施例液态金属电磁泵的结构示意图；
16.图2是图1所示液态金属电磁泵的剖视图；
17.图3是图1所示液态金属电磁泵的局部结构示意图；以及
18.图4是图1所示液态金属电磁泵的局部剖面图。
19.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。
20.附图标记说明：
21.100、液态金属电磁泵；
22.10、泵沟压力管道；11、液流入口；12、液流出口；
23.20、泵沟内壳体；21、侧壁；22、端面；
24.30、环形流道；
25.41、外部定子铁芯；411、条形铁芯；42、外部线圈；43、内部定子铁芯；431、条形铁芯；44、内部线圈；45、内部定子安装件；
26.50、环形稳压腔；51、入口段；511、径向内壁；512、径向外壁；52、出口段；520、出口；521、径向内壁；522、径向外壁；
27.60、第一筒体；
28.70、第二筒体；
29.80、外部环形流道；
30.90、保护外壳；91、凸缘；92、出液口。
具体实施方式
31.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。
32.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。
33.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。
34.按泵沟形式，可将电磁泵划分为平面型、螺旋型和圆柱型。其中圆柱型泵沟截面呈环形，感应器(即定子铁心和线圈)布置在泵沟径向外侧上，泵沟径向内侧放有内置铁芯。本技术实施例提供的液态金属电磁泵为圆柱型感应式电磁泵。
35.图1是根据本发明一个实施例液态金属电磁泵的结构示意图；图2是图1所示液态金属电磁泵的剖视图。参见图1和图2，本发明实施例的液态金属电磁泵100包括：泵沟压力管道10、泵沟内壳体20以及电磁驱动装置。
36.泵沟压力管道10具有用于接收液态金属流入的液流入口11和用于向外输送液态
金属的液流出口12。泵沟压力管道10可以为圆筒，圆筒两侧端口均为开放端，圆筒的一侧端口作为液流入口11，另一侧端口作为液流出口12。
37.泵沟内壳体20为具有容纳腔的封闭结构。泵沟内壳体20设置于泵沟压力管道10的径向内侧，泵沟内壳体20与泵沟压力管道10共同形成与液流入口11和液流出口12连通的供液态金属流动的环形流道30。
38.为了降低流体阻力，泵沟内壳体20对应液流入口11的一侧端面22为弧面。该弧面位于泵沟压力管道10的径向内侧，且与泵沟压力管道10的液流入口11所处平面之间存在预设距离，以便于进入液流入口11后的液态金属经由该弧面均匀地流入环形流道30。
39.电磁驱动装置用于提供驱动液态金属在环形流道30内流动的电磁力(即洛伦兹力)。换言之，电磁驱动装置用于提供驱动液态金属从液流入口11流向液流出口12的电磁力。在液态金属电磁泵100使用过程中，通过电磁驱动装置驱动高温的液态金属从液流入口11流入环形流道30，并从液流出口12向外流出，从而实现对液态金属的泵送作用。
40.在一些实施例中，电磁驱动装置可包括：设置在泵沟压力管道10的径向外侧的外部定子铁芯41和多个外部线圈42。外部定子铁芯41在泵沟压力管道10的径向外侧沿其轴向延伸。
41.外部定子铁芯41沿其长度方向设有多个绕组槽。每个外部线圈42相应地设置在外部定子铁芯41的一个绕组槽内。
42.特别地，在本技术实施例中，至少一个外部线圈42配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10。换言之，在本技术实施例中，外部线圈42与泵沟压力管道10两者之间未设置用于减少热量传递的隔热层，从而使得外部线圈42的热量能够传递至泵沟压力管道10，进而利用环形流道30内部流动的液态金属带走外部线圈42的热量，为外部线圈42降温。
43.在一些实施例中，每个外部线圈42均配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10。
44.在一些实施例中，外部线圈42与泵沟压力管道10直接面对，且外部线圈42与泵沟压力管道10之间存在间隙，该间隙内存在气体，外部线圈42通过热辐射和间隙内的气体将热量传递至泵沟压力管道10。容易理解，在这些实施例中，外部线圈42与泵沟压力管道10两者之间不相互接触，同时两者之间也不设置任何结构件，仅通过热辐射和间隙内的气体将热量从外部线圈42传递至泵沟压力管道10。
45.在一些实施例中，上述间隙例如可为0.1-2mm，外部线圈42可利用该间隙内的气体将热量传导至泵沟压力管道10，同时也可利用热辐射将热量传递至泵沟压力管道10。
46.在另一些实施例中，外部线圈42与泵沟压力管道10导热接触。在本文中，a部件和b部件“导热接触”可以理解为a部件与b部件直接接触以实现a部件与b部件之间的热量传递；也可以理解为a部件通过导热件与b部件间接接触，从而实现a部件与b部件之间的热量传递。
47.容易理解，在一些实施例中，全部外部线圈42均与泵沟压力管道10导热接触。在一些实施例中，全部外部线圈42均与泵沟压力管道10直接面对，且全部外部线圈42与泵沟压力管道10之间存在间隙。在一些实施例中，一部分外部线圈42与泵沟压力管道10直接面对，且该部分外部线圈42与泵沟压力管道10之间存在间隙，其中该间隙内存在气体；另一部分
外部线圈42与泵沟压力管道10导热接触。
48.在本技术实施例中，外部线圈42可以为耐高温线圈。外部线圈42的耐温等级可达到200℃以上。例如，外部线圈42可耐受250℃以上的高温。在一些实施例中，外部线圈42的耐温等级可达到300℃以上。在另一些实施例中，外部线圈42的耐温等级可达400℃以上甚至500℃以上。
49.在本技术实施例中，为了保证外部线圈42的可靠性，外部线圈42可耐受的温度要高于环形流道30内部流动的液态金属的温度。由此，当外部线圈42的温度高于环形流道30内部流动的液态金属的温度时，外部线圈42不会高温失效，而由于外部线圈42与泵沟压力管道10之间存在热量传递，从而能够将外部线圈42的热量传递至泵沟压力管道10，并进而传递至流动的液态金属。
50.可以根据液态金属的温度选择外部线圈42的耐受温度。容易理解，外部线圈42的耐温等级越高，其允许环形流道30内部流动的液态金属的温度越高。
51.以液钠为例，当进入环形流道30内的液钠的温度为130℃时，外部线圈42可以选择耐温等级达到200℃以上的线圈。当进入环形流道30内的液钠的温度为250℃时，则外部线圈42应选择耐温等级达到300℃甚至达到400℃以上的线圈。
52.容易理解，本技术并不涉及对线圈结构的改进。外部线圈42可采用现有技术中已有的耐高温的线圈结构。
53.在本技术实施例中，由于外部线圈42的热量可传递至环形流道30内流动的液态金属，从而可降低整个液态金属循环回路中对液态金属的加热功率。换言之，本技术实施例将外部线圈42产生的热量用于加热液态金属，合理地利用了能源，降低了能耗。
54.在一些实施例中，外部线圈42可以为三相绕组线圈。相应地，绕组槽和外部线圈42的数量可为3的整数倍。绕组槽和外部线圈42的数量可为如6、12、18、24、48等。外部线圈42可采用三角形电路接法，对外部线圈42通以相位相差120度的变化电流，利用产生的行波磁场作用于液态金属介质，推动液态金属在环形流道30中流动。
55.在一些实施例中，外部定子铁芯41配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10。从而，外部线圈42的热量能够通过外部定子铁芯41传递至泵沟压力管道10，进而利用环形流道30内部流动的液态金属带走外部线圈42和外部定子铁芯41的热量，为外部线圈42和外部定子铁芯41降温。
56.在一些实施例中，外部定子铁芯41与泵沟压力管道10导热接触。在一些实施例中，外部定子铁芯41与泵沟压力管道10直接面对(即外部定子铁芯41与泵沟压力管道10两者之间未设置任何隔热层)，且外部定子铁芯41与泵沟压力管道10之间存在间隙，该间隙内存在气体，外部定子铁芯41通过热辐射和间隙内的气体将热量传递至泵沟压力管道10。
57.参见图3，在一些实施例中，外部定子铁芯41包括沿泵沟压力管道10的轴向延伸的多个条形铁芯411，这些条形铁芯411在泵沟压力管道10的径向外侧沿其周向间隔布置。在一些实施例中，这些条形铁芯411在泵沟压力管道10的径向外侧沿其周向等间隔布置。
58.每个条形铁芯411沿轴向或者说长度方向设有多个铁芯开槽，各条形铁芯411在轴向相同位置处的铁芯开槽共同组成外部定子铁芯41的一个绕组槽。
59.在一些实施例中，条形铁芯411的数量可为偶数，偶数个条形铁芯411在泵沟压力管道10的径向外侧沿周向均匀分布，以便于形成对称的磁场。在一些实施例中，条形铁芯
411的数量为18个，18个条形铁芯411在泵沟压力管道10的径向外侧沿周向均匀分布。在其他实施例中，条形铁芯411的数量也可为4个、8个、10个、20个等。
60.在一些实施例中，条形铁芯411可由无取向硅钢片叠制而成。
61.在一些实施例中，电磁驱动装置还包括：设置于泵沟内壳体20内的内部定子铁芯43和多个内部线圈44。本技术实施例由于在环形流道30的径向内外两侧均设置定子铁芯和线圈，从而显著地提升了电磁驱动装置提供的磁场强度，进而提高了液态金属电磁泵100的泵送能力。与传统的圆柱型感应式电磁泵(即环形流道30径向外侧设置定子和线圈，径向内侧未设置定子和线圈)相比，本技术双定子型(即环形流道30的径向内外两侧均设置定子铁芯和线圈)电磁泵效率显著提升，效率提升约50％；特别适用于大流量、中高扬程的场合。
62.容易理解，液态金属电磁泵100泵送的流量越大，其产生热量越多。本技术实施例利用环形流道30内的液态金属对线圈进行散热的散热方式，可以有效地对内部线圈44和外部线圈42进行散热，从而使得本技术实施例的液态金属电磁泵100具有较好的散热效果和泵送能力。
63.与外部线圈42类似，内部线圈44也为耐高温线圈。容易理解，在本技术实施例中，为了保证内部线圈44的可靠性，内部线圈44可耐受的温度要高于环形流道30内部流动的液态金属的温度。内部线圈44的耐温等级可以与外部线圈42相同，也可以与外部线圈42不同。
64.与外部定子铁芯41相似，内部定子铁芯43沿泵沟内壳体20的轴向设有多个绕组槽。每个内部线圈44设置在内部定子铁芯43的一个绕组槽内。
65.在本技术的一些实施例中，至少一个内部线圈44配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20。从而，利用环形流道30内部流动的液态金属携带内部线圈44的热量，为内部线圈44降温。
66.在一些实施例中，每个内部线圈44均配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20。
67.在一些实施例中，内部线圈44与泵沟内壳体20直接面对，且内部线圈44与泵沟内壳体20之间存在间隙，该间隙内存在气体，内部线圈44通过热辐射和间隙内的气体将热量传递至泵沟内壳体20。容易理解，在这些实施例中，内部线圈44与泵沟内壳体20两者之间不相互接触，同时两者之间也不设置任何结构件，仅通过热辐射和间隙内的气体将热量从内部线圈44传递至泵沟内壳体20。
68.在一些实施例中，上述间隙例如可为0.1-2mm，内部线圈44可利用该间隙内的气体将热量传导至泵沟内壳体20，同时也可利用热辐射将热量传递至泵沟内壳体20。
69.在一些实施例中，内部线圈44与泵沟内壳体20的侧壁21导热接触。
70.在一些实施例中，内部定子铁芯43配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20。从而，内部线圈44的热量能够通过内部定子铁芯43传递至泵沟内壳体20，进而利用环形流道30内部流动的液态金属带走内部线圈44和内部定子铁芯43的热量，为内部线圈44和内部定子铁芯43降温。
71.在一些实施例中，内部定子铁芯43与泵沟内壳体20导热接触。在一些实施例中，内部定子铁芯43与泵沟内壳体20的侧壁21直接面对(即内部定子铁芯43与泵沟内壳体20的侧壁21两者之间未设置任何隔热层)，且内部定子铁芯43与泵沟内壳体20的侧壁21之间存在间隙，该间隙内存在气体，内部定子铁芯43通过热辐射和间隙内的气体将热量传递至泵沟
内壳体20的侧壁21。
72.容易理解，在本技术的一些实施例中，外部线圈42配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10；同时内部线圈44配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20，从而将内部线圈44和外部线圈42的热量传递至环形流道30内的液态金属，由液态金属携带内部线圈44和外部线圈42的热量离开环形流道30。
73.在一些实施例中，外部定子铁芯41配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10；同时内部定子铁芯43也配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20；从而内部线圈44和外部线圈42分别传递至内部定子铁芯43和外部定子铁芯41的热量也传递至环形流道30内的液态金属，由液态金属携带内部线圈44和外部线圈42的热量离开环形流道30。
74.在一些实施例中，内部线圈44和内部定子铁芯43配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟内壳体20；同时外部线圈42和外部定子铁芯41配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至泵沟压力管道10；并且，外部定子铁芯41还可配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至下文提及的“第一筒体60”，从而有利于将内部线圈44和外部线圈42产生的热量传递至液态金属。
75.内部定子铁芯43可以通过内部定子安装件45安装于泵沟内壳体20。安装件45可以由金属等导热性好的材料制成。
76.在一些实施例中，内部定子铁芯43包括沿轴向延伸的多个条形铁芯431，这些条形铁芯431在泵沟内壳体20内沿其周向间隔布置。在一些实施例中，这些条形铁芯431在泵沟内壳体20内沿其周向等间隔布置。
77.内部定子铁芯43的条形铁芯431的数量可以与外部定子铁芯41的条形铁芯411的数量相同。内部定子铁芯43的条形铁芯431可以与外部定子铁芯41的条形铁芯411相对设置。即，内部定子铁芯43的每个条形铁芯431均面对外部定子铁芯41的一个条形铁芯411设置。内部线圈44也可以与外部线圈42相对设置。
78.容易理解，在本技术的另一些实施例中，未在环形流道30径向内侧设置定子和线圈，电磁驱动装置仅包括：设置于环形流道30径向外侧的定子铁芯、线圈，和设置于环形流道30径向内侧的导磁体。
79.在一些实施例中，液态金属电磁泵100还包括：第一筒体60和第二筒体70。第一筒体60设置于外部定子铁芯41的径向外侧。第二筒体70设置于第一筒体60径向外侧，第二筒体70与第一筒体60共同形成与液流出口12连通的外部环形流道80，以接收来自液流出口12的液态金属。容易理解，在这样的实施例中，外部环形流道80延轴向至少围绕部分外部定子铁芯41设置。
80.在一些实施例中，外部定子铁芯41配置成将热量直接地或者通过热传递介质间接地传递至第一筒体60。从而，外部线圈42的热量能够通过外部定子铁芯41传递至第一筒体60，进而利用外部环形流道80内部流动的液态金属带走外部线圈42和外部定子铁芯41的热量，为外部线圈42和外部定子铁芯41降温。
81.在一些实施例中，外部定子铁芯41与第一筒体60导热接触。
82.在一些实施例中，外部定子铁芯41与第一筒体60直接面对(即外部定子铁芯41与
第一筒体60两者之间未设置任何隔热层)，且外部定子铁芯41与第一筒体60之间存在间隙，该间隙内存在气体，外部定子铁芯41通过热辐射和间隙内的气体将热量传递至第一筒体60。
83.在一些实施例中，外部定子铁芯41安装于第一筒体60。具体地，外部定子铁芯41的轴向两侧分别设置连接件，通过连接件将外部定子铁芯41安装于第一筒体60。该连接件可以为金属件，从而利用将热量从外部定子铁芯41传递至第一筒体60。
84.在本技术实施例中，环形流道30内的液态金属受到电磁力驱动后，在液流出口12处将获得较大的出口压力。为了维持液流出口12出口压力的稳定，在一些实施例中，液态金属电磁泵100还包括：环形稳压腔50，以稳定液态金属的压力。
85.参见图4，环形稳压腔50包括与泵沟压力管道10的液流出口12相接的入口段51和与入口段51相接的出口段52。出口段52的径向外壁522形成有沿周向分布的多个出口520，出口段52经由出口520与外部环形流道80连通。其中，入口段51自泵沟压力管道10的液流出口12朝出口段52渐扩延伸，以减少阻力损失。当液态金属从入口段51进入出口段52，液态金属的压力得以释放，之后沿着周向的出口520流入外部环形流道80。
86.在一些实施例中，入口段51的径向内壁511的两端分别与泵沟内壳体20的侧壁21和出口段52的径向内壁521相接；出口段52的径向外壁522向外凸出于入口段51的径向外壁512。在这样的实施例中，出口段52的径向环宽大于环形流道30的径向环宽，同时也大于入口段51的径向环宽，更有利于液态金属的稳压效果。
87.在一些实施例中，出口段52的径向外壁522与第一筒体60相接，以使得从出口段52的出口520流出的液态金属直接进入外部环形流道80。出口段52远离入口段51的端部与第二筒体70相对应的端部平齐，出口段52远离入口段51的端面延长至与第二筒体70的端部相接，从而将外部环形流道80的一侧密封。
88.液态金属电磁泵100还包括：保护外壳90，设置于第二筒体70的径向外侧；保护外壳90的侧壁上形成有与外部环形流道80连通的出液口92，进入外部环形流道80内的液态金属经由出液口92从液态金属电磁泵100的侧面流出。
89.在一些实施例中，泵沟压力管道10沿竖向延伸，使得液态金属电磁泵100整体使用立式布局结构。泵沟压力管道10的液流入口11位于下端，液流出口12位于上端。环形稳压腔50位于泵沟压力管道10的上方。保护外壳90上端部沿径向向外延伸形成凸缘91，用于将液态金属电磁泵100悬挂设置。
90.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。
91.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。