[发明专利]一种带稳流段的多级ALIP电磁泵

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于电磁泵技术领域，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。

背景技术

圆柱式线性感应电磁泵(Annular Linear Induction Pump,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。国内实用新型专利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；实用新型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；实用新型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；发明专利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。本发明专利针对大型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。

发明内容

为了解决大型ALIP电磁泵内流不稳定和高效区狭窄的问题，本发明专利提供一种带稳流段的多级ALIP电磁泵的新型结构设计。

本发明的技术方案为：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。