阅读说明：本技术 一种无转子的离心式液态金属磁力泵 (Centrifugal liquid metal magnetic drive pump of no rotor ) 是由 韩伟 苏有亮 叶珂呈 刘耀 党树娟 肖铭振 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：一种无转子的离心式液态金属磁力泵,本发明涉及泵技术领域,泵壳的前端固定由吸入室,泵壳的后端固定由压出室；泵壳的内环壁中嵌设由负电极环,且泵壳的内壁位于负电极环的位置处固定由固定螺片,该固定螺片为绝缘材质螺片；正电极柱从前往后贯穿固定螺片设置；泵壳的外环壁上绕设由励磁线圈,且励磁线圈设于泵壳外环壁上的壳体内；泵壳的后端内环壁上固定有固定导叶。待泵送介质不经过叶轮,直接受到磁场的约束并进行输送,不存在主轴开孔动密封的问题；避免了由于设置弯管而导致额外局部阻力损失得问题,解决了主轴密封、电机密封、不能放置过大体积和过大功率的电机以及内置电机散热等的问题。(The invention relates to a centrifugal liquid metal magnetic pump without a rotor, which relates to the technical field of pumps.A suction chamber is fixed at the front end of a pump shell, and a pressing chamber is fixed at the rear end of the pump shell; a negative electrode ring is embedded in the inner ring wall of the pump shell, and a fixed helical piece is fixed on the inner wall of the pump shell at the position of the negative electrode ring, wherein the fixed helical piece is an insulating helical piece; the positive electrode column penetrates through the fixed spiral sheet from front to back; the outer ring wall of the pump shell is wound with an excitation coil which is arranged in the shell on the outer ring wall of the pump shell; fixed guide vanes are fixed on the inner ring wall at the rear end of the pump shell. The medium to be pumped does not pass through the impeller, is directly restrained by the magnetic field and is conveyed, and the problem of dynamic sealing of the main shaft opening is solved; the problem of extra local resistance loss caused by the arrangement of the bent pipe is avoided, and the problems of main shaft sealing, motor sealing, incapability of placing motors with overlarge volume and overlarge power, heat dissipation of built-in motors and the like are solved.)

一种无转子的离心式液态金属磁力泵

技术领域

本发明涉及泵技术领域，具体涉及一种无转子的离心式液态金属磁力泵。

背景技术

轴流泵是依靠旋转叶轮的叶片对流体产生的作用力使其沿轴线方向输送的泵，但是由于传统式的泵为了保证主轴刚度和驱动电机的放置等设计结构，需要在中间管后端再接一个出水弯管来改变水流的方向，而造成流体额外的流动阻力，以及泵壳轴孔处的动密封问题等。而之后出现的一体式轴流泵，即将电机放置在导叶体用来支撑叶轮的整流罩中，这样省去了较长的主轴，并且避免了出水弯管造成额外的阻力，但是为放置电机，造成了整流罩横截面积过大，也会引起额外的流动阻力，并且由于体积限制，不能放置过大的电机，导致电机功率小扭矩小。同时也导致需要更为严格的密封和防水设计等的技术要求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种设计合理的无转子的离心式液态金属磁力泵，待泵送介质不经过叶轮，直接受到磁场的约束并进行输送，不存在主轴开孔动密封的问题；避免了由于设置弯管而导致额外局部阻力损失得问题，解决了主轴密封、电机密封、不能放置过大体积和过大功率的电机以及内置电机散热等的问题。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：它包含吸入室、负电极环、励磁线圈、固定螺片、固定导叶、泵壳、压出室；泵壳的前端固定由吸入室，泵壳的后端固定由压出室；泵壳的内环壁中嵌设由负电极环，且泵壳的内壁位于负电极环的位置处固定由固定螺片，该固定螺片为绝缘材质螺片；正电极柱从前往后贯穿固定螺片设置；泵壳的外环壁上绕设由励磁线圈，且励磁线圈设于泵壳外环壁上的壳体内；泵壳的后端内环壁上固定有固定导叶。

进一步地，所述的正电极柱的两端固定有电极整流锥。

进一步地，所述的吸入室为直管吸入室。

进一步地，所述的压出室为由前向后成扩张型的喇叭状结构设置。

进一步地，所述的吸入室的前端口上连接有进口法兰盘。

进一步地，所述的压出室的后端固定有直管段。

进一步地，所述的直管段的后端口固定有出口法兰盘。

本发明的工作原理：首先向励磁线圈加载直流励磁电流，产生一个匀强磁场，当向负电极环与正电极柱间加载驱动电压时，将会有电流通过位于固定螺片、负电极环、正电极柱之间空隙内的具有导电性的待泵送介质，而这些导电的待泵送介质（如液态金属）将会成为载流导体，通过它们的驱动电流的方向沿半径方向并垂直于磁场方向，此时，载有电流的通电泵送介质，受到安培力的作用，在这之后，通电待泵送介质将会在圆周方向安培力的作用和泵壳的周向约束的共同作用下开始做匀加速圆周运动，并受到固定螺片的轴向约束，逐级（圈）加速，直至离开加速段，随后经过固定导叶消除速度环量，再经过压出室减速增压，随后经由直管段被泵出，而新的待泵送介质将会同时通过进口管路，经由泵壳内泵出前一过程中的介质产生的负压而吸入至吸入室中，并流入位于匀强磁场中的被泵壳包围以及固定螺片所共同组成加速流道段，重复被加速，导流，收集，减速增压直至被泵出。

采用上述结构，本发明的有益效果是：本发明提供了一种无转子的离心式液态金属磁力泵，待泵送介质不经过叶轮，直接受到磁场的约束并进行输送，不存在主轴开孔动密封的问题；避免了由于设置弯管而导致额外局部阻力损失得问题，解决了主轴密封、电机密封、不能放置过大体积和过大功率的电机以及内置电机散热等的问题；适合作为使用液态金属作为冷却介质的核反应堆一回路主泵，特别是其静音低振动将会非常适合装置在对噪音水平严格控制的核动力潜艇，航天器等载具上。

附图说明：

图1为本发明的剖面图。

图2是本发明轴侧剖视图。

图3是本发明的磁场分布情况示意图。

图4是图1中A-A向的受力分析示意图。

图5是本发明中流体质点的运动轨迹图。

附图标记说明：

吸入室1、负电极环2、励磁线圈3、固定螺片4、固定导叶5、泵壳6、压出室7、正电极柱8、电极整流锥9、直管段10、出口法兰盘11、进口法兰盘12。

具体实施方式

：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

如图1-图5所示，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含吸入室1、负电极环2、励磁线圈3、固定螺片4、固定导叶5、泵壳6、压出室7；泵壳6的前端固定由吸入室1，泵壳6的后端固定由压出室7；泵壳6的内环壁中嵌设由负电极环2，且泵壳6的内壁位于负电极环2的位置处固定由固定螺片4，该固定螺片4为绝缘材质螺片；正电极柱8从前往后贯穿固定螺片4设置；泵壳6的外环壁上绕设由励磁线圈3，且励磁线圈3设于泵壳6外环壁上的壳体内；泵壳6的后端内环壁上固定有固定导叶5。

进一步地，所述的正电极柱8的两端固定有电极整流锥9。

进一步地，所述的吸入室1为直管吸入室。

进一步地，所述的压出室7为由前向后成扩张型的喇叭状结构设置。

进一步地，所述的吸入室1的前端口上连接有进口法兰盘12。

进一步地，所述的压出室7的后端固定有直管段10。

进一步地，所述的直管段10的后端口固定有出口法兰盘11。

本具体实施方式的工作原理：首先向励磁线圈3加载直流励磁电流，产生一个如图5的匀强磁场，当向负电极环2与正电极柱8间加载驱动电压时，将会有电流通过位于固定螺片4、负电极环（2）、正电极柱（10）之间空隙内的具有导电性的待泵送介质，而这些导电的待泵送介质（如液态金属）将会成为载流导体，通过它们的驱动电流的方向沿半径方向并垂直于如图5磁场方向，此时，载有电流的通电泵送介质，受到安培力Fa的作用，受力分析示意图如图4，在这之后，载流导体（通电待泵送介质）将会在圆周方向安培力的作用和泵壳6的周向约束的共同作用下开始做匀加速圆周运动，并受到固定螺片4的轴向约束，沿类似图5的运动轨迹逐级（圈）加速，直至离开加速段，随后经过固定导叶5消除速度环量，再经过压出室7减速增压，随后经由直管段10被泵出，而新的待泵送介质将会同时通过进口管路，经由泵壳6内泵出前一过程中的介质产生的负压而吸入至吸入室1中，并流入位于匀强磁场中的被泵壳6包围以及固定螺片4所共同组成加速流道段，重复被加速，导流，收集，减速增压直至被泵出。

采用上述结构，本具体实施方式的有益效果是：

1、由于其通过位于泵壳外部的励磁线圈和电极直接通过安培力驱动通电工作介质，即利用通电泵送介质充当电机的转子和泵的叶轮，不再需要后接或是内置电机，省去了为了在后方外设电机而需要设置的轴承座、轴承、润滑油缸等额外结构；

2、省略了用于在主轴穿过泵体处设置的动密封结构；其仅有静密封，外泄漏量完全为零，这适用于需要严苛禁止外泄漏的场合。例如作为一回路，主泵用于泵送液态金属用于冷却核反应堆堆芯时，由于其没有动密封，所有的密封装置均为静密封，因此可以做到完全零泄漏，这对于核反应堆的回路来说是十分重要的，充满了衰变物质和受到辐照活化后成为放射源的一回路冷却剂将会被完全密封在回路管道内；

3、由于其无转子无轴承的结构，仅仅有用于消除速度环量的活动导叶，其检修周期可以进一步延长；

4、由于由通电泵送介质充当电机转子和泵的叶轮，没有旋转工作部件（没有转子），这样能有效减少因为旋转工作部件加工误差，装配误差等带来的震动问题所引发的噪音和工作震动，可以更加安静，适用于严格要求静音的场合和环境；

5、由于其没有转子，也就没有轴承轴瓦、润滑油缸、冷却管路等额外设施，不再需要润滑和散热，可以进一步缩小体积；

6、由于直接将电能转换为了泵送流体的扬程，不需要经过一道机械能的中途转换，通过变压调节励磁电流或是驱动电流来进行调速，其传动效率将会相较于以往的离心泵进一步提高；

7、由于是由磁场直接对通电泵送介质做功，没有叶轮叶片等结构，由这些结构带来的冲击损失，摩擦损失，容积损失与泄露损失将会不复存在；

8、由于是磁场和电流起到约束作用，实际上相当于无限叶片数，原本由于有限叶片数导致的对于流体质点的约束不完整导致的叶片出口处径向环量等将会有效减少，水利损失减小，压力脉动减小，其综合水力效率相对于传统离心泵将会进一步提高。并且由叶轮前后盖板压差导致的与扬程相关的轴向力也将会不复存在，以此进一步省略了复杂而降低效率的轴向力平衡措施，可以进一步提高总效率。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。