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微型感应式电磁泵的设计结构

发布时间:2017-2-4 13:34:41  浏览:

    电磁泵是利用磁场和导电流体中电流的相互作用,使流体受电磁力作用产生压力梯度,从而推动流体运动的一种装置,具有无转动部件、无需动密封、操作控制简单等优点,大多用于输送液态金属,所以又称为液态金属电磁泵。钠冷快堆电站采用液态金属钠作为冷却剂,其辅助系统、取样支路等相对流量较小的区域广泛采用钠电磁泵作为驱动液态钠在回路系统中循环流动的动力。中国实验快堆(CEFR)钠充排与接收系统、钠净化系统、钠分析监测系统、氢计系统的取样支路等均采用钠电磁泵作为动力源。此外,钠电磁泵还可用于输送钠试验回路中的钠介质。我们所讨论的钠电磁泵为双边平而双边绕组感应式、自然通风散热型电磁泵,主要用于中国实验快堆流量需求较低的扩散型氢计取样分析支路,具有可靠性高、拆卸方便的优点。

    (一)主要设计参数。双边平而双边绕组电磁泵采用上下两组铁芯、两对绕组并行对称结构。我们所设计的电磁泵其最大输入电压为由变频器驱动的三相200 V供电,最大电流1.6A,电磁泵主要设计参数如表1所示。

 电磁泵主要设计参数

    (二)电磁绕组设计。

    1、漆包线的选择。对于常规工业用电磁泵,散热方式均采用强制对流换热,而我们中电磁泵散热采取空气自然对流散热进行冷却,没有额外的冷却系统。因此,为保证电磁泵能够长期稳定运行,除加装散热肋片等增加电磁泵的散热而积外,还要尽可能选用耐温等级高的漆包线。最终选用的漆包线是耐温达220℃的聚酰亚胺漆包圆铜线,直径为0. 27mm 。

    2、线圈匝数的确定。在满足钠回路所需压头的前提下,尽可能增多线圈的匝数,这样做的目的是增大线圈的电阻,减小线圈的焦耳热。但是由于线圈的尺寸受铁心槽宽以及槽深的影响。综合以上两个方而,最终选择的线圈匝数为900匝。

    3、线圈的布置。线圈的具体布置情况如图1所示。以图示中符号V112举例解释几个符号的含义,首宇母代表三相交流电中的一相,最后一位数宇1或者2代表电流的方向,对于电磁泵上半部分,1代表指向纸内,2代表指向纸外,电磁泵下半部分与此相反,而首宇母后的数宇1一12则是12个线圈的编号。从图1中可以知道,电磁泵初级外铁芯为九齿八槽,线圈分三层,每层线圈对应三相电源中的一相,其绕组型式可以看成三层链式绕组。

    三相线圈之间的接法一共有两种,分为星型接法和三角形接法,其原理见图2。在三角形接法中,线电压等于相电压,线电流是相电流的1.732倍,而在星型接法中,线电压为相电压的1.732倍,线电流等于相电流。在变频器输出线电压固定的情况下,电磁泵散热能够确保线圈在低于其最高耐温下工作的前提下,选用了三角形接法,这样在同等条件下与星型接法相比较,三角形接法能够产生更大的输出功率和电磁泵压头。

 

 微型感应式电磁泵的设计结构

 

    将电磁泵两侧线圈按照星型接法或三角形接法进行连接,为避免两侧接线错误,必须对其进行验证,步骤如下:一是分别验证两侧初级的相序,即验证两侧初级的磁动势移动的方向。验证时将两侧初级分别通电,泵沟中液态金属的压力方向应该一致,并符合电磁泵工作的要求。二是分别测出两侧初级能够产生的压头大小。三是把两侧初级对应同名端并联接电源,测出两侧初级共同作用时电磁泵能够产生的压头大小,应是单侧的两倍。

    为保证电磁泵能够长期稳定运行,就必须确保电磁泵的各个部件都在其最高耐温之下工作。在电磁泵的各个部件中,初级线圈的温度尤为重要,因为电磁泵的其他部件都是铁、铝等金属材料,耐温较高,而初级线圈是由漆包线绕制成的,漆包线的绝缘漆耐温只有100~200℃,目前耐温等级最高的漆包线为聚酰亚胺漆包线,其耐温为220 ℃,因此选用该类型漆包线。

    电磁泵初级线圈绕制好需经过浸漆以及烘烤处理。这样做的目的是提高初级线圈的耐热性、导热性等能力。

    将电磁泵两侧线圈按照星型接法或三角形接法进行连接,为避免两侧接线错误,必须对其进行验证,步骤如下:一是分别验证两侧初级的相序,即验证两侧初级的磁动势移动的方向。验证时将两侧初级分别通电,泵沟中液态金属的压力方向应该一致,并符合电磁泵工作的要求。二是分别测出两侧初级能够产生的压头大小。三是把两侧初级对应同名端并联接电源,测出两侧初级共同作用时电磁泵能够产生的压头大小,应是单侧的两倍。

    为保证电磁泵能够长期稳定运行,就必须确保电磁泵的各个部件都在其最高耐温之下工作。在电磁泵的各个部件中,初级线圈的温度尤为重要,因为电磁泵的其他部件都是铁、铝等金属材料,耐温较高,而初级线圈是由漆包线绕制成的,漆包线的绝缘漆耐温只有100~200℃,目前耐温等级最高的漆包线为聚酰亚胺漆包线,其耐温为220 ℃,因此选用该类型漆包线。

    电磁泵初级线圈绕制好需经过浸漆以及烘烤处理。这样做的目的是提高初级线圈的耐热性、导热性等能力。

    (三)自然通风散热设计。电磁泵的主要热源有两个:一是漆包线自身通电所产生的焦耳热,这在电磁泵的总散热量中占有较大比重;二是由泵沟内的高温钠通过保温层传导至电磁泵初级的热量。

    我们设计的小型电磁泵采用的冷却方式是空气自然对流冷却,电磁泵产生的热量主要通过铁芯底部的散热肋片以及线圈两侧的导热铝条传导至周围环境。

    在电磁泵初级线圈安装完毕并接线完成后,由于初级线圈与铁芯直接接触而积很小,意味着散热而积远远不够。因此,在初级线圈周围填充碳化硅粉末,再浸高温漆,完全浸透后进行烘烤,烘烤后整个碳化硅粉末与高温漆作用会固化,起到封装固定初级线圈的作用,但其更重要的作用是将初级线圈的热量通过热传导传至散热肋片及两侧的导热铝条处,再通过后者将热量传导至周围环境,达到散热的效果。固化碳化硅的导热系数在3~5 W/(m~k)。图3为固化碳化硅的成型图,图4为在固化碳化硅周围加装导热铝条的电磁泵成型图。

 微型感应式电磁泵的设计结构

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