液态金属电磁泵的制作方法

1.本技术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液态金属输送设备，因其具有无泄漏、调节能力强，可靠性高的优点而得到了广泛应用，尤其是在核电领域。然而，现有技术中的液态金属电磁泵通常被应用于大型系统中，在一些具有小型化特征的系统中，例如液态金属冷却反应堆辅助系统或者相关科学试验装置中，缺乏相适应的液态金属电磁泵。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的液态金属电磁泵。
4.根据本技术的实施例提供一种液态金属电磁泵，包括：管道部，所述管道部设置有用于接收液态金属流入的入口和用于向外输送液态金属的出口；线圈部，所述线圈部设置在所述管道部的径向外侧，所述线圈部通电时能够在所述管道部内产生磁场以驱动液态金属在所述管道部中流动；保护壳，设置在所述线圈部的径向外侧并沿所述管道部的轴向延伸，以覆盖所述线圈部；固定部，所述固定部设置在靠近所述入口和所述出口的位置，所述保护壳轴向上的两端与所述固定部连接；控制部，用于控制所述线圈部中的电流，所述保护壳的一侧隆起形成容置空间，所述控制部设置在所述容置空间中。
5.根据本技术实施例的液态金属电磁泵结构紧凑，尤其适用于具有小型化特征的系统中。
附图说明
6.图1为根据本技术实施例的液态金属电磁泵示意图；
7.图2为根据本技术实施例的第一导磁体示意图；
8.图3为根据本技术实施例的线圈部示意图；
9.图4为根据本技术实施例的管道部的径向截面示意图；
10.图5位根据本技术实施例的管道部的轴向截面示意图。
具体实施方式
11.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术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技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
12.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技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描
述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。
13.本技术的实施例提供一种液态金属电磁泵，参照图1，包括：管道部10，管道部10设置有用于接收液态金属流入的入口101和用于向外输送液态金属的出口102；线圈部20，线圈部20设置在管道部10的径向外侧，线圈部20通电时能够在管道部10内产生磁场以驱动液态金属在管道部10中流动；保护壳30，设置在线圈部20的径向外侧并沿管道部10的轴向延伸，以覆盖线圈部20；固定部40，固定部40设置在靠近入口101和出口102的位置，保护壳30轴向上的两端与固定部40连接；控制部50，用于控制线圈部20中的电流，保护壳30的一侧隆起形成容置空间31，控制部50设置在容置空间31中。
14.在实际使用过程中，管道部10的入口101和出口102可以连接到相应的管道接头中，线圈部20设置在管道部10的径向外侧，当线圈部20通电时，在管道部10中产生交变磁场，该磁场穿透管道部10中的液态金属并产生交感电流，电流又与磁场相互作用，产生沿外部交变次生行波方向的作用力，以推动液态金属在管道部10中前进，本领域技术人员根据实际情况来确定线圈部20设置的具体位置以及线圈部20的绕线方式等，对此不做具体的限定。
15.液态金属可以是li、na、k、nak合金、rb、cs等碱金属或其他任何合适的金属，对于常温为液态的金属，可以直接应用，对于常温为固态的金属，可能需要在管道部10的接头处(例如入口101处)设置加热装置，以保证进入管道部10的金属为液态金属，而在液态金属进入管道部10后可被涡感效应所加热，从而不会凝固。
16.固定部40用于对保护壳30进行固定，固定部40可以是例如固定法兰等装置或其他的固定装置，保护壳30可以通过螺钉、插销、卡接、焊接等合适的方式固定到固定部40，本领域技术人员可以根据实际需求自行选择。
17.保护壳30的一侧可以隆起形成容置空间31，控制部50可以设置在该隆起空间31中。保护壳30可以是一体化结构，也可以是由多个壳体拼接形成，对此不做具体的限定。在一些实施例中，容置空间31中可以形成有隔板，以将控制部50和线圈部20进行一定的隔离，在一些实施例中，也可以不设置隔板。在一些实施例中，控制部50可以固定在保护壳30的内壁上，也可以固定在管道部10上。
18.区别于相关技术中的大型电磁泵设备，本技术实施例的液态金属电磁泵中，线圈部20和控制部50这两个主要的功能部件以及管道部10的大部分都被保护壳30所覆盖，这使得整个液态金属电磁泵的结构更加紧凑，尤其适用于具有小型化特征的系统，例如反应堆辅助系统或者各类相关科学试验装置中。
19.在一些实施例中，由于反应堆等应用场景中工作环境恶劣，除了较高的工质温度外，中子及γ射线辐照是设备必须面临的问题。通常，电磁泵介质工作温度可达525℃，中子、γ累积剂量一般超过1019n/cm2和109gy，因此液态金属电磁泵中各部件所使用的材料必须经过辐照论证或验证方可使用。较为优选地，液态金属电磁泵的基础结构的材料可以选用不修改，推荐长期使用温度为525℃及以下，可短期工作在550℃。管道部10的结构材料推荐采用316或316h奥氏体不锈钢制作，具有较好的高温力学特性，且与碱金属工质相容。
保护壳30的结构材料推荐采用304或316l奥氏体不锈钢制作以降低成本。
20.在一些实施例中，保护壳30上可以设置有通风孔32，通风孔32可以用于空气的流动，以通过自然空气来对线圈部20、控制部50、管道部10等进行一定程度的冷却。在一些实施例中，可以设置测温装置(图中未示出)对管道部10、线圈部20和控制部50等易于发热的部位进行测温，当发现温度超标时可以及时采取停止工作、降频、辅助冷却等措施来进行处理，避免液态金属电磁泵的损坏。优选地，测温装置可以是热电偶，并推荐使用具有良好的耐辐照特性的镍铬-镍铝型铠装绝缘型热电偶。
21.在一些实施例中，控制部50可以包括管道部10的轴向延伸的电气接线板51，容置空间31的形状可以与电气接线板51相适应，这样的设置方式能够进一步的减小液态金属电磁泵的整体体积。电气接线板51可以控制线圈部20中的电流强度、频率等等，以实现液态金属电磁泵的调频、调流、调压及调功多种模式，适用于不同类型控制系统，可以在运行包络线内调制出任意p-q特性组合，尤其适用于操作范围宽泛的科学试验装置使用。优选地，电气接线板51可以使用a型氧化铝陶瓷或聚酰亚胺制作，以增加其耐辐照性能。在一些实施例中，控制部50还可以包括通信装置，通信装置可以和电气接线板51连接，从而能够进行远程控制。
22.在一些实施例中，参照图1，液态金属电磁泵还包括第一导磁组件60，第一导磁组件60设置在线圈部20和保护壳30之间，第一导磁组件60与固定部40连接以使线圈部20固定于管道部10，并且，当线圈部20中通入电流时，该电流在第一导磁组件60的作用下能够在管道部10中产生磁场。即，第一导磁组件60能够同时完成磁场的产生、导向，以及线圈部20的固定，这样的固定方式能够减少线圈部20的固定成本，并且也使得液态金属电磁泵的组装制造以及零部件的更换更加方便。
23.在一些实施例中，参照图1和图2，第一导磁组件60可以包括多个第一导磁体61，多个第一导磁体61沿管道部10的周向设置，每个第一导磁体61沿管道部10的轴向延伸，并且每个第一导磁体61的两端与固定部40连接。优选地，第一导磁组件60可以包括6-8个第一导磁体61，第一导磁体61可以沿着管道部10的周向均匀排布，从而保证线圈部20在各个方向上的受力较为均匀，尽可能的避免线圈部20由于电磁原因出现大幅度的振动。相较于使用一体化的第一导磁组件60(例如筒状的第一导磁组件)而言，使用多个第一导磁体61能够进一步的降低制作成本。在一些实施例中，第一导磁体61可以由硅钢片叠置而成。
24.在一些实施例中，保护壳30和多个第一导磁体61能够从固定部40拆卸，以将线圈部20暴露。在一些实施例中，保护壳30和第一导磁体61可以在液态金属电磁泵已经连接到相应的管道的情况下进行拆卸，例如，保护壳30可以由多个壳体拼接而成或者由一个壳体折叠而成，其多个壳体的连接处或者一个壳体折叠后的对接处可以进行可拆卸设置，从而在接触了保护壳30和固定部40之间的连接后，可以通过接触上述连接处或对接处的连接而将保护壳30取下。
25.在保护壳30取下后，可以进一步的将第一导磁体61从固定部40拆卸，从而将线圈部20至少部分地暴露，从而能够实现线圈部20的原位检修，无需整体地将液态金属电磁泵移除。在一些实施例中，第一导磁体61的两端可以通过卡合的方式与固定部40连接，例如，第一导磁体61的两端可以设置有卡榫，而固定部40上可以设置有相应的卡槽，从而在进行拆卸时，通过敲击的方式就能够将第一导磁体61拆卸，进一步方便进行检修。
26.在一些实施例中，参照图1，线圈部20包括沿管道部10的轴向间隔设置的多个线圈21。在这样的实施例中，第一导磁体61可以形成有多个凸起611，当第一导磁体61与固定部40连接时，每个凸起611卡入相邻两个线圈21的间隙中，以将线圈21固定。线圈21的具体数量可以由本领域技术人员自行选择，凸起611的数量、长度和宽度与线圈21的数量以及具体设置的位置相适应，在此不再赘述。
27.在一些实施例中，每个线圈21可以包括环形骨架211，缠绕在环形骨架211上的导线212，以及覆盖在导线212外侧的保护层213。环形骨架211可以为一体成型，也可以是分体拼接形成，优选地，使用一体成型的环形骨架211以节约成本。在实际进行组装的过程中，可以直接将线圈21的环形骨架211套设在管道部10上，而后使用第一导磁体61进行固定。保护层213可以在导线212缠绕在环形骨架211后直接涂覆在导线212的外侧，也可以以保护圈的形式套设在导线212的外侧，以保护圈的形式存在的保护层213能够从导线212的外侧移除而将导线212暴露，从而，在线圈21发生故障时，可以单独的更换导线212而无需更换保护层213。
28.为了提高线圈21的耐高温和耐辐照特性，环形骨架211和保护层213可以选用α型氧化铝制作，也可以采用耐热冲击性能更好的氮化铝陶瓷，但相较于α型氧化铝而言，氮化铝陶瓷会带来更高的成本。导线212的可以采用弥散铜镀镍或银为导体，并以耐辐照型云母绝缘陶纤作为外层，云母和陶瓷纤维均具有较好的耐辐照特性，由于其一般带胶，因此推荐在导线212缠绕完成后进行除胶除碳操作。优选地，导线212为柔性导线，从而，在发生故障时，可以直接将保护层213移除后，在原位进行导线212的更换。
29.在一些实施例中，参照图4和图5，管道部10可以包括管体11、第二导磁组件12和支撑件13，第二导磁组件12和管体11同轴设置，支撑件13将第二导磁组件12支撑在管体11内部，以使管体11和第二导磁组件12之间形成供液态金属流动的环形流道14。环形流道14能够尽可能的减少液态金属的流动阻力，并提升流体空化振动现象的流量阈值，大幅提升液态金属电磁泵驱动液态金属时的流体稳定性。
30.在一些实施例中，第二导磁组件12可以包括壳体121和第二导磁体122，壳体121中形成真空环境，第二导磁体122设置在壳体121中并沿壳体121的轴向延伸。壳体121中形成真空环境可以保证壳体内部环境的清洁，避免了不良气体(例如氧气)与第二导磁体122发生相互作用的可能。第二导磁体122可以由采用硅钢材料，在一些实施例中，第二导磁体122可以进一步的包括中央导磁体1221，以及呈放射状嵌入中央导磁体1221的多个硅钢片1222，具体地，参照图4中央导磁体1221上可以沿其直径方向开设呈放射状排列的凹槽，硅钢片1222设置在这些凹槽中，推荐使用具有高温耐辐照涂层的硅钢片品种，硅钢片厚度可以在0.2～0.5mm间选择，如：0.35mm，这样的硅钢片1222能够阻断横向感生电流的形成，从而提高液态金属电磁泵的工作效率，和工作时液态金属的流体稳定性。
31.在一些实施例中，参照图5，壳体121可以包括：第一壳体1211和分别设置在第一壳体1211两端的两个第二壳体1212，第一壳体1211为筒状，每个第二壳体1212在背离第一壳体1211的方向上内径逐渐减小。在这样的实施例中，整个壳体121呈现出鱼雷状，两端内径渐缩的第二壳体1212能够起到很好的导流作用，减小液态金属流入环形流道14时的阻力。为了保证壳体121内的真空环境，第一壳体1211和第二壳体1212之间可以通过电子束焊接密封。
32.在一些实施例中，支撑件13可以包括分别与两个第二壳体1212连接的两个主支撑件131，如图5所示的，主支撑件131远离第二壳体1212的一端可以固定于管体11，靠近第二壳体1212的一端可以与第二壳体1212螺纹连接，当然也可以选择其他合适的连接方式进行连接，从而将第二导磁组件12支撑在管体11内。
33.在一些实施例中，参照图4除了设置在两端两个主支撑件131外，还可以包括沿着第二导磁组件12的轴向设置在第二导磁组件12外侧的多个辅助支撑件132，从而进一步的保证支撑的稳定性。需要注意的是，主支撑件131和辅助支撑件132上需要设置有供液态金属流动的开口。并且，还需要尽可能保证主支撑件131和辅助支撑件132不会影响流动的效率，例如，在一些实施例中，主支撑件131以及辅助支撑件132沿着管道部10轴向上的前缘和后缘可以采用圆弧形设计，从而更加符合水力学特征，减小对液态金属的流动产生阻力。
34.在一些实施例中，管体11可以包括第一管体111和分别设置在第一管体111两端的两个第二管体112，第二管体112部分地插入第一管体111并与主支撑件131配合连接。具体地，参照图5，主支撑件131远离第二导磁组件12的一端可以形成有一个或多个凸起，而第二管体112上可以设置有相应的凹槽，从而在第二管体112插入第一管体111后能够与主支撑件131形成配合连接，这样的实施例中，主支撑件131还能够起到一定的定位作用，当然，本领域技术人员也可以选择其他的方式来进行主支撑件131和第二管体112之间的配合连接。第二管体112远离第一管体111的一端可以用于与相应的管道连接，本领域技术人员可以根据实际应用场景进行设置，对此不做具体的限定。在一些实施例中，第一管体111的外侧可以设置有保温层113，该保温层113主要是为了防止一些液态金属在被泵送的过程中发生凝固，也可降低管道部10向第一导磁组件60及线圈部20的导热。
35.需要注意的是，尽管第二管体112与主支撑件131进行了配合连接，但仍然需要将第二管体112与第一管体111进行焊接，以保证整个管道部10的密封性，优选地，使用电子束焊接，但也可在条件不具备时采用钨极气体保护或其他合适的方式进行焊接。
36.在一些实施例中，为了进一步保证管道部10的密封性，可以管道部10的各个部件的焊接处进行无损探测，例如使用超声、涡流、射线、着色等进行探测，在一些实施例中，作为补充的或替代的，可以进行压力试验和密封性试验。
37.在一些实施例中，为了进一步的保证管道部10内部的清洁度，与液态金属接触的结构材料需要清洗后真空除气再行组装焊接，并且需要保证组焊期间的洁净度。
38.对于本技术的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术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。
39.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。