液態(tài)金屬電磁泵

目錄

序言

第一章 工程電磁流體力學在電磁泵中的應用

第二章 傳導式電磁泵

第三章 感應式電磁泵

第四章 液態(tài)金屬電磁泵的測試技術和工藝材料

參考文獻

主要符號表

液態(tài)金屬電磁泵是一種輸送導電流體的裝置，它具有密封、可靠、結構簡單等優(yōu)點，在化工、冶金、原子能動力、空間技術等方面都有一定應用．本書總結了國內這方面的研制成果和經驗．書中重點介紹了傳導式電磁泵和感應式電磁泵的工作原理、測試技術和工藝材料．可供從事液態(tài)金屬電磁泵的科技人員參考．

電磁泵傳導式電磁泵原理

傳導式電磁泵原理是：在磁場中的導體，通過電流，則導體將受到磁場的推力，三者方向相互垂直，推力的大小為F=I×B×L。

傳導電磁泵沒有任何轉動部件，解決了機械泵磨損問題，形成免維護焊機。但由于與液態(tài)金屬接觸的大電流電極向液態(tài)金屬傳導電流的過程中，因氧化渣在電極上的附著和遮蔽，造成波峰不穩(wěn)，甚至大起大落，不能穩(wěn)定的生產，國內進口瑞士這種機型近50臺基本都已停用。

電磁泵感應電磁泵原理

它采用的原理是利用單相C型開口電磁鐵，由于內外環(huán)的磁程差而產生內外環(huán)磁場的相位差，進而形成前進磁場分量，即由超前相位指向滯后相位的前進磁場分量。在前進磁場分量中的液態(tài)金屬釬料切割磁力線，因此受到一個向前的感應力，達到泵送液態(tài)金屬釬料的目的。

由于利用的是磁程差產生相位差，形成前進磁場分量，其前進磁場分量非常有限，大部分為不產生前進推力的脈動磁場，要制造出如圖的寬波峰（300mm～400mm波峰寬度）和超高波峰（40mm高度）非常困難。

電磁泵三相異步感應泵原理

這是我國在波峰焊機上獲得的又一專利技術，它不僅解決了傳導式電磁泵的傳導式電磁泵的傳導電流電極由于氧化渣遮蔽造成的波峰不穩(wěn)問題，無任何轉動部件，無電流變換器，免維護、無磨損，而且效率高，可獲得高而有力的波峰及寬波峰。

三相異步感應式電泵的原理是利用三相電源相互差120°相位差，在空間分布，構成各自磁場，其合成磁場，是一個前進磁場中切割磁力線，感應電流，形成前進的電磁力。

丘金著，嚴陸光譯：（液態(tài)金屬電磁泵），科學出版社，北京，1964;

中國科學院力學研究所、上海電器科學研究所電磁泵小組編：《液態(tài)金屬電磁泵》，科學出版社，北京，1979。

電磁泵沒有機械運動件，結構簡單，密封性好，運轉可靠，不需要軸密封，因此在化工、印刷行業(yè)中用于輸送一些有毒的重金屬，如汞、鉛等，用于核動力裝置中輸送作為載熱體的液態(tài)金屬（鈉或鉀、鈉鉀合金），也用于鑄造生產中輸送熔融的有色金屬。流量可達13000米/時，壓力達1.7兆帕，溫度達1200℃。

電磁泵按電源形式可分為交流泵和直流泵。

按液態(tài)金屬中電流饋給的方式可分為傳導式（電導式）電磁泵和感應式電磁泵。電導式電磁泵用直流（圖1）或交流電（圖2）。它有一根非磁性難熔金屬制的管（見圖），管周圍是磁鐵，磁力線與管垂直。當通入與管和磁力線均垂直的電流時，根據左手定則，產生機械力把導電流體壓送出管。電導式一般為小型泵，用于低壓和小流量。傳導式電磁泵中，電流由外部電源經泵溝兩側的電極直接傳導給液態(tài)金屬。感應泵中，感應式使用多相交流電。電流則由交變磁場感應產生。最新式的感應式電磁泵是直線感應泵，裝有布置成扁平的、直線狀的定子繞組，感應力呈軸向，尺寸較大，大流量泵均屬這種類型。

按結構不同可分為平面、螺旋泵和圓柱泵等。在感應泵中，液態(tài)金屬的電流由交變磁場（單相或三相）感應產生。圖3是感應式平面泵的示意圖，圖6是其原理圖。三相感應式電磁泵的工作原理和普通感應電機相似。位于平面或圓柱形鐵芯中的三相繞組(其中的電流見圖6曲線1)產生行波磁場（圖6曲線2是行波磁場的磁感應強度曲線）或旋轉磁場。該磁場在液態(tài)金屬中感應出電流（圖6曲線3）。感應電流與磁場相互作用產生磁場力，從而在泵的進出口處產生推動液態(tài)金屬運動的壓力差。對直流電磁泵，上述壓差△p可寫成：

式中σ為被輸送的液態(tài)金屬的電導率；Q為體積流量：a為通道半高度；b為通道半寬度；L為通道有效長度；B為磁感應強度。對感應電磁泵，壓差可寫成：

式中B_m為磁感應強度幅值；v_a為行波磁場速度；v_a =2tf，t為磁極極距，f為電源頻率；u為流速；S=稱為滑差。

上述壓差公式是就最簡單模型導出的，如計及其他實際因素的影響（通常使壓差變?。M相應的修正系數。這些實際因素對直流泵主要是電樞反應（通過液態(tài)金屬的電流所感生的磁場引起的合成磁場分布不均勻），電流漫流（電流在磁場作用區(qū)兩側分流引起的電流分布不均勻），磁極邊緣的氣隙漏磁等；對感應泵則主要是橫向端部效應（液態(tài)金屬中感生電流在有限寬度通道內部分或全部地構成回路所引起）和縱向端部效應（鐵芯有限長度導致磁路開路所引起）等。

利用磁場和導電流體中電流的相互作用，使流體受電磁力作用而產生壓力梯度，從而推動流體運動的一種裝置。實用中大多用于泵送液態(tài)金屬，所以又稱液態(tài)金屬電磁泵。電磁泵按電源形式可分為交流泵和直流泵；按液態(tài)金屬中電流饋給的方式可分為傳導式電磁泵和感應式電磁泵；按結構不同可分為平面泵和圓柱泵等。傳導式泵中，電流由外部電源經泵溝兩側的電極直接傳導給液態(tài)金屬；感應泵中，電流則由交變磁場感應產生。電磁泵沒有轉動部件，結構簡單，密封性好，運轉可靠，因此在化工、印刷行業(yè)中用于輸送一些有毒的重金屬，如汞、鉛等；在原子能動力工業(yè)中用于輸送化學性質特別活潑的金屬，如鈉、鉀、鈉鉀合金；在鑄造企業(yè)中可以用來做鋁、鎂等活潑金屬的定量泵，但現在主要為軍工等大型企業(yè)使用。電磁泵的缺點是效率較低，

電磁泵的缺點是效率較低，在冶煉、鑄造工業(yè)中尚未普遍采用。

電磁泵類似普通電磁閥,它以交流電為工作動力,電流通過電磁繞組形成交變固定磁場,與可運動的泵體形成交互作用,帶動泵體振動,推動液體輸出。