小型螺旋电磁泵的设计刘林顶DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.11.110摘要：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而产生压力梯度，从而推动流体运动的一种装置。该文针对某小型钠电磁泵（流量10m3/h，扬程0.5MPa）的技術要求，选择了三相交流螺旋感应泵的技术路线，采用公式法进行了计算，依据计算结果选定了关键参数和主要结构尺寸，由此确定了初步的设计方案。关键词：电磁泵设计计算：TH35：A：1674-098X（2017）04（b）-0110-02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而产生压力梯度，从而推动流体运动的一种装置。与机械泵相比，电磁泵具有无转动部件、无需动密封、结构简单、操作控制方便等优势，因此，电磁泵多用于液态金属回路的驱动。电磁泵广泛应用于冶金、铸造、化工和核电等领域。1主要技术要求某小型钠电磁泵的主要技术要求见表1。2基本方案2.1技术路线的选择按泵沟形式可将电磁泵划分为平面型、螺旋型和圆柱型。平面型泵沟截面呈矩形平面，感应器上下双面布置也可单面布置，感应器可拆分布置。由于泵沟呈线性，电磁分析相对容易，因此是研究分析其他泵沟形式的基础。同时，由于结构和制造工艺简单，平面泵得到了广泛应用。但由于叠制铁芯不封闭，导致磁场开路，会产生边缘效应（导致磁通密度下降、附加损耗增加等）。有文献指出，利用平面泵压送碱金属时，其效率在25%～40%。扬程高和流量小时，效率较低[1]。圆柱型泵沟截面呈环形，感应器布置在外圆筒壁上，内圆筒放有内置铁芯，感应器为一整体。圆柱泵的主要优点有：感应器绕组没有端部，从而铜损较小；没有横向边缘效应；泵沟的水力损失较小。圆柱型泵的硅钢片沿轴线方向叠制，这种铁芯的叠制方法在结构上有很大困难，而感应器和中间铁芯的固定方法更是复杂，且散热条件也较差。为了克服这些困难，不得不增大铁芯直径，因而不能满意地制造小流量的圆柱型泵。通常意义上来讲，圆柱泵适用于低扬程、大流量的场合。螺旋型泵沟呈螺线形布置在薄壁圆柱体上，外面布置有感应器，圆筒内布置有铁芯，感应器可拆分布置。由于螺旋泵的泵沟是多圈的，因此可用于高扬程（几兆帕）的场合。螺旋泵由于液体在磁场中的轴向运行产生了附加损耗，因此水力损失比较大。通常意义上来讲，螺旋泵适用于高扬程、小流量的场合。通过上述分析，结合某小型钠电磁泵的使用特点和技术要求，该方案采用三相交流螺旋感应泵，依靠空气自然冷却，感应器可拆分。2.2材料选取从与钠的相容性和在高温下的使用环境方面考虑，泵沟应选用耐高温的奥氏体不锈钢材料。另外，泵沟壁是构成大的电流损失的所在，因此泵沟壁厚应在按强度考虑所允许的范围内尽可能薄，泵沟材料选用316H。为了保证电磁泵能够长期稳定运行，散热问题显得尤为重要，提高线圈绝缘的耐温是解决散热问题的途径之一，普通漆包线的绝缘漆耐温只有一两百摄氏度，目前耐温等级高的漆包线为聚酰亚胺漆包线，其耐温为220℃，因此选用的这种漆包线。另外，泵的支撑部件、法兰采用Q235，线槽（外壳）的绝缘使用云母片，铁芯采用0.5mm厚相互绝缘的硅钢片叠制而成，绕组的接线采用镀镍的铜合金。2.3设计要点2.3.1线圈布置该方案采用4极24槽三相式绕组[2]，为了满足绕组线圈的可拆卸性，将绕组沿轴线方向划分为两半，即1～12槽作为一个整体，13～24槽作为一个整体。其中，U相绕组的相带U1包含导体1、2、13、14，U2包含导体7、8、19、20；V相绕组的相带V1包含导体5、6、17、18，V2包含导体11、12、23、24；W相绕组的相带W1包含导体9、10、21、22，W2包含导体3、4、15、16。2.3.2绕组接法三相线圈之间的接法有两种，分别是星型接法和三角形接法。在电源输出功率一定的情况下，三角形接法的相电流为星型接法的，这样就能有效保证绕组线圈电流值相对较小，从而使绕组散热较小。因此，该方案中三相线圈选择三角形接法。2.3.3散热设计对于电磁泵来说，为了保证电磁泵能够长期稳定运行，对其散热的考虑至关重要。电磁泵的热量主要有两个来源：（1）线圈导线本身通电所产生的焦耳热，这在电磁泵的发热量中比重最大；（2）由高温泵沟通过保温层传导...