Насосы для перекачки жидких металлов

Обновлено: 05.07.2024

МГД НАСОСЫ индукционные переменного тока, нагревостойкие,
без водяного и газового охлаждения, как погружного, так и открытого типа.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ МГД:

Системы аварийного и технологического слива расплав-ленных металлов из емкостей, дозированная подача.
Системы транспортировки расплавленных металлов и сплавов при разливе в изложницы и получении отливок.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МГД:

рабочее тело — щелочные металлы, цинк, олово, свинец и их сплавы, сплавы на основе алюминия.
температура расплава – до 700°С.
производительность одного МГД насоса — до 300 м3/час
давление на выходе МГД насоса – до 20×105 н/м2.
питание МГД насоса от стандартного источника регулиру-емого напряжения промышленной частоты или от тиристорного преобразоваталя.

ПРЕИМУЩЕСТВА МГД насосов:

отсутствуют вращающиеся и трущиеся детали.
отсутствует внешнее охлаждение.
возможна плавная регулировка производительности в широком диапазоне расхода.
простота эксплуатации и обслуживания.
надежность и безопасность в работе.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МГД:

Принцип действия индукционных МГД насосов основан на бесконтактном воз-действии «бегущего» магнитного поля, создаваемого плоско-линейными индукторами, на жидкий металл в канале насоса.

В качестве примера приводим характеристики ряда насосов, работающих на заводах СНГ.

На рисунке показан АМН-11АЦ (базовая модель) после двух лет эксплуатации.

Основные параметры	АМН-7	АМН-11АЦ	АМН-13Ц	АМН-14С	АМН-15А
Рабочее тело	цинк	Алюмоцинк	Цинк	свинец	алюминий
Температура	460°С	710°С	460°С	550°С	740°С
Расход	410 т/час	380 т/час	160 т/час	200 т/час	1 кг/сек
Высота подъема расплава или давление	3,8м	3,8м	2,7м	4,5 м	до 20´105н/м2
Ток фазы	420 А	220 А	220 А	380 А	50 А
Кол-во фаз	3	3	3	3	3
Частота	50 Гц	50 Гц	50 Гц	50 Гц	50 Гц
Напряжение	220В	300 В	220В	350В	50-120В
Масса	2,5т	1,8т	1,2т	2,5 т	90 кг
Габариты без выходного патрубка	1,5 x 0,345 x 0,525 м	1,0 x 0,345 x 0,525 м	0,8 x 0,345 x 0,525 м	1,5 x 0,345 x 0,525 м	Ф 0,27 x 0,583 м

Лаборатория изготавливает МГД насосы с параметрами, необходимыми конкретному заказчику. По желанию Заказчика насос может быть доукомплектован источником регулируемого напряжения. При необходимости может быть выполнена разработка лоткового оборудования.

Предлагаем Вам сотрудничество в области поставки МГД систем для всех интересующих Вас объектов применения.

Основные направления деятельности МГД технологии

Основное направление деятельности МГД техники в течение многих лет это расчет проектирование и создание высокотемпературных индукционных насосов для перекачки расплавов цветных металлов. Особенностью насосов разрабатываемых нашим предприятием является их способность стационарно работать без внешнего охлаждения в высокотемпературной и агрессивной среде.

Первоначально эта технология была первоначально разработана для прокачки жидкого натрия в контурах охлаждения ядерных реакторов на быстрых нейтронах. В частности, был спроектирован и построен насос АМН 3500 для работы в основных контурах реактора БН 600. Производительность этого насоса составляет 1 м3./сек при температуре натрия 600 оС.

Использование высокотемпературных насосов для нужд ядерной энергетики является наиболее естественной областью применения этой технологий.

Насос погружного типа для перекачки жидких металлов

Решение относится к конструкции насосов и может быть использовано в качестве главных циркуляционных насосов реакторных установок, в цветной металлургии. Предложено в насосе погружного типа новое выполнение сопряженных поверхностей втулок вала и подшипника скольжения. Технический результат - уменьшение изнашивания элементов подшипников в среде жидкого металла. 1 с., 1 з.п. ф-лы, 3 илл.

Решение относится к конструкциям насосов и может быть использовано, например, в качестве главных циркуляционных насосов реакторных установок с жидкометаллическими теплоносителями (свинцовым, эвтектикой свинец-висмут) в экспериментальных стендах с жидкометаллическими теплоносителями, в цветной металлургии.

Насос погружного типа для перекачки жидких металлов, содержащий корпус, в котором на верхнем подшипнике качения, расположенном выше уровня жидкого металла, и нижнем подшипнике скольжения, расположенном под уровнем жидкого металла, установлен вал с закрепленным на нем рабочим колесом, в котором нижний подшипник скольжения выполнен в виде двух последовательно установленных и разделенных камерой втулок вала с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, направление закрутки каналов одной поверхности втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему и сопряженным, расположенным концентрично, с втулками вала двум последовательно установленным и разделенным камерой втулкам подшипника с криволинейными каналами на их внутренней цилиндрической поверхности с направлением закрутки, противоположным направлению закрутки каналов на сопряженных противолежащих поверхностях втулок вала, и закрепленных в корпусе соосно с валом (патент РФ 73924, F04D 1/00, F04D 3/00, опубликован 29.12.2007).

Недостатком данного технического решения является изнашивание поверхностей выступов сопряженных криволинейных каналов при динамических нагрузках на валу, возникающих при работе насоса, приводящих к непосредственному контакту трущихся пар указанных поверхностей.

Задачи, решаемые изобретением - увеличение ресурса насоса за счет обеспечения бесконтактного жидкостного трения в нижнем подшипнике скольжения, повышение его надежности.

Технический результат - уменьшение изнашивания элементов подшипников в средах жидкого металла, исключение забивания примесями (оксидами свинца, соединениями продуктов коррозии конструкционных материалов и др.) дросселирующих отверстий, удаление газов и примесей, всегда имеющих плотность меньше плотности жидкого металла, из каналов нижнего подшипника скольжения.

Этот технический результат достигается тем, что в насосе погружного типа для перекачки жидких металлов, содержащим корпус, в котором установлен вал на верхнем подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения, выполненном из сопряженных и расположенных концентрично втулки вала и втулки подшипника с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, имеющими различное направление закрутки; на внутренней и наружной поверхностях втулок вала и подшипника, соответственно, выполнена центральная проточка, сообщенная дросселирующими отверстиями с камерами, образованными поверхностью вала и втулки подшипника, не доходящими до ее верхнего и нижнего торцов в местах сопряжения втулок в нижней и верхней частях выполнены входные щели, сообщенные с объемом жидкого металла вне подшипника скольжения. Направление закрутки каналов одной из поверхностей втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему, а направление закрутки каналов втулки подшипника противоположно направлению закрутки каналов на сопряженных поверхностях втулки вала.

Применение предлагаемого технического решения увеличивает ресурс насоса за счет обеспечения безизносного жидкостного трения в нижнем подшипнике скольжения, исключает забивание дросселирующих отверстий и каналов подшипника примесями; в случае конструктивного исполнения насоса с осевым колесом, имеющим небольшой напор, обеспечивают циркуляцию жидкого металла по каналам подшипника скольжения за счет подачи его в подшипник напором, создаваемым за счет относительного движения разнонаправленных криволинейных каналов на внутренней поверхности втулки вала и на наружной поверхности втулки подшипника.

На фиг.1 представлена конструктивная схема предлагаемого насоса погружного типа для перекачки жидких металлов, применительно к реакторной установке БРЕСТ со свинцовым теплоносителем. На фиг.2 и фиг.3 представлены конструктивные схемы нижнего подшипника скольжения.

В корпусе 1 расположен уплотненный по газу в уплотнении 2 вал 3 с приводом 4. Выше уровня 5 жидкого металла вал 3 центрируется верхним подшипником качения 6. Под уровнем 5 жидкого металла вал 3 центрируется нижним подшипником скольжения 7, на нижнем конце вала 3 закреплено рабочее колесо 8. Снаружи подшипника скольжения 7 установлена втулка вала 9, внутренняя поверхность которой разделена проточкой 10 на две цилиндрические поверхности 11 и 12 с криволинейными каналами. Направление закрутки каналов поверхности 11 совпадает с направлением вращения вала 3, а направление закрутки каналов поверхности 12 противоположено ему. Соосно с валом 3 в корпусе 1 закреплена втулка подшипника 13 концентрично втулке 9. Наружная поверхность втулки подшипника 13 разделена проточкой 14 на две цилиндрические поверхности 15 и 16 с криволинейными каналами. Проточки 10 и 14 образуют одну центральную проточку. Направление закрутки каналов поверхностей 15 и 16 противоположено направлению закрутки каналов на сопряженных поверхностях 11 и 12 втулки вала 9.

Центральная проточка с помощью дросселирующих отверстий 17, сообщена с вертикально ориентированными камерами 18, не доходящими до верхнего 19 и нижнего 20 торцов втулки подшипника 13.

Верхняя входная щель 21 подшипника скольжения 7 образована сопряженными цилиндрическими поверхностями 11 и 15 с криволинейными каналами. Нижняя входная щель 22 подшипника скольжения 7 образована сопряженными цилиндрическими поверхностями 12 и 16 с криволинейными каналами. Верхняя входная щель 21 подшипника скольжения 7 сообщена отверстиями 23 с объемом перекачиваемого насосом жидкого металла вне подшипника скольжения 7. Насос имеет систему обогрева и теплоизоляцию (условно не показано).

Работа насоса осуществляется следующим образом. Вал 3 с нижним подшипником скольжения 7, рабочим колесом 8 и верхним подшипником качения 6 устанавливается в корпус 1 и соединяется с приводом 4. Корпус насоса разогревается системой обогрева до температуры, превышающий температуру кристаллизации жидкого металлами заполняется жидким металлом в составе циркуляционного контура жидкого металла.

При вводе в работу привода 4 вал 3 вращается в верхнем подшипнике качения 6 и нижнем подшипнике скольжения 7. Через входные щели 21 и 22, образованные соединенной с валом 3 вращающейся втулкой вала 9 и неподвижной втулкой подшипника 13, жидкий металл подается в камеру, образованную проточками 10 и 14 за счет турбулентной вязкости жидкого металла в противоположно закрученных сопряженных криволинейных каналах на наружных 15 и 16 и внутренних 11 и 12 поверхностях. В том случае, если в поступающем через вход теплоносителе содержатся частицы примесей, они разрушаются в верхней 21 и нижней 22 щелях до размеров существенно меньших размеров дросселирующих отверстий 17, что исключает возможность их забивания частицами примесей. Из камеры, образованной проточками 10 и 14, через дросселирующие отверстия жидкий металл поступает в шесть вертикально ориентированных камер 18. Камеры 18 обеспечивают центрирование вала 3 в подшипнике скольжения 7, обеспечивая жидкостную смазку в зазорах между втулкой подшипника 13 и валом 3 и безизносное трение этой пары.

При прекращении работы насоса останавливается привод 4 и циркуляция жидкого металла прекращается.

При неработающем приводе 4 через отверстия 23 обеспечивается удаление газа и частиц примесей из подшипника 7, которые могут содержаться в объеме теплоносителя в подшипнике.

1. Насос погружного типа для перекачки жидких металлов, содержащий корпус, в котором установлен вал на верхнем подшипнике качения и нижнем подшипнике скольжения, выполненном из сопряженных и расположенных концентрично втулки вала и втулки подшипника с криволинейными каналами на их цилиндрических поверхностях, имеющими различное направление закрутки, отличающийся тем, что на внутренней и наружной поверхностях втулок вала и подшипника соответственно выполнена центральная проточка, сообщенная дросселирующими отверстиями с камерами, образованными поверхностью вала и втулки подшипника, не доходящими до ее верхнего и нижнего торцов в местах сопряжения втулок в нижней и верхней частях выполнены входные щели, сообщенные с объемом жидкого металла вне подшипника скольжения.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что направление закрутки каналов одной из поверхностей втулки вала совпадает с направлением вращения вала, а второй - противоположно ему, а направление закрутки каналов втулки подшипника противоположно направлению закрутки каналов на сопряженных поверхностях втулки вала.

Магнитогидродинамические насосы

В ряде современных технологий требуется транспортировка или перекачка проводящих жидкостей или жидких металлов. В качестве проводящих жидкостей могут использоваться электролиты, щелочи, кислоты и т. д. В качестве жидких металлов — натрий, калий, натрий-калий, цветные металлы в расплаве, расплавленная сталь и т. д. Проводящие жидкости или жидкие металлы в первом приближении могут рассматриваться как некий проводящий вторичный элемент. Жидкометаллические насосы используются для транспортировки жидких металлов (Na, Ка) в первичном теплообменном контуре ядерных реакторов, для транспортировки металлов при непрерывной разливке (стали, цветных металлов).

Магнитогидродинамический насос ( МГД-насос), электромагнитный насос, машина для подачи жидкости, являющейся проводником электричества (например, жидких металлов). МГД - насосы подразделяются на индукционные насосы и кондукционные насосы

Индукционный насос (ИН) магнитогидродинамический насос (МГД-насос), подающий электропроводящую жидкость с помощью электромагнитной силы, которая возникает от взаимодействия магнитного поля индуктора с полем электрического тока, индуктируемого в проходящей через насос среде. ИН подают жидкие щелочные металлы при температурах до 800—1000 °С и выше. Каналы ИН обычно изготовляют из нержавеющей стали. По принципу действия ИН аналогичен асинхронному электродвигателю, в котором обмотку ротора заменяет жидкий проводник.

В зависимости от конструкции ИН подразделяют на спиральные (СИН) и линейные. Последние бывают с плоским (прямоугольного сечения) каналом, обозначаемые сокращённо ПЛИН, и с цилиндрическим (кольцевого поперечного сечения) каналом, называемые ЦЛИНили КЛИН. Если каналу и индуктору, изображенным на рис.18.12, придать кольцевую форму, то получится схема ЦЛИН. ИН спирального типа отличаются от ЦЛИН главным образом расположением обмотки индуктора (её витки повёрнуты в горизонтальной плоскости на 90°) и наличием в кольцевом канале винтообразной (спиральной) перегородки. Благодаря этому вращающееся магнитное поле индуктора сообщает жидкости поступательное движение вдоль главной оси. ИН работают на трёхфазном переменном токе, имеют кпд порядка 0,2 (СИН) и 0,5 (большие ЦЛИН). ИН применяют для подачи жидких металлов в ядерной энергетике, металлургии и др. областях техники.

Рис.18.12. Схема плоского индукционного насоса ПЛИН: 1 — индуктор; 2 — магнитопровод; 3 — обмотка индуктора; 4 — канал; 5 — жидкий металл.

Кондукционный насос (КН), разновидность магнитогидродинамических насосов (МГД-насосов), которые подают жидкость в результате воздействия на неё электромагнитной силы, возникающей за счёт взаимодействия магнитного поля, создаваемого магнитной системой насоса, с электрическим током, проходящим через находящуюся в нём жидкость. Кондукционные насосы работают на постоянном и переменном токе. Действие КН постоянного тока подобно действию электродвигателя постоянного тока, в котором обмотка ротора заменена электропроводящей средой. Направление движения жидкости в канале насоса определяется правилом левой руки
Действие КН переменного тока аналогично действию КН постоянного тока. В этом случае направление тока будет изменяться в соответствии с изменением силовых линий магнитного поля, создаваемого электромагнитной системой насоса. Часто эти насосы объединяют с трансформатором в одно устройство, называемое насосом-трансформатором. КН применяются в промышленности для подачи различных электропроводных жидкостей, в частности при транспортировке и разливке расплавленных металлов.

18.13. Схема кондукционного насоса постоянного тока: 1 и 4 — электромагниты; 2 — токоподводящая шина; 3 — канал для перемещения жидкости; I — электрический ток.

Насосы для перекачки жидких металлов

Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской Академии наук, обладая современной технической базой и высоким научным потенциалом имеет ряд разработок, имеющих прикладное значение. Нами были изготовлены и испытаны в производственных условиях насосы по перекачке жидких металлов, таких как олово, магний, свинец, натрий и др. Наши насосы не имееют подвижных частей и электрических обмоток, работают, используя принцип взаимодействия тока с собственным магнитным полем. Производительность по магнию порядка 4 тонн\час, уровень подъема жидкого металла до 12 метров. Насосы могут работать при температуре до 850 *С. Насосы изготавливаются исходя непосредственно из условий Заказчика.

МГД-насос бегущего поля
МГД-насос бегущего поля, предназначенный для перекачивания жидких металлов (таких как жидкий магний и его сплавы, натрий, калий и подобные им металлы). Насос создает напор до 0.5 атмосферы и развивает максимальный расход до 7 тонн жидкого магния в час. Насос питается от трехфазной сети промышленной частоты. Канал насоса, который при работе с жидким магнием разрушается и нуждается в периодической замене, чрезвычайно прост и дешев в изготовлении, а замена его осуществляется просто и быстро одним рабочим. Насос прост в управлении; на его конструкцию имеется патент Российской федерации.
Напорно-расходная характеристика МГД насоса бегущего поля; данные получены на галлиевом контуре для разных значений электрического тока в одной фазе В настоящий момент мы готовы изготавливать в производственных мастерских института эти насосы, адаптированные к производственным условиям заказчика.

Магнитогидродинамический насос перекачивает металл при помощи специально создаваемых в жидком металле электромагнитных сил, поэтому не имеет подвижных частей, не вызывает перемешивания всего объема тигля и может перекачивать более чистый металл.

Применение МГД насоса для подачи металла на конвейер разливки магниевых слитков позволяет перекачивать магний по трубам, тем самым снижая его окисление, и забирать металл более чистым из-под поверхности расплава. МГД насос не имеет движущихся частей, поэтому металл не загрязняется донными осадками. МГД насос позволяет удобно управлять процессом разлива слитков, максимально изолировать металл от внешней атмосферы и не допускать попадание в нее вредных газов, резко снижая риск профессиональных заболеваний.

Этот простой в обслуживании насос может использоваться для оперативных целей, когда насос приходится переносить из тигля в тигель, и он имеет длительные перерывы в работе. В отличие от насосов других конструкций, насос Пуш-Пул не нуждается в предварительном прогреве в соляном расплаве. Заборный патрубок этого насоса можно сразу опускать в жидкий магний.

На Соликамском магниевом заводе были проведены испытания насоса Пуш-Пул при литье крупногабаритных слитков и при литье слитков на литейном конвейере. Насос развивал расход до 8 тонн жидкого магния в час при перепаде давления порядка метра магниевого столба. Расход насоса можно было плавно регулировать от нуля до максимального. Насос прост в управлении и обслуживании, каких либо дополнительных сложностей в работе обнаружено не было. Имеется российский патент и промышленный образец.

Насос Пуш-Пул располагается выше уровня перекачиваемого металла и для его пуска требуется предварительный подсос жидкого металла в его канал. Электрический ток наводится трансформатором в канале насоса, поэтому работа его не зависит от окисных пленок внутри канала (как, например, у других кондукционных насосов), и большие перерывы в использовании не влияют на его работу.

В настоящее время насос используется на Соликамском магниевом заводе для разливки магния на литейном конвейере.

Мы готовы изготавливать в производственных мастерских института такие насосы, адаптированные к производственным условиям заказчика.

Разработан электровихревой МГД-насос погружного типа, который служит для перекачивания жидких металлов (таких, как жидкий магний и его сплавы, натрий, калий и подобные им металлы). Насос создает напор до 2 атмосфер и развивает максимальный расход до 7 тонн жидкого магния в час.

МГД-насос не имеет электрических обмоток, создающих магнитное поле, а электрический ток к каналу подводится по металлопроводу.

Насос во время работы может быть полностью погружен в расплав жидкого металла и поэтому не требует специальных дополнительных операций для запуска. При работе с жидким магнием канал насоса, выполненный из нержавеющей стали, разрушается и с течением времени требует замены. Насосы проходили испытания на ОАО "АВИСМА" и Соликамском магниевом заводе.

Насос прост в управлении; на его конструкцию имеется патент Российской федерации.

улучшает кристаллическую структуру;
равномерно распределяет примеси и легирующие добавки;
повышает качество поверхности слитка.

осуществляет перемешивание металла в горизонтальной и вертикальной плоскостях с возможностью раздельного регулирования интенсивности этих движений, что позволяет управлять формой фронта кристаллизации и размером кристаллической структуры;
перемешиватель влагозащищен и выдерживает попадание на корпус жидкого алюминия в аварийной ситуации.

Перемешиватель прост в управлении, на его конструкцию имеется патент Российской федерации.

В начале 1990-х такие работы велись совместно с Пермским заводом ПЗХО, но в период перестройки они были остановлены.

В Институте были изготовлены лабораторные модели этих насосов, которые развивали на галлиевом сплаве давления от сотен до 1100 атмосфер.

На их конструкцию имеется патент Российской федерации.

Хрипченко Станислав Юрьевич

рук. Проекта, вед.н.с., д.т.н.

E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript. тел. (342)2-37-83-06

Адрес

Читайте также: