一種用於液態金屬驅動的電磁泵的製作方法
2023-05-08 01:56:06
一種用於液態金屬驅動的電磁泵的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於液態金屬驅動的電磁泵，包括有陶瓷泵體，陶瓷泵體是一個立方體陶瓷塊，其中部開有窄縫，窄縫兩端部以及與其垂直的兩側面分別設有與其連通的圓形沉槽，窄縫兩端部的沉槽中分別安裝有液態金屬傳輸管路，窄縫兩側面的圓形沉槽中分別安裝有金屬電極，陶瓷泵體以及液態金屬傳輸管路、金屬電極構成的組件被鑲嵌在電磁泵殼體內，且液態金屬傳輸管路的端部採用管路壓板，金屬電極的端部採用電極壓板用螺栓連接在電磁泵殼體上，金屬電極與電極壓板之間設有陶瓷墊片。本實用新型通過對電磁泵主體部件採用鑲嵌式裝配設計，節約了尺寸空間，泵體及電極材料採用化學性質穩定的材料製造，提高了電磁泵的耐腐蝕能力。
【專利說明】一種用於液態金屬驅動的電磁泵
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於液態金屬驅動的電磁泵，尤其是安裝和應用於磁約束核聚變裝置真空室內部，依靠裝置自身磁場，利用電磁力實現液態金屬在迴路中循環流動的高效率、耐高溫、耐腐蝕的電磁泵。
【背景技術】
[0002]近年來液態金屬在核聚變研究中被廣泛關注和應用。例如，液態鋰具有良好的耐熱衝擊性，其化學性質活潑能與多種氣體發生化學反應具有抑制等離子體雜質和再循環的功能，是良好的核聚變裝置的第一壁材料。除此，液態金屬具有良好的熱傳導能力，並且具有較低的飽和蒸汽壓，是良好的冷卻劑材料。鈉-鉀液態合金已經被確認為良好的反應堆冷卻劑，可以用作未來聚變堆包層、偏濾器等關鍵高熱負載部件的冷卻劑。
[0003]上述金屬在核聚變裝置中的應用過程中不可避免的涉及迴路問題，液態金屬在迴路中循環流動需要外加驅動力。傳統的操作方法主要有兩種:一種是在裝置的外部通過管路向液態金屬迴路內通入惰性氣體，依靠氣體壓力實現液態金屬在管路內的驅動；或者在真空室外安裝一套電磁泵系統，靠外部電磁泵產生的電磁力驅動金屬流動，並且外加電磁泵往往體積較大。上述兩種方法均需要設計專門的液態金屬供給管路，管路把液態金屬由裝置真空室外向真空室內傳輸，傳輸管路較長，液態金屬在管路流動過程中的沿程阻力大，壓力損失嚴重。除此，通過氣體驅動的方式增加了對核聚變裝置真空室內真空環境安全的威脅。
[0004]電磁泵，是一種依靠處在磁場中的導電流體受電磁力的作用定向流動的原理來實現對流經其內部的導電流體驅動的裝置。由於沒有運動部件，結構簡單，運轉平穩可靠，電磁泵被廣泛應用在液態金屬迴路中。國家專利200810227046.1公布了一種電磁泵結構，及電磁泵的加工製造方法，專利中採用環氧或工程塑料通過的澆築的方式形成泵體，電極部分結構直接被泵體澆築材料包容。本專利創新性的提出泵體集成化設計並在一定程度上降低了電磁泵的外形尺寸，本專利還一定程度上解決了電磁泵密封的問題。但是，由於泵體澆築材料放氣率大，不能用在核聚變裝置的真空室內部，並且泵體材料不耐腐蝕性金屬如液態鋰的腐蝕，由於泵體採用一體化澆築成型設計，澆築過程中難以控制產品質量，在澆築環節可能造成加工廢品。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是為了彌補已有技術的不足，提供了一種效率高、耐腐蝕、耐高溫、密封性好的液態金屬電磁泵。電磁泵本身不具有大放氣率的結構材料可以安全的應用在核聚變裝置的真空室內部。除此，電磁泵應能利用磁約束核聚變裝置自身的高強度磁場，結構上省去自身的磁性部件，降低電磁泵本身的外形尺寸。
[0006]本實用新型是通過以下技術方案來實現的:
[0007]—種用於液態金屬驅動的電磁泵，包括有陶瓷泵體，其特徵在於:所述陶瓷泵體是一個立方體陶瓷塊，其中部開有窄縫，窄縫兩端部以及與其垂直的兩側面分別設有與其連通的圓形沉槽，所述窄縫兩端部的沉槽中分別安裝有液態金屬傳輸管路，所述窄縫兩側面的圓形沉槽中分別安裝有金屬電極，所述陶瓷泵體以及液態金屬傳輸管路、金屬電極構成的組件被鑲嵌在電磁泵殼體內，且液態金屬傳輸管路的端部採用管路壓板用螺栓連接在電磁泵殼體上，金屬電極的端部採用電極壓板用螺栓連接在電磁泵殼體上，所述金屬電極與電極壓板之間設有陶瓷墊片。
[0008]所述的液態金屬傳輸管路和金屬電極與陶瓷泵體之間通過真空釺焊進行密封焊接。
[0009]電磁泵有效作用段採用絕緣良好的陶瓷絕緣材料，其他管路是常用金屬材料。電磁泵電極通過陶瓷泵體上的開槽直接插入泵體內部並在電磁泵工作期間直接與內部流動的液態金屬接觸。由於電極與陶瓷直接接觸，而陶瓷與液態金屬迴路上的傳輸管路電絕緣，從而避免了電流在金屬管上的散失，使電流完全從液態金屬中通過。通過上述方法盡最大限度的保證了電流的有效性，即電流在液態金屬內部流經並與磁場保持接近垂直的有效角度，從而大大提高了電磁泵的效率。
[0010]電極材料採用導電性能優良的金屬如銅或鎢，金屬鎢具有較低的電阻率並具有穩定的化學性質，可以耐受腐蝕性金屬的腐蝕可以用在液態鋰迴路中。電磁泵的泵體材料採用陶瓷，普通情況下採用氧化鋁，用於強腐蝕性金屬情況下可採用氮化鋁陶瓷，此種材料的泵體可以耐受所有常見液態金屬包括鋰的高溫腐蝕，保證了電磁泵本身結構及材料的安全性。
[0011]為提高泵壓，在泵體上開有狹縫式管道，狹縫管道兩端與液態金屬的傳輸管路連接。常用材料如氟橡膠等不耐腐蝕且放氣率大不宜用於真空室內部，金屬密封圈需要較大的密封預緊力容易引起陶瓷損傷，綜合考慮本實用新型採用真空釺焊的方式實現電極、液態金屬傳輸管路與泵體陶瓷材料間的密封連接，金屬與陶瓷間的釺焊在工程上較為普遍，真空密封性能優良。電磁泵自身不具有磁性部件而是利用磁約束核聚變裝置自身磁場，從而簡化了結構部件。電磁泵採用鑲嵌式設計，即:陶瓷泵體連通電極、液態金屬傳輸管被整體嵌入在一個立方體的輔助支撐結構內部，充分縮小了電磁泵的外形尺寸。
[0012]本實用新型的優點是:
[0013]本實用新型通過對電磁泵主體部件採用鑲嵌式裝配設計，節約了尺寸空間，泵體及電極材料採用化學性質穩定的材料製造，提高了電磁泵的耐腐蝕能力，拓展了其應用範圍。泵體陶瓷材料與液態金屬的傳輸管路電絕緣，避免了電極電流在管壁上的散失，大大提過了電磁泵的效率。金屬與陶瓷間採用真空釺焊，滿足了電磁泵的液態金屬密封要求，電磁泵本省的磁體預設設計再加上結構部件的鑲嵌式設計充分降低了電磁泵的外形尺寸。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型拆除部分零件後的外形結構示意圖。
[0015]圖2為圖1的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0016]參見附圖，一種用於液態金屬驅動的電磁泵，包括有陶瓷泵體1，陶瓷泵體I是一個立方體陶瓷塊，其中部開有窄縫，窄縫兩端部以及與其垂直的兩側面分別設有與其連通的圓形沉槽，窄縫兩端部的沉槽中分別安裝有液態金屬傳輸管路3，窄縫兩側面的圓形沉槽中分別安裝有金屬電極4，陶瓷泵體I以及液態金屬傳輸管路3、金屬電極4構成的組件被鑲嵌在電磁泵殼體2內，且液態金屬傳輸管路3的端部採用管路壓板7用螺栓連接在電磁泵殼體2上，金屬電極4的端部採用電極壓板5用螺栓連接在電磁泵殼體2上，金屬電極4與電極壓板5之間設有陶瓷墊片6。所述的液態金屬傳輸管路3和金屬電極4與陶瓷泵體I之間通過真空釺焊進行密封焊接。
【權利要求】
1.一種用於液態金屬驅動的電磁泵，包括有陶瓷泵體，其特徵在於:所述陶瓷泵體是一個立方體陶瓷塊，其中部開有窄縫，窄縫兩端部以及與其垂直的兩側面分別設有與其連通的圓形沉槽，所述窄縫兩端部的沉槽中分別安裝有液態金屬傳輸管路，所述窄縫兩側面的圓形沉槽中分別安裝有金屬電極，所述陶瓷泵體以及液態金屬傳輸管路、金屬電極構成的組件被鑲嵌在電磁泵殼體內，且液態金屬傳輸管路的端部採用管路壓板用螺栓連接在電磁泵殼體上，金屬電極的端部採用電極壓板用螺栓連接在電磁泵殼體上，所述金屬電極與電極壓板之間設有陶瓷墊片。
2.根據權利要求1所述的用於液態金屬驅動的電磁泵，其特徵在於:所述的液態金屬傳輸管路和金屬電極與陶瓷泵體之間通過真空釺焊進行密封焊接。
【文檔編號】H02K44/02GK203482074SQ201320416851
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年7月12日 優先權日:2013年7月12日
【發明者】陳肇璽, 楊慶喜, 宋雲濤, 胡建生, 左桂忠, 徐皓 申請人:中國科學院等離子體物理研究所