電磁泵

電磁泵，處在磁場中的通電流體在電磁力作用下向一定方向流動的泵。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。實用中大多用於泵送液態金屬，所以又稱液態金屬電磁泵。

基本介紹

• 中文名：電磁泵
• 又稱：液態金屬電磁泵
• 特點：結構簡單，密封性好，運轉可靠
• 流量：13000米3/時

簡介

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、印刷行業中用於輸送一些有毒的重金屬，如汞、鉛等，用於核動力裝置中輸送作為載熱體的液態金屬（鈉或鉀、鈉鉀合金），也用於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，用於低壓和小流量。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。

圖1直流泵示意圖

圖2 單相交流泵示意圖

圖3感應式平面泵示意圖

圖4 感應式螺旋泵示意圖

圖5 感應式圓柱泵示意圖

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。位於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（通常使壓差變小），要引進相應的修正係數。這些實際因素對直流泵主要是電樞反應（通過液態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（液態金屬中感生電流在有限寬度通道內部分或全部地構成迴路所引起）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。實用中大多用於泵送液態金屬，所以又稱液態金屬電磁泵。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、印刷行業中用於輸送一些有毒的重金屬，如汞、鉛等；在原子能動力工業中用於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、鑄造工業中尚未普遍採用。

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互動作用,帶動泵體振動,推動液體輸出。

電磁泵的原理

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。但由於與液態金屬接觸的大電流電極向液態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，甚至大起大落，不能穩定的生產，國內進口瑞士這種機型近50台基本都已停用。

感應電磁泵原理

它採用的原理是利用單相C型開口電磁鐵，由於內外環的磁程差而產生內外環磁場的相位差，進而形成前進磁場分量，即由超前相位指向滯後相位的前進磁場分量。在前進磁場分量中的液態金屬釺料切割磁力線，因此受到一個向前的感應力，達到泵送液態金屬釺料的目的。

由於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，要製造出如圖的寬波峰（300mm～400mm波峰寬度）和超高波峰（40mm高度）非常困難。

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於氧化渣遮蔽造成的波峰不穩問題，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。

三相感應電磁泵的工作原理

三相感應電磁泵的工作原理與異步電動機相似，結構主要包括定子鐵心和繞組。繞組通電後產生一個行波磁場與泵溝內的液態金屬作用產生感生電流，泵溝中的液態金屬即成為載流導體，它與行波磁場作用產生電磁力驅動金屬溶液定向流動

優缺點

由於直接利用的是三相電源固有的相位差，因而合成磁場基本無脈動磁場分量，均是產生前進力的合成磁場，與電磁炮原理完全相同,因而效率高，可達70%以上，由三相異步感應式電泵構成的波峰焊機除具有感應式電磁泵具有的所有優點外，如聲頻微擾振動波疊加，增強焊接能力和爬孔能力，無任何轉動部件、無磨損、免維護、結構簡單等，還具有波峰高而有力、可獲得超高波峰40mm和寬波峰300～400mm寬度。

用途

電磁泵沒有轉動部件，結構緊湊，運轉可靠，密封性好，特別適用於輸送一些有毒的重金屬（如汞、鉛等）和化學性質活潑的金屬（如鉀，鈉、鉀鈉合金等）。在一些核能反應堆特別是快中子堆中都使用電磁泵。在一些化工廠中，用電磁泵輸送汞，有利於安全生產。在冶煉和鑄造工業中，用電磁泵和電磁流槽可提高產品質量，但由於效率低，套用還不普遍。在聚變反應堆中，需要使用強磁場作用下的大流量電磁泵，其工作條件與目前使用的

小流量電磁泵有很大差別。隨著受控熱核反應研究工作的進展，還需要對電磁泵開展相應的研究工作。

參考書目

丘金著，嚴陸光譯：（液態金屬電磁泵），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：《液態金屬電磁泵》，科學出版社，北京，1979。