电磁泵

用于泵送液态金属的装置

电磁泵，处在磁场中的通电流体在电磁力作用下向一定方向流动的泵。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。实用中大多用于泵送液态金属，所以又称液态金属电磁泵。

简介

电磁泵没有机械运动件，结构简单，密封性好，运转可靠，不需要轴密封，因此在化工、印刷行业中用于输送一些有毒的重金属，如汞、铅等，用于核动力装置中输送作为载热体的液态金属（钠或钾、钠钾合金），也用于铸造生产中输送熔融的有色金属。流量可达13000米/时，压力达1.7兆帕，温度达1200℃。

电磁泵按电源形式可分为交流泵和直流泵。

按液态金属中电流馈给的方式可分为传导式（电导式）电磁泵和感应式电磁泵。电导式电磁泵用直流（图1）或交流电（图2）。它有一根非磁性难熔金属制的管（见图），管周围是磁铁，磁力线与管垂直。当通入与管和磁力线均垂直的电流时，根据左手定则，产生机械力把导电流体压送出管。电导式一般为小型泵，用于低压和小流量。传导式电磁泵中，电流由外部电源经泵沟两侧的电极直接传导给液态金属。感应泵中，感应式使用多相交流电。电流则由交变磁场感应产生。最新式的感应式电磁泵是直线感应泵，装有布置成扁平的、直线状的定子绕组，感应力呈轴向，尺寸较大，大流量泵均属这种类型。

按结构不同可分为平面、螺旋泵和圆柱泵等。在感应泵中，液态金属的电流由交变磁场（单相或三相）感应产生。图3是感应式平面泵的示意图，图6是其原理图。三相感应式电磁泵的工作原理和普通感应电机相似。位于平面或圆柱形铁芯中的三相绕组(其中的电流见图6曲线1)产生行波磁场（图6曲线2是行波磁场的磁感应强度曲线）或旋转磁场。该磁场在液态金属中感应出电流（图6曲线3）。感应电流与磁场相互作用产生磁场力，从而在泵的进出口处产生推动液态金属运动的压力差。对直流电磁泵，上述压差△p可写成：

式中σ为被输送的液态金属的电导率；Q为体积流量：a为通道半高度；b为通道半宽度；L为通道有效长度；B为磁感应强度。对感应电磁泵，压差可写成：

式中Bm为磁感应强度幅值；va为行波磁场速度；va =2tf，t为磁极极距，f为电源频率；u为流速；S=称为滑差。

上述压差公式是就最简单模型导出的，如计及其他实际因素的影响（通常使压差变小），要引进相应的修正系数。这些实际因素对直流泵主要是电枢反应（通过液态金属的电流所感生的磁场引起的合成磁场分布不均匀），电流漫流（电流在磁场作用区两侧分流引起的电流分布不均匀），磁极边缘的气隙漏磁等；对感应泵则主要是横向端部效应（液态金属中感生电流在有限宽度通道内部分或全部地构成回路所引起）和纵向端部效应（铁芯有限长度导致磁路开路所引起）等。

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。实用中大多用于泵送液态金属，所以又称液态金属电磁泵。电磁泵按电源形式可分为交流泵和直流泵；按液态金属中电流馈给的方式可分为传导式电磁泵和感应式电磁泵；按结构不同可分为平面泵和圆柱泵等。传导式泵中，电流由外部电源经泵沟两侧的电极直接传导给液态金属；感应泵中，电流则由交变磁场感应产生。电磁泵没有转动部件，结构简单，密封性好，运转可靠，因此在化工、印刷行业中用于输送一些有毒的重金属，如汞、铅等；在原子能动力工业中用于输送化学性质特别活泼的金属，如钠、钾、钠钾合金；在铸造企业中可以用来做铝、镁等活泼金属的定量泵，但现在主要为军工等大型企业使用。电磁泵的缺点是效率较低，

电磁泵的缺点是效率较低，在冶炼、铸造工业中尚未普遍采用。

电磁泵类似普通电磁阀,它以交流电为工作动力,电流通过电磁绕组形成交变固定磁场,与可运动的泵体形成交互作用,带动泵体振动,推动液体输出。

原理

传导式电磁泵原理

传导式电磁泵原理是：在磁场中的导体，通过电流，则导体将受到磁场的推力，三者方向相互垂直，推力的大小为F=I×B×L。

传导电磁泵没有任何转动部件，解决了机械泵磨损问题，形成免维护焊机。但由于与液态金属接触的大电流电极向液态金属传导电流的过程中，因氧化渣在电极上的附着和遮蔽，造成波峰不稳，甚至大起大落，不能稳定的生产，国内进口瑞士这种机型近50台基本都已停用。

感应电磁泵原理

它采用的原理是利用单相C型开口电磁铁，由于内外环的磁程差而产生内外环磁场的相位差，进而形成前进磁场分量，即由超前相位指向滞后相位的前进磁场分量。在前进磁场分量中的液态金属钎料切割磁力线，因此受到一个向前的感应力，达到泵送液态金属钎料的目的。

由于利用的是磁程差产生相位差，形成前进磁场分量，其前进磁场分量非常有限，大部分为不产生前进推力的脉动磁场，要制造出如图的宽波峰（300mm～400mm波峰宽度）和超高波峰（40mm高度）非常困难。

三相异步感应泵原理

这是我国在波峰焊机上获得的又一专利技术，它不仅解决了传导式电磁泵的传导式电磁泵的传导电流电极由于氧化渣遮蔽造成的波峰不稳问题，无任何转动部件，无电流变换器，免维护、无磨损，而且效率高，可获得高而有力的波峰及宽波峰。

三相异步感应式电泵的原理是利用三相电源相互差120°相位差，在空间分布，构成各自磁场，其合成磁场，是一个前进磁场中切割磁力线，感应电流，形成前进的电磁力。

工作原理

三相感应电磁泵的工作原理与异步电动机相似，结构主要包括定子铁心和绕组。绕组通电后产生一个行波磁场与泵沟内的液态金属作用产生感生电流，泵沟中的液态金属即成为载流导体，它与行波磁场作用产生电磁力驱动金属溶液定向流动

优缺点

由于直接利用的是三相电源固有的相位差，因而合成磁场基本无脉动磁场分量，均是产生前进力的合成磁场，与电磁炮原理完全相同,因而效率高，可达70%以上，由三相异步感应式电泵构成的波峰焊机除具有感应式电磁泵具有的所有优点外，如声频微扰振动波叠加，增强焊接能力和爬孔能力，无任何转动部件、无磨损、免维护、结构简单等，还具有波峰高而有力、可获得超高波峰40mm和宽波峰300～400mm宽度。

用途

电磁泵没有转动部件，结构紧凑，运转可靠，密封性好，特别适用于输送一些有毒的重金属（如汞、铅等）和化学性质活泼的金属（如钾，钠、钾钠合金等）。在一些核能反应堆特别是快中子堆中都使用电磁泵。在一些化工厂中，用电磁泵输送汞，有利于安全生产。在冶炼和铸造工业中，用电磁泵和电磁流槽可提高产品质量，但由于效率低，应用还不普遍。在聚变反应堆中，需要使用强磁场作用下的大流量电磁泵，其工作条件与目前使用的

小流量电磁泵有很大差别。随着受控热核反应研究工作的进展，还需要对电磁泵开展相应的研究工作。

参考书目

丘金著，严陆光译：（液态金属电磁泵），科学出版社，北京，1964;

中国科学院力学研究所、上海电器科学研究所电磁泵小组编：《液态金属电磁泵》，科学出版社，北京，1979。

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