專利名稱：風冷式鋁水永磁泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種永磁泵，尤其是提供一種有色金屬鋁加工領域中使用的適 用于控制高溫鋁金屬熔液在管道和熔煉爐、保溫爐中的有向流動的風冷式鋁水 永磁泵。
背景技術：
在有色金屬加工領域，為了提高鋁合金屬的質(zhì)量，減少燒損，在熔煉的過 程中要加入各種合金元素并使之混合均勻。目前已有多種金屬熔液攪拌設備， 其中鋁水泵是公認最佳的攪拌裝置。它可以使鋁液按設計的方向和流速運動， 從而使熔煉爐中的鋁熔液進行充分、快速的混合。
世界上已知的鋁水泵有鋁水電磁泵、鋁水機械泵兩種，其中以英國EMP 電磁泵和美國Metaullics機械泵最有代表性。它們的共同特點是高效率，可以 快速、有效、充分地對熔煉爐中的鋁液進行攪拌，減少燒損，從而大量節(jié)約能 源，提高鋁合金屬的質(zhì)量。從公開的資料上看鋁水機械泵和鋁水電磁泵分別可 以使每小時通過泵體的高溫鋁熔液容量達到300~1000噸。但是它們也有很多 缺點鋁水電磁泵價格昂貴，電能消耗較多，其特定設計的N匝多層組合電磁 感應線圈需要通過液氮或軟水循環(huán)冷卻系統(tǒng)來降低溫度，電力電器的控制系統(tǒng) 較復雜，附屬設備占地大，易污染，目前在國內(nèi)很少有應用。鋁水機械泵是一 種接觸式的攪拌裝置，由于它和高溫鋁熔液的接觸部分需要有復雜的保護系 統(tǒng)，容易對鋁液造成污染，轉(zhuǎn)動葉輪和泵體多采用SST級別的石墨材料沉浸在 鋁液中，極易磨損損壞，因而其使用壽命短，年維護成本高昂，許多用戶是買 得起用不起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有技術的不足，提供一種高節(jié)能、高效率、低成 本、無污染的風冷式鋁水永磁泵。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵包括一圓環(huán)形碳化硅密封管道、 一泵體、 一主軸、 一永磁體固定板、 一釹鐵硼永磁體、 一主電機及其傳動裝置和一強制 風冷裝置；其中
所述密封管道安裝在所述泵體內(nèi)，其外設有耐熱材料構成的保溫隔熱層，
該密封管道的兩個端口伸出在所述泵體之外；所述主軸上固定所述永磁體固定 板，在該固定板上鑲嵌固設純鐵軛，所述釹鐵硼永磁體通過所述純鐵軛固定在 所述固定板上且所述釹鐵硼永磁體分布在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道上下兩 側或其中的一側或其內(nèi)側，所述主電機通過傳動裝置連接所述主軸，使得所述 主電機驅(qū)動所述永磁體沿所述圓環(huán)形碳化硅密封管道作圓周運動；所述泵體為 奧氏體不銹鋼材料制成；所述強制風冷裝置包括風機、設置在泵體內(nèi)的循環(huán)風 道，所述風機的出口連接循環(huán)風道的進口、所述循環(huán)風道的出口與泵體外連通； 在所述泵體內(nèi)設有溫度傳感器。
本發(fā)明的工作原理為在主電機的驅(qū)動下，主軸轉(zhuǎn)動，帶動其上的永磁體 在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道外面做圓周方向的轉(zhuǎn)動，從而產(chǎn)生洛倫茲力，在 所述圓環(huán)形碳化硅密封管道中的液態(tài)鋁液相當于轉(zhuǎn)子，移動的永磁體相當于定 子，由此推動鋁熔液在環(huán)形管路中的流動；
所述永磁體由若干組釹鐵硼磁鋼組成，其成組地固定在所述永磁體固定板 上鑲嵌的純鐵軛上。
使用時，結合一配電控制系統(tǒng)，該配電控制系統(tǒng)通過例如變頻器控制主電 機轉(zhuǎn)速，即控制所述永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度，進而控制鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化 硅密封管道中的液體壓力和鋁液流速；同時，設置在泵體內(nèi)的溫度傳感器實時 監(jiān)測泵體的溫度，并通過配電控制系統(tǒng)控制所述強制風冷系統(tǒng)的工作，及時對 泵體和其內(nèi)的永磁體等進行降溫。配電控制系統(tǒng)為現(xiàn)有技術，故而在此不做贅 述。
本風冷式鋁水永磁泵還可以包括一自動保護系統(tǒng)，相應的，所述釹鐵硼永 磁體及固定板分布在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道內(nèi)側，該自動保護系統(tǒng)是一套 可將所述主軸以及與之連接的其上固設所述永磁體的永磁體固定板至少部分 地提出泵體之外的牽拉機構。其具有一驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置與所述主軸之間 設有牽拉傳動機構。該驅(qū)動裝置與配電控制系統(tǒng)連接，受控于所述溫度傳感器。
當泵體內(nèi)出現(xiàn)溫度過高等異常現(xiàn)象時，自動保護系統(tǒng)將主電機及永磁體從 泵體中迅速提升出來，待所述強制風冷系統(tǒng)將泵體內(nèi)的溫度降到永磁體適宜的 溫度時，自動保護系統(tǒng)再次啟動，將主軸和所述永磁體送回泵體中，恢復原工 作狀態(tài)。
所述圓環(huán)形碳化硅密封管道是特別設計的，有一個作為進液口、另一個作 為出液口的單向型，和兩個端口均可作為進液口或出液口的雙向型密封管道兩
種類型。
工藝上采用精細碳化硅粉末整體澆鑄成型或分段澆鑄成型。 分段澆注成型的管道，其中，每段碳化硅管的端口都設計有止口，以便于
相互套接，在套接止口處留有適當配合間隙，其中設有耐高溫堵漏密封材料密
封粘接。
在圓環(huán)形碳化硅密封管道的端口外壁面上設計有凸起棱以便于用奧氏體 不銹鋼箍加強連接。
在碳化硅管道外設有耐熱材料形成隔熱保溫層，可以減少碳化硅管內(nèi)鋁液 向外的熱傳導速度。
永磁泵是用永磁體作動力源，主要是利用它在空氣隙中產(chǎn)生的磁場。洛倫 茲力的大小主要依據(jù)永磁體磁路設計，磁路由永磁體、軛鐵與氣隙組成，永磁 磁路設計分兩方面， 一是已知永磁體的性能、磁路結構及磁路各部分尺寸，要 求計算氣隙內(nèi)磁場強度^。 二是己知材料的磁性能、工作間隙和磁場強度， 要求計算確定磁路結構及永磁體尺寸。已知條件鋁的導電率"、管道截面積 ^2、管道長度2^、永磁體體積「"'、永磁體長度工"'、有效氣隙長度^、氣隙 體積^、永磁體角速度"、剩磁A、磁場強度矯頑力^、退磁場強度^、有 效氣隙內(nèi)磁場強度7^、最大磁能積A'77 磁動勢^"^'等。由磁動勢守恒原 理和磁通連續(xù)性原理有
-仏人=尺,丄
(l) (2)聯(lián)立求解得《=(-i/ H//Q/r r 其中
^ ...............磁通量
& ...............永磁體的磁通密度
& ...............有效氣隙中的磁通密度
^ 永磁體的截面積
^ ...............有效氣隙的截面積
~...............漏磁系數(shù)
^...............磁動勢損失系數(shù)
//。...............真空磁導率
由于磁路中存在漏磁現(xiàn)象，則磁路各部分存在磁通損失，并且磁路的磁壓 降不等于永磁體的磁動勢。當氣隙尺寸和氣隙磁場強度^g已知，則磁路設計 的重點就是如何優(yōu)化《z和&。
本發(fā)明根據(jù)上述原理，通過磁路結構優(yōu)化設計和軛鐵鑲嵌的不同方式來優(yōu) 化漏磁系數(shù)和磁動勢損失系數(shù)，最大限度減少漏磁。
再根據(jù)法拉第電磁感應定律有
￡ = - 3% = 一(5cosw/)' = 5wsi請/
￡ ..................電流強度
因為 / =
■/感生電流密度 永磁體磁感應作用產(chǎn)生的洛倫茲力為^ = ^
其中J和B方向相互垂直，因此，永磁體產(chǎn)生的電磁力密度為 _F = "^cysinW 二
主電機傳動裝置為減速電動機，安裝在泵體上方。通過變頻器控制電機的
轉(zhuǎn)速，通過連軸器使得主軸和鑲嵌純鐵磁軛的固定板相連，進而使永磁體做圓
周方向快速運動，并控制永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度。
經(jīng)科學計算不同角速度下洛倫茲力在切線方向的平均值，可以控制鋁水永
磁泵的流體壓力，鋁熔液流速等。
在現(xiàn)有鋁液攪動裝置中，還沒有使用永磁泵的先例。其原因主要在于無法 形成高強度的大氣隙磁場以有效地推動鋁液運動。而本發(fā)明通過特殊的磁路結 構設計，即設置永磁體固定板，在其上鑲嵌純鐵軛，在純鐵軛上固設永磁體， 這種磁路設計可以減少漏磁。
所述固定板可以是奧氏體不銹鋼制成的，固定板上鑲嵌純鐵軛構成特別的 磁路結構，在純鐵軛上固定若干組永磁體。
所述永磁體可分為若干組，每組又有若干塊磁鋼，分布在圓環(huán)形碳化硅密 封管道的上下兩側或一側或內(nèi)側。它的這種特別設計是使永磁體做圓周方向快 速運動并產(chǎn)生洛倫茲力，工作時鋁液相當于轉(zhuǎn)子，移動的永磁體相當于定子， 由此可以推動鋁熔液在管道中的流動。
經(jīng)計算優(yōu)化永磁體可分為6~12的(偶數(shù))組，且密封管道旁相鄰的兩組 釹鐵硼永磁體極性相反，其均勻磁力線方向垂直于管道。
所述固定板上的純鐵軛的特別的形狀結構可以是以主軸為圓心的放射狀 支架結構，該支架可以是優(yōu)選按圓周3等分、4等分或6等分結構，在每個放 射狀分支架上鑲嵌排列的純鐵軛固設永磁體為上下兩組，總數(shù)為6—12，并通 過主軸與相反極性端聯(lián)通形成一一對應的磁通回路。
所述泵體為奧氏體不銹鋼材料的結構支撐鋼架，其外附著固定奧氏體不銹 鋼板。泵體可為箱形或桶形結構，泵體上設置透氣窗，泵體內(nèi)部設有產(chǎn)生循環(huán)
氣流的循環(huán)風道并和該透氣窗相連。強制風冷系統(tǒng)通過循環(huán)風道將風機強制吹 入泵體內(nèi)的冷空氣引導到永磁體上，有效的帶走其上的熱量，以確保永磁體的 溫度在正常范圍內(nèi)。所述密封管道從泵體上穿出的入口孔和出口孔的管端口上 可以配有法蘭盤與外部連接。
箱形或桶形結構的奧氏體不銹鋼泵體磁導率低，不會干擾泵體內(nèi)部的磁路 設計，保證了磁場的穩(wěn)定性；泵體內(nèi)的循環(huán)風道和透氣窗配合風冷系統(tǒng)可以快 速有效地降低泵體內(nèi)的溫度。
所述的溫度傳感器可以是安裝在泵體中圓環(huán)形碳化硅密封管道的周邊，用 于監(jiān)控泵體內(nèi)部的空氣溫度，泵體內(nèi)的空氣溫度設定值是根據(jù)永磁體的居里溫 度經(jīng)科學計算設定的，永磁體的有效工作點是隨它的退磁曲線變化的。
強制風冷系統(tǒng)包括風機、溫度傳感器和與其連接的控制裝置，該控制裝置 使得高壓風機根據(jù)溫度傳感器反饋的監(jiān)控數(shù)據(jù)變化啟動或停止，氣流從泵體入 風口進入沿內(nèi)部風道產(chǎn)生循環(huán)氣流并通過透風窗散熱以降低溫度，保證永磁體 安全可靠地工作。
作為所述的自動保護系統(tǒng)的牽拉機構可以是包括在泵體內(nèi)及上方設有的 導軌或絲杠，所述主軸或固定板通過傳動機構可沿導軌或絲杠的方向上下移動 地連接在導軌或絲杠上，所述驅(qū)動機構連接傳動機構。所述驅(qū)動機構可以是伺 服電機系統(tǒng)，接受PLC的控制。當泵體內(nèi)溫度異常升高報警時，PLC控制伺服 電機系統(tǒng)將主電機和永磁體沿導軌或絲杠方向提升一段距離，保護電機和永磁 體不受泵體內(nèi)高溫損害。當溫度回落到正常值時，伺服系統(tǒng)將主電機和永磁體 恢復到原工作位置。
本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵是全新的攪拌輸送裝置，它兼有電磁泵和 機械泵的優(yōu)點，又克服了它們的各自缺點。風冷式鋁水永磁泵具有高節(jié)能、高 效率、低成本、無污染的顯著特點鋁水永磁泵相對于電磁泵可節(jié)約50%以上 的能耗；獨特的磁路設計和風冷系統(tǒng)設計不僅保證了系統(tǒng)的可靠性，而且消除 了污染；大管徑的環(huán)路設計可以在單位時間內(nèi)交換大容量的鋁熔液；非接觸式 的攪拌方式保證了設備使用壽命長，年使用維護費用大幅度降低；特殊的結構 設計和磁場設計，有效的降低了大體積氣隙的漏磁場問題，使風冷式鋁水永磁 泵可以高效、可靠的工作。


下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
圖1為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的一種結構示意圖2為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化硅密封管道的一種結 構示意圖；是本發(fā)明所述圓環(huán)形碳化硅管道的示意圖
圖2a為圖2所示的密封管道每段碳化硅管的端口的止口結構示意圖3為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化硅密封管道的另一種 結構示意圖4為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化硅密封管道的又一種 結構示意圖4a為圖4的側視結構示意圖5為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化硅密封管道的又一種 結構示意圖5a為圖5的側視結構示意圖
6a為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的與主軸連接的固定板的主視結構 示意圖6b、 6c和6d為三等分、四等分和六等分結構的固定板的俯視結構示意
圖7為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的泵體的一種箱型結構的主視示意
圖
圖7a為圖7所示泵體的俯視示意圖8為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的的泵體的另一種圓柱體型結構的 主視示意圖
圖8a為圖8所示泵體的俯視示意圖； 圖9a為接管法蘭的結構示意圖9b為接管法蘭的另一種結構示意圖IO為本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵的另一種結構的示意圖； 圖11為本發(fā)明提供的配電系統(tǒng)電路原理圖； 圖12為所述鋁水永磁泵使用示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細說明
如圖1所示，是本發(fā)明提供的風冷式鋁水永磁泵，包括圓環(huán)形碳化硅密封 管道l、分布在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道1上下兩側的釹鐵硼永磁體16、主
電機12及其傳動裝置、用于固定所述釹鐵硼永磁體16的鑲嵌純鐵軛6的永磁 體固定板8、泵體、強制風冷系統(tǒng)和配電控制系統(tǒng)；
圓環(huán)形碳化硅密封管道1安裝在泵體內(nèi)，碳化硅密封管1上設有耐熱材料 構成的保溫隔熱層17;主電機12及其傳動裝置通過聯(lián)軸節(jié)14連接一主軸7，
使之旋轉(zhuǎn)，主軸7通過在泵體相對于圓環(huán)形密封管道1中間處設置的穿孔11 (如圖7a、 8a)插入泵體中，在泵體上的對應主軸的上下兩位置處設有軸承19 支撐主軸，主軸上固設鑲嵌純鐵軛6的固定板8。在泵體的下底板上設置軸承 座18，通過軸承19將主軸7可轉(zhuǎn)動地固定在軸承座18上，使得主軸7置于圓 環(huán)形密封管道1的環(huán)形空間的中間。永磁體16根據(jù)磁路的科學計算，在固定 板上分成若干組(偶數(shù))對應，形成貫穿密封管道的磁力線。磁力線沿管道作 快速運動就產(chǎn)生了洛倫茲力，洛倫茲力在充分考慮各種環(huán)境參數(shù)的情況下可以 科學計算。
在主軸7上固定有鑲嵌純鐵磁軛6的永磁體固定板8，釹鐵硼永磁體16通 過鑲嵌在永磁體固定板8上的純鐵軛6固定在永磁體固定板8上。如圖l、圖 6a、 6b、 6c、 6d所示，該固定板8是固定在主軸上以主軸為圓心的放射狀支架， 其可以是在圓周上具有3等分、4等分或6等分的3個、4個或6個分固定架 結構，各個分固定架的縱向剖面形狀如圖6a所示，為"匸"形框，該框包括 上固定架和下固定架以及中間固定架。在分固定架的內(nèi)表面上固設純鐵軛6。 在各個分固定架上的上固定架和下固定架上分別固定一組永磁體16，上下兩組 相對的永磁體16之間具有適當氣隙且極性相反。該各個分固定架上在上的永 磁體16位于密封管道1的上方，在下的永磁體16位于密封管道1的下方(如 圖l)。通過主軸7與永磁體16相反極性端聯(lián)通形成一一對應的磁通回路，而 圓環(huán)形密封管道1置于磁場中。上下兩組相對的永磁體16也可以位于圓環(huán)形 密封管道l中間的空間中，如圖10所示。
在固定架上按等分方法鑲嵌純鐵軛，可以減少漏磁，是磁通回路結構的專 門設計。
通過上述結構，通過主電機驅(qū)動，可使永磁體做圓周方向快速運動，并可 以方便地控制永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度。繼而調(diào)控推動密封管路中鋁液的洛倫茨 力。
在現(xiàn)有技術中，還沒有使用鋁水永磁泵體進行攪拌的實例。這是因為永磁 體的磁路設計復雜，且磁場作用力很小，永磁體對環(huán)境溫度的要求高， 一旦超 過居里溫度就會出現(xiàn)退磁現(xiàn)象，磁場強度線性衰減，無法實現(xiàn)鋁液定向流動的 目的。但本發(fā)明通過使用碳化硅制作圓環(huán)形的密封管道，并設計了耐熱材料的 隔熱保溫層，再加上合理設置永磁體在鑲嵌純鐵軛的固定板上固定，使得磁路
中的漏磁現(xiàn)象減少，磁場強度大幅提高，大量磁力線集中穿過密封管道，通過 調(diào)整永磁體的旋轉(zhuǎn)角速度，就能夠?qū)γ芊夤艿乐械匿X液進行有效的定向推動。 主電機12為減速電動機，安裝在泵體上方。通過變頻器控制主電機12的
轉(zhuǎn)速，主電機12通過連軸器14驅(qū)動主軸7轉(zhuǎn)動。本永磁泵應用在鋁的冶煉過 程中鋁液的攪拌，密封管道1的進液口和出液口與熔煉爐27的出鋁管28和進 鋁管29相連接，通過本永磁泵使得熔煉爐中的鋁液流動起來；在出鋁管上連 接投料井30 (如圖12所示)。
圓環(huán)形碳化硅密封管道1可以為單向和雙向兩種類型。如圖2所示為單向 結構，其中的一個端口接管部3為與密封管道l基本垂直，這個端口適宜作進 液口，而另一個端口處有一段直管與圓環(huán)管基本成相切的關系，有利于鋁液的 流出，適合作出液口，該密封管道構成一開口圓環(huán)；圖3是另一種開口圓環(huán)式 密封管道，鋁液可以雙向流動；圖2和圖3給出了密封管道在同一平面內(nèi)的單 向和雙向兩種結構。如圖4、 4a所示的密封管道為雙向結構，其在立體空間中 構成一個圓環(huán)，進出口管段重疊一部分，進出口流體的流動方向基本上是垂直 的關系，在端口處均設有一段直管與圓環(huán)形管成基本相切的關系，所以兩個端 口都可以作進液口和出液口。如圖5、 5a所示的也是一種雙向結構，與圖4所 示的密封管道不同的是，前者圓環(huán)形管段只有四分之三圓周長度，而本例中圓 環(huán)形管段基本上為整個圓環(huán)長度，而兩端口處連接的直管段重疊部分的流體流 動方向相反。圓環(huán)形密封管道形狀的設計可以使得管道在旋轉(zhuǎn)的永磁體的高強 度的磁場的有效范圍內(nèi)設置，泵體的體積緊湊，保溫的性能也比較好。選擇單 向或雙向碳化硅管道主要根據(jù)用戶的冶煉工藝要求而定。
圓環(huán)形碳化硅密封管道1采用精細化加工的碳化硅粉末整體澆注成型或分 段澆注成型，如圖2、 2a、圖3所示的密封管道為分段成型的，其設計的端口 套接止口5，要有適當配合間隙并填充耐高溫粘接材料加以密封，端口外用套 設不銹鋼箍2緊固。在設不銹鋼箍的管外壁上可設凸棱，有利于設置鋼箍。圓 環(huán)形碳化硅密封管道安裝在泵體的中間位置，如圖l所示管外壁上有隔熱保溫 層17密封保護。
所述泵體是奧氏體不銹鋼材料制成的支撐結構鋼架，其外面附著奧氏體不 銹鋼板使得泵體構成為箱形(見圖77a)或桶形(見圖88a)結構，奧氏體不銹 鋼作泵體主要考慮的是不同材料的磁導率對磁場的影響，同時還要考慮該材料 的機械性能；泵體上與密封管道1的出入口 3、 4相應處設有入口孔3a和出口 孔4a用于密封管道1的兩個端頭伸出泵體與外部連接；在出入口上裝配有法
蘭盤9(如圖9a、 9b)。法蘭盤9與密封管道間的耐熱材料層IO可防止鋁液熱 傳導過快。
在泵體內(nèi)設置溫度傳感器，強制風冷系統(tǒng)設置在泵體上，其包括一高壓風 機15，設置在泵體上，其出風口連接在設于泵體上的吹風口上。所述配電控制 系統(tǒng)連接主電機12、溫度傳感器以及高壓風機15，使得由溫度傳感器控制的 強制風冷系統(tǒng)在泵體中產(chǎn)生循環(huán)氣流并通過透氣窗散熱。風機的風壓可根據(jù)具 體泵散熱要求而定。
如圖9所示的本永磁泵的配電控制系統(tǒng)如圖11所示，由通過例如變頻器 23、主電機12，通過斷路器24、交流接觸器25、熱繼電器26控制高壓風機15。 如圖1所示的永磁泵也具有這樣的包括主電機12和高壓風機電機15的基本電 路。，通過主電機12控制主軸7轉(zhuǎn)動，而變頻器23調(diào)控主軸的轉(zhuǎn)速來控制所 述永磁體16的旋轉(zhuǎn)角速度，進而控制鋁水永磁泵的圓環(huán)形碳化硅密封管道中 液體壓力和鋁液流速；同時，設置在泵體內(nèi)的溫度傳感器實時監(jiān)測泵體的溫度， 該溫度通過溫度傳感器控制高壓風機，并通過高壓風機15控制所述強制風冷 系統(tǒng)的工作，及時對密封管道以及泵體降溫。
本風冷式鋁水永磁泵還可以包括一自動保護系統(tǒng)，應用在如圖10所示的 風冷式鋁水永磁泵上。其是一套可將主軸7以及與之連接的其上固設永磁體16 的永磁體固定板8提出泵體之外的牽拉機構。這里，固定在主軸7上的永磁體 固定板8以及其上的純鐵軛6和永磁體的外徑都小于密封管道1的中間圓截面 空間的直徑，永磁體固定板和永磁體均置于密封管道1的圓環(huán)內(nèi)。該主軸7為 可上下移動且可轉(zhuǎn)動地固定在泵體內(nèi)，該主軸具有一驅(qū)動裝置即伺服電機20， 該驅(qū)動裝置20與主軸7之間設有牽拉傳動機構21，例如是一螺桿式傳動機構。 圖10所示的永磁泵中自動保護系統(tǒng)的具體結構可以是設有一個由奧氏體不 銹鋼制作的筒體，其插設在泵體內(nèi)密封管道1的圓環(huán)中間在該筒體的底部設置 軸承座18，主軸上設軸承19與軸承座18匹配連接使得主軸7可轉(zhuǎn)動地固定在 筒體的下底板上。在主軸7上位于最上部的永磁體固定板8的上面套設一連接 板，所述筒體與連接板固聯(lián)；當主軸插設在泵體的孔11中置于密封管道的圓 環(huán)內(nèi)時，筒體的下底板支撐在泵體下底面上，同時連接板將泵體上的孔11蓋 住。在連接板上面的主軸7上如圖1所示地通過聯(lián)軸節(jié)連接電機12。在連接板 上設穿孔，穿設至少三個螺桿，螺桿的下端可轉(zhuǎn)動地固定在泵體上，在螺桿上 連接螺母，其固定在該連接板上，螺桿上通過傳動機構連接伺服電機20。伺服 電機轉(zhuǎn)動，即可帶動螺桿轉(zhuǎn)動，通過螺母就可以使得連接板升起或降下，從而 將主軸及其上的永磁體提出泵體或放回泵體中?？梢栽诒皿w內(nèi)對應筒體支撐的 部位設置行程開關，在將主軸放回泵體中筒體落到泵體底部時通過該行程開關 使得伺服電機停轉(zhuǎn)。在泵體上面的相應處也可以設置一形成開關，以控制主軸 被提升出泵體的上位位置。所述牽拉傳動機構還可以是其他轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為直線運 動的機構。由此，伺服電機轉(zhuǎn)動即可使得螺桿升降，繼而帶動主軸上下移動將 永磁體固定板及其上的永磁體從泵體中拉出或放回泵體中。該永磁泵的電路結 構示意圖如圖11所示，在圖1所示的永磁泵基礎上增加了伺服電機20 (在如
圖IO所示的實例中使用)等組成伺服電機20的電路(圖11中虛線框內(nèi)的內(nèi) 容)，溫度傳感器通過斷路器24控制伺服電機20。該驅(qū)動裝置與配電控制系 統(tǒng)連接，受控于所述溫度傳感器。該牽拉裝置如圖10所示，為一固定在泵體 上部的導軌或絲杠21并連接一伺服電機裝置20，導軌或絲杠21與主電機12 及主軸7連接。當泵體內(nèi)出現(xiàn)溫度過熱等異?，F(xiàn)象時，伺服電機裝置20被啟 動，即可使得與導軌或絲杠21連接的主電機12、主軸7及永磁體16從泵體中 迅速提升出來一段，待所述強制風冷系統(tǒng)將泵體內(nèi)降溫到永磁體適宜的溫度 時，自動保護系統(tǒng)再次啟動，將主軸和所述永磁體送回泵體中，恢復原工作狀 態(tài)。這樣，可以確保永磁體在工作中不會超過居里溫度而產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。
圓環(huán)形碳化硅密封管道工藝上采用精細碳化硅粉末整體澆鑄成型或分段 澆鑄成型。
分段澆注成型的管道，其中，每段碳化硅管的端口都設計有止口，以便于 相互套接，在套接止口處留有適當配合間隙，其中設有耐高溫堵漏密封材料密 封粘接(如圖2a所示)。
在圓環(huán)形碳化硅密封管道的端口外壁面上設計有凸起棱以便于用奧氏體 不銹鋼箍2加強連接(見圖2)。
在碳化硅管道外設有耐熱材料形成隔熱保溫層，以減少碳化硅管內(nèi)鋁液向 外的熱傳導速度。
所述永磁體可分為若干組，每組又有若干塊磁鋼，分布在圓環(huán)形碳化硅密 封管道的上下兩側(如圖1)或內(nèi)側(如圖10)。它的這種特別設計是使永磁 體做圓周方向快速運動并產(chǎn)生洛倫茲力，工作時鋁液相當于轉(zhuǎn)子，移動的永磁 體相當于定子，由此可以推動鋁熔液在管道中的流動。
工作中，主電機12傳動裝置通過聯(lián)軸器14與主軸連接，并拖動永磁體作 圓周運動。高壓風機15通過箱體入風口吹入高壓氣流，沿泵體內(nèi)的循環(huán)氣道 流動，通過箱體的透氣窗快速散熱，以保證永磁體的有效工作點在穩(wěn)定溫度環(huán)
境下，不會產(chǎn)生沿退磁曲線點向下變化。在泵體內(nèi)及上方設有導軌或絲杠21
等伺服系統(tǒng)20，接受PLC控制。當溫度異常升高報警時，PLC控制伺服系統(tǒng) 20將主電機12和永磁體16沿導軌或絲杠21方向提升一段距離，保護電機12 和永磁體16不受泵體內(nèi)高溫損害，。當溫度回落到正常值時，伺服系統(tǒng)20將 主電機12和永磁體16恢復到工作位置，鋁水永磁泵繼續(xù)工作。
鋁水永磁泵在使用過程中的結構組成如圖12所示，從圖12中可以看出 鋁水永磁泵的進入口安裝在熔煉爐27的出鋁口 28 —側，推動鋁液在投料處理 井30中快速形成特定的漩渦，然后經(jīng)過進鋁口 29返回熔煉爐27。鋁水永磁泵 可以使熔煉爐中的鋁液進行充分、快速的混合。經(jīng)試驗18KW的鋁水永磁泵可 以使每分鐘通過10噸的鋁液產(chǎn)生每秒6~8米的速度，根據(jù)碳化硅管徑的不同， 鋁液流動的范圍可從0.1噸/分到15噸/分。鋁水永磁泵外觀尺寸半徑長約 0.5~lm，重量約為3噸，可以使用在條件嚴格的場合。
權利要求
1. 一種風冷式鋁水永磁泵，其特征在于包括一圓環(huán)形碳化硅密封管道、—泵體、一主軸、永磁體固定板、釹鐵硼永磁體、主電機及其傳動裝置和強制風冷裝置；其中所述密封管道安裝在所述泵體內(nèi)，該密封管道外壁上設有耐熱材料構成的保溫隔熱層，該密封管道的兩個端口伸出在所述泵體之外；所述主軸上固定所述永磁體固定板，在該固定板上鑲嵌固設純鐵軛，所述釹鐵硼永磁體通過所述純鐵軛固定在所述固定板上且所述釹鐵硼永磁體分布在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道上下兩側或其中的一側或其內(nèi)側，所述主電機連接所述主軸，使得所述主電機驅(qū)動所述永磁體沿所述圓環(huán)形碳化硅密封管道作圓周運動；所述泵體為奧氏體不銹鋼材料制成；所述強制風冷裝置包括風機、設置在泵體內(nèi)的循環(huán)風道，所述風機的出口連接循環(huán)風道的進口、所述循環(huán)風道的出口與泵體外連通；在所述泵體內(nèi)設有溫度傳感器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述永磁體由若干組 固定在鑲嵌純鐵軛的所述永磁體固定板上的釹鐵硼磁鋼組成，每組所述永磁體又有若 干塊磁鋼，分布在圓環(huán)形碳化硅密封管道的上下兩側或內(nèi)側。
3. 根據(jù)權利要求l所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述固定板上的純鐵 軛的結構是以所述主軸為圓心的放射狀支架結構，該支架是按圓周3-6等分結構，其 上鑲嵌排列純鐵軛，純鐵軛上固設永磁體；所述永磁體分為6~12的偶數(shù)組，且在所述 密封管道旁相鄰的兩組釹鐵硼永磁體極性相反，其均勻磁力線方向垂直于管道。
4. 根據(jù)權利要求3所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于在所述主軸上，放射 狀支架的每個分支架上固有鑲嵌的純鐵軛的縱向剖面形狀為"匸"形框，開口朝外， 在所述分固定架的內(nèi)表面上固設純鐵軛；在各個分固定架的純鐵軛上的上下框和/或中間框的內(nèi)側固定永磁體，在上的永磁體磁鋼位于相對密封管道的上方或環(huán)形密封管道 中間孔的上部，在下的永磁體磁鋼位于密封管道的下方或環(huán)形密封管道中間孔的下部， 上下兩組永磁體之間具有氣隙且極性相反，通過主軸與永磁體相反極性端聯(lián)通形成一 一對應的磁通回路，使得所述圓環(huán)形密封管道置于磁場中。
5. 根據(jù)權利要求1所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述泵體由在內(nèi)的奧 氏體不銹鋼架支撐結構和其外附著固定的奧氏體不銹鋼板構成的箱形或桶形體其上設置透氣窗作為所述循環(huán)風道的出口與泵體外連通。
6. 根據(jù)權利要求1所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述圓環(huán)形碳化硅密 封管道為精細碳化硅粉末整體澆鑄成型或分段澆鑄成型；或者， 所述圓環(huán)形碳化硅密封管道為兩個端口一個作為進液口、另一個作為出液口的單向型，或為兩個端口均可作為進液口或出液口的雙向型密封管道；或者， 所述密封管道構成一開口圓環(huán)；或者，所述密封管道構成一個圓環(huán)狀的螺旋管，即其進液口和出液口管段重疊一部分或 交叉的結構。
7. 根據(jù)權利要求6所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述分段澆注成型的 所述密封管道，其中，每段碳化硅管的連接端的端口具有匹配的止口，以便于相互套 接，在套接止口處留有配合間隙，其中設有耐高溫堵漏密封材料密封粘接；端口外設 緊固的奧氏體不銹鋼箍。
8. 根據(jù)權利要求7所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于在所述每段碳化硅管 的連接端的端口外壁面上設計有凸起棱，在該凸起棱上套設不銹鋼箍，以加強各所述 分段之間的連接；或者所述密封管道從泵體上穿出的進液口和出液口上設有法蘭盤，用以與外部連接。
9. 根據(jù)權利要求1所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于還包括一自動保護系 統(tǒng)，相應的，所述釹鐵硼永磁體及固定板分布在所述圓環(huán)形碳化硅密封管道內(nèi)側，所 述自動保護系統(tǒng)是一套可將所述主軸以及與之連接的其上固設所述永磁體的永磁體固 定板至少部分地提出泵體之外的牽拉機構，其連接一驅(qū)動裝置，該驅(qū)動裝置與所述主 軸之間設有傳動機構。
10. 根據(jù)權利要求9所述的風冷式鋁水永磁泵，其特征在于所述自動保護系統(tǒng) 的牽拉機構是在所述泵體上設有的導軌或絲杠，所述主軸或固定板通過傳動機構可沿 導軌或絲杠的方向上下移動地連接在導軌或絲杠上，該驅(qū)動機構連接該傳動機構；或 者，所述自動保護系統(tǒng)的結構是設有一個由奧氏體不銹鋼制作的筒體，其插設在所 述泵體內(nèi)所述密封管道的圓環(huán)中間，在該筒體的底部設置軸承座，所述主軸上設軸承 與軸承座匹配連接使得主軸可轉(zhuǎn)動地固定在筒體的下底板上。在所述主軸上位于最上 部的所述永磁體固定板的上面套設一連接板，所述筒體與連接板固聯(lián)；當主軸插設在 泵體中置于密封管道的圓環(huán)內(nèi)時，筒體的下底板支撐在泵體下底面上，同時該連接板 置于泵體上。在該連接板上面的主軸上連接電機；在連接板上設穿孔，穿設至少三個 螺桿，螺桿的下端可轉(zhuǎn)動地固定在泵體上，在螺桿上連接螺母，其固定在該連接板上， 螺桿上通過傳動機構連接伺服電機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風冷式鋁水永磁泵，其包括一圓環(huán)形碳化硅密封管道、其安裝在泵體內(nèi)，其上設有耐熱材料構成的保溫隔熱層；主電機及其傳動裝置上連接一主軸，永磁體固定板與主軸連接，永磁體通過鑲嵌在永磁體固定板上的純鐵軛固定在永磁體固定板上，置于密封管道上下兩側或其中的一側或其內(nèi)側；奧氏體不銹鋼泵體上設有入口孔和出口孔用于密封管道伸出泵體與外部連接；在泵體內(nèi)設置溫度傳感器，強制風冷系統(tǒng)設置在泵體上，配電控制系統(tǒng)連接主電機、溫度傳感器以及強制風冷系統(tǒng)。本永磁泵具有高節(jié)能、高效率、低成本、無污染、維護成本低、壽命長工作可靠的顯著特點。
文檔編號F04D29/58GK101382153SQ20081010373
公開日2009年3月11日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權日2008年4月10日
發(fā)明者宸 李 申請人:宸 李