CN201335610Y - 风冷式铝液永磁泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风冷式铝液永磁泵，其中的圆环形密封非金属耐火材料管道外壁设有烧结凝固层将其整体固化，并置于一奥氏体不锈钢制保温隔热箱内，管道的两个端口伸出在保温隔热箱外；转子组件包括主轴、轭铁和永磁体；主电机连接转子组件；升降装置设在主框架上，主电机及转子组件和保温隔热箱，一个设在主框架上，另一个设在升降装置上；强制风冷系统包括风机和设在转子组件周边的循环风道，风机的出口连接循环风道的进口。本铝液永磁泵可用于铝冶炼过程中铝液的循环搅拌，通过本永磁泵使得熔炼炉中的铝液高效循环流动起来。它节能环保、成本低，可以大幅度提高产品质量，应用前景广阔。

Description

风冷式铝液永磁泵

技术领域

本实用新型涉及一种铝液永磁泵，是一种有色金属铝熔炼过程中使用的、适用于控制高温铝熔液在管道和熔炼炉、保温炉中进行高效循环流动的新设备。

背景技术

在有色金属铝熔炼过程中，为了提高铝合金属的质量，降低能耗、减少烧损，在熔炼的过程中要加入各种合金元素并使之混合均匀。目前已有多种金属熔液搅拌设备，其中铝液泵是公认的最佳的循环搅拌装置。它可以使铝液按设计的方向和流速产生循环运动，从而使熔炼炉中的铝熔液进行充分、快速地混合。

世界上已知的铝液泵有铝液电磁泵和铝液机械泵两种，其中以英国EMP电磁泵和美国Metaullics机械泵最具有代表性。上述两种铝液泵的共同特点是可以快速、有效、充分地对熔炼炉中的铝液进行循环搅拌，减少烧损，从而大量节约能源，提高铝合金属的质量。但是它们也有很多缺点：电磁泵是非接触式循环搅拌设备，价格昂贵；其特定设计的电磁感应线圈需要用液氮或软水循环冷却系统来降低温度，配电系统较复杂，电能消耗很大，且不能长时间连续工作；附属冷却设备占地大，易污染。因为铝液电磁泵的以上缺点使得它目前在国内应用较少。铝液机械泵是一种接触式循环搅拌装置，由于它和高温铝熔液的直接接触，因此需要有复杂的保护系统，否则很容易对铝液造成污染；转动叶轮和泵体多采用SST级别的石墨材料并沉浸在铝液中，极易磨损而损坏，其使用寿命短，年维护成本高。这也限制了铝液机械泵的使用。

发明内容

本发明的目的在于改进现有铝液泵技术的不足，提供一种高节能、高效率、低成本、无污染的全新风冷式铝液永磁泵。

本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵包括一圆环形密封非金属耐火材料管道、一保温隔热箱、一主框架、一升降装置、一转子组件、一主电机及其传动装置和一强制风冷系统。其中：

所述圆环形密封非金属耐火材料管道外壁设有烧结凝固层将其整体固化，并置于与之形状相匹配的保温隔热箱内，该圆环形密封非金属耐火材料管道的两个端口伸出在到所述保温隔热箱之外；所述的转子组件包括主轴和固设在所述主轴上的轭铁以及轭铁上的永磁体和将该永磁体固定住的磁钢罩组成，所述主电机通过传动装置连接所述转子组件的主轴使之产生旋转，带动其上的轭铁、磁钢罩和永磁体在所述圆环形密封非金属耐火材料管道中心的圆形空间中作旋转运动；所述保温隔热箱为奥氏体不锈钢材料制成；所述升降装置设置在所述主框架上，所述主电机以及与之连接的所述转子组件和其中设置有圆环形密封非金属耐火材料管道的保温隔热箱，其中一个设置在所述主框架上，另一个设置在所述升降装置上，以使得驱动所述升降装置，所述转子组件和保温隔热箱之间产生相对位移，使得所述转子组件进入或离开所述圆环形密封非金属耐火材料管道中心的圆形空间；所述强制风冷系统包括风机和设置在所述转子组件周边的循环风道，风机的出口连接循环风道的进口。

所述圆环形密封非金属耐火材料管道是由多段曲线形管构成，各个管段之间通过烧结凝固层紧固成一整体。

所述烧结凝固层中布有网状不锈钢筋。

所述保温隔热箱中设有隔热保温材料包裹在所述圆环形密封非金属耐火材料管道的外面构成隔热保温层。

在所述转子组件周围的部件上设置温度传感器。

所述永磁体成等分放射状设置在转子组件的主轴圆周方向上。

所述永磁体成四等分、或六等分、或八等分、或十等分放射状设置在转子组件的主轴圆周方向上。

所述永磁体为块状永磁体，其在转子组件的主轴轴向从上到下或从下向上排布，在主轴径向从内向外设置。

本实用新型的工作原理为：在主电机的驱动下，通过传动装置连接转子组件产生旋转，带动转子组件上的永磁体转动产生移动磁场，磁力线快速切割在所述圆环形密封非金属耐火材料管道中的高温铝液，从而产生洛伦兹力。在所述圆环形密封管道中的铝液相当于转子，转动的永磁体相当于定子，由此推动铝熔液在环形管路中的快速流动。

可以在所述转子组件周围的部件上例如主框架上或保温隔热箱上设置温度传感器。该传感器如果与所述升降机的驱动电机的启动电路相连接，可以使得本永磁泵具有自动保护功能。升降机根据转子组件周边的温度变化值按设计要求产生动作，控制转子沿导柱方向上升或下降；

本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵使用时，可以结合一配电控制系统，该配电控制系统通过例如变频器控制主电机转速，即控制所述转子组件及转子上永磁体的旋转角速度，进而控制铝液永磁泵的圆环形密封非金属耐火材料管道中的铝液压力和流速；同时，设置在转子周边的温度传感器可以与一显示器相连接，实时监测温度的变化，并通过配电控制系统控制所述强制风冷系统的工作，及时对转子和其上的永磁体等进行降温。当温度超过警戒值时，配电控制系统还可以控制升降系统工作，带动转子上升或下降脱离开高温环境，实现铝液永磁泵的自动保护功能。

外壁设有烧结凝固层的所述圆环形密封非金属耐火材料管道设置在保温隔热箱内的中心，保温隔热箱内设有耐热材料包裹在管道烧结层的外面构成保温隔热层。

所述升降装置包括升降机和导柱，所述导柱固设在主框架上，所述升降机上设有升降平台，在该升降平台上固定所述主电机以及与之连接的转子组件，升降平台上设有导柱孔，导柱穿设在该导柱孔中，使得所述升降平台在升降传动机构驱动下沿导柱上下移动，有效防止平台移动过程中在水平方向上的晃动，所述升降机与所述主框架连接，使得其上的平台可以相对于主框架上下移动，从而使得设置在升降机上的所述主电机及转子组件在设置于主框架上的内装所述圆环形密封非金属耐火材料管道的所述保温隔热箱中心产生位移变化。

具体地，上述圆环形密封非金属耐火材料管道、保温隔热箱、升降装置、转子组件、主电机及其传动装置和强制风冷系统共同安装在所述主框架上；所述保温隔热箱安装在主框架上端或下端，如果保温隔热箱安装在主框架下端，可以在主框架下端面上固设辅助支架，所述保温隔热箱通过其固定在主框架的下端面上，从而实现倒置使用，所述保温隔热箱与所述主框架之间用螺栓紧固连接，易于维护与更换。相应地，所述主电机以及与之连接的所述转子组件安装在所述升降机上。

本实用新型所述的风冷式铝液永磁泵是全新的循环搅拌装置，它兼有电磁泵和机械泵的优点，又克服了它们各自的缺点。风冷式铝液永磁泵具有高节能、高效率、低成本、无污染的显著特点：铝液永磁泵相对于电磁泵可节约50％以上的能耗；独特的磁路设计和风冷系统设计不仅保证了系统的可靠性，而且消除了污染；大管径的环路设计可以在单位时间内交换更大容量的铝熔液；非接触式的搅拌方式保证了设备的使用寿命长，年使用维护费用大幅度降低；特殊的结构设计和磁路设计，有效地降低了大体积气隙的漏磁场问题，使风冷式铝液永磁泵可以高效、可靠的工作。再有，本实用新型的永磁泵中圆环形密封非金属耐火材料管道的外面设有设有烧结凝固层，可以使得该管道的强度大幅度提高，其使用寿命延长；同时，具有阻热效果。另外，在本永磁泵中，装置在所述保温隔热箱中的所述圆环形密封非金属耐火材料管道固定在主框架上端或下端，对其进行检修和拆换时，只需将保温隔热箱与主框架的安装结构拆开即可，使得所述圆环形密封非金属耐火材料管道的维修、维护和更换简单方便。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵的结构示意图；

图2为本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵的升降系统带动转子下降的示意图；

图3为本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵的保温隔热箱与主框架分离的结构示意图；

图3a、图3b分别为与主框架分开保温隔热箱和主框架上其它装置的结构示意图；

图4a、图4b分别为本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵的四等分转子组件的主视和俯视结构示意图；

图5a、图5b分别为本实用新型提供的风冷式铝水永磁泵的六等分转子组件的主视和俯视结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实例对本实用新型作进一步详细说明：

如图1所示，是本实用新型提供的风冷式铝液永磁泵，包括主电机及传动装置1、主框架2、升降装置3、联轴器4、轴承5、保温隔热箱6、烧结凝固层7、圆环形密封非金属耐火材料管道8、转子组件9、转子组件外支撑筒10、磁钢罩11、永磁体12、轭铁13、强制风冷系统入口14等。主电机及传动装置1通过联轴器4和轴承5与转子组件9主轴连接使之旋转，转子组件9上固有磁钢罩11、永磁体12、轭铁13，转子组件9主轴两端由轴承5固定在转子组件外支撑筒10内，它们共同安装在升降装置3上；升降装置3是由升降机、导柱和传感器组成，安装在主框架上，可以使主电机及传动装置1、联轴器4、轴承5、转子组件9、转子组件外支撑筒10、磁钢罩11、永磁体12、轭铁13、强制风冷系统入口14等一起沿导柱方向在圆环形密封非金属耐火材料管道8中心位置上下升降；

圆环形密封非金属耐火材料管道8安装在保温隔热箱6内，圆环形密封非金属耐火材料管道8外设有烧结凝固层7；保温隔热箱6安装在主框架2的上端或下端，如图1所示的本永磁泵，保温隔热箱6是安装在主框架2的上端，如果安装在主框架的下端，通常需要在主框架的下端面上固定一个辅助支架，将保温隔热箱通过辅助支架设置在主框架的下端面上，即在辅助支架上倒置使用，保温隔热箱6是用奥氏体不锈钢材料制成，其与所述主框架之间用螺栓紧固连接，易于维护与更换。如图3、3a、3b示出了保温隔热箱6及其中设置的管道8从主框架上取下的结构。当管道8损坏时，可以通过将螺栓拧开，驱动主电机通过升降装置使得转子组件下降从保温隔热箱中间的圆形空间中撤出，即可将保温隔热箱6取下，进行维修或更换。而本永磁泵的主电机、主框架以及其上的其它部件均可以不动。

主电机及传动装置1通过联轴器4、轴承5连接一转子组件9中的主轴使之旋转，通过转子组件9的旋转带动永磁体12转动；转子组件9主轴的上下两端位置处设有轴承5支撑转子组件9。永磁体12固定在轭铁13上并用磁钢罩11加以保护，根据磁路学的科学计算，在转子组件9上的永磁体12分成若干对，形成贯穿圆环形密封非金属耐火材料管道8的磁力线。磁力线对圆环形密封非金圆环形密封属耐火材料管道8中的铝液作快速切割运动产生洛伦兹力，洛伦兹力使铝液产生流动，在充分考虑各种环境参数的情况下可以科学计算洛伦兹力大小。

在转子组件9上的永磁体12、轭铁13、磁钢罩11一起共同构成以转子组件9主轴为圆心的放射状支架，其可以是在转子组件的主轴圆周上具有4等分、6等分、或8等分、或10等分、或更多等分的偶数放射状支架结构。本实用新型所提供的风冷式铝液永磁泵的四等分和六等分转子结构分别如图4a、4b和图5a、5b所示。工作时，转子9上的永磁体12位于圆环形密封非金属耐火材料管道8的中心旋转。升降装置3包括升降机和导柱，导柱固设在主框架上，升降机上设有升降平台，在该升降平台上固定所述主电机以及与之连接的转子组件，升降平台上设有导柱孔，导柱穿设在该导柱孔中，使得所述升降平台在升降传动机构驱动下沿导柱上下移动，有效防止平台移动过程中在水平方向上的晃动，升降机与主框架连接，使得其上的平台可以相对于主框架上下移动，从而使得设置在升降机上的主电机及转子组件在设置于主框架上的内装所述圆环形密封非金属耐火材料管道的所述保温隔热箱中心产生位移变化。

可以根据需要启动升降装置3中的升降机上的电机，使得升降平台相对于主框架上下移动，并带动主电机及传动装置1、联轴器4、轴承5、转子组件9、转子组件外支撑筒10、磁钢罩11、永磁体12、轭铁13、强制风冷系统入口14等部件在圆环形密封非金属耐火材料管道8中心位置上下升降(如图2所示)。

通过上述结构，在主电机及传动装置1的驱动下，连接转子组件9使其上永磁体12做或正方向或反方向快速转动，可以准确地控制永磁体的旋转角速度。继而调控推动圆环形密封非金圆环形密封属耐火材料管道8中铝液的洛仑兹力的大小。

到目前为止尚未发现有使用铝液永磁泵进行循环搅拌的实例。主要是因为铝液永磁泵圆环形密封非金属耐火材料管道8成型困难，渗漏和隔热都很难解决；圆环形密封非金属耐火材料管道8通常是由若干曲线管段通过密封连接结构固联起来的，在工作中，密封固联结构非常容易损坏，为了解决这一问题，本实用新型提供的圆环形密封非金属属耐火材料管道8在其外壁上设置烧结凝固层7，该烧结凝固层7可以用非金属烧结剂与碳化硅粉末材料经烧结固于管道上，使得各个管段之间通过烧结凝固层紧紧固成一体，大大提高了圆环形密封非金属耐火材料管道的连接强度。前述的烧结凝固层以及烧结技术均为现有技术。该烧结凝固层中间还布设网状不锈钢筋，该不锈钢筋固定在管道8的外壁上，烧结凝固层的材料将不锈钢筋包覆起来，烧结成一整体。该不锈钢筋的作用有两个，其一是可以起到对于管道8的支撑作用，其二是可以增加烧结材料的强度。

而在该管道8的烧结凝固层的外面再设置保温隔热层，例如石棉层，可以减少热量的散失，并可确保永磁体的温度不会过高而导致快速退磁。永磁体的磁路设计复杂，且磁场作用力很小，永磁体对环境温度的要求高，一旦超过居里温度就会出现退磁现象，磁场强度迅速衰减，无法实现驱动铝液定向流动的目的。本实用新型通过使用圆环形密封非金属耐火材料管道8并设计了耐热材料的保温隔热箱6，再加上合理设计永磁体12在等分放射状转子组件9上的数量和位置，使得磁路中的漏磁现象减少，磁场强度大幅度提高，大量磁力线集中穿过圆环形密封非金属耐火材料管道8，通过调整改变永磁体的旋转角速度，就能够对密封管道中的铝液进行有效的定向推动。在本实用新型的转子组件中，永磁体12成等分放射状设置在转子组件上，且永磁体12可以是块状永磁体，其在转子组件9的主轴轴向从上到下或从下到上排布，在主轴径向从内向外设置。这种结构可以获得较好的磁场强度。

本实用新型的自动保护功能是这样实现的，工作时，主电机及传动装置1通过联轴轴器4、轴承5与转子组件9连接，并带拖动其上永磁体12在高温环境下作旋转运动。强制风冷系统通过强制风冷系统入口14吹入高压气流，沿转子组件9周边的循环气道流动，通过转子组件外支撑筒10上的透气孔快速散热，以保证永磁体12的有效工作温度环境，不会使永磁体12产生沿退磁曲线点向下变化即退磁现象。在主框架2上的升降装置3，接受一配电系统控制。当温度异常升高并报警时，配电系统控制升降装置3将主电机及传动装置1、转子9和其上永磁体12沿导柱提升或下降一段距离，保护主电机及传动装置1和永磁体12不受圆环形密封非金属耐火材料管道8内高温的影响。当强制风冷系统通过强制风冷系统入口14吹入高压气流使温度回落到正常值时，升降装置3将主电机及传动装置1和转子组件9恢复到工作位置(如图1所示)，铝液永磁泵继续工作。

本实用新型铝液永磁泵可广泛应用于铝冶炼过程中铝液的循环搅拌，其上圆环形密封非金属耐火材料管道8的进液口和出液口与熔炼炉的出铝管和进铝管相连接，通过本永磁泵使得熔炼炉中的铝液高效循环流动起来。它节能环保、成本低，可以大幅度降低烧损，提高产品质量，应用前景广阔。

Claims (10)

1.一种风冷式铝液永磁泵，其特征在于，包括一圆环形密封非金属耐火材料管道、一保温隔热箱、一主框架、一升降装置、一转子组件、一主电机及其传动装置和一强制风冷系统，其中：

所述圆环形密封非金属耐火材料管道外壁设有烧结凝固层将其整体固化，并置于与之形状相匹配的保温隔热箱内，该圆环形密封非金属耐火材料管道的两个端口伸出在所述保温隔热箱之外；所述的转子组件包括主轴和固设在所述主轴上的轭铁以及所述轭铁上的永磁体和将该永磁体固定住的磁钢罩；所述主电机及传动装置连接所述转子组件的主轴使之产生旋转，带动其上的轭铁、磁钢罩和永磁体在所述圆环形密封非金属耐火材料管道中心的圆形空间中作旋转运动；所述保温隔热箱为奥氏体不锈钢材料制成；所述升降装置设置在所述主框架上，所述主电机以及与之连接的所述转子组件和其中设置有圆环形密封非金属耐火材料管道的保温隔热箱，其中一个设置在所述主框架上，另一个设置在所述升降装置上，以使得驱动所述升降装置，所述转子组件和保温隔热箱之间产生相对位移，使得所述转子组件进入或离开所述圆环形密封非金属耐火材料管道中心的圆形空间；所述强制风冷系统包括风机和设置在所述转子组件周边的循环风道，风机的出口连接循环风道的进口。

2.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述圆环形密封非金属耐火材料管道是由多段曲线形管构成，各个管段之间通过烧结凝固层紧固成一整体。

3.根据权利要求1或2所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述烧结凝固层中布有网状不锈钢筋。

4.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述保温隔热箱安装在主框架上端或下端，所述保温隔热箱与所述主框架之间用螺栓紧固连接。

5.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述保温隔热箱中设有隔热保温材料包裹在所述圆环形密封非金属耐火材料管道的外面构成隔热保温层。

6.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述升降装置包括升降机和导柱，所述导柱固设在所述主框架上，所述升降机上设有升降平台，在该升降平台上固定所述主电机以及与之连接的转子组件，升降平台上设有导柱孔，导柱穿设在该导柱孔中，使得所述升降平台在升降传动机构驱动下沿导柱上下移动，所述升降机与所述主框架连接，使得其上的平台可以相对于主框架上下移动，从而使得设置在升降机上的所述主电机及转子组件在设置于主框架上的内装所述圆环形密封非金属耐火材料管道的所述保温隔热箱中心产生位移变化。

7.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，在所述转子组件周围的部件上设置温度传感器。

8.根据权利要求1所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述永磁体成等分放射状设置在转子组件的主轴圆周方向上。

9.根据权利要求8所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述永磁体为块状永磁体，其在转子组件的主轴轴向从上到下或从下向上排布，在主轴径向从内向外设置。

10.根据权利要求8所述的风冷式铝液永磁泵，其特征在于，所述永磁体成四等分、或六等分、或八等分、或十等分放射状设置在转子组件的主轴圆周方向上。

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