Магнитная гидродинамика, страница 12

Все электромагнитные насосы можно разделить на два класса – индукционные насосы и насосы прямого действия (Фарадеевского типа). Принцип действия индукционного насоса можно понять следующим образом.

Представим себе, что статор асинхронного двигателя разрезан и развернут вдоль трубопровода с проводящей жидкостью. Два таких развернутых статора, по обе стороны трубопровода и создают индукционный насос (рис. 8).

Ясно, что часть трубопровода находящаяся между статорами должна быть сделана из немагнитного материала с малой электропроводностью (например тонкая нержавеющая сталь). Если обмотки в неразрезанном статоре при пропускании через них переменного тока создают вращающееся магнитное поле, которое индукционно увлекает ротор, то в разрезанных статорах магнитное поле будет бегущим вдоль трубопровода. Бегущее магнитное поле также индукционно увлекает проводящую жидкость в трубопроводе прокачивая ее по трубопроводу в том или ином направлении в зависимости от направления «бега» магнитного поля.

Индукционный насос можно осуществить следующим образом.

Если в неразрезанный статор асинхронного движения поставить стакан со ртутью, то при включении статора его вращающееся магнитное поле будет увлекать ртуть в стакане и придаст ей вращательное движение. Теперь можно представить, что статор одет на трубопровод, а внутри трубопровода находится винт (рис.9). Тогда вращающаяся проводящая жидкость будет «ввинчиваться» создавая поступательное движение жидкости в трубопроводе.

К сожалению КПД индукционных насосов очень мал и составляет 2-3%. Т.к. велики потери в стенках трубопровода и самой жидкости на ее нагрев.

Принцип действия электромагнитных насосов прямого действия ясен из рис. 10.

В насосе прямого действия магнитное поле Н постоянно и создается или электромагнитом, или постоянным магнитом.  Между полосами расположен прямоугольный участок трубопровода с проводящей жидкостью. Неперпендикулярно магнитному полю через большую поверхность трубопровода, а следовательно и жидкость, течет ток J
 создаваемый также независимым источником тока. Если постоянное магнитное поле создается электромагнитом, то ток  J и ток электромагнита могут создаваться одним и тем же источником тока. Ясно, что боковые поверхности прямоугольной трубы должны быть изготовлены из хорошо проводящего магнитного материала, в то время как поверхности перпендикулярные магнитному полю – из немагнитного материала обладающего плохой проводимостью. Коэффициент полезного действия насосов прямого действия значительно выше чем индукционных насосов и составляет 25-30%. Причем в этот КПД входит и КПД выпрямительных устройств источников питания.

Сделаем грубый, ориентировочный расчет насоса прямого действия. Будем полагать, что магнитное поле постоянно, однородно в объеме abl и определяется только полем постоянного магнита. Магнитное поле индукционных токов мало и слабо влияет на магнитное поле постоянного магнита. Будем также полагать, что b>>a, тогда задачу о движении жидкости в прямоугольном канале можно рассматривать как плоскую, как задачу о движении проводящей жидкости между двумя параллельными бесконечными плоскостями (рис. 11).

Пусть в трубопроводе нет градиента гидростатического давления не электромагнитного происхождения. Тогда в стационарном случае имеем следующее уравнение движения для несжимаемой жидкости:

 .                                      (13.5.49)

Решая обычную задачу Пуазейля мы имели точно такое же уравнение с теми же граничными условиями для скорости, только вместо  мы имели . Таким образом можно воспользоваться прежним решением заменяя везде  на .