CN110429792A - 一种分体式盘式磁流体发电通道 - Google Patents

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刘保林
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彭爱武
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K44/08—Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • H02K44/12—Constructional details of fluid channels
    • H02K44/14—Circular or screw-shaped channels

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Abstract

一种分体式盘式发电通道，包括进气段(1)、连接段(2)和盘式发电排气段(3)。进气段(1)、连接段(2)和盘式发电排气段(3)从上到下依次顺序同轴连接。进气段(1)为圆管形；盘式发电排气段(3)为圆盘形，有一定高度；连接段(2)为圆形法兰盘。进气段(1)的外径比连接段(2)和盘式发电排气段(3)的外径小，盘式发电通道整体外形呈上小下大状。盘式发电排气段(3)内部从上向下分别为盘式发电段和排气段；盘式发电段沿径向方向由里向外依次布置有加速段(5)、阳极(6)、发电段(7)和阴极(8)，阴极(8)的出口与排气段相通；连接段(2)将进气段(1)与盘式发电排气段(3)连接形成分体式盘式发电通道。

Description

一种分体式盘式磁流体发电通道
技术领域
本发明涉及一种磁流体发电通道装置，特别涉及一种盘式磁流体发电通道。
背景技术
磁流体发电是一种将热能直接转换成电能的新型发电方式，始于20世纪50年后期，其工作原理是基于法拉第电磁感应定律。采用流体代替固体进行导电，并使导电流体工质以一定速度通过与流动方向相互垂直的磁场，切割磁力线而感生电动势，进而产生电能。
发电通道是磁流体发电技术的关键。高温导电流体以超声速流经发电通道，在磁场作用下，部分能量转化为电能与焦耳热，气体总焓降低。在该过程中，发电通道的结构与性能将直接决定发电效率。发电通道内等离子体的流动十分复杂，存在电场，磁场与流场的耦合作用，还与电离过程并存，为此需要在发电通道中布设多种性能测量的传感器和探头，因此发电通道结构设计对于发电通道中等离子体工作过程的研究和提高发电效率是十分重要的。
盘式发电通道配合螺管形超导磁体使用，构成盘式磁流体发电机。盘式磁流体发电机，具有紧凑、轻量化的特点。螺管形超导磁体的温孔形状如空心圆管，是磁场产生的室温空间。磁场主要集中在圆管形温孔的中段，盘式发电通道的发电段也布置在此段，以充分利用该空间，提高发电功率和发电效率。目前文献报道的盘式发电通道均为穿过螺管形超导磁体室温空间的圆筒形整体式结构，现有的一种整体式盘式磁流体发电机试验装置如图1所示，该装置主要由超导磁体、整体式盘式通道构成，整体式盘式通道安装在超导磁体的温孔中，周围的空隙就是数据引出线空间。该整体式盘式通道的中部一小段是发电段，上下分别是较长的进气段和排气段，发电段、进气段和排气段的外径相等。在研究盘式发电通道中等离子体的流动、热力和电性能参数时，需在处于发电通道中部的盘式发电段中埋设测量温度、压力、等离子特性的传感器和探头，传感器和探头需要穿过进气段外周很长的耐火保温层，并从承压外壳处引出，在圆筒形整体结构的盘式发电通道布置测量传感器是很困难的，同时向外引出各种数据线、电缆线也有难度，设计时均需预留出发电通道与磁体之间较大的安装空间，因而影响了磁体室温空间的充分利用，减少了发电通道的体积，最终影响发电功率，降低了发电效率。
发明内容
为了克服上述现有盘式发电通道的缺点，本发明提供一种适用于磁流体发电的分体式盘式发电通道。
本发明分体式盘式发电通道由进气段、连接段和盘式发电排气段三部件构成。进气段、连接段和盘式发电排气段从上到下顺序同轴布置，依次连接。进气段为圆管形，盘式发电排气段为圆盘形，有一定高度。连接段为圆形法兰盘。进气段的外径比连接段和盘式发电排气段的外径小得多，进气段、连接段和盘式发电排气段连接组成的盘式发电通道整体外形呈上小下大状。
所述的进气段为圆筒形直管，是等离子体工质进入盘式发电排气段的管形通道，由于仅用于进气，进气段的管径小于连接段和盘式发电排气段；所述的盘式发电排气段呈圆盘形、从上向下分别是盘式发电段和排气段，盘式发电段是盘式发电通道核心部分，从内到外沿径向依次布置有加速段、阳极、发电段和阴极，阴极出口与排气段相通。所述的连接段为圆形法兰盘，法兰上部与进气段连接，下部与盘式发电排气段的盘式发电段连接。所述的进气段和盘式发电排气段经连接段通过机械方式连接成为完整的盘式发电通道。盘式发电通道布置超导磁体温孔内，由于其上部的进气段外径小，下部的盘式发电排气段外径大，盘式发电排气段的发电段的上部有较大空间可用于布置多种测量传感器和探头，并将数据线引出。整个盘式发电通道同中心轴布置，穿过超导磁体温孔，与磁体共同构成盘式磁流体发电机。
本发明分体式盘式发电通道无需在磁体温孔与盘式发电通道之间预留传感器引出的空间，盘式发电排气段的外径可尽量接近温孔直径，充分利用磁体室温空间，以获得更大的发电通道体积，特别适用于发电通道内特性参数和工作过程的研究，并能充分地利用磁体室温空间，提高发电功率。
所述的等离子体工质为氩气或氦气等惰性气体与种子铯、钾等易电离碱金属经过混合形成的能够导电的高温等离子气流。
圆管形的进气段由外到内包裹承压外壳和耐火保温材料内衬，高温等离子体工质由此进气段进入发电通道。
所述的连接段为圆形法兰盘，其中央通孔与进气段的外壳相配，两者通过焊接螺栓连接。连接段法兰盘的外沿与盘式发电排气段承压外壳相配，通过螺钉将进气段与盘式发电排气段连接，形成盘式发电通道整体。
所述的盘式发电排气段外部为承压外壳，承压外壳可以为内水冷结构。盘式发电排气段内部从上向下包括盘式发电段和排气段两部分，盘式发电段沿径向方向，由里向外依次有加速段、阳极、发电段和阴极。阴极出口与排气段相通，排气段内中间部分为耐火保温材料制成的圆柱形芯体，该芯体与承压外壳之间构成环形排气通道。由进气段进入的等离子工质经过盘式发电段的加速段后提高其流动速度。经过加速后高速运动的等离子体在盘式发电段的发电段与磁场相互作用，实现发电，产生的电能通过阳极、阴极连接外部负载，完成电能的输出。
所述的连接段圆形法兰盘的下面紧贴盘式发电排气段的盘式发电段，法兰盘上开有通孔，传感器和探头穿过法兰盘的通孔伸入盘式发电段内。传感器和探头的引出线可从连接段上方的磁体温孔内引出。
本发明的有益效果：
(1)本发明分体式盘式通道方便布置各类传感器和探头，为深入开展该项新技术的研究提供了条件，从而能够准确获得发电段的参数变化，为改进磁流体发电机提供了可靠试验数据；
(2)采用分体式盘式通道，可以增加发电通道空间，有利于提高磁流体发电机的性能；
(3)本发明分体式盘式发电通道减少了通道的重量，便于通道的轻量化设计。
附图说明
图1现有整体式盘式磁流体发电机试验装置结构图；
图2为本发明分体式盘式通道整体示意图；
图3为分体式盘式通道与超导磁体配合实施例示意图；
图中：1进气段、2连接段、3盘式发电排气段、4进气管、5加速段、6阳极、7发电段、8阴极、9传感器和探头、10连接螺钉、11排气段、12承压外壳、13超导磁体、14数据线引出空间、15传感器和探头安装平面、16整体式盘式通道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明分体式盘式发电通道由进气段1、连接段2和盘式发电排气段3三个部件构成。进气段1、连接段2和盘式发电排气段3从上到下顺序同轴布置，依次连接。进气段1为圆管形，盘式发电排气段3为圆盘形，有一定高度。连接段2为圆形法兰盘。进气段1的外径比连接段2和盘式发电排气段3的外径小得多，进气段1、连接段2和盘式发电排气段3连接组成的盘式发电通道整体外形呈上小下大，如图2所示。
如图3所示，分体式盘式通道的进气段1为直管，使得等离子工质能够顺利进入盘式发电排气段3。盘式发电排气段3内部从上向下为盘式发电段和排气段、盘式发电段沿径向方向，由里向外依次布置有加速段5、阳极6、发电段7和阴极8。连接段2通过连接螺钉10将进气段1与盘式发电排气段3连接在一起，形成分体式盘式发电通道。图3连接段2的法兰表面开有通孔，各类测量传感器和探头穿过此通孔伸入盘式发电段内，如传感器和探头9。传感器和探头的引出线可经传感器和探头安装平面15从连接段上方的磁体温孔内引出。
本发明分体式盘式发电通道置于螺管形超导磁体13内构成盘式磁流体发电机。分体式盘式发电通道与超导磁体13温孔之间留出数据线引出空间14，连接段2的法兰表面开有通孔，各类测量传感器和探头穿过此通孔伸入盘式发电段内，如传感器和探头9。传感器和探头的引出线可经传感器和探头安装平面15从连接段上方的磁体温孔内的数据线引出空间14引出。
本发明无需在磁体温孔与盘式发电通道之间预留传感器引出的空间，盘式发电排气段的外径尽可能与温孔直径接近，以充分利用超导磁体13的温孔空间。
本发明分体式盘式发电通道中，等离子体工质由进气段1进入盘式发电排气段3的进气管4，然后经过加速段5提速，高速通过发电段7。等离子体工质的参数通过测量传感器和探头9采集。等离子体工质在发电段7与超导磁体13产生的磁场相互作用产生电能，在阳极6和阴极8之间产生电势差，通过负载将产生的电能输出。然后等离子体经过排气管11排出。
本发明分体式盘式发电通道实施例中，进气段1与连接段2通过焊接连接，再通过连接螺栓10将进气段1和连接段2与盘式发电排气段3连接起来，盘式发电排气段3通过承压外壳12保证整体的强度。可以更充分地利用超导磁体13的温孔空间。

Claims (2)

1.一种分体式盘式磁流体发电通道，其特征在于：所述的发电通道包括进气段(1)、连接段(2)和盘式发电排气段(3)；进气段(1)、连接段(2)和盘式发电排气段(3)从上到下依次顺序同轴连接；进气段(1)为圆管形；盘式发电排气段(3)为圆盘形，有一定高度；连接段(2)为圆形法兰盘；进气段(1)的外径比连接段(2)和盘式发电排气段(3)的外径小，进气段(1)、连接段(2)和盘式发电排气段(3)连接组成的盘式发电通道整体外形呈上小下大状；盘式发电排气段(3)内部从上向下分别为盘式发电段和排气段；盘式发电段沿径向方向由里向外依次布置有加速段(5)、阳极(6)、发电段(7)和阴极(8)，阴极(8)的出口与排气段相通；连接段(2)将进气段(1)与盘式发电排气段(3)连接在一起，形成分体式盘式发电通道。
2.按照权利要求1所述的分体盘式磁流体发电通道，其特征在于：所述的分体式盘式发电通道与超导磁体(13)温孔之间有数据线引出空间(14)；连接段(2)的法兰表面开有通孔，各类测量传感器和探头穿过此通孔伸入盘式发电段内；传感器和探头的引出线经传感器和探头安装平面(15)从连接段上方的数据线引出空间(14)引出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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