SU905954A1 - Канал магнитогидродинамического генератора - Google Patents

Abstract

1. КАНАЛ МАГНИТОГИДРОДИНА- МИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА с диагонально провод щими стенками, образованными прот женными модул ми из электропроводного материала, электрически изолированными друг от друга, отличающийс  тем, что, с целью повышени  эффективности, прот женные модули выполнены С-образными и распо .ложены через один навстречу друг другу. ;о о О1 ср S 4

Description

2.Канал поп.1, отличающийс  тем, что С-образные модули вьшолнены из изолированных друг от друга элементов, соединенных между собой наружными перемьиками.

3,Канал поп.1,отличающ и и с   тем, что диагонально расположенные участки С-образных модулей вьшолнены с отогнутыми концами,угол

наклона которых к оси канала с/, заключен в интервале

arcsin(2sino(.)o -5 при , ..| ,

где ot - угол наклона к оси канала средней части С-образного модул .

Изобретение относитс  к энергетике , а более конкретно к магнитогидродинамическому (МГД) методу получени  электроэнергии, в частности к каналу МГД генератора, и может найти применение в МГД генераторах, например, диагонального типа.

Известен канал кондукционного секционированного МГД. генератора,содержащий электродные стенки и изол ционные стенки с прот женными модул ми и I электропроводного материала , изолированными друг от друга и расположенными под углом к проЙольной оси изол ционной стенки, и примыкающими к модул м на концевых участках эквипотенциальными переходными алементами, причем изол ционна  стенка канала на концевых участках снабжена, по крайней мере, одним дополнительным модулем, имеющим Vобразный изгиб в сторону электродной стенки, от которой берет начало.

Известное техническое решение имеет то преимущество, что использу  на концевых канала изогнуты V-образно модули, можно управл ть ра пределением электрических параметров и обеспечивать оптимальные или близкие к оптимальным выходные рабочие характеристики МГД генератора. Кроме того, дл  диагональных МГД каналов с достаточно малым углом наклона диагональных модулей V-образный изгиб . модулей на концевых участках позвол ет существенно сократить длину последних и тем самым - теплогидравлические потери, что приводит к повышению эффективности генератора в целом .

Недостатком описанного канала  вл етс  наличие предельного (минимального ) шага секционировани  и электродных станок. Поскольку огн.ева 

поверхность канала образована металическими трубками пр моугольного ли овального сечени  с каналами дл  протока охлаждающей воды, то вследствие необходимости обеспечени  соответствующих теплогидравлических и прочностных характеристик поперечные размеры трубок имеют минимально допустимые значени . Это обсто тельство лимитирует шаг секционировани 

стенок диагонального канала.

Известен также канал магнитогидродинамического генератора с диагонально провод щими стенками, образованными прот женными модул ми из электропроводного материала, электрически изолированные друг от друга. Рабочий участок канала выполнен из плоских диагональных рамок, в которых вдоль сторон рамки выполнены каналы

дл  протока охлаждающей воды. К рабочему участку в концевых участках примыкают эквI пoтeнциaльныe переходные элементы, расположенные со стороны входного и вьпсодного участков

канала МГД генератора. Простое и достаточно технологичное решение известного канала МГД генератора обеспечивает его надежную и эффективную работу в определенном диапазоне рабочик параметров. Основным технологическим преимуществом рамочного канала  вл етс  простота его конструкции , обусловленна  тем, что канал такого типа содержит Минимальное

число эквипотенциальных элементов, имек цих индивидуальное охлаждение 39 водой. Это обсто тельство одновременно повышает надежность конструкции . К недостаткам указанного техничес кого решени  следует отнести невысокую эффективность канала вследствие ограничени  степени секционировани  канала. Шаг секционировани  определ етс  толщиной рамки (в направлении перпендикул рном к ее плоскости), котора  обусловлена требовани ми надежного охлаждени  и прочности кон струкции. Существование минимально допустимого шага секционировани  ограничивает величину рабочего напр жени  канала, так как в МГД каналах , работающих на продуктах сгорани  органических топлив, существуют предельные значени  межэлектродных напр жений, при превьшении которых возникает межэлектродный электрический пробой, привод щий к снижению выходных характеристик канала и дуго вой эрозии электродов и межэлектрод- ных изол ционных промежутков. Указанный недостаток особенно про  вл етс  при малых углах наклона рамок к оси канала, которые необходимы дл  обеспечени  высоких значений КПД

в генераторах промышленного назначени  или достаточной эффективности в генераторах с машыми величинами параметра Холла. В этом случае в силу геометрической св зи между размерами 35 элементов конструкции даже при малой толщине рамки шаг секционировани  канала вдоль его оси может оказатьс  весьма большим. Это приводит ко второму недостатку, св занному с по вл - 0 ющейс  трудностью охлаждени  стенки, перпендикул рной к диагональной стенке и называемой условно электродной стенкой. При малых углах наклона рамки удельна  поверхность электродной 45 стенки, приход ща с  на единицу длины канала охлаждени , может значительно превысить удельную поверхность боковой диагональной стенки. В этом случае одного канала охлаждени  в 50 электродной стенке дл  сн ти  суммарных тепловых потоков может оказатьс  недостаточно. Организаци  же нескольких каналов охлаждени  в электродной части рамки усложн ет техно- 55 логичность рамочной конструкции.

Целью изобретени   вл етс  повыйение эффективности.

Каждый модуль состоит из двух элементов 3, расположенных на верхней и нижней горизонтальных стенках канала , называемых обычно электродными стенками, и одного диагонального элемента 4, расположенного на одной из вертикальных стенок. Модули имеют С-образную форму и охватывают проходное сечение канала с трех сторон каждый . Расположены модули вдоль канала через один навстречу друг другу элементами 3. Зазоры 5 между С-образными модул ми заполнены изол ционным непровод щим материалом.

Работа канала осуществл етс  следующим образом.

Канал помещаетс  в магнитное поле В, направление которого показано на фиг, 1 стрелкой 6, и по нему пропускаетс  электропровод щей газ со скоростью V в направлении стрелки 7 При этом в потоке возникает ЗДС V х В, под действием которой в канапе потечет электрический ток, направление которого будет зависеть от величины нагрузки, подключаемой к каналу.Нагружёние канала осуществл етс  так же, как нагружение любого диагональ4 Поставленна  цель достигаетс  тем, что прот женные модули вьтолнены Собразными и расположены через один навстречу друг другу. . С-образные модули выполнены из изолированных друг от друга элементов , соединенных между собой наружными перемычками. Диагонально расположенные участки С-образных модулей могут быть выполнены с отогнутыми концами, угол наклона которых к оси канала at заключен в интервале О 6ol I- о arcrsin(2sinot)io(i&S Vf при|.1, где о(. - угол наклона к оси канала средней части С-образного модул . На фиг. 1 показан предлагаемый канал, общий вид; на фиг. 2 - С-образные модули с наружными перемычками; на фиг.3,4 и 5 - С-образные модули с отогнутыми концами диагональных участков. Канал МГД генератора содержит провод щие стенки 1 и 2, образованные прот женными модул ми из электропро- водного материала. ного канала. Например, нагрузка может быть подключена к входу и выходу канала. В случае оптимального нагружени  канала средний по свечению продольный (холловский) ток на его активном участке равен нулю, и рабочий ток в потоке протекает в основном в направлении ЭДС V х В, т.е. между го ризонтальными стенками 1-1. При этом наличие в поперечном сечении канала неоднородностей электропроводности, про вл ющихс  в пристеночных пограничных сло х, приводит к тому, что часть рабочего тока поступает не на стенки 1, а на боковые стенки 2. Известно , что этот эффект приводит к повышению характеристик рамочного МГД генератора, а соотношение между величинами токов,поступающих на боковые провод щие стенки 2 и электродные стенки 1, зависит отусловий течени  (толщины пограничного сло , температуры стенки, параметра Холла и др о). В предлагаемом канале закорачивание элементов 3 и 4 образует не замк нутые рамки, а С-образные эквипотенциальные модули. Поэтому электричес1КИЙ ток, поступающий на нижний элемент 3 (катод) и на примыкающие к нему участки диагонального элемента 4, протекает вверх по диагоналйому элементу и возвращаетс  в. поток из верхнего элемента 3 (анода). Таким образом происходит протекание рабочег9; ,тока от входа канала к его выхо ду и реализуетс  работа предлагаемог канала с диагонально провод щими стенками. В канале характер протекани  тока и распределени  потенциала в потоке плазмы сохран етс  в основном таким же, -как и в обычных ди гональных каналах. , В предлагаемом канале шаг секционировани  электредной стенки вдвое меньше, чем в обычных диагональных каналах. Вследствие этого соответственно уменьшаютс  напр жение и ток н элемент 3 электродной стенки. В этой св зи при одинаковом выходном напр жении сравниваемых каналов увеличиваетс  надежность предлагаемого кана ла. С другой стороны, при одинаковых напр жени х между элементами 3 элект родной стенки 1 содтветственно увели чиваетс  выходное напр жение на нагрузке . |При этом возрастает напр жение между диагональными элементами 4 модулей и возникает опасность электрического пробо  между диагональными элементами 4 в случае,если последние объединены с элементами 3 электродной стенки и воспринимают существенную часть рабочего тока из плазмы. Тем не менее в предлагаемом канале имеетс  обоснованна  возможность повышени  выходного напр жени  при сохранении одинаковой надежности в работе. Это обусловлено тем, что электрический дуговой пробой, резко снижающий надежность канала поддерживаетс  между токопровод щими элементами при напр жени х, величина которых в определенном диапазоне значений обратно пропорциональнавеличине тока, поступающего на эти элементы . Поскольку при характерных значени х параметра Холла (пор дка или менее нескольких единиц) величина тока, поступающего на боковую стенку канала МГД генератора, обычно меньше тока, поступающего на электродную стенку, то предельно допустимое напр жение между диагональными элементами превьш1ает таковое дл  элементов 3 стенки 1. В св зи с этим в канале обеспечиваетс  надежна  работа при повьшенном межмодульном и, соответственно, выходном напр жении, величина которого определ етс  параметрами потока и конструкцией канала. При изготовлении канала из С-образных элементов, содержащих один ка„ д охлаждающей воды, интенсивность охлаждени  электродных стенок увеличиваетс , по меньшей мере, в два раза. Предлагаемое техническое решение задачи может быть реализовано в различных вариантах исполнени . На фиг. 2 представлен вариант выполнени  С образных модулей, образующих провод шд е стенки 1 и 2 канала МГД генератора в виде изолированных друг от друга элементов 3 и 4, соединенных между собой наружными перемычками 8. При этом работа МГД генератора не измен етс , но по вл ютс  существенные технологические преимущества в изготовлении и эксплуатации канала . Использование технического решени  по фиг. 2 позвол ет изготавливать канал из отдельных стенок (двух электродных и двух боковых). При этом все провод щие элементы этих стенок имеют индивидуальное вод ное охлаждение, а закорачивающие элементы перемычки могут служить трубками дл  последов тельного перепуска воды по трем элементам С-образного модул  от одного коллектора охлаждени . ТехнологичесКИМ преимуществом  вл етс  существен ное упрощение конструкции элементов 3, представл ющих собой электроды, так как в рассматриваемом варианте элементы 3 вьтолн ютс  из профилей или пластин пр моугольного сечени  и не содержат трудноохлаждаемых острых углов, которые существуют в обычном рамочном канале, например в известном . Изготовление канала из четырех отдельных стенок значительно повышает его ремонтоспособность и существенно сокращает объем необходимых ремонтных работ при его эксплуатации На фиг. 3, 4, 5 предлагаемый кана МГД генератора на рабочем участке содержит провод щие стенки 1 и 2, образованные прот женными элементами 3 и 4 , причем концы 9 элементов 4 расположены под углом к электродным стенкам 1. На участках стенок 3, не зан тых элементами 4 с отогнутыми концами 9, расположены провод щие элементы 10. Зазоры между модул ми заполнены изол ционным непровод щим материалом. Применение изогнутых элементов 4 обладает тем преимуществом , что при соответствующем выборе углов наклона элементов 9 и 10 (описываетс  ниже) все провод щие элемен ты канала 3, 4, 9 и 10, а также изол ционные промежутки могут быть выполнены из профилей и пластин одинаковой щирины (в плоскости соответствующих стенок). Угол наклона концевого участка 9 диагонального элемента 4 к электронной стенке loL зависит от угла наклона средней части элемента 4 к этой стенкеЫ . В силу геометрических соотношений различают два варианта.Пер вый соответствует малым углам наклон средней части диагонального элемента .сА , лежащим в диапазоне значений О с. . В этом случае минимальный о шаг секционировани  электродной стенки 1 определ етс  минимально допустимым поперечным размером элемента 4 И его углом наклона в средней части . На фиг. 4 схематично показана кон струкци  участка стенок МГД генератора . Минимальный щаг секционировани  стенки 1 ДХ св зан с шагом секционировани  стенки 2 в средней части & соотношением ьХ 5 /Zsinoi.. При посто нной толщине элемента 4 этот шаг обеспечиваетс  отгибом его конца 9 к стенке 1 под угломЫ, равным ci.,arcsin(2sino(.) . Полученное выражение определ ет минимальное значение угла. В общем случае величина углас может лежать в диапазоне arcsin(2sin Jt) J, , причем, прио(, arcsin(2sino-) применение элемента 4 посто нной толщины приводит к увеличению ширины изол ционного промежутка 5 в зоне отогнутой части модул . Ширина промежутка 6 в этой зоне может быть уменьшена за счет утолщени  отогнутой части элемента 4 и элемента 3. Как следует из выражени  дл  ot, , Ы I- имеет место с1. Т1/d , т.е. конец элемента 4 должен быть отогнут к стенке 1 под пр мым углом.При больших углах о1 () выражение дл  01,не имеет смысла. Вариант реализации предлагаемого технического решени  по сн етс  фиг. 5, на которой представлена конструкци  канала МГД генератора при о(, П/6, а элементы 3 и 4 имеют равную и посто нную толпщну. В этом случае угол наклона концевой части 9 элемента 4о, не зависит от оС и принимает значение ТТ/2, При этом реализуетс  минимальный шаг секционировани  стенки 1 и при применении дл  стенок 1 и 2.элементов 3 и 4 .посто нной толщины изол ционный промежуток 5 у средней части элемента 4 должен быть шире, чем у отогнутой части модул . По аналогии с предыдущим случаем, ширина изол ционного промежутка 5 может быть уменьшена за счет утолщени  средней части элемента 4. Таким образом, дл  угла наклона концевого участка 9 элемента 4ct, существует следующа  св зь с углом нак лона средней части модул : arc8in(2sinot )ioc,y, j- , -,f , b..f. В предлагаемом канапе МГД генератора характер протекани  тока и. распределени  потенциала в потоке плаэм сохран етс  таким же, как в обычных диагональных МГД генераторах. При этом отгиб концевых участков элементов 4 в сторону стенок (наличие элементов 9 и 10) соответствует оптимал ной конфигурации рамки, котора  выра батываетс  дл  рамочных каналов в процессе достижени  максимума выходной мощности. В этом случае, когда отгиб концов 9 элементов 4 осуществл етс  к элект родной стенке под пр мым углом, по в л етс  дополнительное технологическое преимущество, как и дл  варианта фиг. 2, элементы 3 электронной стенки 1 имеют пр моугольное поперечное сечение. Работа канала по .варианту фиг.3,4 5 происходит так же, как и по вариан там фиг.1и2. Предлагаемое техническое решение может быть применено не только 6 каналах МГД генераторов пр моугольного сечени , как это показано ka фиг.1-3, но -и в генераторах с любой геометрией поперечного сечени  (круглых,эллиптических , овальных, многоугольных и пр.) . Возможно использование данного технического , решени  дл  различных конструкций элеме нтов стенок 1 и 2 (фиг. 1-3). Например,элементы 3 и 4 могут иметь изогнутую непр молинейную форму. Концевые участки канала с модул ми сложной конфигзфации могут быть также выполнены иэ С-образных модулей. Конструктивное исполнение С-образ ных модулей может быть также разнообразным . Например, они могут быть изготовлены из круглых трубок, профилей переменного сечени  и т.д. Следует отметить также, что переход от угла наклона средней части элемента 4 к углу наклона элемента 9 в точке соединени  с электродной стенкой 1 может осуществл тьс  как по ломаной линии с одним или несколькими изломами , так и по гладкой линии с переменньи радиусом кривизны.

Claims (3)

1. КАНАЛ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА с диагонально проводящими стенками, образованными протяженными модулями из электропроводного материала, электрически изолированными друг от друга, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, протяженные модули выполнены С-образными и расположены через один навстречу друг ДРУГУ.

Фиг.1

СО о сл со Сл 4* .905954

2. Канал по π,1, отличающийся тем, что С-образные модули выполнены из изолированных друг от друга элементов, соединенных между собой наружными перемычками.

3. Канал поп.1,отличающ и й с я тем, что диагонально расположенные участки С-образных модулей выполнены с отогнутыми концами,угол наклона которых к оси канала заключен в интервале arcsin(2sinot)<oZ 4 у при, < = f при & <, где с/ - угол наклона к оси канала средней части С-образного модуля.