МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МАШИНА Советский патент 1995 года по МПК H02K44/08 

Изобретение относится к магнитогидродинамическим машинам, применяемым для преобразования механической энергии движущихся электропроводящих сред в электрическую и наоборот.

Известна трехфазная МГД машина, содержащая разомкнутую магнитную систему и канал.

Недостатком машины является то, что кроме основного бегущего магнитного поля появляется пульсирующее во времени магнитное поле, что приводит к увеличению потерь в первичной и вторичной цепях МГД машины и к снижению ее энергетических показателей. Кроме того, ее нельзя включать на параллельную работу с сетью.

Известен также МГД генератор Вильгельма Кафки, содержащий статор, индуктор, расположенные между ними аксиально вытянутые каналы, заполненные электропроводящий средой, образующей основную фазовую обмотку и токосъемную систему.

Недостатком данного генератора является то, что отвод тока во внешнюю цепь осуществляется с помощью систем металлических электродов, которые при непосредственном соприкосновении с химически агрессивной электропроводящей средой быстро разрушаются, вследствие чего МГД генератор имеет низкую надежность работы и пока не находит практического применения.

Целью изобретения является повышение надежности и КПД.

Поставленная цель достигается за счет того, что в известной магнитогидродинамической машине, содержащей статор, индуктор, расположенные между ними аксиально вытянутые каналы, заполненные электропроводящей средой, образующей фазную обмотку и токосъемную систему, индуктор выполнен из двух одинаковых частей, установленных последовательно и разнополюсно по длине машины на общем валу, токосъемная система образована основной и дополнительной фазными обмотками, при этом дополнительная фазная обмотка уложена в пазы, выполненные на внутренней поверхности статора, каждой фазе дополнительной фазной обмотки соответствует канал, а радиальная ось каждого из каналов совпадает с радиальной осью одной из фаз основной и дополнительной фазных обмоток.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан продольный разрез; на фиг. 2 поперечный разрез машины по А-А по первой части индуктора; на фиг. 3 поперечный разрез по Б-Б по второй части индуктора; на фиг. 4 продольный разрез машины по В-В-В; на фиг. 5 предлагаемая машина в аксонометрической проекции с разрезом по Г-Г-Г.

Все обозначения на фиг. 1, 2, 3, 4, 5 показаны для генераторного режима работы МГД машины.

В корпусе 1 устанавливаются подшипниковые щиты 2, 3, через которые проходят полые цилиндры 4, выполненные из диэлектрического материала и образующие каналы 5, 6, 7, заполненные электропроводящей средой, а активные части каналов 5, 6, 7 образуют основные фазные обмотки:
axa'x'a, byb'y'b, czc'zc (фиг. 2, 3, 4).

В корпусе 1 запрессован шихтованный статор 8 с выштампованными пазами 9, в которых уложены дополнительные фазные обмотки 10 АХ, BY, CZ. В подшипниках 11, 12 устанавливается индуктор 13. На вал 14 напрессована первая часть 15 и вторая часть 16 индуктора 13 с уложенными на них обмотками возбуждения 17 и 18. Дополнительная обмотка возбуждения 19 уложена таким образом, что она охватывает полюса разной полярности первой части 15 и второй части 16 индуктора. Стержни демпферных обмоток 20 двух частей 15, 16 индуктора 13 укладываются в полюсных наконечниках этих частей индуктора, и соединяются между собой последовательно, а по торцам замыкаются короткозамкнутыми кольцами 21, 22.

Обмотки возбуждения 17, 18 и дополнительная обмотка возбуждения 19 питаются постоянным током через контактные кольца и щетки, которые не показаны для упрощения чертежей.

В генераторном режиме через каналы 5, 6, 7 с помощью внешних устройств пропускается электропроводящая среда и подводится постоянный ток к обмоткам возбуждения 17, 18 одинаковых частей 15, 16 индуктора, которые в аксиальной плоскости имеют полюса разной полярности. При этом в электропроводящей среде каналов 5, 6, 7 создаются контуры токов:
axa'x'a, byb'y'b и czc'z'c (фиг. 2, 3, 4).

Оси контуров токов в каналах, радиальные оси каналов 5, 6, 7 и оси фаз А, Б, С дополнительной обмотки 10, совпадают (фиг. 2, 3). Дополнительная фазная обмотка 10, обмотки возбуждения 17, 18 и дополнительная обмотка возбуждения 19 выполнены на одинаковое число полюсов.

При неподвижном индукторе ток, протекающий в контурах электропроводящей среды каналов 5, 6, 7 будет постоянным и напряжение на зажимах дополнительной фазной обмотки 10 равно нулю. При вращении индуктора в контурах каналов 5, 6, 7 протекают переменные токи; из контуров энергия трансформируется в дополнительную фазную обмотку 10.

Для синхронизации частоты вращения индуктора 13 с частотой тока, протекающего при параллельной работе с сетью по дополнительной фазной обмотке 10, в дополнительную обмотку возбуждения вводится постоянный ток, вследствие чего создается электромагнитный момент, удерживающий машину в синхронном вращении как на холостом ходу, так и под нагрузкой, а также позволяет уменьшить потребление реактивной мощности от сети, статических конденсаторов или компенсаторов и т. д.

Основной электромагнитный момент создается взаимодействием токов частей контуров фаз ax и a'x', by и b'y', сz и c'z', протекающих в электропроводящей среде каналов 5, 6, 7 и магнитных полей разнополюсных частей 15 и 16 индуктора и направлен вдоль осей каналов. Вращающий электромагнитный момент от взаимодействия этих токов частей контуров фаз с магнитным полем разнополюсных частей 15, 16 индуктора по и против направления вращения равен нулю, так как направление токов в данных частях контуров фаз совпадает с направлением вращения магнитного поля.

Вращающий электромагнитный момент от взаимодействия токов частей контуров фаз ax' и xa', by' и yb', cz' и zc' (фиг. 4, 5) и магнитного поля разнополюсных участков 15, 16 индуктора также равен нулю, так как моменты, создаваемые на участках 15, 16, равны и направлены встречно.

В двигательном режиме к дополнительной фазной обмотке 10 подводится напряжение переменной частоты и создается вращающееся поле. С помощью демпферной обмотки 20 индуктор 13 разгоняется до около синхронной скорости, а при включении дополнительной обмотки возбуждения 19 на постоянное напряжение индуктор 13 входит в синхронизм с вращающимся полем дополнительной фазной обмотки 10, а в электропроводящей среде каналов 5, 6, 7 индуктируется переменный ток (контура токов axa'x'a, byb'y'b и czc'z'c на фиг. 4) с частотой вращения магнитного поля дополнительной фазной обмотки 10. При подведении постоянного напряжения к обмоткам возбуждения 17, 18 поле разнополюсных частей 15, 16 индуктора 13 взаимодействует с токами электропроводящей среды каналов 5, 6, 7 -ax и a'x', by и b'y', cz и c'z' (см. фиг. 4) и создает аксиально направленный электромагнитный момент, перемещающий электропроводящую среду.

Момент демпферных обмоток 20 от взаимодействия с полями разнополярных частей 15, 16 индуктора 13, полем дополнительной фазной обмотки 10 и дополнительной обмотки возбуждения 19, а следовательно, и от полей, созданными токами axa'x'a, byb'y'b и czc'z'c в электропроводящей среде каналов 5, 6, 7, равен нулю, так как демпферные обмотки 20 вращаются с данными полями синхронно.

При параллельной работе в режиме генератора с сетью индуктор 13 приводится во вращение с помощью демпферной обмотки и при подведении к дополнительной обмотке возбуждения 19 постоянного тока втягивается в синхронизм и устойчиво удерживается в синхронном вращении с полем дополнительной фазной обмотки 10 за счет электромагнитного момента, а также реактивного момента, появляющегося за счет выполнения индукторов с явнополюсной конструкцией.

Перемещение индуктора 13 вдоль оси МГД машины ограничивается опорными подшипниками 11, 12.

Предлагаемая МГД машина надежна в работе, так как имеет бесконтактную токосъемную систему и предназначена для выработки электроэнергии, перемещения электропроводящих агрессивных жидкостей, газов и т. д.

Преимуществом предложенной машины перед обычным синхронным генератором является то, что линейная скорость движения фазной обмотки, выполненной из электропроводящего материала каналов, может быть увеличена до линейных скоростей свыше 1 км/с, т. е. в 5 раз больше критической линейной скорости вращения, чем у обычных синхронных машин.

А так как предлагаемая магнитогидродинамическая машина выполнена в самой оптимальной конструкции синхронной машины, то увеличение линейной скорости и выполнение индуктора из 2-х разнополюсных частей, позволяет получить КПД машины выше, чем у известных магнитогид- родинамических машин.

Процесс управления предлагаемой МГД машины может быть полностью автоматизирован, что исключит применение ручного труда в производстве электроэнергии.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МАШИНА, содержащая статор, индуктор, расположенные между ними аксиально вытянутые каналы, заполненные электропроводящей средой, образующей основную фазную обмотку, и токосъемную систему, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, индуктор выполнен из двух одинаковых частей, установленных последовательно и разнополюсно по длине машины на общем валу, токосъемная система образована основной и дополнительной фазными обмотками, при этом дополнительная фазная обмотка уложена в пазы, выполненные на внутренней поверхности статора, а радиальная ось каждого из каналов совпадает с радиальной осью одной из фаз основной и дополнительной обмоток.