МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МАШИНА Советский патент 1996 года по МПК H02K44/08 

Изобретение относится к магнитогидродниамическим (МГД) машинам для преобразования механической энергии движущихся электропроводящих сред в электрическую и наоборот и является усовершенствованием машины по авт.св. N 1056846.

Целью изобретения является повышение КПД МГД-машины.

На фиг. 1 схематически изображена машина, продольный разрез по осям каналов; на фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В-В на фиг.3; на фиг.5 машина в аксонометрической проекции с разрезом Г-Г-Г на фиг.2.

Все обозначения на фиг.1-5 даны для генеративного режима работы МГД-машины.

В корпусе (фиг.1) устанавливаются подшипниковые щиты 2 и 3, через которые проходят полые цилиндры 4, выполненные из материала с высоким электросопротивлением и образующие аксиально вытянутые каналы 5-7.

Аксиально вытянутые каналы 5-7 расположены между запрессованным в корпус 1 шихтованным статором 8 и частями 9 и 10 индуктора 11.

Внутри аксиально вытянутых каналов 5-7 вдоль аксиальной оси выполнены перегородки 12 из материала с высоким электросопротивлением, например из карборунда.

В каждой перегородке 12 на ее участках, расположенных над двумя одинаковыми частями 9 и 10 индуктора 11, установленными последовательно и равнополюсно по длине машины, выполнены отверстия 13 и 14, образующие поперечные каналы, оси которых 01 и 02 совмещены с соответствующими плоскостями вращения осей nn и mm частей индуктора 11.

Посредством перегородки 12 и выполненных в ней отверстий 13 и 14 образующих поперечные каналы, в аксиально вытянутых каналах 5-7 созданы полости 15-17 каналов, которые заполнены электропроводящей средой, образующей основную фазную обмотку
ах а х а, byb y b, сzc z c (фиг.2-5).

В шихтованном статоре с выштампованными пазами 18 уложены дополнительные фазные обмотки 19 АХ, ВY, СZ.

Индуктор 11 напрессован на вал 20 и устанавливается в подшипниках 21 и 22. На разнополюсных частях 9 и 10 индуктора 11 уложены обмотки 23 и 24 возбуждения и дополнительная обмотка 25 возбуждения, которая охватывает полюса разной полярности первой части 9 и второй части 10 индуктора 11.

Стержни демпферных обмоток 26 двух частей 9 и 10 индуктора 11 укладываются в полюсных наконечниках индуктора и соединяются между собой последовательно, а по торцам замыкаются короткозамкнутыми кольцами 27 и 28.

Обмотки 23 и 24 возбуждения и дополнительная обмотка 25 возбуждения питаются постоянным током через контактные кольца и щетки, которые не показаны для упрощения чертежей.

Для уменьшения лобового сопротивления движущейся электропроводящей среде, а также исключения образования турбулентности торцевые поверхности 29 перегородок 12 образованы пересечением радиально направленных боковых поверхностей перегородок 12.

В генератором режиме через каналы 5-7 и образованные в них полости 15-17 каналов с помощью внешних устройств пропускается электропроводящая среда и подводится постоянный ток к обмоткам возбуждения 23 и 24 разнополюсных частей 9 и 10 индуктора 11. При этом в электропроводящей среде замкнутых полостей 15-17 создаются контуры токов: аха х а, byb y b, czc z с (фиг.2-5). Кроме того, оси полостей 15-17 каналов, оси фаз основной обмотки а,b,с и оси фаз дополнительной обмотки 19 А,В,С совпадают (фиг.2 и 3), образуя токосъемную систему МГД-машины. Дополнительная фазная обмотка 19, обмотки 23 и 24 возбуждения, и дополнительная обмотка 25 возбуждения выполнены на одинаковое число полюсов.

При вращении индуктора 11 в контурах полостей 15-17 каналов протекают переменные токи, при этом из полостей 15-17 каналов энергия трансформируется в дополнительную фазную обмотку 19.

В двигательном режиме к дополнительной фазной обмотке 19 подводится напряжение переменной частоты и создается вращающееся магнитное поле. С помощью демпферной обмотки 26 индуктор 11 разгонится до околосинхронной скорости, при включении дополнительной обмотки возбуждения на постоянное напряжение индуктор 11 входит в синхронизм с вращающимся полем дополнительной фазной обмотки 19, а в электропроводящей среде полостей 15-17 аксиально вытянутых каналов 5-7 индуктируется переменный ток (контура тока аха х а, byb y b и сzс z с на фиг.4) с частотой вращения магнитного поля дополнительной фазной обмотки 19. При подведении постоянного напряжения к обмоткам возбуждения 23 и 24 поле разнополюсных частей 9 и 10 индуктора 11 взаимодействует с токами электропроводящей среды полостей 15-17 аксиально вытянутых каналов 5-7 ах и а х by и b y cz и c z (фиг.4) и создает аксиально направленный электромагнитный момент, перемещающий электропроводящую среду.

Установка внутри аксиально вытянутых каналов 5-7 перегородок 12 с отверстиями 13 и 14, образующих поперечные каналы, оси которых 01 и 02 пересекаются с осями 03-03 аксиально вытянутых каналов 5-7 под углом 90^о, позволяет исключить дополнительное замыкание ЭДС, индуктируемой в основной фазной обмотке (т. е. в электропроводящей серде полостей 15-17 каналов, расположенных над двумя одинаковыми частями 9 и 10 индуктора 11) через торцовые части основной фазной обмотки (т.е. через объемы электропроводящей среды полостей 15 и 17 каналов, расположенные с внешней стороны торцовых поверхностей частей 9 и 10 индуктора 11). Благодаря этому удается получить увеличение обмоточного коэффициента основной фазной обмотки вдоль аксиальной оси машины с 0,4 до 0,866, что приводит к увеличению МДС основной фазной обмотки, уменьшению мощности возбуждения и увеличению КПД МГД-машины.

Вследствие сложения двух разнополюсных магнитных полей вдоль аксиальной оси МГД-машины в частях основной обмотки ах и а х будут индуктироваться различные по величине ЭДС, обусловливающие появление уравнительного тока в электропроводящей среде, расположенной между индукторами. Этот ток может достигать 50% номинального тока, если ЭДС отличаются по величине в два раза. Установка перегородок с отверстиями позволяет устранить появление уравнительного тока в МГД-генераторе и уменьшить потери.

Активное сопротивление основной фазной обмотки, образованной из электропроводящей среды полостей 15-17 каналов без учета геометрических размеров перегородок 12 и аналогичной по конструкции петлевой обмотки машин переменного тока, меньше активного сопротивления основной фазной обмотки, образованной из сплошной электропроводящей среды аксиально вытянутых каналов 5-7.

Вследствие того, что в перегородках 12, толщина которых может составлять не более 5% ширины каналов 5-7, выполнены отверстия 13 и 14 с сечением, на 5% меньшим, чем сечение поперечных каналов, сопротивление контуров фаз ах и а х by и b y сz и с z увеличивается на 0,25. Поэтому общее активное сопротивление основной фазной обмотки, образованной из электропроводящей среды полостей 15-17 каналов с учетом геометрических размеров перегородок 12, меньше, чем активное сопротивление основной фазной обмотки, образованной из сплошной электропроводящей среды аксиально вытянутых каналов 5-7, в 2,98 раза. Это позволяет дополнительно уменьшить электрические потери и увеличить КПД МГД-машины.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МАШИНА по авт.св. N 1056846, отличающаяся тем, что, с целью увеличения КПД, внутри каждого аксиально вытянутого канала вдоль оси установлена перегородка из материала с высоким электросопротивлением, в которой на участках, расположенных над двумя одинаковыми частями индуктора, выполнены отверстия, образующие поперечные каналы, оси которых совмещены с плоскостью вращения соответствующих им частей индуктора.

МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ МАШИНА по авт.св. N 1056846, отличающаяся тем, что, с целью увеличения КПД, внутри каждого аксиально вытянутого канала вдоль оси установлена перегородка из материала с высоким электросопротивлением, в которой на участках, расположенных над двумя одинаковыми частями индуктора, выполнены отверстия, образующие поперечные каналы, оси которых совмещены с плоскостью вращения соответствующих им частей индуктора.