Электрод МГД-генератора Советский патент 1993 года по МПК H02K44/10 

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в конструкции канала МГД-генератора.

Целью изобретения Является повышение термомеханической устойчивости.

На фиг. 1-3 показан общий вид и разрезыэлектрода с гофрированными пластинами; на фиг. 4-6-общий вид и разрезы спирального электрода; на фиг 7 и 8 - общий вид и разрез гребенчатого электрода.

Электрод МГД-генератора (см. фиг. 1-3) содержит металлическую шину 1 и скреп- л ённый с шиной блок 2 из слоев 3 керамики,1 разделенных зазорами 4 и орйёйтирогзан- ных поперек огневой поверхности 5 блока. Каждый слой керамнкй;выг1олнен в виде монолитной керамической пластины 6 с параллельными гофрами 7, 8, налравленными от шины к огневой поверхности блока. Гофры1 7,9 смежн ь|х пластин-6, 10 имеют одинаковуйi ширинуit вложены один в другой. На пластине 6 вдоль выходящей на огневую поверхность кромки 11 пластины вьтодн ны упоры 12 и 13. Упоры обоих рядов касаются смежной пластины. Упоры 12 п ийыкают к кромке .1.1 и вместе с упорами 13 ограничивают сближение смежных пластину задают величину зазоров Л . На участ- tcax пластин/ распрл рженных между упорами, рельефы обеих сторон пластины одинаковы и могут быть получены один из ; Йругргр сдвигом НЙп4р ё /1астййь1. :, ; Упоры ;12 и.J3 выполнены с одной стофоны; 14;плдстины б и представляют собой азд енные пазами 15 выступ ы 16.

Профиль рельефа пластин 6 близок к еинус;6Щал ьнрму;;. ;,/ ;..:... /; ;,; и : ;; ...,

У; каждой из пластин( состав кер амики менйетсХ йдрль гофр и вкл очает ОКСИДУ Zrp2, YjzOa, 1п2рз. Пластинаi состоит из трех Н ехЪдящйх одна в другую прлрс |t-19 со слёдуюи им содержанием оксидов (в молярных долях) соотв тртаеНно; :

: o;;f7rt)2+ol9t((|;.zt;p2 p,6in

0,88 Zr02+p,12 7263. Пластины:прип аянь) :К

рёбрам20 шины ..Рреб :р а;ра з Д(). ЯР бм е. 121 и соед собр| i и.состенкамц З С енками 1 ны ркр пле дрн ь1 й внутрУи которогоi ь(эл1|не андл 25 для жидкрстного..охлаждения.. Полость 26 сообщается с зазорами 4 кёрамическогр блока 2 через промежутки 2.1 между ребрами 20. Гофрированные пластины 6 объединены а секции 27, 28, где расположены вплотную одна к другой, соприкасаясь упорами 12,13. Между секциями 27, 28 и на их концах устайовлён керамические демпферы 29, 30. повторяющие рельеф гофрированной пластины. С боков секции заключены между

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

керамическими изоляторами 31. 32. Демпферы и изоляторы выполнены из плотной керамики с волокнистым керамическим покрытием, допускающим тепловое расширение секций 27, 28.

Конструкция блока 2 допускает независимую тепловую деформацию его элементов, что снижает в них температурные напряжения. Зазоры 4 обеспечивают сво- ббдну ют1епловую )дрмаЦию пластин б по толщине, п о;л Реть | ;сйимая напряжения в этрм напр вДени ра тдяние между краями пластины б (её габаритная длина) при нагрев , фиксирована изоляторами; 31 v 32 еШ Они Достаточно жесткие. Тег ЛЬ;в ё удШ |:Йие пластины 6 ; обесггёчивается .йзгибЬ фр, что равно- сильноi увеличению склЩЩ . При этом гоф-- р ьТ;являются аккум улШй|)6м тепловой дефь р;гиа 11 пластины :;-::;:.: : - . ;:;;; ;:: 3лёктррд Щ-генёратРра (см. фиг. ) содёр1К11т., скреплен- /i|bji j n 0 p pfc 2;vH3; 3. керамики, Г р аз л|; $ы| : ;Блок . 33 из :.кер ами ёско нты;34с зазорами 4 между ;вйтк аги сПйр щ. с ши- нрй:тдрцрм й нЩётй на скрёплённую: с щи- ; ной/oct: 35; направленную от шины к огневой поверхности. -:, ; ; рая Кён т каса- йй мися:с ё й вйт1Й б зазорах- ме)кду :вУткЩ ; спирали расположен во ркнийт ый- е|рамичёскйй материал 36. . 1р|ина ;1 из меди, включа-: кр у ЗДй:дночШ, образующие канал 39 :. -: дл Рп ус кан Ш ох л аж д а ю щей; жидкости (в(Эд)ГТ1а а Ш1ЬНЬ дну расположена стен- ; а;4р врзду рвода 41. На корпусе 37 выпол- нёны ре б/раi ,42v 43, к которым припаян : ..ическ.ий блок 2, Ребра 42 длиннее ре- бед43iблщайших коси35. Ребра разделе- ;ны пазами, по которым воздух поступает в зазоры 4 керамическргр блрка 2. , :/:/; Ь|.1а;:.пир;а.г1ь.;33 Надеты обоймы 44, 45, : дрполн яЪщиё спираль до восьмигранника, бпираль с обоймами обложена керамическими вкладышами 46, 47 и помещена между изоляторами 48 в форме плит. С шиной 1 изоляторы .соединены стойками 49. На электродной стенке канала МГД-генератора спираль 33смыкается со спиралью 50, уста- нрвдё ннрй натрйже шине 1 В центральном отверстии 51 спирали 33 расположена керамическая втулка 52, которая насажена на ось 35. Первый от втулки и последний витки спирали выполнены с уменьшением толщины вдоль ленты для согласования спирали с

круговыми цилиндрическими поверхностями втулки 52 и обойм 44, 45.

Лента 34 имеет три продольные полосы 53-55, различающиеся составом керамики. Ближайшие к шине полосы 53, 54 имеют электронную проводимость, полоса 55 - ионную проводимость. Указанное изменение состава ленты по ширине достигнуто нанесением пленок 56, содержащих оксид индия, на подложку 57 из циркониево-итт- риевой керамики, совпадающей по составу СПОЛОСОЙ55.

В керамическом блоке электрода температура изменяется от 500 К на границе блока с ребрами шины до 2200 К на .огневой поверхности. Тепловое расширение витков Спирали, максимальное на огневой поверхности, выражается в радиальном смещении витков с увеличением их радиуса и изгибом по ширине ленты. Возможность такого смещения обеспечена зазорами 4, закрытыми податливым волокнистым материалом 36 и обоймой 44 с волокнистым покрытием. Упоры 13 фиксируют взаимное расположение витков спирали на огневой поверхности.

Электрод МГД-генератОра по фиг. 7-Ю содержит металлическую шину 1 и скрепленный с шиной блок 2 из керамических волокон 58, направленных от шины к огневой поверхности 5 блока и сгруппированных в ряды 59, разделенные зазорами 4, Блок выполнен с чередованием рядов, различающихся наклоном волокон относительно огневой поверхности: наклон волокон 58 в ряду 59 противоположен наклону волокон в смежных рядах. Каждый ряд волокон выполнен в виде керамического гребенчатого модуля 60 с общим для всех волокон ряда керамическим основанием 61, которое скреплено с металлической шиной, в каж- ом ряду концы волокон отделены от огне-- вой поверхности 5 блока 2 керамическим кантом 62, скрепленным с концами волокон.

Кант 62 соединен с боковыми стойками 63 гребенчатого модуля. Основание 6.Т моуля снабжено буферными выступами 64, ограничивающими сближение модулей 60 в блоке 2 и определяющими величину зазора 4 между смежными рядами 59. В самом моуле 60 волокна 58 разделены зазорами 65.

Состав керамики, из которой изготовен модуль 60, является переменным вдоль волокон. Каждое волокно 58 включаетучаст- ки 66-68. различающиеся составом керамики, соответственно (в молярных долях): 0,1 r02+ 0,9 1п20з; 0,4 Zr02+ 0,6 1п20з: 0.88 r02+0,12 Y2U3 (увеличение доли к огневой Поверхности).

Основанием 61 модуль 60 припаян к еталлическим ребрам 69 шины 1. Ребра

разделены зазорами 70 и соединены между собой металлическими перемычками 71. Такие же перемычки соединяют ребра с ме- таллическйми стенками 72 шины. На стен- 5 ках закреплено металлическое дно 73, в котором выполнены каналы 74 для жидкостного Охлаждения. Между ребрами 69 И дном 73 расположена полоСть 75, которая через зазоры 70 между ребрами сообщается с за-

10 зорами 4 между рядами волокон и служит для подачи воздуха в блок 2.

Блок 2 разделен на секции 76,77. Меж- ; ду секциями расположён демпфер 78 в форме пластины , например, из плотной

15 керамики, покрытой волокнистым керами- материалом. На концах блока 2 установлены демпферы 79. С боков электрод снабжен изоляторами 80, 81, Гребенчатые модули 82-85 секции рас0 положены с зазорами 86. которые поддер- . живаются с помощью упоров. 87. Упоры выполнены в форме выступов на канте каждого модули с одной стороны и касаются канта смежного модуля. Любые два смеж5 ных модуля могут различаться расположением упоров, В частности, упоры смежных модулей могут быть сдвинуты друг относи- ;

, :..: тельно друга идол ь границы между этими

;. модулями; .

0 Нагрев огневой поверхности 5 потоком плазмы приводит к тепловому расширению элементов керамического модуля 60, которое возрастаёт-с температурой вдоль волокон по направлению к канту. Нагрев

5 уменьшает зазоры между элементами модуля, прижимает канты отдельных модулей

:. ; друг к другу.

,; - Взаимодействующие таким путем канты объединяют скрещивающиеся волокна

0 58 смежных модулей в механическую систему типа фермы, которая воспринимает нагрузку от трения потока об электродную стенку,, а также нагрузки, обусловленные действием магнитного поля на ток

5 в керамическом блоке 2 электрода. За- : зоры 65 между одинаково направлен- ными волокнами одного модуля 60 и Зазоры 4 между волокнами Смежных .модулей обеспечивают свободную теп0 ловую деформацию волокон по их толщине. Тепловая деформация волокон по длине близка к тепловой деформа- ции других керамических элементов .Стенки, в частности изоляторов 80, 81 и

5 не создает опасных температурных напряжений. Тепловое расширение кан- тов 62 возможно благодаря ; податливости демпферов 78, 79 и изоляторов 80. 82, покрытых волокнистым материалом. /

Ф о р м у л а изобретен и я 1. Электрод МГД-генератора, содержащий металлическую шину, блок из лент керамики, скрепленных основаниями с шиной, разделенных зазорами, ориентированных поперек огневой поверхности и включающих области, различающиеся составом оксидной керамики и типом проводимости, отличающийся тем, что, с целью повышения термомеханической ус- тойчиеоЬти, ленты выполнены монолитными и снабжены упорами, причем уг16рЫ выполнены из того же состава, что и части лент, с которыми они соединены,i

0

5

2. Электрод по п. 1, от л ича ющи й- ся тем, что ленты выполнены в виде пластин с гофрами, направленными от шины и огйе- вой поверхности и вложенными один в дру roft.-- .:.-:v.--j.-,:;;-.;.чи.:-л-//. .-- . ,,.-,- . . .-. :. .

3. Электрод по п. 1, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что ленты выполнены в форме по крайней мере однозаходной спирали.

4. Электрод по п. 1, о т л и ч а ющи й- с п тем, что каждая лента выполнена в форме гребенки с монолитными основанием и kaHToM, соединенными волокнами, .направления которых в смежных гребенках относительно огневой поверхности противоположны.. ; . : ;:

(Назначение: изобретение относится к энергетике и может быть использовано в конструкции канала МГД-генератора. Сущность изобретения: электрод содержит металлическую шину 1 и скрепленный с шиной блок 2 из слоев 3 керамики, разделенных тП 1 22 21 зазорами и ориентированных поперек огне вой поверхности блока. Слой керамики может быть выполнен а виде монолитной керамической пластины 6 с гофрами. Гофры смежных пластин вложены один в -другой. Блок 2 может быть также выполнен в форме спирали, намотанной на ось, или в виде сгруппированных в ряды, разделенные зазорами, гребенчатых модулей. В гребенчатый модуль волокна соединяют монолитные основание и кант. Зазоры между слоями, витками и модулями определяются упорами. Выполнение электрода согласно изобретению обеспечивает повышенную стойкость к тепловому и механическому воздействиям потока. 3 з.п. ф-лы, 4 ил. 7 gV СО с 00 NJ ю о VJ 20 3

10

IS

в

ч ч

Лоток

15 16 2 S

JrLb

PTI/ГГ

V:: «: и

ФигЗ

ft:

3$

Фи г. 5

Фие. 4

-Ј

ILL

Фиё.$

81

::

f.ff fffff

..;/;:.../,/

-J-:

l Г78Щ Щ$Ј ;Ж

(;::$и&# ;

.ff ffff

..;/;:.../,/

-J-:

0

$2

Физ.Ю