Способ уменьшения вредного действия эффекта Холла в магнитогидродинамическом генераторе Советский патент 1988 года по МПК H02K44/08 

Изобретение относится к области магнитной гидродинамики, а именно к способам уменьшения вредного действия паразитных токов Холла в каналах магнитогидродинамических (МГД) генераторов или МГД ускорителей с неодно родной проводимостью плазмы и может быть использовано в МГД-каналах с секционированными изоляционными стен ками, имеющими различную конфигураци поперечного сечения. Известен способ уменьшения паразитных токов Холла в прямоугольном канале МГД-генератора, содержащем изоляционные стенки, состоящие из электроизолированных между собой .электропроводных элементов, и электродные стенки, состоящие из секционированных в продольном направлении электродов, заключающийся в том, что близлежащие к электродным стенка электропроводные элементы изоляционных стенок и электроды, расположенные в одном сечении канала, электрически соединяют между собой через ам перметры и подсоединяют симметрично относительно оси потока к поперечной нагрузке. Данному способу присущ недостаток состоящий в шунтировании электропроводных элементов изоляционных стенок что создает дополнительные паразитны токи, уменьшает поперечное напряжени и следовательно, уменьшает КПД МГДгенератора. Кроме того, для указанного способа недостатком является отсутствие регулирования с целью выравнивания ЭДС Холла по сечению канала, и следо вательно, наличие нескомпенсированных паразитных токов Холла в канале. Из известных способов уменьшения вредного действия эффекта Холла в МГДканале, наиболее близким к заявленно му является способ, принятый за прототип. Известный способ уменьшения вредного действия эффекта Холла в МГД-генераторе с секционированными электродами и электроизолированными между собой электропроводными элемен тами изоляционных стенок, заключается в том, что измеряют концентрацию электронов в потоке плазмы и регулируют профиль приложенного магнитного поля по сечению канала в соответстви с измеренной концентрацией электроно в потоке плазмы в соответствии с про филем сечения канала. Известный способ характеризуется изменением магнитного поля и сечения канала по соотношению n.iZ, где Bj - локальное значение магнитной индукции; Ogj - локальное значение концентрации электронов в плазме; Z - геометрический размер МГД-канала в направлении В.; Вц - значение магнитной индукции в ядре потока; Z„ - геометрический размер канала в направлении В п - концентрация электронов в ядре потока. Недостатком указанного способа является практическая неосуществимость полной компенсации паразитных токов Холла для турбулентных пограничных слоев из-за невозможности получения больших градиентов магнитной индук ции. В настоящее время практически осуществимым считается градиент порядка 0,1 Т/мм, а для известного способа требуются градиенты по крайней мере на порядок больше. Если допустить, что требуемые градиенты осуществимы, то составляющая индукция в направлении индуцируемой ЭДС по величине была бы МНОГО больше основной составляющей магнитного поля, а это бы вызвало дополнительную циркуляцию токов и привело к ухудшению характеристик МГД-генератора. Поэтому указанный способ может быть применен только в сравнительно небольшой части зоны пограничного слоя, примыкающей к ядру потока для дозвуковых течений. Кроме того, известно., что паразитные токи Холла, возникающие из-за наличия неоднородности около электродных стенок, могут существенно снизить ресурс и КПД МГД-генератора, в несколько раз и даже на порядок при высоком значении параметра Холла. Целью настоящего изобретения является повьш1ение КПД и ресурса МГД-генератора путем выравнивания ЭДС Холла в сечении канала. Указанная цель достигается тем, что регулируют профиль поперечной компоненты тока нагрузки отбором тока в направлении вектора магнитного поля с помощью регуляторов постоянного тока, подключенных между электропроводными элементами изоляционных стенок и электродами, при этом измеряют компоненты тока нагрузки и поддерживают постоянным по сечению канала соотношение const, где В| - локальное значение магнитной индукции в зоне-сечения канала с геометрическим размером Z.; Z j - геометрический размер сечения канала в направлении магнитной индукции В.; I j поперечная компонента тока нагрузки в зоне сечения канала с геометрическим размером п j| - концентрация элект ронов в зоне сечения канала с геометрическим размером Z j. Предложенный способ может быть реа лизован в МГД-генераторе. с секциониро ванными электродами и электронзолиро--. ванными элементами изоляционных стенок, между которыми включены регуляторы постоянного тока. На чертеже изображено сечение канала МГД.-генератора со схемой подключения тиристорных устройств, используемых в качестве регуляторов постоя ного тока. МГД-генератор, изображенный на чертеже, содержит электропроводные элементы 1 изоляционных стенок 2, электроды 3, направление скорости потока плазмы 4, полюса магнитов 5, тиристорные устройства 6, амперметры 7-15 и токовьюоды 16. Предложенный способ реализуется в приведенном на чертеже устройстве. Рабочее тело перемещают в канале МГД-генератора в направлении 4, перпендикулярном приложенному магнитному полю. Между электропроводными элементами 1, изоляционной стенки 2 и токовьгоодами 16, электрод 3 подключают с помощью коммутационной аппаратуры (на чертеже не показана) тиристорные устройства 6, ориентированные на пропускание нагрузочного тока. К электродам 3 и элементам 1 подключают нагрузочные устройства, которые могут быть подсоединены к МГД-генератору по диагональной холловской (в продольном направлении) или фарадеевской (в поперечном направлении) схемам. Для коммутации указанных схем соединения электродов МГД-генератора используют токовьшоды 16. После подключения нагрузки (на ертеже не показана) измеряют распреляторов тока вместо тиристорньпс устройств 6 могут быть применены, например, регулируемые омические сопротивления . Для МГД-генераторов со слабым

изменением параметров омические сопротивления могут быть не регулируемыми и в силу своей простоты могут акже найти применение.Однако потери в омических сопротивлениях превышают

потери в тиристорных устройствах.

Использование изобретения позволит увеличить КПД МГД-генератора за счет уменьшения паразитных токов Холла для любой конфигурации поперечного

сечения канала и увеличить ресурс работы МГД-генератора аа счет выравнивания поперечной напряженности электрического поля по сечению канала, что снизит вероятность электрического деление магнитной индукции Bj и концентрации электронов по сечениям канала известными методами. Измеряют также токи, снимаемые с электропроводных элементов 1, амперметрами 7-12, с электродов 3 - амперметрами 13, 14 и суммарный ток нагрузки 1 амперметром 15. Измерив указанные токи для каждого Z-, определяют ток в плазме Ij , по которому определяют поперечную компоненту тока I у- с интервалом, равным шагу секционирования. Например, для Zj, указанного на левой части чертежа: lj + . Для правой части чертежа с тем же Z,-: I ,,5- ,„ -1 ,,1 , + 1 , . Затем вычисляют ЭДС Холла в сечении канала по приведенному выше соотношению. В случае отсутствия постоянства ЭДС Холла по сечению канала производят регулировку тиристорных устройств 6 и повторяют операции измерения и вычисления ЭДС Холла по сечению канала до получения.требуемого выравнивания ЭДС Холла по сечению канала. Указанные операции повторяют также при каждом изменении режима работы электрической МГД-станции в соответствии с графиком нагрузки, когда требуется менять расход рабочего тела и коэффициент нагрузки МГДгенератора, так как при этом меняется и перераспределяется скорость течения потока плазмы в канале, что влечет за собой деформацию профиля температуры в пограничном слое и, следовательно, изменение ЭДС Холла по сечению канала. В качестве регу57665226

пробоя электроизоляционных промежут электродов за счет выравнивания плотков канала и улучшит условия работы ности тока.

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРЕ с секцио нированными электродами и электроизолированными между собой электропроводными, элементами изоляционных стенок, включающий измерение концентрации электронов в потоке плазмы и регулирование профиля приложенного маг.нитного поля по сечению канала в соответствии с измеренной концентрацией электронов в потоке плазмы и в соответствии с профилем сечения канала, отличающи и с я Фем, что, с целью повьшения КПД и ресурса магните гидродинамического генератора путем выравнивания ЭДС Холла в сечении канала, регулируют профиль поперечной компоненты тока нагрузки отбором тока в направлении вектора магнитного поля с помощью регуляторов постоянного тока, подключенных между электропроводными элементами изоляционных стенок и электродами, при этом измеряют компоненты тока нагрузки и поддерживают постоянным по сечению канала соотношение В llL const, Z. е; i где Bj - локальное значение магнитной индукции в зоне сечения канала с гео(Л метрическим размером Z.; Z . - геометрический размер сечения канала в направлении магнитной индукции В ; I - поперечная компонента тока нагрузки в зоне сечения канала с геометрическим размером Z .; п g; - кон центрация электронов в зоне сечения О) канала с геометрическим размером Z.. 05 ел ю .- . I .