Канал кондукционного магнитогидродинамического генератора Советский патент 1982 года по МПК H02K44/12 

Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую магнитогидродинамическим методом и может найти применение в конструкциях каналов промышленных МГД-генераторов, в частности, в каналах диагонального и фарадеевского типов.

Известен канал кондукционного секционированного МГД-генератора Г1, содержащий короткозамкнутые рамки из электропроводного материала, изолированные одна от другой и расположенные под углом к продольной оси канала. К этим рамкам со стороны входного и выходного участков канала МГД-генератора примыкают эквипотенциальные концевые переходные элементы.

Переходные несекционированные эквипотенциальные элементы выполнены из металла, охлаждаемого водой, на который с огневой стороны канала может быть нанесен защитный слой электропрочного и термостойкого материала,

Основным недостатком известной рамочной конструкции канала МГД-генератора является наличие неконтролируемых неоднородностей мея рамочных напряжений, обусловленных нелинейными

дуговыми процессами и флуктуац1 ями параметров потока. Эти неоднородности приводят к , что на част1 межрамочных промежутков возникают напряжения, превышающие напряжения пробоя. По-явление межрамочного пробоя вызывает разруишние межрамочной изоляции и, в конечном счете, выход канала из строя.. Дополнительным недостатком

10 аналога является наличие паразитных кольцевых токов, возникающих в конце-вых зонах вследствие закорачивания фарадеевской ЭДС несекционированными эквипотенциальными элементами и при15водящих к электроэрозии последних.

Наиболее близким техническим решением является канал кондукционного МГД-генератора, содержащий секционированные электродные стенки, включаю20щие электроды, и изоляционные cTeHKt; с протяженными электропроводящими модулями, располохсенными под острым углом к оси канала 2, В этом канале МГД-генератора входной и выходной

25 участки изоляционной стенки выполнены из веерообразных металлических модулей, постепенно изменяющих свой угол наклона к оси канала, приближаясь к направлению, перпендикулярному

30 оси канала. Заканчиваются входной и

выходной участки канала короткоэамкнутой треугольной в плане рамкой. Такая конструкция входного и выходного участков изоляционной стенки канала МГД-генератора позволяет уменьшить интенсивность кольцевых токов на концевых участках канала.

Наличие протяженных электроизолированных модулей в прототипе позволяет устранить указанный недостаток аналога, а именно, исключить неоднородность напряжений между соседнигли электродами в канале путем включения во вне11шюю цепь канала (фарадеевского или диагонального, в рассматриваемом данном случае) ограничителей тока.

Ограничение тока в цепях, коммутируиицих эквипотенциальные электроды в ,;7,иагонапьно.м канале, автоматически ограничивает величину межэлектродних напряжений и является, таким образом средством предотврацения межэлектродного пробоя.

Однако такая конструкции канала МГД-генератора имеет суще ственнь й недостаток, состояь-шй в том, что протяженние электропроводные юдyли, начинающиеся у одной и заканчивающиеся у другой электродной стенки и разделенные на три электрО1- ЗОлированчые части у оси канала и в центре анодной стенкой и осью канала, строго прямолинейны, в то иремя, как распределение потенциала в плазме между электродными стен1сам ;, особенно в rjQiiax, пpи ыкaющиx к электрода.м существенно непрямолинейно. В этих условиях прямолинейные электроизоляционные модули принимают плавающий потенциал, равный потенциалу одной из точек проекции модуля (вообще говоря, неконтролируемой) на продольное сечение канала. Это приводит с стороны, К ВОзникновению пара зятных кольцевых токов, замьлкаюгдихся на протяженных электропроводящих модулях, и с другой стороны, к появлению разности потенциалов между протяженными электропроводягщими модулями и электродами,, последнее обстоятельство является причиной электрического пробоя как между модулями, так и между электродами и модулями,, Электрический пробой, как и кольцевые токи на диагональных модулях разрушают конструкцию канала, что снижает его надежность и уменьшает КПД.

Цель изобретения состоит в повьаиении надежности канала и КПД канала.

Поставленная цель достигается тем что канал кондукционного магнитогидродинамического генератора, содержаи1ий секционированные электродные стенки и изоляционные стенки с протяженными электропроводящиг-1и модулями, расположенными под острым углом к ос канала, который в зонах сопряжения

электродов и претяхчекных электропроводящих модулей дополнительно содержит по крайней мере один, расположенный вдоль канала, ряд модулей, линейный размер которых заключен в интервале:

1о| ,

е

0,1

где Р:

шаг секционирования электродов вдоль электродной стенк канала на рабочем участке. Под линeйH JM размером дополнительных мо,цулей здесь и далее понимается их наибольший характерный размер поперечного сечения, в частности для прямоугольника - его большая сторона Шаг секционирования электродов вдоль электродной стенки кана.ча соотзетствует на -мень;аему в у к д наг7равлении размеру участке, ма1нита.

Дополиительа- ь е лодуд:;;, с ые в зонах сопряжения эло;-: изоляционных стенок кан.и:;-, иметь шаг се;-;цис)нирсвания б 0,1 от ujara секп..ч;-:я дов вдоль э.иектрсдпоГ так как выгтолнснпс шага их секп,ионнройа и

7 зьазьигигг значительное увел1-;чсние : ,драг ;и;чаского соп ротн вле ни ; он с те iu jX-ifi-iijjc; ;;-;; модулей, усло/Kiu-iHHe и у; эрожанке констРУКЦИИ КаНаЛс . в С;ВОР1 эчоредь , цг;ли дУ-7:с;11 jy.io-iiiar секционироЕа ия более, чем 10 тагов, 3 3io пр зедет к электрическим Fippeiiau г. г.:еж5 ;; ит надижду соседн;;мм ::vyиl iи и и ость их работя счет вепичения

разности потеици.а.дэв

между соседними модулями , ; рг;;;одя1-;ей ;: БОзник ;ове:Нип ярут;;аю1иих элйкэ л е К т р и ч о с у и х j; у г , р

:1 ИЗOJIЯ ;ИOH ЮЙ троизоляцию и э.пе:-;е1; и электродной стеик

расположе 1иые данном места.

Такое выполнение ; :аьа.пг1 МГД-генератора повышает ео на;1ежность и КПД Надежность канала улу-шаегся вследствие уменьшения ворсятности пробоя между электропроводящими элементами канала, так как при ввсддении в зонах сопряжения электродов н протяженных диагональных модулей малкомодульного секционкрОБа П я резко уменьшается межэлементные нзпряжен;-;я во всем канале. По этой же причине, а также вследствие ум(7:нь:; они;1 параз1- тных кольцевых токов на протяженных мсдулях, которые особенно интенсивны на протяженных модулях, примыкающих к электродам, повышается КПД канала.

Па фиг.1 представлен общий вид канала МГД-генератора; на фиг.2 схема, поясняющая определение шага секционирования дополнителы ых юдyлей; на фиг-.З - общий вид канала, поясняющий пример конкретного выполнения предлагаемого канала. Канал содержит изоляционнуЭ стенку, выполненную из протяженных электропроводящих модулей 1, расположенных в центральной части изоляционной стенки под углом к ее продольной оси и секционированную электродную стенку с электродами 2. Вкодной и выходной участки изоляционной стенки кана ла выполнены из веерообразно jr- положе ных металлических модулей 3, В зонах сопряжения электродов и прбтяженных модулей канал содержит по крайней мере , один мелкосекционнрованный ряд модулей 4, расположенный вдоль канала. Элементы электродной и изоляционной стенок крепятся Б корпусе 5 канала МГД-генератора. Дополнительные модули 4 могут быт выполнены на элека родной стенке илг: на изоляционной стенке, или на электродной и на изоляционной стенках. Кроме того, дополнительные модули имеют токовьводы 6 (фиг.З) для электрической ког.имутации их с э,октродам 2 и протяженнь;ми электропроводяДигли модулями 1 изоляционмых стенок. Линейный размер Ч дополнительных модулей 4 должен быть 0,1 тага секционирования Э-пектродов на рабочем участке вдоль электрод но ; стен ки канала и меныие 10 и:агоБ рова11ия Э1:ектродов. Ряды дополнительных мелкосеь.и.иони рованкых модулей дол;;(Ны с-хнатигь зек зону искриБле11ия линий экЕи;:отен1;иалей на стыках стенок канала и :оличество их может быть иерегчсню, так как ширина зомы гскриЕления yBe.nvrdi вается к кон1,у канш1а. Постановка да .же одного ряда мелкосекционированных модулей в зоне сопряжения электродных и изоляционных стенок канала поBbUiiaeT надежность и КПД канала МГД-г нератора. Предлагаемое устройство работает следующим обр а з ом. После подач:-: рабогего тела и уста новления- номинального ре-жима работы канала МГД-генератора лиггии эквипотенциалей з плазме представляют собо в центральной части канала прямьле, расположенные под некоторым углом к оси канала и имеющие искривления в приэлектродной зоне ГЗ. В соответст вии с этим распределением эквипотенциалей в изоляционная стенка в центральной ее части выполнена из прямолинейных протяженньлх электропро водящих модулей 1,, расположенных под углом, равным углу наклона эквипотен циалей к оси канала, и имеющих малый шаг в направлении нормали к эквипотенциалям плазглы. В приэлектродной зоне изоляционные стенки заканчиваются по крайней мере одним рядом мелкосекционированных модулей 4, расположенных вдоль электродной стенки, потенциал по которым распределяется плавно, строго в соответствии с распределением потенциала в плазме, что снимает электрическое перенапряжение и вероятность пробоя электроизоляции между элементами электродной и изоляционной стенок, предупреждая появление кольцевого тока между областями плазгфл с различными потенциалами через протяженные электропроводные модули. В результате строгого соответствия распределения потенциала в плазме потенциалу отдельных изолированных электропроводных элементов изоляционной стенки кольцевые токи, перетекающие из одной области плазмы в другую через протяженные электропроводные oдyли f практически отсутствуют, предупреждается возможность пробоя между элементами изоляционной и электродной стенок и, следовательно, возможность электроэрозионного разрушения констр кции, значительно увеличивается надежность и ресурс (в 1,52,5 раза) работы элементов изоляционных и электродных стенок канала. ПоBbj:-JGHie на 1% КПД канала МГД-генератора обеспечивается за счет снижения :- тс-р:-), связанных с кольцевыми токами, :-;Г;С1-е са:сщ1 ми через протяженные элекТ х:,проводные модули между областями 1:ла:з;.Ы с разь-ыми потенциалам - и за счет --.иполнения электродов и протяженных модулей диагонального канала посредстзом наружной электрической ком:.гутации, в соответствии с опти1-;альной геометрической конфигурацией, оОэспеч-иваюцеГ наилучшие условия для надежной и длительной работы модулей электродных и изоляц1юнных стенок ка -:ала в номинальном режиме и с максимальь;ым КПД МГД-генератора. В настоящее время в ОКБ ИВТАН разработан эскизный проект канала МГДгенератора установки У-25, который является прототипом для канала МГДЭС -500. Данный канал (фиг.З) со- держит электродные стенки, на которые крепятся С-образные электроды 2 с шагом секционирования вдоль электродной стенки 20 и изоляционные стенки с протяженными электропроводя1ЦИМИ модулями 1, электроизолированными друг от друга и расположенными под углом 30 к оси канала. Шаг секйиснирования протяженных модулей 1 в направлении нормали к ним в плоскости изоляционной стенки равен 20 мм. Качал в зонах сопряжения электродной и изоляционной стенок дополнительно содержит три ряда мелкосекционированных модулей 4, имеющих форму квадрата в плане, с шагом секционирования в продольном и, соответственно, поперечном направлениях 30 мм. Входной и выходной участки изоляционной стенки канала выполнены из веерообразных протяженных модулей 3, Входное сечение канала - прямоугольник размером 286«460 мм со скругленными (К 100 мм углами. Минимальное рассто яние между электродными cTeHKaNm в направлении протяженного диагонально го модуля 1, расположенного на оси изоляционной стенки., 640 мм. Применительно к формуле изобретения данное техническое решение означает, что имеет место мм, 1 30 мм. При этом на рабочем участке канала шаги секционирования вдоль ка нала электродов, мелких изоляционных модулей и протяженных диагональных модулей составляют соответственно 20, 30 и 40 мм. Выбор шага секционпрования мелких модулей в продольно;.: направлении 30 мм обеспечивает, га:собразом, постепенный переход от inara секционирования электродов 23 мм к шагу секционирования иротиже 1нь,1х модулей вдоль канала 40 мм, В этом слу чае один протяженный модуль перекрывает 1 , 3 мелких модуля и один ме.пси модуль перекрывает 1,5 электоодл, Такое решение существенно позьпьает электрическую прочность кангг.л,; :;, сравнению с прототипом, в когорсг.; один протяженный модуль neyeKp;;;icic:i непосредственно два элек-тродл . Пог.:;.; этого в данном техническом p nieuriM электроды 3 и протяженные модули разделены тремя рядами мелкик мо; лей 4. При шаге секционироваг1ия юлких модулей 4 в поперечном -лении 30 мм обеспечивается 4 раз::-::за потенциала в зоне его наиболзе рэзкого изменения, имеющей протяженкост около 100 мм. В целом между эквипотенциальными электродами получаете; не менее 8 {Разрывов потенциала, чю позволяет предотвратить межмзду л ьн;..-:Г пробой на изоляционной стеикэ при характерных для каналов установки У-25 неоднородностях и флуктуа 1 ях электрических параметров. Предложенная конструкция канала МГД-генератора может быть ис j-ioJib3OE на для реализации фарадеевской схекк канала, так как она полностью соответствует требованиям, предъявленным к фарадеевокому каналу, как IKэлектропрочносхи изоляционнь;х степи; в направлении максимального градиеит потенциала, так и по секциоьирова-пи электродных стенок. Реализаг,ия фара деевской схемы канала НГД-геь:ерс1Тора производится путем соответствующих изменений соединения внегчних кабелей и созданием режима нагружения, обеспечивающего в ядре потока Э1:ектр1 ческое поле, эквипотенциали которого расположены согласно направлениьт про тяженных электропроводных модулей изоляционных стенок. При этом cTOiii.-i(,x;Tb изготовления изоляционной стенки снижается в 2-3 раза по сравпегнию с обычной мелкомодульной изоляционной стенкой фарадеевского канала при одновременном снижении гидравлического сопротивления система охлаждения канала. Использование данной конструкции в канале установки У-25 и более мощных каналах промышленных МГД-установок позволит примерно в 1,5-2,5 раза увеличить ресурс работы элементов изоляционных и электродных стенок за счет значительного уменьшения электроэррозионного износа и снятия электрического перенапряжения между элементами электрол 2ой и изоляционной стене::;-: : г,к:сгс х стика, а . и:::, ,:,.L 1-;г,.1-:СМ1Срато;:а мз 0,4-1% ;:: ;..:мс:: 1; i:::c: п i;:: пгторь, связанных OJn,ei3Mw:: OKnt-iH утем-си, v. обеспе;(:;ии HaHi-cjiue оптямальиогО режима ::-.::;vOci;O.i.: за c-ioi внешней коммута:Ц1и :гс::ко11рол(зля::и1х э.ементой ст;.:с)1О по ч -:1 И;Ютен:лиа.;:;1л: млазми , Pecvpc: pafjoTij используемых и нас О : дее .ог-1я :.:о:.: Ь1Тов .: : :ионной п )л::К::к),1;1К. cL:-iio:f. iCt;i.;j:.- ::::;;тавляг-т 20С , ( :J:o 1:т;)1г;:о CJvHX псрспапряжс:;i: п ;;:.,: C::::i;; -)Лг чгрс;эрс: .;ни эле/oir/o :- :-;: мл,:; ) с ь;г:е ; лекгпо;п;ой и .:;л:.:,:Кчп; ::; г;геио : i-O3BOj;H:; T унели ::. . раюты до 300-5СО ча(-:., ..:. :. l,b-V,5 ра-а. v-/:: :., ;::so5i:)e:re;: -:я у., --.: 1 ,;:,;;/ ч:„::он; 01о маг1и;тоги ;ро:(:uia: ; i;:: : о : : :чНоратора , солержащий се;-::д;ч: 1и;:о .:v:;;:.:c :,Л :;;:тродь ью стенки , г:.:л:::-а :::ии: ::а,:а:оЛ: , и и : оля1и1ОНРПле ,.(::м,,:: : J ,i :::а i: п: лг-и: алектропроводя::;;:Mi4 : ,. a4.,i:, пГ: Г:МОЛО:--: :П ПЫМИ :1ОД .г--у :;; - - ,:М } icij | ан:;-а , о т л и : , а ; : :i -.::-:.., С ; С цеЛЬК) : а;,.::е::и.:: :-,ал«К; :с-1 и И КПД; чапал В .:. |,;:х.-а;5ия з: ек:::ролов и ротяj:--:) :i :;: з. Ia: : ро:11:авг; :г :;;- х мод;/лей до:i.;ja;Hy ;j: :.i;c содержи : по крайней мере .::;.:::ч , рас:1оложс 1ный вдоль канала,ряд мо;..у1СЙ липейпий размер которых :;к:1ючеп л ипте1: зале: 0,1Кэ Р ЮЕэ / И :. : :-ч::;::а; лаформации , ;:;;iiii .гг ;о :i(- зяимаиие при экспертизе 1. Г1а:гчмгг CKJA и 3, 387.150, KJi. 310-311 , 1965 г. 2, id t: h S у р о s i L. n engineering a s 0 e с t s of n a g n e t о h у d r о d у n, a m i с s 8 u 11: e , Montana, June 18-20, 1979, p. A 11Л19 (прототип). 3. асчет течени в ИГД-канале, .П Гл.ЯР, Институт BbJcoKHx температур. , 1978, с. 46-51, с.64-68,