Мгд-генератор

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5043004/25 (22) 21.05.92 (46) 30.10.93 Бюп. Йя. 39-40

{76) Гохштейн Яков Петрович (54) МГД-ГЕНЕРАТОР (57) Сущность изобретения: МГД-генератор содержит канал с электродными секциями, промежуточные электрические цепи, переключатели и блок коммутации. К каждой электродной секции возможно поочередное подключение нескольких промежуточных электрических цепей. Промежуточные цепи с помощью переключателей подключены к цепи общей нагрузки. Промежуточные цепи составлены из одинакового числа последовательно (в) RU (и) 2002354 С1 (51) 5 H02 К44 68 соединенных аккумуляторов, например, сернонатриевых Блок коммутации обеспечивает поочередное замыкание одной из промежуточных цепей на электроды секции à другой — на общую цепь нагрузки. Последовательность подключения промежуточных цепей к электродам смежных электродных секций или к цепи нагрузки сдвинута на одну позицию. Возможно поочередное отключение секций от общей цепи нагрузки Отдельные участки промежуточных цепей могут параллельно подключаться к общей цепи нагрузки Электродные секции выполнены расширяющимися в направлении выхода из канала. 6 зл. ф-ль 5 ил.

2002354

Изобретение относится к области энер; етики и может быть использовано для преобразования и хранения энергии.

Известны секционированные МГД-генераторы для преобразования тепловой 5 энергии в электрическую, Известен также МГД-генератор с каналом, разделенным на секции, каждая из которых подключена электродами к отдельной промежуточной электрической цепи, изолированной по постоянному току от проме>куточных цепей других секций и от общей цепи нагрузки, причем каждая промежуточная цепь содержит инвертор и первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого включена в общую цепь нагрузки.

Высоковольтная изоляция трансформаторов, соответствующая холловскому перепаду потенциала вдоль канала, усложняет 20 конструкцию генератора. Кроме того, такая конструкция не предусматривает хранения преобразованной энергии.

В предложенном МГД-генераторе каждая секция снабжена несколькими промежуточными цепями и соединена с ними через блок коммутации, замыкающий одну из промежуточных цепей на секцию, а другую — на общую цепь нагрузки, каждая промежуточная цепь содержит 30 последовательно соединенные аккумуляторы, например сернонатриевые.

Число последовательно соединенных аккумуляторов одного типа одинаково в промежуточных цепях разных секций, а ши- 35 рина секций выполнена переменной вдоль канала МГД-генератора с увеличением ее к выходу канала, Такое выполнение МГД-генератора упрощает его конструкцию, особенно при фа- 40 радеевской схеме нагружения, позволяет совместить производство электрической энергии с ее накоплением, что расширяет функциональные возможности генератора, повышает его эффективность при неравно- 45 мерном потреблении электроэнергии, Взаимно изолированные промежуточные цепи из последовательно соединенных аккумуляторов обеспечивают одновременный сьем тока с секций, находящихся при разных потенциалах. Равенство промежуточных цепей по количеству последовательно соединенных однотипных аккумуляторов обеспечивает возможность одновременного их подключения к общей цепи. Увеличе- 55 ние ширины секции от центрального участка канала к концевым участкам, в частности к выходу канала. компенсирует снижение плотности электрического тока в канале к его концам и уменьшает этим разницу токов заряда аккумуляторов различных промежуточных цепей.

Отбираемая от канала мощность определяется количеством аккумуляторов в промежуточной цепи. Она близка к максимальной при ЭДС промежуточной цепи, равной половине среднего по секциям напряжения холостого хода генератора, Двухтактный цикл работы МГД-генератора, включающий заряд промежуточной цепи от электродов секции и последующий разряд на общую цепь нагрузки, позволяет при переключении с заряда на разряд группировать промежуточные цепи либо делить их на участки соответственно для повышения или понижения напряжения на общей цепи нагрузки, На фиг.1 показан МГД-генератор с фарадеевской схемой нагружения секций; на фиг.2 — разрез А-А на фиг.1; фиг.3 — вид Б на фиг.2; на фиг.4 — вариант МГД-генератора с параллельно-последовательным соединением аккумуляторов в промежуточной цепи; на фиг.5 — МГД-генератор с коммутацией участков промежуточной цепи.

МГД-генератор имеет канал 1, разделенный на электродные секции 2, 3 с парами электродов противоположной полярности 4 и 5, 6 и 7. Каждая из секций подключена электродами к отдельной промежуточной цепи 8, изолированной по постоянному току от промежуточных цепей 9 других секций и от шин 10, 11 общей цепи нагрузки.

Каждая секция снабжена четырьмя поомежуточными цепями 8, 12, 13, 14 (секция 2), 9, 15, 16, 17 (секция 3), составленными из последовательно соединенн ых аккумуляторов 18, 19, 20, и спаренными переключателями 21, 22 (секция 2}, 23, 24 (секция 3).

Переключатели замыкают одну из промежуточных цепей 8 на секцию, а другую промежуточную цепь 12 на общую цепь нагрузки, причем каждый переключатель имеет четыре позиции. проходимые последовательно и циклически (в направлении, указанном стрелками, фиг,1).

Промежуточные цепи 8, 9 разных секций 2, 3, а также промежуточные цепи 8, 12, 13, 14 одной секции 2 содержат одинаковое число последовательно соединенных однотипных аккумуляторов. Ширина секций выполнена переменной вдоль канала, в частности, с увеличением ее к выходу 25 канала; ширина а секции 2 больше ширины

Ь секции 3 (фиг,3), Аккумуляторы являются сернонатриевыми с центральным катодом, смоченным расплавленной серой, которая отделена .от расплавленного натрия твердым электролитом в форме трубки из 8-глинозема. заключенной в цилиндрический

2002354

55 корпус из стали (аккумуляторы 18. 19, 20 показаны на фиг.1, 2 схематически).

Канал 1 расширяется к выходу в направлении движения потока плазмы (фиг. 1, 3).

Под сводом 26 канала расположен барьер

27, разделяющий электроды 4 и 5 противоположной полярности. Электроды выполнены в виде желобов 28, 29, заполненных металлическим расплавом 30, например жидким чугуном, Желоба могут быть дополнительно секционированы для гашения дуг и колебаний расплава, а также содержать волокнистый материал, пропитанный снизу металлическим расплавом, а сверху — шлаком. Под дном 31 канала расположена обмотка 32 свер",проводящей магнитной системы. Сернонатриевые аккумуляторы. соединенные в промежуточные цепи, установлены в теплоизолированных камерах 33, располо»<енных под каналом, например, в подвальном помещении, Находящиеся между входом 34 и выходом 25 канала остальные электродные секции 35-41, аналогичны секциям 2, 3, Возможен вариант MÃÄ-генератора (фиг,4), в котором каждая промежуточная цепь 42, 43 составлена из последовательна соединенных групп с параллельным вкг очением аккумуляторов 44 и F, 4 и 47, f,pv наличии у секции только двух и„- межуточных цепей их коммутация может быть осуществлена двухпозиционными переключателями 48, 49.

В другом варианте МГД-генератора (фиг,5) промежуточная цепь составлена из одинаковьгх участков 50, 51, 52. соединенных последовательно через перекл очатели

53-58 с возможностьк> параллельного подключения этих участков к шинам 10, 11 общей цепи (изменение позиции переключателей показано стрелками). Сичхронную работу переключателей обеспечивают общий привод либо блок электронной коммутации (не показаны), При номинальной мощности МГД-генератора 5 МВт, напряжении на общей цепи нагрузки 500 В и количестве запасаемой энергии 100 МВт: ч элементы его ко:струкции имеют следующие параметры. Ширина канала в центральной его части 1 м. длина электрода в виде желоба 30 см, ширина секции(шаг) от2 см в центральной части канала до 5 см на концах, число промежуточных цепей в одной секции 4, количество секций

100, число последовательно соединенных сернонатриевых аккум}tllATopoB в каждои промежуточной цег.и одной секции 250 (для режима генератора со средним по секциям напряжением холостого хода 1 кВ), общее число сернонатриевых аккумуляторов

10000, емкость одного аккумулятора 500 А ч, диаметр 0,1 м, высота 0,5 м, масса 10 кг, ЭДС в заряженном состоянии 2,08 В, в заря>кенном 1.74 В, аккумуляторь размещены в 10 теплоизолированных камерах площадью 40 м и высотой 3 M каждая при

2 заполнении камеры на 50 .

При работе МГД-генератора одна из промежуточных цепей каждой секции, например цепь 8, заряжается от электродов секции, а другая, например 12, разряжается на общую цепь нагрузки, Ток заряда ограничен внутренним сопротивлением канала, зависящим от проводимости плазмы, и в данных условиях составляет до 100 А. Ток разряда ограничен внутренним сопротивлением промежуточной цепи и в данных условиях составляет до 500 А. При токе 100 А падение потенциала на внутреннем сопротивлении указанной промежуточной цепи не превосходит 50 В, Заряд или разряд промежуточной цепи током 100 А требует 5 ч, чем определяется период сдвига переключателей 21, 22 на одну позицию, Разрядившаяся цепь 12 подключается к электродам 4, 5 для повторной зарядки, э вместо нее к шинам 10, 11 подключается заряженная ранее цепь 13.

В каждой секции последовательность подключения проме>куточных цепей к электродам совпадает с последовательность о подкл очения их .; нагрузке со сдви ом на сдну позицию. Например, в секции 2 эти последовательности, имеющие период 4, составляют

8,12, 13, 14, 0 12. 13 14 ...

12,13,14, 8.12,13,14, 8,....

Электрическое соединение секций с общей цепью нагрузки выполнено с возможностью поочередного отключения секций, т.е, в разных секциях сдвиг переключателей происходит в разные моменты времени. Например, сдвиг переключателей 23, 24 секции 3 начинается после того, как закончен сдвиг перекл очателей 21, 22 секции 2 и т,д, Этим обеспечена непрерьвность питания нагрузки током и возможность более полного разряда аккумуляторов перед их переключением на заряд. Интервал времени, в течение которого срабатывают переключатели всех секций, мал по сравнению с периодом переключения одной промежуточной цепи, например 5 мин по сравнению с 5 ч. В противном случае при задержке переключения, сравнимой с периодом, существенны различия в токах разряда разных промежуточных цепей и связанные с этим омические потер ь

Возможна работа МГД-генератора в режиме накопления энергии при выключен2002354

i!(й НОГ()у-;КЕ, а Та (»КЕ В ОЕжИМВ ()с 3(РЯДа На ((=((.Г) !ку г)ри остановленном канале, При ((8;,, »;, /."i:;Ì/" O . I(P8OIOP83QBRtli)Я ПОСТОЯНг!О. га тока t) перемен;(ый генератор мажет быть установлен в об(цей цепи нагрузки, которая изолирована пои высоковал ьтнь)х участков канала, Для начального разогрева сернонатриевых аккумулятораз в камерах 33 до

350 С и для поддержания этой температуры мажет быть использовано тепло отработавших I) канале пООдуктав сгааания, Уста((овка электродов в Виде желобов на дне канала обеспечивает легкость их перемещения и замены без демонтажа канала, Применительна к данному

Ь(ГЦ- 8,-(8ðàòoðó это Облегчае; совмещение секций ра/3:((-(най ширины В одном ряду вдоль канала, причем щирина секции, соВn8да(ащая с лир()най ч(елаб)а, вкл(очает савпада(ащую у Всех желобов талгцину стенок и размер пространства, занятага В желобе мет()лли(е(ски распг(авом. Межсекцианная

Ф U р и v л 8 (/t 3 а б р 8 т е н и я 1. I!ii Д-ГЕ/ н-.(-" Д г()(, Включающии канал "., Члектродн;,.èê секциями, в каждой из

Кгл а (Э:. (Х !,(/,(Tt)() /I((;, ) I(J! а/!".;,(!.,; !(О (ДЕЛ ЬНай Г; (, / /:", Х: Пай 3) дктР!«!Чес, л>й/ ЦВПИ, .. ле!i. Оаизолиoo!/ Г()!o!i) а, про /(8)((уточ((ых ! (/ :ь,,р"у г, )к /.:Вкций и (!! /,>б/(!8!(L! 8() I/ I наг . ., :)å(1 Юли гак)щиися тпм. ii! o Вждая сек,.)я:..::)а"-".Х«(ена па,;I ol!I-!8(": .,8 )8 одной ,; а/"" ;(/Ч Вl i = i/) ./)IOй . ?4(; .qTO/!НОЙ ЦЕПЬЮ И

Ъ.ока(.,! ((О(/!м „тац(/и, о 18 .;Печ !г!.- (()(цим поаЧ» 38I",! Ое замы Ка! (Ие OJ. ) ОЙ из г! .. М/(8>((у1()Ч:,I:ых (!епе.)! . -!а Электро(1,ы секций, а другайО!)// г !(//Г)/;;;/Г//Узх(! ПП/".(//(/ КажДВЯ ! (,)с/."((8>(()/тс/1(ная це/18 са,"..та в((она из (10(:Jtp д() 88те() ВHО ::оеди .- 8н нь!х акку!v",у).)i Tсрсв.

2, jI!(Гц"ге((ератор па и, (, Отли (а(ащий" ся тем, что г(рс!мЯж) тач) (ые цеп(! разных

«»екаи./) СОOpр;, (8T i/1И((ако 1oе чtt()ю пoOJ(8Ровател/:на саедин8нных Оцнатипнык аккумулята(зов.

3. )"(ГД-генератор па п.1, атличающийСЯ ТЕМ, иТО Щ!/(РИНа СЕКЦИЙ ВЬ)Г(ОЛНЕНЗ /ГЕ изоляция, p8c(1oла>кен((а(в зазорах между желобами, не обязательна, если желоба выполг(ены, ((3 изолиру(ащей керамики:, при этом они могут быть расположены группами

5 вплотную друг t(другу.

Избыточное (более двух} количество промежуточных цепей в секции увеличивает ресурс работы УГД-генера",ope в режиме остановленного канала, создает возмож10 ность параллельного подключения к нагрузке несколько промежуточных цепей от каждой секции. Кроме того, существование в этом случае периода, когда промежуточная цепь обесточена - отключена и от злект15 родов и ат нагрузки — облегчает текущий ремонт, в частности замену аккумуляторов, (56) Патент США К-.. 42 (8629. кл, 310-11, 20 1980, Патент (".,ШД ¹ 4437026. кл, 310-11, 198 1. ременной вдоль канала с увеличением ее к выходу из канала, 4, МГД-генератор tlo n.1, отличающийСЯ Тв М, /TO В КВЧВСТВ8 СОСТаВЛЯЮ LII/IX ПРО межу-гачн и;(цег(ей приме((ены с е О н а н а т р и 8 в ы 8 8 I(i:, ó;/I )! Ji tl T o () I, I

5, МГД-генератор па п,1, отличающийся тем, что В каждой сек (ии коммутация промежуточных цепей выполнена с одинаковыми последователь;(астя(:!и подкл(оче-!

) ) ния их к эпектрадам либо 05LI.,ей ЦВпи нагруэ!(! (, сдвинутыми на одну позицию. б. f(/ !!,ц-генератор па п,1, отличающийся тем, что;: лектри (еское соединение сек/ 1 0 . ЦИ i;: Общей цепька НВГруЗКИ ВЫПОЛНЕНО С

Возможность(а поочередного отключения

Сек(ЦИй.

7, Ь1(ГД-генератор па п,1, отлича(ощийсА твм, НТо промежуточная цепь составлен(„жз из Одинакавь(х участкОВ, соединенных последовательна через перекл(очатели с

so=- -)(а>к -(остью параллельного падключениs: этих участков к абьцей цепи нагрузки.

Фю

/ /

Ф

Ф

°

Ъ; юИИ

+i+t>1+5 1 Я фу а,ф

Ф4

Ъ

Ф

ЙЙЙ

Ий

2002354

47 Ра4 4

Тираж Подписное

HIlO "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3176

Производственно-издательский комбинат "Патент". r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Составитель Я. Гохштейн

Редактор Т. Рыбалова Техред M.Ìîðråíòýë Корректор M. Самборская