Способ охлаждения канала магнитогидродинамического генератора и устройство для его осуществления

 

Использование: в энергетике, в частности, в МГД-генераторах. Сущность изобретения: охлаждение МГД-канала осуществляют путем пропускания хладагента по замкнутому контуру, включающему зону охлаждения и охладитель. В качестве хладагента используют часть потока основного рабочего тела, которую отделяют в конце канала. Зона охлаждения образована зазорами между стенками канала и тыльными сторонами электродов. Хладагент подводится в зону охлаждения через сопла, установленные на входной торцевой стенке корпуса канала. Сопла ориентированы вдоль тыльной стороны электродов. На боковых стенках корпуса в зоне охлаждения установлены ряды дополнительных сопел, которые направлены поперек зоны охлаждения в промежутки между струями основных сопел. Электроды выполнены с отверстиями, которые сообщают зону охлаждения с рабочей частью канала. 2 н.п., 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к МГД-устройствам, используемым преимущественно в качестве источников электроэнергии и касается усовершенствования их систем охлаждения.

Известен способ охлаждения МГД-генератора (Лорхо), при котором в качестве охлаждающей жидкости используют воду, пропуская ее через кольцевые пазы в зарубашечное пространство канала (1). Недостаток этого способа связан с необходимостью иметь сложную конструкцию герметичной системы охлаждения канала.

Известен способ охлаждения канала МГД-генератора, включающий подачу хладагента в зону охлаждения, выполненную в виде каналов внутри профилированного корпуса с направлением потока, совпадающим с направлением движения рабочего тела (2). Недостаток известного способа заключается в необходимости иметь сложную конструкцию канала с герметичной системой охлаждения, не допускающей попадания хладагента в основное рабочее тело. Кроме того, эффективность такого охлаждения канала низкая из-за неравномерного распределения температуры по длине канала и равномерной подачи хладагента по всей зоне охлаждения.

Известно устройство для охлаждения канала, состоящего из отдельных металлических элементов модулей с индивидуальным жидкостным охлаждением каждого модуля. Однако, такая конструкция устройства для охлаждения оказалась весьма сложной и прежде всего из-за необходимости герметизации, крепления модулей и наличия нескольких систем охлаждения.

Наиболее близким к заявленному устройству по технической сущности является канал фарадеевского МГД-генератора, содержащего размещенные в корпусе взаимно изолированные электроды и систему охлаждения в виде зоны охлаждения канала с патрубками подвода и отвода хладагента (2).

Недостатком этого устройства является сложность конструкции и ее ненадежность. Сложность связана прежде всего с созданием отдельных систем охлаждения как корпуса, так и электродов, необходимостью повышения герметизации системы и канала в целом. Ненадежность связана с тем, что электроды омываются с обеих сторон основным рабочим телом, как правило с высокой температурой и агрессивностью, а возможность подачи хладагента предусмотрена только через отверстия в державках. Кроме того, стержни электродов с продольными и поперечными каналами внутри конструктивно ослаблены и в случае механических повреждений возможны аварийные ситуации.

Единый технический результат, на решение которого направлена заявленная группа изобретений заключается в упрощении конструкции канала с системой охлаждения и повышении надежности эксплуатации.

При осуществлении группы изобретений по объекту-способу технический результат достигается тем, что в способе охлаждения канала МГД-генератора, включающем подачу хладагента в зону охлаждения в направлении, совпадающим с направлением потока основного рабочего тела, в канале, или непосредственно после него, отделяют часть потока основного рабочего тела, осуществляют его охлаждение и используют охлажденный поток рабочего тела в качестве хладагента, при этом обеспечивают циркуляцию хладагента по замкнутому контуру, включающему охладитель и зону охлаждения, образованную зазорами между стенками канала и тыльными сторонами электродов.

При этом для увеличения интенсивности охлаждения подачу хладагента на входе в зону охлаждения обеспечивают с повышенной скоростью относительно скорости потока основного рабочего тела. Охлаждение канала частью рабочего тела, отделенного от основного потока, позволяет не создавать дополнительную герметичную систему охлаждения с ее необходимыми элементами, то есть упрощает конструкцию канала в целом.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-каналу МГД-генератора достигается тем, что в канале, содержащем электроды, размещенные в корпусе, и систему охлаждения, включающую охладитель, систему циркуляции хладагента и патрубки подвода и отвода хладагента из зоны охлаждения, электроды установлены с зазором относительно стенок корпуса с образованием полости циркуляции хладагента, при этом патрубки подвода хладагента выполнены в виде ряда сопел, установленных на входной торцевой стенке корпуса с направлением струй вдоль тыльной стороны электродов. Для стабилизации основного потока рабочего тела и дополнительного охлаждения входных кромок электродов последние установлены с зазором относительно входной торцевой стенки корпуса с возможностью прохода хладагента из зон охлаждения в поток основного рабочего тела. При этом на боковых стенках корпуса в зоне охлаждения в зазорах между входной торцевой стенкой и ближайшими электродами установлены, по крайней мере, по одному ряду дополнительных сопел, направленных поперек зоны охлаждения в промежутки между струями основных сопел, установленных на входной торцевой стенке корпуса.

Кроме того, в электродах выполнены сквозные поперечные отверстия, сообщающие зоны охлаждения с основным рабочим потоком. Подача хладагента через сопла выполнена регулируемой по каждому ряду сопел. Регулируя подачу хладагента, можно реализовывать режимы пористого охлаждения электродов или уноса пограничного слоя.

На чертеже представлена схема устройства заявленной группы изобретений, где на фиг.1 изображен канал МГД-генератора, продольный разрез; на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. Канал МГД-генератора включает корпус 1, внутри которого установлены взаимно изолированные электроды 2, консольно закрепленные в державках 3. Между передними концами электродов 2 и входной торцевой стенкой корпуса образованы щели 4. Полости за каждым электродом 2 и стенкой корпуса в виде зазора представляют собой зону охлаждения 5, ограниченную входной торцевой стенкой 6 корпуса и прилегающими к ней боковыми стенками 7, противолежащими тыльным поверхностям электродов 2. Зона охлаждения 5 через щели 4 и сквозные поперечные отверстия 8 в электродах 2 сообщается с основным потоком рабочего тела. Система охлаждения, кроме зоны 5, включает охладитель 9, трубопроводы 10 подвода и отвода хладагента и насос 11. На передней торцевой стенке 6 корпуса расположен ряд сопел 12 для ввода хладагента в зону охлаждения с направлением струй вдоль тыльной стороны каждого электрода 2. На боковых стенках 7 корпуса, прилегающих к торцевой 6 и противолежащих электродам 2, с некоторым смещением относительно сопел 12 расположены сопла 13 с направлением струй поперек зоны охлаждения 5 в промежутки между струями ряда сопел 12. Отвод хладагента из зон охлаждения 5 и части потока основного рабочего тела из канала осуществляется через патрубки 14 и 15. Подача хладагента в зону охлаждения и выход из нее выполнены регулируемыми по каждому потоку и по каждому ряду сопел 12, 13 с помощью регулирующих органов 16 (вентилей, клапанов).

Способ охлаждения канала с использованием заявленного устройства осуществляется следующим образом. В процессе работы генератора часть основного рабочего тела, прошедшего через канал и снизившего свою температуру, отсасывается насосом 11 из канала и из зоны охлаждения через патрубки 14, 15, далее по трубопроводам 10 через насос 11 эта часть рабочего тела проходит охладитель 9 и уже в виде хладагента поступает к соплам 12 и 13 и вновь вводится в канал и зону охлаждения. Проходя по этой зоне, хладагент охлаждает электроды с тыльной стороны и одновременно противолежащие электродам стенки корпуса. При движении основного рабочего тела по каналу через щели 4 происходит "подсасывание" хладагента из зоны охлаждения 5 в основной поток рабочего тела. При этом происходит омывание передних концов электродов с наружной (обращенной к основному потоку) стороны. Для компенсации потерь хладагента, уходящего в щели 4, через сопла 3 подается дополнительный хладагент. Количество "подсасываемого" хладагента на входе в канал и отбирается рабочего тела на выходе из него зависит от режима работы канала и степени открытия регулирующих органов 16. Регулировка подачи хладагента в зоны охлаждения 5 позволяет влиять на аэродинамическую структуру основного потока рабочего тела, при этом, с увеличением подачи появляется возможность осуществления пористого охлаждения электродов через отверстия 8. А при увеличении отсоса через патрубки 14 появляется возможность осуществления уноса пограничного слоя. Регулирование подачи хладагента через сопла 12, 13 позволяет стабилизировать процесс охлаждения канала в оптимальном режиме, при котором уменьшается эрозия электродов, повышается эксплуатационная надежность, увеличивается срок службы МГД-генератора.

Формула изобретения

1. Способ охлаждения канала МГД-генератора, включающий подачу хладагента в зону охлаждения канала в направлении, совпадающем с направлением потока основного рабочего тела, отличающийся тем, что в канале отделяют часть потока основного рабочего тела, осуществляют его охлаждение и используют охлажденный поток рабочего тела в качестве хладагента, при этом обеспечивают циркуляцию хладагента по замкнутому контуру, включающему охладитель и зону охлаждения, образованную зазорами между стенками канала и тыльными сторонами электродов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу хладагента на входе в зону охлаждения обеспечивают с повышенной скоростью относительно скорости потока основного рабочего тела.

3. Канал МГД генератора, содержащий электроды, размещенные в корпусе, и систему охлаждения, включающую охладитель, систему циркуляции хладагента и патрубки подвода и отвода хладагента из зоны охлаждения, отличающийся тем, что электроды установлены с зазором относительно стенок корпуса с образованием полости циркуляции хладагента, при этом патрубки подвода хладагента выполнены в виде ряда сопл, установленных на входной торцевой стенке корпуса с возможностью направления струй хладагента вдоль тыльной стороны электродов.

4. Канал по п. 3, отличающийся тем, что ближайшие к передней торцевой стенке корпуса электроды установлены с зазором относительно торцевой стенки с возможностью прохода хладагента из зоны охлаждения в поток основного рабочего тела, при этом на боковых стенках корпуса в зоне охлаждения в зазорах между входной торцевой стенкой и ближайшими электродами установлены по крайней мере по одному ряду дополнительных сопл, направленных поперек зоны охлаждения, в промежутки между струями основных сопл, установленных на входной торцевой стенке корпуса.

5. Канал по п.3, отличающийся тем, что электроды выполнены со сквозными поперечными отверстиями, сообщающими зону охлаждения с рабочей частью канала.

6. Канал по п.2, отличающийся тем, что система циркуляции хладагента выполнена с возможностью регулирования подачи хладагента в каждый ряд сопл.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2