Газовый электрод для мгд-гене-patopa

 

О П И С А Н И Е „„ус}968З

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 241276 (21) 2433002/24-25 (51) M. Кл.

3 (23) Приоритет — (32) 24. 12. 75 (31) 643946 (33) США

Н 02 К 44/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 23,0161,Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 230181 (53) УДК 621.362:

:538.4 (088.8) (72) Авторы изобретения

Иностранцы

Милтон Томас Дули, Нельсон Алджернон Брэдли, Роберт Смит Хирс младший и Гари Элдон Статс (США) Иностранная . .ирма

"Рейнольдс металз компани" (71) Заявитель (США) (54) ГАЗОВЫИ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ МГД-ГЕНЕРАТОРА

Изобретение относится к магнитогидродинамическому генератору, в частности к усовершенствованным газообразным электродам для таких генераторов.

Известны МГД-генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию в результате движения нагретого до

«рысокой температуры электропроводного газа через магнитное поле. При таком движении между противоположными электродами, находящимися внутри генератора, наводится электродвижущаяся сила 111.

Однако быстрое движение нагретого до высокой температуры газа, а также действие электрических дуг, которое связывают основной поток плазмы МГДгенератора с нагрузкой, приводят к значительной эрозии электродов генератора $1) .

Известен генератор плазмы (электрод) для МГД-генератора, в котором с целью повышения степени ионизации плазмы, дуга перемещается в потоке ионизируемого газа от одной пары электродных элементов к другой, причем средством перемещения дуги является поток газа и магнитное поле генератора плазмы (2).

К недостаткам такого генератора (электрода), являющегося по существу газовым электродом МГД-генератора, следует отнести недостаточную степень ионизации газа и эрозию электродных элементов.

Цель изобретения — повышение степени ионизации газа и увеличение срока службы электрода за счет перемещения электрической дуги, возникающей между электродными элементами, по спирали и гашения ее в местах минимальной скорости ее перемещения по электродным элементам.

Указанная цель достигается тем, что в газовом электроде для МГД-генератора, состоящем, по крайней мере, из двух электродных элементов, расположенных один в другом, трубопровода для подвода ионизирующегося газа, источника питания для создания дуги между электродными элементами, устройства для создания магнитного поля В для перемещения дуги между электродными элементами, электродные элементы имеют удлиненную форму и расположены осесимметрично относительно друг друга, устройство для создания магнитного поля В расположено так, что вектор магнитного

799683 поля перпендикулярен потоку ионизи-. рующего газа и образует с осью электродных элементов непрямой угол, а в наружном электродном элементе выполнены каналы для подачи дугогасящего газа в местах минимальной скорости дуги.

На фиг. 1 схематически изображен

МГД-генератор Фарадеевого типа с сегментными электродами, на фиг. 2 изображен электрод, используемый в генераторе, общий вид, на фиг. 3 разрез А-А электрода на фиг. 2, на фиг. 4 — разрез Б-Б электрода на фиг. 2; на фиг. 5 — вид в плане стенки электрода, на фиг. 6 — принцип действия предлагаемой конструкции в !5 векторной форме.

Обычный ИГД-генератор представляет собой трубу 1, во входное отверстие

2 которой, входит основной поток нагретой до высокой температуры элект- Щ ропроводящей плазмы.

При правильном выборе формы и давления на выходе трубы 1 можно заставить плазму двигаться сквозь трубу с практически постоянной скоростью, проходя мимо одного или более электродов, таких, например, как сегментные электроды 3 и 4, включенные в цепь 5 нагрузки 6.

Так называемый "первичный" магнитный поток, перпендикулярный как направлению движения потока плазмы, так и вектору ЭДС, которая должна вырабатываться генератором между электродами 3 и 4, показан стрелкой В. 35

Электрод, изображенный на фиг. 2, включает в себя цилиндрический элемент 7, установленный на изоляторах

8 (фиг.4 ) внутри цилиндрической полости внешнего элемента 9, представ- 40 ляющего собой корпус с каналами 10 .для охлаждающего агента, снижающего температуру конструкции. Зазор между внутренним и внешним элементами электрода постоянен по всей длине.

Верхняя стенка корпуса 9 имеет центрально расположенный канал 11, предназначенный для истечения электродной плазмы.

Коллектор 12 (фиг. 3 и 4) системы ввода газа расположен внутри корпуса

9 и предназначен для ввода соответствующего газа, обычно инертного, например аргона, через проходы 13 в

4 иолость 14, где он обтекает центральный элемент 7 электрода, а затем попадает в генератор. С помощью источника 15 тока центральный элемент

7 электрода заряжается отрицательным зарядом относительно корпуса 9., Таким образом, между элементами 7 и 9 40 электрода зажигается дуга 16, которая ионизирует газ, проходящий через полость 14 между элементами 7 и 9, а получающаяся в результате этого процесса плазма вытекает из канала 11 45 в основной канал генератора, образуя при этом газообразный электрод.

Существенной особенностью конструкции является присущий ей эффект

"катодного пятна", т.е. естественная тенденция дуги 16 перемещаться внутри полости между двумя электродами

7 и 9, в особенности, если центральный электрод изготовлен из меди. В предлагаемых ранее системах, в которых вектор магйитного поля параллелен продольной оси электрода 7, а вектор плотности тока в дуге нормален к поверхности электрода 7, сила, действующая на дугу в соответствии с правилом правой руки, направлена по касательной к поверхности электрода.

Эта тангенциальная сила заставляет дугу вращаться вокруг электрода 7 в одной плоскости.

В предложении исключается необходимость во втором магнитном поле, так как предусмотрена установка электрода 7 под некоторым, отличным

О от О, углом к направлению магнитного поля 4ЧГД-генератора, как йоказано на фиг. 5.

На фиг. 6 приведена схема взаимодействия векторов поля и тока, иллюстрирующая принцип действия предлагаемого устройства. Если за ocb Х принять продольную ось электрода 7, а оси у и Z расположить в плоскости, перпендикулярной оси Х, то вектор магнитного поля В можно расположить в плоскости Х под углом а к оси Х.

Проекции вектора магнитного поля В на оси Х и Z показаны векторами.Вх и Bz

Вектор плотности тока дуги Д нормален в поверхности электрода 7 и имеет составляющие только по осям

У и Z. Следовательно, сила действует на дугу в соответствии с правилом левой руки; составляющая магнитного поля Вх и плотность тока 3 создают силу F>, т.е. сила направлена по касательной к поверхности электрода 7, составляющая магнитного поля В и плотность тока Ä создают силу F, т.е. силу, направленную вдоль электрода.

На фиг. 6 выбраны две точки Е и

F. В точке Е плотность тока имеет единственную составляющую Д, которая, взаимодействуя с составляющей магнитного поля В, создает силу

Fc, заставляющую дугу двигаться вокруг электрода. Эта сила определяется равенством: С = " )(В точке F плотность тока имеет единственную составляющую 3 . В

4 соответствии с правилом левой руки составляющая магнитного поля В и плотность тока 3 создают силу F

1 в продольном напра вле ни и . Продоль799683 ная сила в этой точке определяется как:

Bz

F составляющая взаимодействует

2 и создает си)„х

В этой же точке магнитного поля В„ с плотностью тока J лу

С К

В любой точке между Е и F на дугу действуют силы как в продольном так и в круговом направлении. В результате действия этих изменяющихся сил катодное пятно перемещается по траектории, изображенной на фиг. 6 штрихпунктирной линией. Следовате."ьно, дуга движется вперед и назад вдоль электрода 7 и полностью ионизирует газ в полости 14.

Продольные силы возникают всякий раз, когда вектор магнитного поля В имеет составляющие по оси У и/или по оси F.

В точках Е и G траектории движе"ния катодного пятна происходит эрозия электрода 7, которая устраняется вводом в концы камеры 14 газа, отличного от ионизируемого. Соответственно, в предлагаемой конструкции предусмотрены газовые вводы 17 и 18 (фиг.4). Этот газ выбирается таким образом, чтобы потенциал зажигания дуги в нем был выше. В основном, для этой цели используются двухатомные газы, в частности азот. Как следствие того, что этот второй газ требует для поддержания дуги более высокого напряжения, дуга на концах электрода 7 гаснет и снова загорается при обратном продоль:юм движении.

Формула изобретения

Газовый электрод для МГД-генератора, состоящий, по крайней мере, из двух электродных элементов, расположенных один в другом, трубопровода для подвода ионизирующегося газа, источника питания для создания дуги между электродными элементами, устройства для создания магнитного поля

В для перемещения дуги между электродными элементами, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения степени ионизации газа и увеличения срока службы электрода за счет перемещения электрической дуги, возникающей между электродными элементами, по спирали и гашения ее в местах минимальной скорости ее перемещения

20 по электродным элементам, электродные элементы имеют удлиненную форму и расположены осесиммртрично относительно друг друга, устройство для создания магнитного поля В расположено так, что вектор магнитного поля перпендикулярен потоку ионизирующегося газа и образует с осью электродных элементов непрямой угол, а в наружном электродном элементе выполнены каналы для подачи дугогасящего газа в местах минимальной скорости дуги.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции Р 2082734, кл. Н 02 N 4/00, опублик. 1972.

2. Патент США 9 3535586, кл. 15-111, опублик. 1970 (прототип) 799683

А-Я

t0

7 т2

ФигЗ

Составитель В.Кирсанов

Техред Е. Гаврилешко Корректор Г.Решетник

Редактор T.Kóãðûøåâà

Заказ 10117/88 Тираж 741 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Е-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Газовый электрод для мгд-гене-patopa Газовый электрод для мгд-гене-patopa Газовый электрод для мгд-гене-patopa Газовый электрод для мгд-гене-patopa 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для магнитогидродинамического преобразования тепловой энергии в установках закрытого и открытого циклов

Изобретение относится к технике высоких температур, преимущественно к конструкциям, работающим в условиях высокой температуры, больших тепловых потоков и скоростей продуктов сгорания, и может быть использовано для изготовления электродных и изоляционных модулей стенок магнитогидродинамического канала

Изобретение относится к энергетике и может использоваться для преобразования энергии в магнитогидродинамических (МГД) плазменных устройствах, к которым относятся МГД генераторы электрической энергии и МГД ускорители плазменных сред. Техническим результатом является создание капиллярно-пористых электродов для магнитогидродинамических плазменных устройств, не подверженных деградации и возобновляемых за счет пополнения жидкого металла из резервного объема, что увеличивает их ресурс. Для этого предложен капиллярно-пористый электрод, состоящий из замкнутого корпуса с расплавом металла, поверхность которого, обращенная к плазме, выполнена из волокнистого материала в виде пористых матов из металлических волокон металла с температурой плавления выше температуры плавления металла расплава, при этом корпус соединен с резервной емкостью с расплавом металла. Капиллярно-пористые маты выполнены из металлического войлока или представляют собой многослойную решетку. Металл расплава, металл пористого мата и эффективные размеры его пор выбирают из условия необходимой подачи расплава к поверхности мата за счет капиллярных сил. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх