Канал кондукционного магнитогидродинамического генератора
Союз Советских
Социалистических
Республик
<и>942551 (б1) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 09.06.81 (21) 3288302/24-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет—
Опубликовано 30.1182, Бюллетень ¹ 44
Дата опубликования описания 29.12.82
Н 02 К 44/12
Государственный комитет
СССР но делам изобретений и открытий
t 3) Щ 621. 362. .538.4 (088.8}
А.Н.Астахов, В.М.Ватенин, О.А.Глемба-Овидский, В.Г.Кириллов, В.И.Ковбасюк, С.А.Медин, С.А.Пащков и А.В;ЫЕтт трлин-=-....,. (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель
Ин ститут высоких температур АН CCCP (54) КАНАЛ КОНДУКЦИОННОГО i s ÃHÈÒOÃÈÄÐOÄÈHАМИЧЕСКОГО
ГЕНЕРАТОРА
Изобретение относится к области прямого преобразования тепловой энергии в электрическую магнитогидродинамическим методом и может найти применение в конструкциях каналов промыв|ленных МГД-генераторов, в частности, в каналах диагонального и фарадеевского типов .
Известен капas кондукционного секцжонированного МГД-генератора Г1), содержащий корот ко замкнутые рамки из электропров одного 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-генера.— тора является наличие неконтролируемых неоднородностей межрамочных напряжений, обусловленных нелинейными дуговыми процессами и флуктуациями параметров потока, Эти неоднородности гриводят к тому, что на части межрамочных промежутков возникают напряжения, превышающие н апряжения пробоя.
Появление межрамочного пробоя вызывaет разрушение межрамочной изоляции в конечном счете, выход канала из
j O строя,. Дополнительным недостатком аналога является наличие паразитцых кольцевых токов, возникающих в концевых зонах вследствие закорачивания фарадеевской ЭДС несекционированными эквипотенциальными элементами и приводящих к электроэрозии последних.
Наиболее близким техническим решением является канал кондукционного
МГД-генератора, содержащий секционированные электродные стенки, включающие электроды, и изоляционные стенки с протяженными электропроводящими модулями, расположенными год острым углом к оси канала (21 В этом канале МГД-генератора входной и выходной участки изоляционной стенки выполнены из веерообразных металлических модулей, постепенно изменяющих свой угол наклона к оси канала, приближаясь к направлению, перпендикулярному оси канала. Заканчиваются входной и (3425q1 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 позволя ет устранить указанный недостаток аналога, а именно, исключить неоднородность напряжений между соседними электродами в канале путем включения во внешнюю цепь канала (фарадеевского или диагонального, в рассматриваемом данном случае) ограничителей тока.
Ограничение тока в цепях, коммутирующих з«свипотенциальные электроды в ди а гон ал ьн ом к ан але, автомат иче c HH
Ограничивает величину межэлектродных
«апряжений и является, таким образом,. средством «редотвращения межэлектродного пробоя.
Одн (3 кО та кая кОн ст р)JI<ÖHя канала ."11Д- генератора имеет суще ственный
t3E t сзстато(<, (.ocTosIL ий 13 тс)м, ITQ Гpo 25 тяженные зле ктрог!роводные модули, начина!о!.;ие:sl у одной и зак (нчивающ?!в еся у другой электродной стенки и р Iзделенные на три электроизолирован«ь!е част«.. у оси канала и в центре 30 между анодной стенкой и осью канала, строго г«рямолинейны, в то время, 1<ак
Р СП.,ЕДЕЛЕ:?»Cc ПОТЕНЦ;«аЛа В ПЛаЗМЕ
Mc>3(ply электродными стенками, особен—
;о I3 .30!!ах, примыкающих к электродам, Д
cyI:IecтвеннО непрямолинейно, В этих усJI013H$1)< Hps»I(олине йные электроизоляционные модули принимают плавающий потенциал, равный г отенциа):у плазмы одной из точе к проекции модуля (вооб- »Г? ще говоря, неконтролируемой ) на продоль нос. сечение канала „Это приводит „ с одной стороны, к возникновению паразитных кольцевых токов, .?аМыкающихся на протяженных электропроводящих модулях, и с другой стороны, к появлению разности потенциалов между протяженными электропроводящими модулями ?3 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 уменыаает КПД.
Цель изобретения состоит в повышении надежности канала и КПД канала.
Поставленная цель достигается тем, что канал кондукционного магнитогидродинамического reнератора, содержа- Я) ший секционированные электродные стенки и изоляционные стенки с протяженными злектропроводящими модулями, расположенными под острым углом к осН канала, ко †ор в зонах сопряжения электродов и 1!ðîTH:;с:.=Нных электропроводящих модулей дополнительно содержит по крайней мере один, расположенный вдоль канала, ряд модулей, линейный размер Р которых заключен в интервале:
0,1P,<Е < 101 где 8э — шаг секционирования электродов вдоль электродной стенки канала на рабочем участке.
Под линейным размером дополнительных модулей здесь и далее понимается их наибольший характерный размер поперечного сечения, в частности для прямоугольника — его большая сторона.
«Jar секционирования электродов вдоль электродной стенки ка:»а:!а сос вет т— вует н-31!I(vI! ьшеII =: . к..:," э>- нем и 31!3.а"JI E! и и И P c3 3 МС. Р У Э -! Е 1(Т ) () l, Ã=, i П 1.: Il á 0 -I E I
УЧаСТКЕ,. 3c3! До !олниfå)I> Н е с());.,.(!)1,:..:.;!03!СжЕН— »ые в 30н ах ("f)ilð à):. е.;-; ?»(3 э (;!, 1) с)дных ИЗОЛЯЦИОННЫХ СТЕНОК l) НПЛП, ДО:!)=".-., иметь шаг ceK.:;Hc»3?!p;)13::.нин б() .ь .е 0 у 1 ОТ «301 cl C H!!HOН ц О!»ач*- 3 -- . "p0, (О в вдол ь:3 пс !с pc, !1011 .::с»!3. ..!! .3! а TilI< как !3ыг.олно. .:;:.; с:1:!с:: . -,:: -;;-;-,:-0 шага их секцион !po::::.п«".я в:!-i: Hа»" 3Ha— ЧИТЕЛЬНОЕ УВЕЛИЧС Н:3(1, u-Ci?i K.: CI C0Г! P0Ò ?3 13)i(c НИ Е .)и Сl Е! 11 ... . 1(.:, : »i;l j! МО— ДУЛЕЙ, СЛОЖI(С»i! И(3 1! !03)(:ЫН ; :. 1;()(ICT— ру кции;сан:ла . Г с:вов, -) »е;)е; ь., (3; ли 3(а» с)(!(ij?3013 и? Ов i- к !1, : ", : 1! ; — Р" болс с),. чем 10 в!п» Ов, -О .. 0 !1:)?(в()де-. ! е! О!1,, 1 (! 1 (ДУ 0 с е 3 !1-1 . и " l .. ) !l \ t 3 : 33 1 3 -ж HocT i-. их р;;(-)от! 3(3 ч .-..; ув() ..1;! -»с>н?!1! 3)аз !»Ост?! 11()3 е ii!1)с:3) 0 33: с(«жду соседн !!1
МО ДУ JI SI M H . 1- . П О,; l ji 1; Е и К t) 0 Н . К . 0 13 (H» ?3 l электри-«е(-«.-х дуг. 1.:.зр;-.;:а!)!!?!х злект130?1 зол в» Ци&.". Ii 3 Jlc Mo l! 1 . H з 0)1?3:,i!0!! !Iой ЭЛ(c(ТP,--,ДHОй .-"Г !! ;.; Р—, 1- Ожс!3!!;gr данном месте. Такое выг ол нение:.: н -.:..31» >1Г. 1- гене: а т Ор а и О В l l!3! а е т е: 0 ?! а;«с л(н 0 с т ь ?3 - (ПД . 11аДежность канала УлУ Ii:ic! CòсЯ вслеДcтвие уменьшения вероятности пробоя между электро Ip0!30 ?!Q?!. <и эл -Me!«T(IMH к ан ала, так как;!ри в!3с«де нии в зонах сопряжения электродо и проTÿÿåíных диагональных модуле!! мелкомодульноГО cc KIIH oHHpoB !I H я рс;0 умен ь .«ает сН межэлементн:-.:е напр. жен;.я во всем Yàíàëå. ПО этс 1 )j:: !ричине, а также вслелст в е умен ь.:к !»и;-. Гараев: !»ых кольцевых токов на протяженных модулях, которые особенно интенсивны на протяженных модулях, !«римыкающих к электродам,, повышается КПД канала. На фиг.1 представлен общий вид канала И1 Д-генератора; на фиг.2 схема, поясняющая ol" ределение шага K!O J« лей; на фиг.. 3 — общий вид канала, поясняющий пример конкретного выполнения предлагаемого канала. 942551 Канал содержит изоляционну1а стенку, выполненную из протяженных злектропроводящих модулей 1, расположенных в центральной части изоляционной стенки под углом к ее продольной оси, и секционированную электродную стенку с электродами 2. Входной и выходной участки изоляционной стенки канала выполнены из веерообразно 1<""положенных металлических модулей 3, В зонах сопряжения зле <Трс ов и 0 протяженных модулей канал содержит по крайней мере, один мелкосек;иони— рованный ряд модулей 4, расположен— ный вдоль канала. Элементы электродной и изоляционной стенок крепятся ь корпусе 5 канала 14ГД-генератора. Дополнительные модули 4 могут бы-.ь выполнены на алек-.родной стенке или На ИЗОЛЯЦИОННОЙ СТЕН i<а ИЛП Hcа ЗЛЕ Кв тРОДНОй И На И 3OЛЯЦИОННОй CTÅÍ! Кроме того, дополнительные модули имеют токов::воды б (фиг. 3 ) дг1я электрической ко.". 1ута;.1ип Hi< -. эге!<1; Одам.:=. 2 И ПрОТяяЕННЬIМИ Э11Р1<т-,;СП1.. С Вод -r;Htr.11< модулями 1 Hэоляпи лi!! 1< стс1 Ок. 2) Ли н ейный P d 3 ме Р 1: ЛО o H H!! T е л 1.; 1п.1 .< модулей 4 дол:-;с.. н бы-1. бол .:::-.: О, 1 шаГа Ссt ? яды Йополнитель 1ы:< мслкос.:.=.Нпио..:":— рован1.,ы.< мор;,: -1е-„» дол<1<вы О.< т<1 1, в в ЗОну и скри Зле пня 1ин пй э к!111:.,тен,l! а ЛЕй На СтЫ < c < СТЕНОК .!;1HНаl.d И::ОЛНI чество их може г быть .IàPС ic. Ir. r - а1< как ширин<а во<и-;:..скpl .". уilF I чи— В ает СЯ 1< i<ÎÍI, y хан 11ла . ПОСТ и СВ.; а Дct— же одного ряда . .елкосекп1 .:-1ированн11х модулей в зоне сопря;:::o!HIHI электрод— нь1х и изоляцио1 H =-- с снох канала по- 4 <1 вышает н адежH осТ ь 11 КПД t< 5н d tel !1 Д- генератора. Предлагаемое óñTройc=во габотает следующим обра-.-,ом. После пода;:=. < абочего тела и установления номнна.1ь:1ого ре.f 1ма работы канала 14ГД-венер=-.тора ли !Hc! эквипотенциалей в в1лазме представляют собой в центральной ча H 1 <анала грямые, расположенные под некоторым углом к оси канала и имеющие искривления в при электродной зоне i 3 1. В соот вет ствии с этим распределением эквипотенциалей в плазме и"-оляционная стенка в центральной ее части выполнена из прямолинейных протяженных электропроводящих модулей 1, расположенных под углом, равным углу наклона эквипотенциалей к оси канал-, и имеющих малый шаг в направлении нормали к эквипо- 60 тенциалям плазмы. B приэлектродной зоне изоляционные стенки заканчина1втся по крайней мере одним рядом мелкосекционированных модулей 4, расположенных вдоль,5 электродной стенки, потенциал по ко-1 торым 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 <ольцевого тока между областями плазмы с различными потенциалами через t-,ротяженные электропроводные модули. В результате строгого соответствия p==.cïðåäåëåHèÿ потенциала в плазме потенциалу отдельных изолированных электропроводных элементов изоляционной стенки кольцевые токи, перетекаю 1ие из одной области плазмы в другук через гротяженные злектропроводнс1" модули, практически отсутствуют, предупреждается воэможность пробоя между элементами изоляционной и электродной стенок и, следовательно, возможность злектрозрозионного разрушения конструкции, значительно увеличиваетс11 надежность и ресурс (в 1,52,5 "-аза) работы элементов изоляционных H электродных стенок канала. Пов1т:. ".!ll.e ."1а 1=. КПД канала МГД генера Topd Обеспечивается за счет снижения -..;рь, связанных с кольцевыми токами, ..: .. "«к "::." ö 1ми через протяженные электр< прОвОДные 11одуЛи МЕЖЦУ Областями ПЛ.: З:.1Ь1 С Р t=>.tir<ÌI: ПОтЕНЦИаЛаМИ И За ..-.е. !I полне..пя электродов и протяж:-и:i < модулей диагонального канала ..ccpcäc-:Ом наружной электрической ко1.;:..:ута 1ии, в соответствии с оптиII .1ьной I еометрической конфигурацией, o" спеч".ваю:<1ей наилучшие условия для надежной и длительной работы модулей элсктроднь1х и изоляционных стенок канала в номинальном режиме и с максималы1ым КПД 1ГД-генератора. В настоящее время в ОКБ ИВТАН разработан эскизный проект канала МГДгенератора установки у-25, который явт1яатся грототипом для канала .4-ДЭС-500. Данный канал (фиг.3) со" держит электродные стенки, на которые крепятся С-образные электроды 2 с шагом секционирования вдоль электроднои стенки 20 мм и изоляционные стенки с протяженными электропроводящимп модулями 1, электроизолированныкы друг от друга и расположенными под углом 30< к оси канала. Шаг сек11иснирования протяженных модулей 1 в направлении нормали к ним в плоскости изоляционной стенки равен 20 мм. Ка 1ал в зонах сопряжения электродной и изоляционной стенок дополнительно содержит три ряда мелкосекционированных модулей 4, имеющих форму квадрата в плане, с шагом секционирования в гродольном и, соответственно, поперечном направлениях 30 мм. Входной и выходной участки изоляционной стенки 9425 1 канала выполнены из веерообразных протяженных модулей 3. Входное сечение кан ала — прямоугольн и к р азмером 286<460 им со скругленными (R 100 MM ) углами. Минимальное расстояние между электродными стенками в налравлении протяженного диагонального модуля 1, расположенного На оси изоляционной cTBHKH., 640 мм. Применительно к формуле изобретения данное техническое решение означает, что имеет место Рэ=20 мм, 1= =30 мм. При этом на рабочем участке канала шаги секционированкя вдоль канала электродов, мелких изоляционных модулей и протяженных диагональных модулей составляют соответственно 20, 30 и 40 мм. Выбор шага cBi(i!HCH,Iрования мелких модулек в и О »о>!1,!» .. направлении 30 мм Обесгечква т, га образом, постег!е нный переход От ша» . секционированкя электродов 23 мм к шагу секциоцирования протяже1»ннх ilo— дулей вдоль ка!»ал; 40 мм. В этo/7;:.:у чае один протяженный модуль,»ерекрывает 1, 3 мелких модуля к од-.н ./е:l!(,I! . модуль перекрывает 1,5 электрода., Такое решение существенно псв з ..-ет электрическую !»рочносгь кац,»д:: сравнению с прототипом, в кого(:О1.; один протяженный модуль пе/эе кp:-:.:, непосредственно два э/;екгрод1. этого в данном техническом р=.:-»е.»: и электроды 3 к протя>!(Bпные мо.-.ули разделены тремя рядами мелких мо; лей 4. При шаге секционирова.-»ия:елких модулей 4 в попере ьцом напр.. IBнии 30 мм обеспечквается 4 раз: а потенциала в зоне его накболз рез— кого изменения, имеющей протяженное! около 100 мм. В целом между зкви:!»вЂ” тенциальнымк электродами получает не менее 8 (разрывов потенцкапа / позволяет предотвратить межмздуль ":.;. пробой на изоляционной степке Ilр;: характерных для каналов устав Ов ки у-25 неоднородностях и флукт уа, .:-:..: / электрических параметров. Предложенная конструкция канала МГД-генератора может быть испо и: Ог»..:. на для реализации фарадеевскои с (е " .1 канала, так как îíà IIoJIHocTьlo c(>c-г-ветствует требовани.-:м, пред-.явлеп— ным к фарадеевскому каналу, к .!( электропрочности изоляционньх сте !., в направлении максимального градна !г,/! е потенциала, так и по секцио»- крова ц»1 электродных стенок. РеалкeBI,ия фа ив деевской схемы кана>!а 1!ГД-ге:1-:ерат(>p» производится путем соответствующих изменений соединения внешних кабелей /" и созданием режима нагруженкя, обес- 60 печивающего в ядре потока электрическое поле, эквипотенцкали которого расположены согласно направлении протяженных электропроводных модулей изоляционных стенок„ 65 При это!l то.lr"rl (T b кзОлл»;и(;!111ОЙ (>1 =H/(H снижается в 2 — 3 ра "»;1 по сравнен»!ю с обычной мелкомодульной изоляцконной стенкой фарадеевского ка »ала IpH Одновремен HQM снижен к:-. гидранлкче скогo сопротивления системы охлажден !я канала. Использование данной конструкции в канале установки у-25 и более мощнь:х:(BH алах промышленных 1(!ГД-у стан овок позволит примерно в 1,5-2,5 раза увели !ить ресурс работы элементов и золяцк О::цых и электродных стенок за счет значительногo уменьшения электроэррозионцо го и зноса;! снятия элекгркче(кого перенапряжения между элеi/7 B F I T Q.;/ H 7 / Е 7(Т /Э /> /Н О Й И И 3 ОЛ Я Ц И ОН Н л /й Я .;; . r (Р,, (i/Я 71!!! !iiÕ :О1 i,P!- !". -.м>1 уте,!(и, г. Обеспе,5(о.«роао.- !1:;и>: э:,=.. :BFIT(/F OT,. (>г;> l:o »1(!1>».»О ГЕН -К(/ 1-,, )Ц,» ./1 77) 7 T1ВЛ 2 |( !/: Р (1! Е : екпкснирования элек> доль э!!ект 7одной ;а»ат.а на рабочем к 1; . 1 ...:,, : „ф(>Р/7 1!!ИИ, .. >ап:»е пги эксг»ер .::г ".1:.:1 -" 3, 387. 15 1:/!. »1 .: — (/ 98(> г. 2, 7. !7 5у(1!>(>е вг» e 9 пеег i :>ere t s е(!!eg n et ol!(/d / rec ((èem1c s 8, 7u; t е и е, „ uп,е 18-20, 1979, р. Г. "i! 9,»ро Откп, 3. 1 »ет те:IBн}!"! Б !!ГЛ-кана (! .,»н ститу т высо!(их темп:: . 8 с. 46 — 51/ с. б 4-68. тH=!е g c! S utte ра т> p ...;их !.г! -«(»пг>;;же— р("зр(.;Ии -.Jlål, 1 - i . Ь. 1(-.;В:Е!/ Г!!(Ц»»ОИ и r; е!i;:l(; .. О/з ls )J! 1- T у!»е> H— :> -, -. !.,/1- а, ". /Е 7 Е> / Г Я О маг! зг:- ...ро; г -:J o 7»ные с.» е!» F и, И и, >»1„КО»ЦЫЕ -. /B;(c» rS i ec В,дя— rn! i i!! .1 М И 1 O J «! /к/ ,ц(.ст:! и (»Д/ капал в (. « .! SO>, OÁ и .ООТ Я: гl.i .:..",:, «/ Пжк; О край це ..".»ере "..:" СПО. »Ожс iH lй ВГ(ОЛEi Капа ci / РЯД :;;:,", !(! г:l! 1!!Ii 7й раз>7ер 8 кот >(>ых ! .7 Е; В iЯP 94 ."51 г, Составите- «-ооре«тор Р,.Ференд Редактор H.Àpècòoâà Техред 0 . .е -е Заказ 10489!4 Тираж 721 ВНИИНИ Государственного комитета СССР по делам изобретF ниИ и открытий 113035 !вмоскве, i — 35 . Ры.тскыл наб., д, 4у 4 Филиал H(!H "Патент", г,у:.:.: ород, ул. Г1роектнал, 
