Пароэлектрический генератор

:Г 1 СВ ИДЕТЕ АВТОРС О НА ИЗОБРЕТЕНИЕ ПИСп парс-электрического генератора. зависимому авторскому свидетельству Г. И, Бабата, заявленному 7 декабря 1935 года (спр, о перв.181794). сновное авторское свидетельство на имя Г. И, Бабата и Р, П. Жежерина от 31 августа 1936 года48753,О выдаче зависимого авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1936 года, Настоящее изобретение относится к генератору постоянного тока, действие которого основано на переносе электрических зарядов струей адиабатически расширяющегося пара,Такой генератор был предложен по авторскому свидетельству48753,Изобретение заключается в дальнейшей конструктивной разработке указанного генератора.На чертеже изображен предлагаемый генератор.Испарение ртути происходит в котле К, По трубе Т ртутный пар поступает в сопло в котором он адиабатически расширяется. Снаружи сопло охвачено замкнутой камерой, в которой горит дуговой разряд. Поэтому ее можно называть дуговой камерой.Катодом дугового разряда служит жидкая ртуть Р. Анодом дугового разряда является электрод 4, Вывод анода через изолирующую втулку И, проходит через верхнюю крышку дуговой камеры. Возбуждение светлого пятна на ртутном катоде происходит посредством специального поджигающего электрода, вывод которого проходит в верх. ней крышке дуговой камеры через изолирующую втулку И,.Сопло может быть сделано как из диэлектрика (например, алунда, стеатита, фарфора, базальта, кварца и т. д.), так и из проводника (металла). В по. следнем случае сопло электрически соединено с катодом дуговой камеры и, следовательно, имеет потенциал последнего. В нижней части сопла предусмотрены щели, открывающиеся в дуговую камеру,Перед выходным отверстием сопла 5 помещается решетчатый электрод 6, на который подается отрицательный потенциал. Электрод этот снабжен цилиндрическим штифтом д, расположенным по оси сопла против щелей, ведущих в дуговую камеру. Сквозь эти щели положительные ионы из дугового разряда диффундир уют к отрицательно заряженным штифту д и экранирующей решетке 6,Поэтому вблизи выходного отверстия сопла 5 всегда существует положительный объемный заряд, плотность которого определяется величиной отрицательного потенциала электродов д и 6, их конфигурацией, величиной щелей в сопле и интенсивностью дугового разряда между электродами Р и А.Переохлажденный благодаря адиабатическому расширению пар конденси. руется вокруг положительных ионов.Образовавшийся объемно заряженный туман пролетает сквозь экранирующий электрод д, пролетает сквозь сетку О и попадает на стенки холодильника Х, которому и отдает свой положительный заряд.Сетка электрически соединена с холо. дильником Х, Поэтому заряженные капельки тумана попадают в тормозящее электрическое поле, не успев потерять бесполезно даже небольшой части своей энергии.Холодильник Х изолирован от сопла и дуговой камеры при помощи кварцевого или фарфорового цилиндра И,.Полезная нагрузка генератора включается между холодильником Х и одним из дуговых электродов (например, катодом Р). На чертеже зажимы, к которым приключается нагрузка, обозначены через Л. Дабы изолировать холодильник от котла К, вытекающая из холодильника ртуть пропускается через так на. зываемый капельный сепаратор Й. Последний представляет собой диафрагму, снабженную весьма мелкой перфорацией. Благодаря этому ртуть вытекает из холодильника не сплошной струей, а в виде отдельных капель.Трубка В, отводящая ртуть из холодильника, делается из изолирующего материала (кварца или стекла).На достаточном отдалении от холодильника, трубка В переходит в металлическую трубку П, по которой ртуть попадает в котел.К трубке В присоединена трубка Л, ведущая к вакуумному насосу. Назначение последнего - удаление посторонних газов, попадающих в генератор сквозь швы и уплотнения.В виду большого удельного веса жидкой ртути можно давать конденсат обратно в котел без посредства насоса. Для этого достаточно лишь расположить генератор выше котла.Например, при давлении в котле 10 ата при 10 ата температура насыщенного ртутного пара выше 500 (для безнасосного питания котла необходима разность уровней котла и генератора около 8 л),Для вычисления к,п.д. генератора весьма важно знать мощность, заби. раемую ионизирующей дугой. Порядок этой величины можно определить следующим образом: падение напряжения в ртутной дуге может колебаться от 15 до 25 Ч (даже в случае относительного большого давления ртутного пара вдуговой камере - несколько миллиметров - падение напряжения не превысит 30 - 50 Ч). Поэтому на каждый ампер тока дуги расходуется мощность от 15 до 50 ЧК.При соответствующей конфигурации сопла и дуговой камеры можно добиться того, что ионный ток на электроды о и 6 будет составлять 5 - 10% от тока дуги (таков, например, порядок величины сеточных токов в тиратроне), Предположим, что только 50% ионов, идущих к электродам о и б,будут уно. ситься струей пара к холодильнику. Тогда на один ампер конвекционного тока надо затратить от 200 до 500 %, Если напряжение конвекционного генератора 20 1 Ч, то затрачиваемая в ионизирующей дуге мощность будет составлять всего 1 - 2;4 от развиваемой конвекционным генератором мощности. Эта величина того же порядка, что и затраты на возбуждение альтернатора или динамомашины постоянного тока. Если же удастся построить конвекционный генератор на более высокое напряжение, то в нем потери на возбуждение будут составлять еще более ничтожный процент.Выясним теперь, какие величины токов и напряжений можно рассчитывать получить от конвекционного генератора.Представим экранирующую сетку 6 и сетку холодильника В в виде двух параллельных безгранично протяженных плоскостей. Тогда электрическое поле будет меняться только по координате, перпендикулярной к плоскости сеток; обозначим эту координату х и за начало координат примем плоскость сетки 6.Во всех направлениях, параллельных плоскостям 6 и О, поле меняться не будет, Краевыми эффектами также пренебрежем.Из плоскости 6 вылетают с началь. ной скоростью э, капельки с массой Я и зарядом е.Начальная скорость капелек определяется уравнением:э, м/сек. = 91,5 /А - А (1)Если считать, что капли приходятна электрод О с нулевой скоростью,том О 2 =иое,(3) Обозначим объемную плотность зарядов в пространстве между электро. дами р. Тогда плотность конвекционного тока Д 1= р,о (величина Ы для разбираемого плоского случая от Х не зависит),Кроме того для пространства между электродами мы имеем уравнение (в системе СНЕ) 1 РО- = 41 р 111 2(4)(в системе СОЯМ это уравнение надо было бы писать ., = 2 С=З 10"),Комбинируя уравнение д(= р, е с уравнениями (2) и (4), мы можем вы. вести (аналогично тому, как это делается при выводе формулы Лангмюира) зависимость между Д 1 и У,1Г 2 ено согласно формуле (3) / у У =2 Ъ поэтому формулу (5) можно переписать: и /2 - теплосодержание пара до и после расширения в сопле, В дальнейшем будем обозначать перепад тепло- содержания В сопле /1 - / =/,Формула (1) верна для любого рабочеготела (ртутного пара, водяного пара и т. д.). Разность потенциалов между электродами 6 и В обозначим У,.11 отенциал в произвольной точке пространства обозначим У скорость капель в этой точке о. Тогда для каждой точки пространства справедливо уравнение- М (о, - т) = Уе (2)кинетическая энергияъ. 1 о этого пара равна1 ооо-- %/ела =О,24 Если перевести формулу (6) из системы С 65 Е в систему практических единиц, то мы получимЗ,9 -- 11 1 Д/А/см= -э, сл(сек УЧО) (7) А(см.= -е, м(сек Ц 11 1 О )формула (7) показывает, что в том случае, когда масса капли достаточно велика для того, чтобы при данной скорости перенести заряд капли против поля холодильника, то предельная плотность тока прямо пропорциональна напряжению генератора и начальной скорости капель. Приняв во внимание формулу (1), можно уравнение (7) переписать такД 7= у 3.)ой/о 10, (8)Отсюда мощность, приходящаяся на 1 см 2 выходного отверстия сопла, равна ДР=Д 7 Ц = / /, Ь,10 И/слю 2 (9)Для получения больших мощностей необходимо строить генератор на возможно более высокие напряжения. В случае ртутного пара /, может быть не. сколько десятков. Возь ем, например /,=50 кал/кг и =1 сле, тогда при напряжении генератора 1000 ЧД/=2,5 тА/см 2; Р=2,5 10 % см 2,При напряжении же генератора 100 ЪЧДУ = 0,25 гп А/слР; Д Р = 25 %/ела"Определим теперь, каково должно быть конечное давление пара при выходе из сопла.Обозначим удельный объем пара при выходе из сопла 1, лР,кг, тогда через каждый квадратныи сантиметр. (0,0001 м 2) выходного сечения сопла будет проходить- - 10 кг/сек.оЭта величина ни в коем случае не должна быть больше величины, определяемой по формуле (9) (если энергия, заключаемая в струе пара, будет больше, чем это следует по формуле (9), то избыток энергии будет бесполезно пропадать), в пределе0 42 =7) л 8/сык Уо 10, (1 1) 1 оотсюда определяемЗная Ъ можно по таблицам пара найти давление, соответствующее этому Р, и при заданном расходе пара найти выходное сечение сопла,Например, при И = 1 сл, /, - 50, У, = 1000 Ч и Ъ, = 5,10" м/кг ко. нечное давление должно быть не выше 10При 0,=100 1 Л; У,=500 м/кг и конечное давление должно быть не выше 0,0004 сапа, т. е,со 0,3 люлю Нд,На основании формул (5) и (7) можно также вычислить характер изменения потенциала и скоростей капель в зависи. мости от расстояния х.21 - ,(14)зВ реальном генераторе заряженные капли приходят на поверхность холодильника не с нулевой, а с некоторой остаточной скоростью. Исходя из формул (13) и (14), очень легко учесть влияние остаточной скорости. В пределе, когда конечная скорость будет равна начальной, Ы будет в 4 раза больше, чем это следует по формуле (7). Под Ц тогда надо понимать не раз. ность потенциалов между электродами 0 и Й, а разность потенциалов между любым из этих электродов и минимумом потенциала, лежащим на половине расстояния между электродами. Потенциал в пространстве междуэлектродами равен:аи 4 и,;Ы"ипри х=д = 0 (поверхность холоИхдильника В)и 4 Ц,при х=О = -- "(поверхностьэлек.Их 3трода 0),Все вышеприведенные формулы справедливы не только в том случае, когдаионы переносятся конденсирующимисявокруг них капельками, но и когда механизм переноса ионов иной, лишь бытолько начальная скорость ионов быларавна скорости пара при выходе изсопла. Если скорость ионов будетменьше, возможные плотности тока наквадратный сантиметр также упадут.Мыслим, например, такой механизмпереноса ионов: быстро летящий нейтральный атом встречает медленныйион и обменивается с ним зарядом.Получается быстрый ион и медленнодвижущийся атом, Летя против поляхолодильника ион затормаживается.Тогда из него налетает новый быстрыйатом, который перенимает его заряд инекоторое время летит против поля ит, д.Выведенные формулы указывают,какова должна быть конструкция генератора. Расстояние между электродами0 и В должно быть возможно меньше,Градиент у электрода при этом возрастает обратно пропорционально расстоянию в первой степени. Плотностьже конвекционного тока возрастаетобратно пропорционально У.Скорость пара при выходе из сопладолжна быть возможно больше,Предмет изобретения.1. Видоизменение генератора по авторскому свидетельству48753, отличающееся тем, что электроды дуги, служащей для ионизации зоны, прилегающей к сетке, расположены в отдельной камере, окружающей сопло и соединенной с полостью последнего в выходной его части рядом щелей, а сетка в центральной части снабжена электро. дом в виде штифта о, входящего в соплогенератора и расположенного против указанных щелей в сопле,2. Форма выполнения генератора по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве катода ионизируемой дуги применена жидкая ртуть, помещенная на дне камеры, а анод указанной дуги укреплен на наружной части сопла,