Канал кондукционного магнитогидродинамического генератора

(22) Заявлено 09.06. 81 (21) 3288302/24-25с присоединением заявки НВ -(31) М. Кд. Н 02 К 44/12 Государственный комитет СССР ло делам изобретений и открытий(71) Заявитель Институт высоких температур АН СССР( 5 4 ) КАНАЛ КОНДУКЦИОННОГО МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРАИзобретение относится к областипрямого преобразования тепловой энергии в электрическую магнитогидродинамическим методом и может найти применение в конструкциях каналов промьюленных МГД-генераторов, в частности,в каналах диагонального и фарадеевского типов .Известен канал кондукционного секцщонированного МГД-генератора (1),содержащий короткозамкнутые рамки изэлектропроводного 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 эквипотенциальныеконцевые переходные элементы.Переходные несекционированныеэквипотенциальные элементы выполненыиз металла, охлаждаемого водой, накоторый с огневой стороны канала может быть нанесен защитный слой электропрочного и термостойкогоматериала,Основным недостатком известной рамочной конструкции канала МГД-генера. -тора является наличие неконтролируемых неоднородностей межрамочных напряжений, обусловленных нелинейными дуговыми процессами и флуктуациямипараметров потока, Эти неоднородностигриводят к тому, что на части межрамочных промежутков возникают напряжения, превышающие напряжения пробоя.Появление межрамочного пробоя вызывает разрушение межрамочной изоляциив конечном счете, выход канала из 1 О строя, Дополнительным недостаткоманалога является наличие паразитцыхкольцевых токов, возникающих в концевых зонах вследствие закорачиванияфарадеевской ЭДС несекционированнымиэквипотенциальными элементами и приводящих к электроэрозии последних,Наиболее близким техническим решением является канал кондукционногоМГД-генератора, содержащий секциони Орованные электродные стенки, включающие электроды, и изоляционные стенкис протяженными электропроводящимимодулями, расположенными год острымуглом к оси канала 2. В этом канале МГД-генератора входной и выходнойучастки изоляционной стенки выполнены из веерообразных металлических модулей, постепенно изменяющих свойугол наклона к оси канала, приближаясь к направлению, перпендикулярномуоси канала. Заканчиваются входной ивыходной участки канала короткоэамкнутой треугольной в плане рамкой,Такая конструкция входного и выходного участков изоляционной стенки канала МГД-генератора позволяет умень"шить интенсивность кольцевых токов наконцевых участках канала,Наличие протяженных электроизолированных модулей в прототипе позволяет устранить указанный недостатоканалога, а именно, исключить неоднородность напряжений между соседнигщэлектродами в канале путем включения во внешнюю цепь канала (фарадеевского или диагонального, в рассматриваемом данном случае) ограничителейтока.Ограничение тока в цепях, коммутирующих эсвипотенциальные электроды вдидгондльном канале, автоматическиОграничивает величину межэлектродныхнапряжений и Является, таким образом,.средством редотврдщения межэлектродного пробоя,Однако такая кОнстРУ 1 Ци 51 кансэла."11 Д- Гееердторд имеет существенныйтстОСТДТСК т СОСТОЯЩИЙ В ТОМ ЧТО Г)7 ОТЯжЕННЫЕ Э.тЕКТРОПРОВОДЕЫЕ МОДУЛИ,НаЧИНД:О:;НЕСЯ У ОДНОЙ И ЗДКсНЧИВаЮЩтт -еся у другой электродной стенки иРсЭДЕЛЕННЫЕ НД тРИ ЗЛЕКтРОИЗОЛИРОВДН 11 Е Чс 1 СТИ У ОСИ Ка 1 Ла И В ЦЕНТРЕ 30МОЖДУ ДНОДНОй СТЕНКОЙ И 7 СЕ Ю КаНсЛсстрого гтрямолинейны, в то время, какР тСПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕНЦ;ДЛа В ПлаЗМЕмежду электродными стенками, особене 7 в стонах, примыкающих к электродам, 5СУВЕСТВЕННО НЕПРЯМОЛИНЕйНО, В ЭТИХусловиях пряголинейные электроиэоляционные модули принимают плавающийпотенциал, равный готенциалу плазмыодной из точек проекции модуля Евооб- Оттс говоря, неконтролируемой) на продольное сечение канала Это приводитс Одной стороны, к возникновению пдрдэитных кольцевых токов,:аМыкающихся нд протяженных электропроводящихмодулях, и с другой стороны, к появлению разности потенциалов междупротяжен ыми злектропроводящими моду.лями и 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 К 7 НСТРУКЦИКт КаНаЛа, ЧтО СНИжает его надежность и уменыаает КПП.Цель изобретения состоит в повьшенин надежности какала и КПд канала,Поставленная цель достигается тем,что канал кондукционного магнитогидродинамического генератора, содержа- Яший секционированные электродныестенки и изоляционные стенки с протяженными злектропроводящими модулями,расположенными под острым углом к Осиканала, который в зонах сопряжения электродов и протя:;.диных электропроводящих модулей дополнительно содержит по крайней мере один, расположенный вдоль канала, ряд модулей, линейный размер Р которых заключен в интервале:О,С,1 О где Рэ - шаг секционирования электродов вдоль электродной стенкиканала на рабочем участке,Под линейным размером ДОПОЛННТЕЛЬных модулей здесь и далее понимаетсяих наибольший характерный размер поперечного сечения, в частности дляпрямоугольника - его большая сторона.,аг секционирования электродов вдольэлектродной стени ка:а;а сос:ветВУЕт НДГ.ЕЬШЕГГ т .Г 775 т ОМ 1:.ЕПтсВЛЕНИИ рс:МСру Э:Е.СТтгда та тдбо 1 ЕМуЧдСТКЕ, ЭЭК 515 т ОННОГ чдсдп Го.т: СаМИмагнита.ДОПОЛ ИТЕЛЫ Е, ГДУг:1 ОгтежЕН -НЫЕ В ЗондХ "СПВЯжт:т ИЯ Эт 1 ПЕПОТ 1 ЫХ 11изот я пион ных стенок с н дтл д ттгт;1 же аттМЕтЬ Шаг СЕКЦИСНИРСВДИЯ бсп; ЕО т. ОТ Ша Га СД КЦИСН; РОД .1 ., "РОлов вдоп1 етгдс т";г - с;1, т т;т 1 дтдк кдк в,г.слО 1; с; с.тс б -,:,: ",-:, Ошага их секциснировтния вы.: вд" зна -ЧИТЕЛтНСЕ УВЛИ 1(Н;т 1: ,П,;,ДГ:т:Ч,.:ОКО-ОСОГРОТ 11 В 1 сс НИ Я И Сз Е 11.1 : 1111 МО -ДУЛЕЙ, УСЛО 51Н И 1 1 У,17 ГГ .;ДН те 1 С 111 СТ -РУКЦИИ СДНДЛД, Г СЕтЕ, ОЧДРЕЛ, тСЛИтД 1 т.: К 1,ИОНН.ОВД.И 1 М 1".:;т ;,.11бОЛС О т ЧЕМ 10 .ОВ, -О Э. О ПРВГГЕТК ЭЛЕКТР 1 с.Стт.т;т, Рт"1 Д,"Н;т";,; К д;К -Ду СОСО 1 И.т Гт ", 1,1;т; .":;:.:;-; Н;,тжность их рдбОт 1 :д ч .; ;вт:;1 Чт" ИИЯРсаз 1 ОСТ 1 ПОТттппа.тС: 1 ДУ СОСЕ 7 НтГиттМОДУЛ 51 МИ т1.тт ПО,;Ят;Стй К ВОЭ Н.1 ОСИ 7зтектриче 7 гх г тт 1 г,дэ.ттт 7 ттх .т; -;ст 17 О е э Ол Я ци ю 1 т 3 л е: . и 1 1и э О 151:; О и ОйИ эл тТР "Дсот; СТО т т РДСС, О ЕтИвданном месте.Такое выг Однеие; пндд 51 ГЦ-геератора пов 1 шает епо едгте;ность т КПД.11 адежность канала улу 1",атется вследствие уменьшения вероятности пробоямежду электропровод:шими элементамиканала, так как 1 ри введении в зонахСОГтРЯЖЕНИ Я ЭЛЕКТРОДОВ и 1 РСЭТЯЖЕН ЕЫХДИД ГОН аЛ ЬНЫХ МОДУЛ Е 1 МЕЛКОМОДУЛЬ Н О -ГО СЕ КтИОНЕРОВ Днт: Я РЕ Э КО тМЕ Н ЬаЕТ СЯмежэлементнь:е напр жения во всемканале, ПО этой ричине, а такжеВСЛЕДСТВИЕ уМВтнт.;: НИЯ Гс:.раЭИТНЫХкольцевых токов на протяженных модулях, которые Особенно интенсивны напротяженных модулях, римыкающих кэлектродам повышается КПД канала,1 а фиг,1 представлен общий видканала М 1 Д-гееератора; на 1 еГ,2схема, поясняющая определение шагасекциОнирОВания допОлнительных гтодулей; на фигЗ - общий вид канала,поясняющий пример конкретного выполнения предлагаемого канала, 942551Канал содержит изоляционную стенку, выполненную из протяженных злектропроводящих модулей 1, расположенных в центральной части изоляционнойстенки под углом к ее продольной оси,и секционированную электродную стекку с электродами 2. Входной и выходной участки изоляционной стенки канала выполнены из веерообразно,.положенных металлических модулей 3,В зонах сопряжения электоо ОВ и Опротяженных модулей канал содержитпо крайней мере, один мелкосек;ионированный ряд модулей 4, располояенный вдоль канала, Элементы электродной и изоляционной стенок крепятся Вкорпусе 5 канала 14 ГД-генератора.Дополнительные модули 4 могут бытьВЫПОЛНЕНЬ 1 На ВЛЕК-, РОДсой СТЕН КЕ 51 ЛИна изОляциОнк ой стен к" илп на э ек -тродной и на изоляционной сенках.Кроме того, дополнительные модулиимеют токовкволы б (фиг.3) д 51 я электРИЧЕСКОй КОММУТа;1 ИП ИХ -. Э:.с КТРОДВМП2 и протяяен 11 ьми электОп(рсзводя;,11;модулями 1 изоляпио;и:.ссх стскок,/5ЛИНЕПНЬ 1 й РВЗМЕР Р ЛОПОЛНИТсЛЬС 1 йхмодулей 4 долясн быт. боль 1 О 0,1 шаГса СС КП ИО ИРОВ ВНПЯ .551 О КТРОДСЕЕ Н а Ра -бОЧЕМ УЧс".,СТ КЕ ВДсО 1 ЗЛСКТРОДс 1 ой С"Ек -ке 1 кае 1 алсс и 1(е н ьше 10 1,11 О В сс 1;1 сн 11РОВаПИЯ ЭЛЕКТРОДОВ.РЯДЫ ГОПОЛ 111 ГТЕЛЬ 1 Ы МЕЛКОСЕ КПЕЕОс 11: -рованкык мод,йей дол.(ны О:(:атпть Вс,ЗОНУ И СИРИ В 5:сПИЛ 1 И 11 ПЕ Э КВЕсСТЕК Д 1 а -лей на сты(ак стенок кака/ а и поли -чество их моЯет быть . ОРВ ск 1 сзс та:(Как 12 ИРИ 1 са З О 11 й И С с(Р 1. В 51 с 1.ЕсС УВЕ 1 Ч 11 -Ваетс 51 К Е:ОНЦус Как с 1 Лс" . ПОСТ ЦНСВа Да -же одного ряда мелкоссзкц 11 ое 1 ироьа нныхМОДУЛЕЙ В ЗОНЕ СОПР 51 сКЕЕЕПЯ ЭЛЕКТРОД -нь 1 х и изоляцио:.Нсйх стснок канала по - 40Вышает н адеян Ост ь 11 КПД как ад с,1 Д- ге -нератора.Предлагаемое устройство габотает следующим образо45После поЛа:. Е абос:его тела и установления комика:1 ь;ого ре.1 с;1 ма работы канала 11 ГД- енератора линии эквипотенциа;Еей в Т 1 лазме представляют собой В ЦЕНтРаЛЬКОй Ча.ти 1(акала ГсРЯ:сЕйЕ, расположенные под некоторым углом к оси канала и имеющие пскри 1 йления В приэлектродной зоне Е 3 3. В соответствии с этим распределением эквипотепциалей в плазме изоляционная стенка В центральной ее части Выполнена из прямолинейных протяженных электропроВодящих модулей 1, расположенных под углом, равным углу наклона эквипотенциалей к оси канала, и имеющих малый шаг в направлении нормали к эквипо тенциалям плазмей.В приэлектродной зоне изоляционные стенки заканчина 1 втся по крайней мере одним рядом мелкосекционировакных модулей 4, расположенных вдоль ,5 электродной стенки, потенциал по ко торым распределяется плавно, строгов соответствии с распределением потенциала в плазме, что снимает электрическое перенапряжение и вероятность пробоя электроизоляции междуэлементами электродной и изоляционной стенок, предупреждая появлениекольцевого тока между областями плазмы с различными потенциалами черезпротяженные электропроводные модули. В результате строгого соответствия распределения потенциала в плазме потенциалу отдельных изолированных электропроводных элементов изоляционной стенки кольцевые токи, перетекающие из одной области плазмы в другук сСрез гротяженкые злектропровод- КСЕ" МОдуЛИ, ПраКтИЧЕСКИ ОтСутСтВуЮт, предупреждается воэможность пробоя между элементами изоляционной и электродной стенок и, следовательно, возможность злектрозрозионного разрушения конструкции, значительно увеличиВаетсс 1 надежность и ресурс (в 1,5- 2,5 раза) работы элементов изоляционных и электродных стенок канала. Позы:Н 11 е ка 1 Ъ КПД канала МГД-генератора Обеспечивается за счет снижения;,; Ес;а,"Щ;1 Ь 1 ЧЕРЕЗ ПРОТЯЖЕННЫЕ ЭЛЕКТР( ПРОВОДНЫЕ 11 СДУЛИ МЕждУ областями ПЛ:сЗ:.1 Ей С РЦЗНЫМИ ПОтЕНЦИаЛаМИ И За.е 1(,йполнекия электродов и протяжзпных модулей диагонального канала посредством наружной электрической ко 1.;:.Еута Еии, В соответствии с опти:,: 1 ь 11 О 13 геометре 1 ческой конфигурацией, О спечивающей наилучшие условия для надсяной и длительной работы модулей элсктроднь 1 х и изоляционных стенок какала в номинальном режиме и с максимальеым КПД ИГД-генератора.В настоящее Время в ОКБ ИВТАН разработан эскизный проект канала МГД- гснс рсзтора установки У, который является грстотипом для канала".1 ГДЭС, Данный канал (фиг,3) содержит электродные стенки, на которые крепятся С-образные электроды 2 с шагом секционирования вдоль электродной стенки 20 мм и изоляционные стенки с протяженными электропроводящимп модулями 1, электроизолированкым 11 друг от друга и расположенными Под УГЛОМ 30 с К ОСИ КаНаЛа. ШаГ СЕК- е 11 снирования протяженных модулей 1 в направлении нормали к ним в плоскости изоляционной стенки равен 20 мм. Ка 1 ал в зонах сопряжения электродной и изоляционной стенок дополнительно содержит три ряда мелкосекционированных модулей 4, имеющих форму квадрата в плане, с шагом секционировакия в гродольном и, соответственно, поперечном направлениях 30 мм, Входной и Выходной участки изоляционной стенкиканала выполнены из веерообразныхпротяженных модулей 3. Входное сечение канала - прямоугольник размером286/(4 б 0 им со скругленными 5(100 мм ) углами. 51 инимальное расстояние между электродными стенками вналравлении протяженного диагонального модуля 1, расположенного ча осиизоляционной стенки, 640 мм.Применительно к Формуле изобретения данное техническое решение означает, что имеет место Рэ=20 мм, 1==30 мм. При этом на рабочем участкеканала шаги секционирования вдоль канала электродов, мелких изоляционныхмодулей и протяженных диагональныхмодулей составляют соответственно20, 30 и 40 мм. Выбор д 1 ага секцио 11рования 1 лелких модулек в про/Оль 1направлении 30 мм обесп чква т, га.(.:.:образом, постег/е нный переход От шагсекционированкя электродов 23 мм кшагу секционирования протяже 1:ьннх мо -дулей вдоль канала 40 мм, В это 1 .1 учае один протяженный модуль ерекрывает 1, 3 мелких модуля к один лсе 11 к;1 ймодуль пере крыв ает 1, 5 элек г рота(.,ТаКОЕ РЕШЕНИЕ Суц(ЕСТВЕННО ПОВ(эь; Ет ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ПРОс 1 ОСГ 1/ К(1,сравнению с прототипом, в когор 1 лодин протяженный модуль песоекр:.:Иа"непосредственно два э/;ек 11 родт,этого в данном техническом рэ:1 е 11:иэлектроды 3 к протяженные мо,-.,лиразделены тремя рядами мелких мо;лей 4. При шаге секционирова/1 ия ;елких модулей 4 в поперечном напГ.( пении 30 мм обеспечквается 4 раз ; апотенциала в зоне его наиболз/. ркого изменения, имеюшей протяжеО 1(около 100 мм. В целом между экви; -тЕНЦИаЛЬНЫМИ ЭЛЕКтРОЦаМП ПОЛУ/1 аЕТ:.не менее 8 Разрывов потенци(1/1 а/позволяет предотвратить меж.лэ/1//511,:.;пробой на изоляционной степк: прхарактерных для каналов устацовкиУнеоднородностях и Флуктуац ях/электрических параметров,Предложенная конструкция кааг;а 11 ГД-генератора может быть ис 11 о,п эв на для реализации Фарадеевскои схе/:. канала, так как она полностью сг ветствует требовани.-:."л, г 1 редт 5(в 51 еп - ным к Фарадеевскому каналу, какэлектропрочности изоляционнь х стен( в направлении максимального град 1/1151/ с потенциала, так и по секцио 1.крова 1( электродных стенок. Реалк 51 ация Фара - деевской схемы канаа КГД-ге.нера 1 р производится путем соответствующих изменений соединения внешних каб/алей/( и созданием режима нагружения, обес печивающего в ядре потока электрк - ческое поле, эквипотенциали которого расположены согласно направлен/1 ю:1 ротяженных электропроводных модулей изоляционных стенок 659 с 15и(1:е,ратурПрк ЭТО/ Г,1 ОТ Ь ИЗ ГОТОВЛЕН Ия золя;1 и(;11 ной/" е 11 кк снижается в 2 - 3 раза по сравнен/ю с обычной мелкомодульной изоляцконной стенкой Фарадеевского канала при одновременом скженкк гидравлического сопротивлеНИ 51 СИСТЕМЫ ОХЛс 1 А(ДЕН 11 Я КаНада.Использование данной конструкции в канале установки уи более мощнь:х каналах промышленных КГД-установок позволит примерно в 1,5-2,5 раза увели//ить ресурс работы элементов изоляцкэных и электродных стенок за счет значительного уменьшенкя злектроэррозион 110 го износа и снятия элек - гркче(.кого перенапряжения между элементамими э/1 е 1(т(эо и ОЙ и из Оляцион н Оил;, . ( т(р;,/ ( в/- (анцых1 г и 1 Обеспе. ;С 1(01(РО 110 51;15: ЭЦЕ 1:ЕНТ(/В СТО 15 О ПО5 1; 1( И 11 О т / .. а 1 5( Л а 3 М 1 11(орректор А,Ферен едакто Подписное каз 10489/ Филиал ПП 1. "Патент", г,у(: ород, ул. Проектал,Тираж 721 ВНИИПИ Государствепо делам изобрет 118035( 1 осква, М -оыо комитета СССР от(оытиЯ Р ы ы аб д,