Канал мгд-генератора

. (5)5 Н 02 К 44/10 ТЕНИ К ПАТЕ Н г,1 ри чат на ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(57) Сущность изобретения: канал МГД-генератора содержит изолирующие стенки, токоотводящие стенки 1, 2, составленные из поперечных электродных секций 3, 4 с керамическим покрытием 5 и токовы водам 7,Изобретение относится к энергетике иможет быть использовано для магнитогидродинамического преобразования тепловойэнергии.Целью изобретения является увеличение ресурса канала МГД-генератора, снижение расхода дефицитных материалов ирасвирение функциональных возможностей канала,Эта цель достигнута благодаря заменетвердого токовывода жидким с использованием расплавленного чугуна, заключенногов керамические трубы, которые соединеныколлектором для протока расплава и образуют электродные секции.На чертежах показаны: фиг.1 - каналМГД-генератора, общий вид с поперечнымразрезом; фиг. 2 - ступенчатый разрез А-Афиг. 1; фиг, 3 - разрез Б-Б на фиг.1; фиг,соединение канала с металлургической Ж 1831754 АЗ В35. Электродные секции выполнены в виде вертикальных труб 9, 10, 11, которые состыкованы через изолирующие перегородки 12, 13, Боковые стенки секций образуют огневую поверхность, Трубы заполнены металлическим расплавом, например жидким чугуном, и расположены с монотонным изменением уровней предельного заполнения смежных труб вдоль канала. В верхней части труб выполнены боковые отверстия, образующие коллектор внутри стенки. Верхние торцы труб расположены в одной наклонной к горизонту плоскости.Выход канала может быть подсоединен к металлургической плавильной печи. 5 з,п.флы, 12 ил,печью; фиг, 5 - разрез В - В на фиг, 4; фиг. 6 - вариант выполнения канала; фиг. 7 - вид Г на фиг. б; фиг. 8 - вариант выполнен канала; фиг. 9 - сечение Д - Д на фиг. 8; фи 0 - сечение Е - Е на фиг. 8, фиг. 11 - ва ант выполнения канала; фиг. 12 - ступен ый разрез на фиг. 11.Канал МГД-генератора включает токо- отводящие стенки 1, 2, составленные иэ ориентированных поперек канала электродных секций 3, 4 с керамическим покрытием 5 на огневой поверхности 6 и с токовыводом 7, расположенным под керамическим покрытием, Твкоотводящая стенка выполнена в виде ряда 8 заделанных обоими концами вертикально ориентированных труб 9, 10, 11. Трубы состыкованы через изолирующие перегородки 12, 13 боковыми стенками 14, 15, участки 1617 которых образуют огневую поверхность.Трубы заполнены металлическим расплавом 18, например, жидким чугуном, и расположены с монотонным вдоль канала изменением уровней 19, 20, 21 предельного заполнения смежных труб расплавом. В верхней торцовой части каждой трубы выполнены боковые отверстия 22, 23, образующие коллектор 24, расположенный внутри стенки канала. Металлический расплав в трубе покрыт слоем 25 жидкого шлака. Верхние торцы 26, 27, 28 труб расположены в одной плоскости 29, которая наклонена к горизонту 30 вместе с осью 31 симметрии канала.Между токоотводящими стенками канала расположены две изоли рующие стенки. - нижняя стенка 32 и верхняя стенка 33. Расстояние а между ними меньше высоты й трубы, измеренной между ее верхним 26 и нижним 34 торцами. Труба с расплавом подключена к внешней электрической цепи через охлаждаемый контакт 35, вставленный в отверстие нижнего торца трубы и покрытый слоем 36 отвержденного расплава. Трубы с тыльной стороны закрыты общим для них металлическим экраном 37 с каналами 38 для охлаждающей жидкости.Между трубами и экраном расположен изолирующий слой 39 керамики, например, из волокон. Над первой сверху трубой 40 выполнена воронка 41 для заливки расплава, Последняя труба 42 снабжена сливным отверстием 43, выходящим внутрь канала.Выход 44 канала, расположенный в нижней его части, подсоединен к плавильной металлургической печи 45, например, мартеновской, а наклон оси канала установлен с ориентацией на под 46 печи, покрытый расплавленным металлом 47. Вместе с каналом наклонены к горизонту камера сгорания 48, сопло 49, магнитная система 50 МГД-генератора. Печь имеет отверстие 51 для удаления продуктов сгорания.У трубы прямоугольного сечения стенка, обращенная в канал, может быть выполнена в форме накладки 52 либо вставки 53 из керамики с электропроводностью, более высокой, чем у остальных стенок, которые в таких условиях могут быть использованы как изоляторы.В рассмотренном варианте канала (см,фиг, 1 - 5) расстояние между изолирующими станками и высота труб постоянны вдоль канала. Расширение канала к выходу достигается увеличением расстояния между токоотводящими стенками 1 и 2. В другом варианте канала (см.фиг, 6, 7) при переменном вдоль канала расстоянии между его дном 54 и потолком 55 токоотводящая стенка 56 может быть выполнена из труб 57, 58, 59, высота которых ступенчато меняется вдоль канала, Трубы ориентированы перпендикулярно оси 60 канала и сообщаются 5 через окна 61. Уровни 62, 63, 64 металлического расплава 65 образуют многоступенчатый перепад. При использовании вставок типа 53 обращенные друг к другу стенки 66, 67 труб могут быть выполнены из изолирую щей керамики.Выполнение токоотводящих стенок изтруб 68, 69, заполненных металлическим расплавом 10, возможно также в каналах с более сложной формой сечения, в частно сти, с искривленными изолирующими стенками 71, 72 (см.фиг,8 - 10). В средней части трубы может быть выполнена перегородка 73, способствующая развитию конвекции расплава за счет его подъема у наиболее 20 нагретой стенки трубы.В следующем варианте канала МГД-генератора (см.фиг. 11, 12) электродные секции в форме керамических труб 74, заполненных металлическим расплавом 15, 25 свободно. пересекают полость 76 канала, укоторого все четыре стенки 77, 78, 79, 80 являются изолирующими. На рабочем участке 81 труб, проходящем через полость канала, трубы отделены друг от друга и от стенок 30 канала промежутками 82, 83. На концы трубы одеты верхняя втулка 84 и нижняя втулка 85, входящие в пазы 86 плит верхней 71 и нижней 78 стенок канала. Смежные верхние и, аналогично, смежные нижние втулки со стыкованы друг с другом.В верхней втулке и верхнем конце трубывыполнен сквозной паэ 81, который соединяет секции и входит в общий коллектор 88 для металлического расплава. В отверстии 40 89 нижней втулки расположена электропроводная пробка 90, соединенная с металлической шиной 91 и покрытая слоем 92 отвержденного металлического расплава.Сверху металлический расплав покрыт сло ем 93 жидкого шлака. При необходимости,трубы 74 в их средней части могут быть фиксированы дополнительными опорами, установленными на стенках 79, 80, Для непрерывного обновления металлического 50 расплава в трубе она в своей нижней частиможет быть снабжена диафрагмой с отверстием для постепенного слива расплава в гюлость канала.В канале МГД-генератора использова ны материалы трех типов:1) проводники с электронной проводимостью - металлический. расплав 18, 75; ши. на 91, пробка 90, контакт 35; 2) проводникис ионной проводимостью - трубы 9, 74, слои 25, 93 шлака; 3) изоляторы - остальные ке 1831754рамические детали, в частности, стенки 32,33, 77-80, втулки 84, 85, слой 39.Металлический расплав - чугун с содержанием углерода 2-5 мас,0 ь, Шина 91 - иэмеди либо стали, пробка 90 - из карбида 5кремния либо стали. При работе на газовомтопливе: трубы - из керамики на основеоксидов циркония либо гафния, стабилизированных оксидами редкоземельных элементов, изоляторы - из керамики на основе 10оксида магния либо иэ сплава оксидов алюминия и циркония. При работе на угольномтопливе: трубы из пористой изолирующейкерамики с возможностью пропитки ее шлаком, полученные, например, путем намотки 15керамических волокон иэ оксида алюминиялибо ето сплава с оксидом циркония, изоляторы - также из керамики на основе оксидаалюминия, сплава оксидов алюминия и циркония, сплава оксидов алюминия, циркония 20и кремния (бакор).Размеры труб: наружный диаметр 10 -100 мм, толщина стенок 3 - 20 мм, длина 50 -1000 мм.Ток через стенку трубы из оксида циркония переносят анионы кислорода. НаМГД-аноде анионы мигрируют от плазмы кметаллическому расплаву, где окисляются собразованием окиси углерода,.пузырьки которой всплывают е металлическом расплаве 30вверх по трубе, На МГД-катоде анионы кислорода движутся е стенки трубы от металлического расплава, на границе которого ониобразуются эа счет восстановления кислорода. растворенного в чугуне либо присутствующего в порах стенки трубы. Достигнувплазмы, анионы кислорода окисляются доатомов е составе образующихся в каналекислородных соединений, например, двуокиси углерода. Освобождающиеся при 40окислении электроны мигрируют черезплазму к. МГД-аноду, где восстанавливаются атомы кислорода из потока до анионов,При длительном, порядка счток, пропускании тока плотностью 1 А/см через стенку трубы МГД-анода углерод выгорает изчугуна и начинается образование оксидовжелеза, которые всплывают в слой 25 шлака. Для обновления состава металлического 50расплава периодически заливают его новыепорции в воронку 41, откуда он через отверстия 22, 23 растекается по трубам, вытесняяслой 25 шлака, Излишки металлическогорасплава и шлак сливаются через отверстие 5543 в канал, откуда потоком плазмы сносятсяе печь 45, обогреваемую выходящими иэканала продуктами сгорания. В интервалахмежду заправками канала расплавом перепад уровней 19, 20, 21.обеспечивает раэобщение расплавов в смежных трубах, исключая возможность замыкания секций расплав в боковых отверстиях 22, 23, Для заправки канала используют расплав 47 из печи 45, вводя в него за пределами печи необходимые добавки, например, углерод,Промежутки 82, 83 вокруг трубы (см.фиг.11, 12) улучшают межсекционную изоляцию, При выделении шлака из потока они препятствуют образованию сплошной шлакоЬвой пленки на токоотводящих стенках. Кроме того, промежутки выравнивают температуру по сечению трубы, повышая этим термостойкость токоотводящей стенки, Отсутствие специального жидкостного охлаждения упрощает конструкцию канала, повышает злектропроводность приэлектродного слоя плазмы, Оптимальным является однократное длительное использование канала. Однако допустимы перерывы в его работе с постепенным охлаждением расплава в трубах. Для первого заполнения труб могут быть использованы твердые металлические стержни, расплавляемые по мере нагрева канала, либо уже расплавленный металл, заливаемый в трубы после разогрева канала,В противоположность твердому токовыводу, температура применения которого ограничена его летучестью и плавлением, - например, 1700 С для хромита лантана, разлагающегося с испарением оксида хрома, - жидкий металлический токовывод позволяет повысить температуру токо- отводящей стенки - до 2500 С для трубы иэ оксида циркония, заполненной жидким чугуном. Выравнивая за счет конвекции температуру по сечению трубы и не имея внутренних напряжений, жидкий токовывод повышает термостойкость токоотводящей стенки. Это и обеспечиваемая перепадом уровней возможность многократного обновления жидкого токовывода увеличивает ресурс канала МГД-генератора. Кроме того, изменение состава металлического расплава в трубе по мере пропускания тока позволяет использовать действующий канал МГД-генератора для предварительной обработки жидкого металла, что расширяет функциональные возможности канала. Формула изобретения 1. Канал МГД-генератора, включающий две изолирующие стенки и две токоотводящие стенки, составленные из ориентированных поперек канала электродных секций с керамическим покрытием на огневой поверхности и с токовыводом, расположен 1831754ным под керамическим покрытием, о т л ич а ю щ и й с я тем что токоотводящэя стенка выполнена в виде ряда вертикально ориентированных труб; заполненных металлическим расплавом, торцы которых закреплены в изолирующих стенках, причем трубы расположены с монотонным вдоль каналаизменением уровня заполнения смежных труб расплавом, а в верхней торцовой части каждой трубы выполнены боковые отверстия, образующие коллектор внутри стенки.2. Канал по и, 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что выход в канале расположен в нижней части канала. 3. Канал по и. 2, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что выход канала подсоединен к металлургической плавильной печи.4. Канал по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я 5 тем, что верхние торцы труб расположены водной плоскости, которая наклонена по отношению к горизонту.5. Канал по п, 1, о т л и ч а ю щи й с ятем, что на участках между плоскостями изо лирующих стенок труба пересекает полостьканала.6, Канал по п, 1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что в качестве металлического расплава использован жидкий чугун,15Рослла 3 мрцвни ГЛ ГФ /У РБ РО Г 7 Р183.1754 Уиг. О Риг, Я оставитель Я, Гохштейн ехред ММоргентал Корректо елакт аказ 2554 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10