Pierwszenstwo: 22.111.1966 Francja Opublikowano: 29.XI.1969 58582 KI. 21 d1, 5 MKP H 02^ tti , h\oi UKD Twórca wynalazku: Dawid Yerouchalmi • (LhwA- Wlasciciel patentu: Commissariat a 1'Energie Atomiaue, Paryz (PrlMa^^i1*^*^ - Scianka elektrycznie izolujaca Wynalazek dotyczy scianki elektrycznie izoluja¬ cej do dyszy elektrycznego generatora magneto- hydrodynamicznego MHD pracujacego w obiegu otwartym.Generatory te zawieraja dysze o przekroju pro¬ stokatnym, w której gazy spalinowe majace tem¬ perature rzedu 2700—3000°K na skutek utleniania sie lub pod wplywem doprowadzonego powietrza o wysokiej temperaturze sa jonizowane przez rod¬ niki alkaliczne, uzyskujac w ten sposób przewod¬ nictwo elektryczne rzedu od 10 do 40 oiho-m.Te zjonizowane gazy znajdujace sie w silnym polu magnetycznym (wiekszym od 2 tesli) poru¬ szajac sie w kierunku prostopadlym do dwóch przeciwleglych scianek dyszy z predkoscia okolo 700 do 800 m/sek. staja sie zródlem pradu elek¬ trycznego, którego kierunek jest prostopadly do kierunku przeplywu gazów i do kierunku pola magnetycznego, zgodnie z prawem L.aplace'a. Prad ten moze byc zebrany w zewnetrznym obwodzie obciazenia pod warunkiem, ze dwie pozostale prze¬ ciwlegle scianki dyszy sa elektrycznie przewodzace, a przewodnictwo elektryczne miedzy gazami gora¬ cymi zjonizowanymi i powierzchnia czolowa elek¬ trody przebiega bez znacznego spadku napiecia.Scianki elektrycznie izolujace dyszy generatora elektrycznego nie powinny byc zródlem uplywo¬ wych pradów powierzchniowych lub objetoscio¬ wych, co powoduje nadmierna utrate energii.Znane sa scianki izolujace metalowe, które skla- 10 15 20 25 30 daja sie z kostek (na ogól kwadratowych) izolo¬ wanych elektrycznie miedzy soba przez elementy ceramiczne. Chlodzenie w tych sciankach odbywa sie poprzez wewnetrzny obieg strumienia powietrza lub wody.Wada tego rodzaju scianek elektrycznie izolu¬ jacych jest powstawanie na chlodzonej powierzch¬ ni czolowej warstwy czastek w postaci cieklej. Po¬ woduja one korozje kostek meta&wych, zas osa¬ dzajac sie na elementach ceramicznych z porowa¬ tego glinianu wapnia przenikajia w te elementy pogarszajac ich wlasciwosci izolacyjne.To powoduje, ze na sciance elektrycznie izoluja¬ cej tego typu powstaja po pewnym czasie prady uplywowe. Aby temu zapobiec, temperatura po¬ wierzchni czolowej scianki elektrycznie izolujacej powinna Ibyó utrzymywana (powyzej tefai!peratu(ryv rosy lub topnienia czastek alkalicznych, a prze¬ wodnosc ceramiki zastosowanych ^elementów raiUisi zawierac sie w granicach od I do 5 imhcin.Ceramika spelniajaca te warunki powinna byc malo porowata, gdyz ceramika porowata szybko traci swe wlasnosci izolacyjne. Produkowana z tlenku glinu, tlenku magnezu albo cyrkonu cera¬ mika elektrycznie izolujaca jest ceramika o zwartej strukturze, której gestosc wynosi 90% do 95% naj- wyzszeji gestosci teoretycznej. Wada tego rodzaju ceramik jest ich czulosc na udary termiczne. Tak wiec wyklucza to ich stosowanie w elektrycznych generatorach MHD, gdyz temperatura scianki czo- 58 5823 lowej dyszy siega wartosci rzedu 1900°—2000°K.Znane sa równiez scianki elektrycznie izolujace, które skladaja sie ze sztabek ceramicznych ulozo¬ nych równolegle do przeplywu gazu i podtrzymy¬ wane przez przegrody miedziane, przebite przez przewody chlodzace. Wada tego rodzaju scianek jest powstawanie szczelin, gdyz poddane dzialaniu termicznemu sztabki ceramiczne maja dlugosc znacznie wieksza od swej szerokosci.Celem wynalazku jest skonstruowanie takiej scianki elektrycznie izolujacej, która moze byc stosowana w dyszy elektrycznych generatorów MHD oraz bylaby wytrzymala na udar termiczny i miala duza zdolnosc odprowadzania ciepla, utrzy¬ mujac w ten sposób niska temperature powierzchni czolowej.Istota wynalazku polega na tym, ze scianka e- lektrycznie izolujaca dyszy elektrycznego genera- tora MHD zmontowana na obudowie wykonanej z materialu o dobrym przewodnictwie cieplnym sklada sie z osadzonych wzgledem siebie prosto¬ padle plytek i przegród tworzacych wneki, w które zamocowuje sie kostki: Kazda kostka na wysokosci równej glebokosci wneki zakonczona jiest czasza o odpowiednich rozmiarach, które przylegajac szczelnie jedna do drugiej, tworza czolowa po¬ wierzchnie scianki elektrycznie izolujacej, zabez¬ pieczajaca ceramike przed utrata jej dobrych wlas¬ nosci izolacyjnych.Plytki sa osadzone w obudowie przez polaczenie na jaskólczy ogon i grubosc ich wzrasta w kierun¬ ku powierzchni czolowej. Dla zwiekszenia prze¬ wodnosci cieplnej, plaszczyzny przylegle miedzy kostka, plytka lub przegroda pokrywa sie warstwa zawiesiny srebra, a powierzchnie miedzy plytkami a obudowa oraz miedzy przegrodami i obudowa pokrywa sie warstwa cyny stapiana w tempera¬ turze 400°C.Taka scianka elektryicznie izolujaca dyszy moze byc z powodzeniem stosowana w elektrycznych generatorach MHD.Dzieki odpowiednio dobranym wymiarom H, h, D i d kostek oraz grubosci przegrodzenia metalo¬ wego zapewnia sie uplyw strumienia cieplnego od¬ powiadajacy mocy termicznej, doprowadzonej do dyszy generatora MHD, co powoduje, ze tempera¬ tura ceramicznych scianek czolowych nie przekra¬ cza 1900 do 2000°K.Scianka elektrycznie izolujaca wedlug wynalazku jest dokladnie wyjasniona na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dysze generatora ze scianka we¬ dlug wynalazku w przekroju w plaszczyznie pro¬ stopadlej do kierunku przeplywu gazu. fig. 2 — te sama dysze w widoku perspektywicznym *z cze¬ sciowym przekrojem scianki, fig. 3 — dysze z od¬ miana scianki wedlug wynalazku w widoku z przodu, o czesciowym przekroju wzdluz plaszczyzny srodkowej, fig. 4 stanowi przekrój dyszy z powyz¬ sza odmiana scianki wzdluz linii IV—IV, fig. 3 fig. 5 przedstawia w perspektywie dysze z jeszcze inna odmiana scianki wedlug wynalazku.Dysza elektrycznego generatora MHD ze scianka elektrycznie izolujaca zawiera dwie elektrody prze¬ ciwlegle, z których jedna 10 jest uwidoczniona na fig. 1. Scianka elektrycznie izolujaca 12, przedsta- 18 582 4. wiona na fig. 2 sklada sie z obudowy 14, która jest wykonana z materialu przewodzacego, na przy¬ klad z miedzi. W niej jest zainstalowany przewód 16 do przeplywu wody chlodzacej (fig. 1), pola- 5 czony z przelotami 17 (ffe. 2). Miedzy elektroda* 10 oraz obudowa 14 i scianka 12 sa umieszczone plyt- . ki izolujace 18 wykonane na przyklad z ceramiki.W czoloweji powierzchni obudowy 14 sa wyciete dwa rzedy rowków 20 i 22. Rowki 20, równolegle io do kierunku przeplywu gazu, majia przekrój pro¬ stopadly w ksztalcie jaskólczego ogona.,Natomiast rowki 22, prostopadle do poprzednich, maja przekrój prostopadly w ksztalcie prostokata.W rowkach 22 umocowane sa za pomoca kolków 26 15 przegrody 24, a w rowkach 20 sa osadzone przez polaczenie na jaskólczy ogon plytki 28, które z wy¬ zej wymienionymi przegrodami 24, tworza wneki 34, gdyz wystajace ponad obudowe 14, czesci ply¬ tek 28 i przegród 24 maja jednakowa wysokosc H. 20 Czesc plytki 28, która wystaje ponad obudowe 14, ma przekrój prostopadly, rozszerzajacy sie ku gó¬ rze. We wneki 34 osadza sie kostki, 36 o podsta¬ wach kwadratowych wykonane z ceramiki izoluja¬ cej, których wymiary sa dopasowane do wymiarów 25 tych wnek, gdzie: H — jest wysokoscia czesci kostki na odcinku jeji zaglebienia we wnece i równa jest jej glebokosci, h — grubosc czaszy wystajacej bocznie z 30 ptodstawy od strony boku D, d — szerokosc wystepu, D — szerokosc kostki pod czasza Czesc górna kostki 36, wystajaca ponad wneke, zakonczona jest czasza o' odpowiednio dobranych 35 wymiarach, które przylegajac szczelnie jedna do drugiej stanowia czolowa powierzchnie scianki e- lektrycznie. izolujacej. Sztywnosc konstrukcji za¬ pewnia sie przez dwa plaskie kolnierze 30, które sa przymocowane do obudowy 14 srubami 32. 40 Przegrody 24 sa na obu koncach zaopatrzone w wystepy wykonane na wysokosci brzegów obuoTowy 14. Wystepy te sluza do umocowania dwu szyn 38, które sa wykonane równiez z ceramiki izolujace}.Jako przykladowo dobranymi wymiarami kostki 45 36 scianki elektrycznie izolujaceji wedlug wyna¬ lazku sa: D= 16 mm, H = 8 do 9 mm, h=3—4 mm, które stosuje sie dla strumienia termicznego od 40 db 50 watów/cm2 uzywajac ceramike cyrkonowa.Szerokosc d wystepu kostki 36, który przykrywa 50 przegrody 24 i plytki 28 zapewnia odizolowanie chlodzonej metalowej obudowy 14 przed, dzialaniem pradu powstalego w gazach spalinowych. Wartosc wymiaru d zapewnia równiez to, ze temperatura powierzchni czolowej scianki elektrycznie izoluja- 55 cej jest rzedu 1900—2000°K.Montaz tego rodzaju scianki elektrycznie izolu¬ jacej dyszy generatora MHD jest bardzo prosty.Do obudowy 14 zaopatrzonej w jeden z kolnierzy plaskich 30 zamocowuje sie szereg plytek 28 i kos- 60 tek 36 umocowujac pomiedzy nie przegrody 24, a nastepnie montuje sie szereg plytek 28, kostek 36 i przegród 24.Po zamontowaniu powyzszych elementów usztyw¬ nia sie konstrukcje za pomoca kolków 26 i na- 65 stepnie zamocowuje sie drugi plaski kolnierz 30.58 582 Dla zwiekszenia przewodnosci cieplnej rowki 20 pokrywa sie cyna, która po zamontowaniu plytek 28 i przegród 24 jest roztapiana przez ogrzewanie calosci do 400°C, zas plaszczyzny przylegajace do siebie kostek 36, plytek 28 i przegród 24 pokrywa sie warstewka lakieru z zawiesiny srebra, który topi sie w czasie pracy generatora.Zaleta scianki elektrycznie izolujacej wedlug wy¬ nalazku jest latwa wymiennosc jej elementów po dluzszym okresie eksploatacji, przy zachowaniu tej samej obudowy 14.Scianka elektrycznie izolujaca dyszy generatora MHD moze byc równiez wykonana w innych (od¬ mianach, które róznia.sie od opisanej wyzej tylko konstrukcja obudowy.Na fig. 3, 4 i 5 przedstawione Sa odmiany scian¬ ki elektrycznie izolujacej stosowane do dysz ge¬ neratorów MHD. Scianka pokazana na fig. 3 i 4 jest zlozona z kilku polaczonych czesci. Dla u- proszczenia, czesci pokazane juz na fig. 1 i 2 maja na fig. 3 i 4 ten sam numer zaopatrzony w znaczek „prim".Obudowa 14' w tej odmianie sklada sie z masyw¬ nej misy 40, majacej wydrazenia prostokatne 42 i z ramy 44, która utrzymuje przegrody 24', plytki 28' i kostki 36'. Obie te czesqi sa ze soba polaczone, na przyklad przez lutowanie. Rama 44 zawiera szereg wypustów 46, które przylegaja do podstaw wydrazen 42 tworzac w ten sposób szereg równo¬ leglych kanalów 48, przez które przeplywa od lacz¬ nika 50 do lacznika 52 ciecz chlodzaca. Laczniki 50 i 52 sa przymocowane do misy 40 za pomoca srub 54, a wszystko to jest jeszcze dodatkowo lu¬ towane dla zapewnienia jak najwiekszej herme¬ tycznosci.Na fig. 5 pokazana jest jeszcze jiedna odmiana scianki wedlug wynalazku, której czesci pokazane sa na fig. 1, 2, 3 i 4 i zachowuja ten sam numer 6 15 20 30 35 zaopatrzony tu w znaczek „bis". Odmiana uwi¬ doczniona na fig. 5 nie posiada przegród, lecz jedynie zmodyfikowane plytki 28". Kazda z tych plytek 28" ma ten sam przekrój jak w poprzed¬ nich odmianach, lecz dlugosc ich jest równa odleg¬ losci pomiedzy plaskimi kolnierzami 30". Kostki 36" maja czasze wystajaca bocznie tylko z obu stron, która pokrywa plytki 28". PL