PL60747B1 - - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 25.Y.1965 Francja Opublikowano: 15.IX.1970 60747 KI. 21 d1, 5 MKP H Twórca wynalazku: David Yerouchalmi Wlasciciel patentu: Commissariat a 1'Energie Atomiaue, Paryz (Francja) Elektroda o zlozonej konstrukcji do generatora magnetohydrodynamicznego o obiegu otwartym oraz sposób jej wytwarzania Przedmiotem wynalazku jest elektroda o zlozo¬ nej konstrukcji do generatora magnetohydrody- namicznego o obiegu otwartym oraz sposób jej wytwarzania, przeznaczana zwlaszcza do pracy w obszarze, w którym panuja bardzo wysokie tem¬ peratury na przyklad wskutek spalania paliw w atmosferze powietrza, ewentualnie powietrza wzbogaconego tlenem i atmosfery zapylonej pota¬ sem, jak to ma miejsce w przypadku generatora magnetohydroidyinamicznego o obiegu otwartym.W generatorze magnetohydrodynamicznym o o- biegu otwartym plaska plaszczyzna czolowa ele¬ ktrod praiou/jiaca w atmosferze gazów spalinowych, powinna byc wytrzymala na bardzo wysokie fieim- peratury rzedu 2000—3000°K ii odporna jna atmos¬ fere utleniajaca i na pary alkaliczne. Ponadto na styku gaz — elektroda powinien wystepowac spadek napiieciia pomiijalny wobec gazu zjoniilzowa- nego. Eleklirody te, a przymajiminiej ilch nagrzane plaszczyzny icziolowe, powilnnyi ponadto zadawala¬ jaco dzialac w .ciagu drugiego czasu.Plaszczyzna czolowa elektrody jest wykonana z tlenków ogniotrwalych, jak np. o^wuilenek cyrko¬ nu i dwutlenek toru,, stabilizowanych za pomoca 25 Jlenikiu wapnia lub jtriu, /Ponadto ta czesc eleik=, trody jest wykonana z pierwiastkówziem rzad-i kich, z cyrkonianu. strontu, wapnia lub baru, któ^ \ rym nadano wlasciwosci przewodzace za pomoca \ podatku dwutlenkju cyrkonu, j'Jednak po ostatecz-/ 30 10 15 20 nym nagrzaniu tych tlenków tylko czesc z nich staje sie przewodnikiem.Zjawisko takie zachodzi w generatorach maigne- tohydirodyinaimiioznych, w których elektroda o zna¬ nej konstrukcji zwykle w postaci plytki1, ma tylko jedna powierzchnie nagrzewana, a mianowicie po¬ wierzchnie stykajaca sie z gazem zjonizowanym.Grubosc plytki wykonanej z tlenku ogniotrwale¬ go, z jednej strony zalezy od wlasciwej jej prze¬ wodnosci cieplnej1, a z drugiej strony, od strumie¬ nia cieplnego powstajacego wskutek warunków pracy generatora inaignetohydrodymamicznego, w zwiazku \z tym tlenki ogniotrwale od pewnej glebo¬ kosci sa dostatecznie nagrzane, aby mogly byc przewodnikami.Celem wynalazku bylo opracowanie elektrody, w której wyeliminowano by powyzsze wady, a e- lektroda ibylalby odporna na dzialanie wysokich temperatur, na utlenianie i na trawienie zasada¬ mi jej czesci nagrzanej.Istota elektrody wedlug wynalazku jest to, ze sklada sie ona z- szeregu plytek, wykonanych z tlenków ogniotrwalych pojedynczych lub z ich mieszanin. Plyitkil te powleczone sa warstwami ~z metali ogniotrwalych, szlachetnych luib oibojetnych Li polaczone sa z obudowa metalowa, chlodzona we¬ wnetrznym obiegiem wody. Szczególnie odpowied¬ nimi materialami do wyrobu plytek sa: tlenek cyrkonu, utrwalony i wzbogacony dla uzyskania zwiekszenia termoemisji, cyrkonian wapnia, stron- 60 74? . /60 747 tu, (boru luib wapnia z dodatkiem dwutlenku cyr¬ konu o gestosci wynoszacej 85—90% gestosci teo¬ retycznej.S|pos6b wykonania elektrody wedlug wynalazku, bedacy równiez przedmiotem wynalazku polega na tym, ze powierzchnie plytek nie narazone na dzia¬ lanie gazów o wysokiej temperaturze, pokrywa sie kolejno warstwa rozpylonego metalu ognio¬ trwalego, szlachetnego lulb obojetnego, która jest polaczona iz plyitka przez obróbke icileplna, w tem¬ peraturze powyzej 850°C luib pokrywanie elektro¬ lityczne wspomnianych powierzchni metalem lub stopeitfojgniioijrwalym, sizLachetonym Uul obojetnym ewentualnie folia metaliczna o tych samych wlas¬ ciwosciach. Folia metalowa otacza tylko czesc plytki elektrody to znaiozy te czesc, która zasad¬ niczo jLatlezy od parametrów strumienia cieplnego generatora magnetohydirodynairiicznego i od wlas¬ ciwosci materialu plytki.Powleczone w ten sposób plytki sa ,ze soba po¬ laczone przez spawanie prostopadle do kierunku przeplywu gazów spalinowych. Plytki spawa sie ze soba w temperaturze wyzszej niz 1500°C. Za¬ daniem warstwy metalicznej plytek jest przede wszystkim zapewnienie przeplywu pradu elek¬ trycznego miedzy czescia goraca tlenku cyrkonu poddana dzialaniu gazów spalinowych i obudowa nosna elektrody, która jednoczesnie spelnia role elementu konstrukcyjnego, przewodów doprowa¬ dzajacych prad i elementu chlodzacego. Metalami szczególnie odpowiednimi na te warstwy sa pla¬ tyna, rod, iryd lub ich stopy.Zespól plytek polaczony jest obudowa z metalu, która jest dolbrym przewodnikiem elektrycznym i termicznym a majaca otwór wlotowy i wyloto¬ wy dla wody chlodzacej. Powierzchnia obudowy, na której opiera sie uklad plyitek, pokryta jest warstwa stopu ogniotrwalego, odpornego na dzia¬ lanie temperatury rzedu 1000°C, bedacego dobrym przewodnikiem elektrycznym* ale górszyitT prze¬ wodnikiem cieplnym niz imetal, z którego wyko¬ nano obudowe metaliczna. Zadaniem tego stopu jest umozliwienie przewodzenia pradu w zakresie temperatur miedzy zespolem powleczonych plytek i obudowa chlodzaca. Stop ten moze nalezec do szeregu metali nierdzewnych^ stali niklowanych lulb innych stopów ogniotrwalych.Uklad plytek pokrytych trzema warstwami z metali ogniotrwalych, szlachetnych lub obojetnych, których grubosci wahaja sie od 6/1000 do 12/1000 mm dla pierwszej warstwy, a od 2 do 5/100 mm dla kazdej z dwóch nastepnych, jest jednolitym, czolowym 'i ogniotrwalym elementem elektrody.Uklad ten) przenosi prad, wzbudzony mp. w gene¬ ratorze magnetohydrodynamicznym, do chlodzone¬ go za pomoca obiegu wody chlodzacej, wspornika metalowego bedzacego przewodnikiem elektrycz¬ nym i cieplnym. Wspornik iten jest jednoczesnia elementem konstrukcyjnym, sluzacym do polaczen elektrycznych :z ukladem elektrycznego obwodu luto obwodów .zewnetrznych., Szczególnie wazna cecha wynalazku jest to, ze przy kazydm sposobie dzialania generatora mag- netohydrodynamicznego, któremu odpowiada wlas¬ ciwy strumien cieplny, zapewnia sie temperature scianki zgodna z wytrzymaloada materialów, z których wykonano czesc czolowa elektrody i jed¬ noczesnie zapewnia sie taka temperature, przy której prad elektryczny przesylany jest do warst- 5 wy metalicznej plytek w granicach optymalnej przewodnosci elektrycznej, ponadto zapewnia sie taka temperature w miejscu styku plytki otulonej i stopu ogniotrwalego, przy której nie wystepuja zbyt duze róznice temperatury w plytce ceramicz- 10 nej. Dzieki temu unika sile powstania w tej plyt¬ ce szkodliwych naprezen cieplnych. W tym celu zastosowano taka ibudowe wspornika, która umoz¬ liwia regulowanie grubosci plytek po uprzednim ustaleniu optymalnych temperatur rolboczych dla 15 róznych czesci elektrody.W dyszy generatora magnetohiydrodynamicznego temperatura gazów spalinowych spada wzdluz ca¬ lej drogi o okolo 300° do 400°C, wskutek czego zmniejsza sile znacznie wspólczynnik sprawnosci 20 generatora w kierunku przeplywu. Ten spadek temperatury spowodowany jest glównie wyizwala- mitem sie energii podczas przelbyitej drogi a ponad¬ to spowodowany jest stratami cieplnymi przy sciankach. 25 Poslugujac sie wedlug wynalazku plytkami z tlenku cyrkonu lufo z cyrkonianu ogniotrwalego, o grubosci zmienianej na wsporniku metalowym od¬ powiednio przystosowanym, mozna oblUczyc i sprawdzic idoswiadczalnile grubosci niezbedne do 30 zapewnienia wzdluz dyszy stalej (temepratury czo¬ lowych scianek elektrod, jak rówmiiez do zapew¬ nienia stalej temperatury obwodu przewodzenia pradu, którym sa: plytka — warstwa metaliczna, warstwa metaliczna — ogniotrwaly stop metalo- 35 wy. ,W taki sposób cieplnie ujednorodnióna dysza umiazliwia ciagle i równomierne wyzwalanie- e- nengLi wzdluz calej jej dlugosci.Przedmiot wynalazku zostal przedstawiony na rysiunkuy na którym Jig. 1 przedstawia elektrode 40 zlozona w przekroju poprzecznym wraz z uwidocz¬ nionym* poprzecznym saimocowaniem plytek, fig.Z — zlozona elektrode w przekroju poprzecznym z uwidocznionym wzdluznym 'zamocowaniem ply¬ tek. iFitg. 3 — elektrode w widoku z góry, ifi|g. 4 45 — warstwe metaliczna {otuline) plytek, filg. 5 16 przedstawiaja dwa profile ukladu plyitek, a fig. 7 18 — elektrode o przekrojach wzdluznych wza¬ jemnie prostopadlych, odpowiednio zamocowana w kanale generatora magnetohydrodynamicznego. 50 Przedstawiona na fig. 1 plytka 1 ma ksztalt o- kreslony obrysem A B C G E F H D, (i mozna ja wykonac z jednolitego materialu przeznaczajac ja dla elektrod o wymiarach przystosowanych do dy¬ szy generatora o sredniej, mocy. Plytke 1 mozna 55 równiez wykonac z kilku plaskich elementów, po¬ laczonych na przemian z plytkami typu przedsta- wiionego na filg. 5 i 6, przy czym stosuje sie ja w dyszach generatora o duzej mocy i o duzych wy¬ miarach, eo Elementy te sa zamocowane tak, jak plytki po¬ jedyncze, to znaczy za pomoca potrójnej otuliny z /metali lufo ize stopów ogniotrwalych, szlachet¬ nych lulb ofoojietnych.Zestaw plytek otulonych polaczony jest z nos- 65 na obudowa metalowa 4 wykonana z metalu prze-60747 6 -wodzacego z grupy niiedzi lub jej stopów i zaopa¬ trzona w rurowe przewody 15 imajace otwory: wlo¬ towy 8 i wylotowy otwór 9 dla wody -chlodzacej, a które to przewody sa jednoczesnie wejsciem i wyjsciem pradu. Obudowa metaliczna oddzielona jest od zestawu plytek iza pomoca warstwy stopu metalowego ognliotrwalego przyspawanego do o- budowy. Kolnierz 3 skladajacy sie z parzystej if symetrycznej liczby elementów, wykonanych ze stopu ogniotrwalego, sluzy do zamocowania po¬ przecznego ukladu plytek na obudowie metalicz¬ nej. Sruba IG, której leb umiesizczony Jest w row¬ ku kolnilerza 3, sluzy do ustawiania plytek na od¬ powiedniej wysokosci e2, która zmienia sde w za¬ leznosci od wielkosci strumienia cieplnego wlas¬ ciwego dla danego sposobu dzialania generatora magnetohydrodynamicznego.Fig. 2 przedstawia wzdluzne zamocowanie otu¬ lonych plytek za pomoca plyty 5, dociskanej za ipomoca dwóch srub 10 do elementu z tlenku og¬ niotrwalego majacego takie same wlasnosci jak plytki. Na idrugilm koncu elektrody przewidziano zamocowanie symetryczne. Zmieniajac wysokosc XY plyt 5, latwo mozna przystosowac je do zmia¬ ny wysokosci e2 elementów 1.Filg. 3 przedstawia czesciowy widok z góry elek¬ trody wedlug wynalazku, a fig. 4 — otuline me¬ taliczna plytki 1. Przedstawiona na fiig. 4 plytka 1 jest najpierw otoczona dwiema róznymi warst¬ wami z metalu lub ze stopu logniotrwalego szla¬ chetnego lub obojetnego. Pierwsza warstwe stano¬ wi rozpylony metal zespolony z powierzchnia plyt¬ ki wskutek obróbki cieplnej w temperaturze wyz¬ szej niz 850^, druga warstwe naklada sie na pier¬ wsza droga elektrolityczna. Te dwie warstwy IA przedstawiono na rysunku za jpomioca ich calkowi¬ tej grubosci Np.Warstwy 1A ciagna sie przez dolna czesc plyt¬ ki w celu przewodzenia pradu wzbudzonego na powierzchni! czolowej AB. Warstwa IB, oznaczona przez Nr, jest Mila z metalu lulb ze stopu ognio¬ trwalego szlachetnego lulb obojetnego, której za¬ daniem jest pogrubienie pierwszej otuliny 1A w celu zapewnienia przewodnosci elektrycznej i cie¬ plnej, wyznaczonej na podstawie obliczen i po¬ miarów. Folia Nr otacza plytke na wysokosci e2 i wraz z podwójna warstwa 1A zapewnila przeplyw pradu do zimnej czesci elektrody.Przedstawione na fig. 4, otulone plytki polaczo¬ ne sa ze soba powierzchniami wiekszymi i pod¬ dane sa obróbce cieplnej w temperaturze wyz¬ szej niz 1500°C w celu lich wzajemnego zespolenia.Wedlug wynalazku elektroda przedstawiona na filg. 1 pracuje w okreslonych warunkach, od któ¬ rych uzalezniona jest jej konstrukcja. Znajac war¬ tosc strumienia cieplnego przetwornika magneto- hydrodynamicznego dobiera sile odpowiednie ma¬ terialy na plytki 1 li na otuliny i w zaleznosci od tego doibiera sie odpowiedni ogniotrwaly stop me¬ talowy 2..Nastepnie na podstawie wlasnosci fizycznych tych materialów ustala sie grubosci elf e2 i e3, przy czym grulbosai te musza ibyc tak dobrane, aby przy «j temperatura powierzchni czolowej AB nie miaila ujemnego wplywu na jej trwalosc, a przy c2 temperaitura strefy I, J, D, C byla taka, przy której prosty tlenek ogniotrwaly i/lub mieszanina tlenków ogniotrwalych przewodzilyby prad elek¬ tryczny lepiej niz gazy przeplywajace przez dysze; 5 przetwornika megnetohydrodynamiczego, a ponad¬ to zeby przy e3 pierwsze warstwy IA, pokrywaja¬ ce poczatkowo cale plytki, ciagnely sie przynaj¬ mniej do pdziomu I, J, D, C, wreszcie zeby tem- peratura powierzchni! odcMelajacej 1 od 2 nie po¬ lo wodowala w ceramice zbyt duzych naprezen ciep¬ lnych.Obudowe metalowa 4, polaczona z czesciami me-* talowymi 3, 5 i 10 i z plyta ceramiczna 6 podbie¬ rajaca plytki, mozna wraz z kompletnymi zesta- 15 watmi elementów 1, otulonych powlokami o róznej grubosci ex lub e2, zastosowac przy róznych stru¬ mieniach cieplnych a ponadto, dzieki tej obudo¬ wie, imozlna utrzymac stala itemperatiure elektrod w calej dyszy imagnetohydroidynaimiczne}. 21 Na fig. 7 i 8, które przedstawiaja odipowiedmiio* przekrój poprzeczny i przekrój podluzny elektrody wedlug wynalazku 'zamocowanej w kanale prze¬ twornika magnetohydrodynamicznego, oznaczono liczba 12 powierzchnie czolowa elektrody poddana 25 dzialaniu gazów goracych, a liczba 13 scianki izo¬ lacyjne. Kolnierze mocujace plytki, oznaczone licz¬ ba 3, bezposrednio -dotykaja do elementu scianek izolacyjinych wykonanego z katownika 14. Woda chlodzaca obudowe metalowa 4 wplywa i wyply- 30 wa przez przewód 15, który jest jednoczesnie prze¬ wodem odprowadzajacym prad.Wynalazek nie ogranicza sie oczywiscie, do opiL sany eh przykladów' wykonania, lecz dotyczy rów¬ niez i wariantów tych wykonan wchodzacych w 35 zakres wynalazku. PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe 40 1. Elektroda o zlozonej konstrukcji do genera¬ tora imagnetohyidrodynaimicznego o obiegu otwar¬ tym znamienna tyin, ze posiada szereg plytek (1) wykonanych z tlenków ognioodpornych pojedyn¬ czych lub z ich mieszanin, powleczonych warstwa- 4f miP (IA) (IB) metali 'Ogniotrwalych, szlachetnych luib obojetnych* których czolowa powierzchnia sty¬ ka sie z goracymi gazami zjonizowanymii, przy czyim piyflki te sa polaczone z obudowa metalowa (4) chlodzona wodnym obiegiem (8 ffl 9). 50

2. Elektroda wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze plytki <1) wykonane sa iz tlenku cyrkonu utrwa¬ lonego i ewentualnie wzbogaconego dla uzyskania zwiekszenia termoemisji oraz z cyrkonianu wap¬ nia, strontu, baru lub wapnia z dodatkiem tlenku 5» cyrkonu.

3. Elektroda wedlug zastrz. 1 i 2, znamienna tym, ze plaszczyzny czolowe plytki' (1) nienarazo- ne na dzialania goracych gazów sa powleczone w kolejnosci rozpylonym imetalem tirwalym, szlache- eo tnym lub obojetnym, elektrolityczna warstwa (IA) z metalu lulb stopu ogniotrwalego szlachetnego lub obojetnego, a nastepnie poczawszy od okres¬ lonej grubosci (e^ od powierzchni goracej (AB) — cienka warstwa i(1B) z metalu szlachetnego lub o- 65 bojetnego. ,KI. 21 d1, 5 60747 MKP H 02 n, 4 b-rt :zzl Jrzd —d FIG. 3 FIG.4 1 i r i i r i i i i t FIG. 5 V ^*^t*i i i i r » i1 i i^^^*^^ FIG.6 I I T I I II i i T ¦! •'' ' .i........... .-*-¦KI. 21 d1, 5 60 747 MKP H 02 n, 4/02 FIG. 8 FIG. 7 Bltk 2066/70 r. 230 egz. A4 PL