RU2028709C1

RU2028709C1 - Self-excited mhd generator

Info

Publication number: RU2028709C1
Application number: RU93034806A
Authority: RU
Inventors: А.В. Писакин; В.А. Зейгарник; Б.Г. Ткаченко; Н.Л. Аитов; Ю.П. Бабаков; А.Г. Блох; В.А. Новиков; В.И. Окунев; В.Ю. Рикман; Г.Д. Петренко
Original assignee: Писакин Алексей Васильевич; Ткаченко Борис Георгиевич
Priority date: 1993-07-02
Filing date: 1993-07-02
Publication date: 1995-02-09

Abstract

FIELD: electrical power engineering. SUBSTANCE: self-excited MHD generator has source of initiating excitation, circuit of electromagnet incorporating first MHD channel with source of working medium, which first current lead is connected to one of the two leads-out of winding of electromagnet and load circuit composed of MHD channel with source of working medium connected with its current leads to load. Self-excited MHD generator is also provided with third MHD channel with working medium connected in parallel to second MHD channel and having joint current leads-out. Second current lead-out of first MHD channel is linked to joint current lead-out of second and third MHD channels and second lead-out of the is latter is coupled to the other lead of winding of electromagnet. EFFECT: expanded functional capabilities. 9 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к магнитогидродинамическому (МГД) способу получения электроэнергии и может быть использовано для создания мощных и эффективных самовозбуждающихся многоканальных (не менее трех МГД-каналов) МГД-генераторов на продуктах сгорания специальных плазменных топлив при работе на активно-индуктивную нагрузку, сопротивление которой соизмеримо или превышает внутреннее сопротивление генератора, преимущественно для геофизических исследований. The invention relates to a magnetohydrodynamic (MHD) method for generating electricity and can be used to create powerful and efficient self-excited multi-channel (at least three MHD channels) MHD generators based on the combustion products of special plasma fuels when operating on an active inductive load, the resistance of which is comparable to or exceeds the internal resistance of the generator, mainly for geophysical research.

Известна самовозбуждающаяся МГД-установка "Памир-1" [1], содержащая два последовательно соединенных (с целью увеличения генерируемого напряжения) МГД-канала фарадеевского типа со сплошными электродами, к которым подключены параллельно безжелезный неохлаждаемый электромагнит и автономная (рабочая) нагрузка (геофизический диполь электрического типа с суммарным омическим сопротивлением около 1,3 Ом). Стабилизация магнитного поля на номинальном уровне, соответствующем максимуму генерируемого МГД-каналами напряжения, осуществляется посредством включения балластного сопротивления (резистора) в цепь возбуждения МГД-генератора последовательно с обмоткой электромагнита. К недостаткам данной схемы самовозбуждающегося МГД-генератора относится ее низкая надежность, связанная с тем, что она (схема) является динамически неустойчивой и весьма критичной к разбросам целого ряда параметров: температуры окружающей среды (влияющей на параметры геофизического диполя, электромагнита и других элементов схемы), энергетического комплекса рабочего тела (плазмы), расхода рабочего тела, омического сопротивления нагрузки. КПД такой схемы сравнительно низок, поскольку используется она для высокоомных нагрузок (отбор тока в нагрузку почти на порядок меньше тока питания электромагнита). Known self-excited MHD installation "Pamir-1" [1], containing two series-connected (in order to increase the generated voltage) MHD channel of the Faraday type with solid electrodes, to which are connected in parallel an iron-free uncooled electromagnet and autonomous (working) load (geophysical dipole electric type with a total ohmic resistance of about 1.3 ohms). Stabilization of the magnetic field at a nominal level corresponding to the maximum voltage generated by the MHD channels is carried out by switching on the ballast resistance (resistor) in the excitation circuit of the MHD generator in series with the electromagnet winding. The disadvantages of this scheme of a self-excited MHD generator are its low reliability, due to the fact that it (the scheme) is dynamically unstable and very critical to scatter of a number of parameters: ambient temperature (affecting the parameters of the geophysical dipole, electromagnet, and other elements of the circuit) , the energy complex of the working fluid (plasma), the flow rate of the working fluid, ohmic load resistance. The efficiency of such a circuit is relatively low, because it is used for high-resistance loads (the selection of current into the load is almost an order of magnitude less than the electromagnet supply current).

Решением, наиболее близким предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является двухканальный самовозбуждающийся МГД-генератор "Памир-2" [2], содержащий источник начального возбуждения и нагрузку, в котором один канал соединен с обмоткой возбуждения электромагнита, а второй канал подключен к нагрузке. Оптимальное согласование МГД-генератора с нагрузкой, а также расширение диапазона рабочих нагрузок достигается в данной схеме за счет электрической развязки МГД-канала цепи возбуждения (канала электромагнита) и МГД-канала цепи нагрузки (канала нагрузки). При этом стабилизация магнитного поля в рабочем объеме электромагнита (где размещены оба МГД-канала) обеспечивается за счет использования режима так называемого магнитогидродинамического запирания (МГД-запирания) канала электромагнита, чем достигается максимальный КПД при данном расходе рабочего тела (плазмы) при условии оптимального согласования МГД-канала нагрузки с рабочей нагрузкой: величина омического сопротивления рабочей нагрузки должна быть примерно равна внутреннему омическому сопротивлению МГД-канала нагрузки, работающему в режиме внешнего (независимо) возбуждения, иначе КПД генератора будет низок. Данный самовозбуждающийся МГД-генератор, выполненный по так называемой раздельной схеме, является, фактически, экстремальной самонастраивающейся системой, которая автоматически (без управления извне) обеспечивает примерно постоянство и максимальную величину магнитной индукции в МГД-каналах, в том числе и при отклонении параметров плазмы (энергетического комплекса и расхода рабочего тела) от их номинальных значений. К недостаткам данной схемы относятся повышенные требования к энергетическим характеристикам плазмы - энергетическому комплексу плазмы (определяемому как произведение проводимости плазмы на квадрат скорости продуктов сгорания) и секундному расходу рабочего тела (плазмы продуктов сгорания топлива). Для обеспечения надежной работы прототипа в квазистационарном режиме работы на нагрузку указанные выше энергетические параметры плазмы должны в 1,5-2 раза превышать их некоторые номинальные значения, определяемые по условию самовозбуждения МГД-генератора (т.е. выходная электрическая мощность МГД-канала цепи возбуждения электромагнита должна превышать с запасом мощность джоулевых потерь в обмотке возбуждения). Это требование существенно ограничивает возможность использования в прототипе получивших наибольшее распространение генераторов плазмы с камерой сгорания типа ракетных двигателей, работающих на твердом плазменном топливе [1]. Последние имеют, однако, специфический недостаток - технологические и температурные разбросы баллистических (давления в камере сгорания, секундного расхода плазмы и скорости потока плазмы) и электрофизических (электропроводности плазмы и, соответственно, энергетического комплекса плазмы) характеристик топлива. Реальные разбросы указанных параметров топлива могут достигать до +50% от некоторого среднестатистического номинала в пределах допустимой температуры горения заряда твердого топлива, что и определяет еще один недостаток прототипа - невозможность работы при пониженных характеристиках плазмы. The solution closest to the proposed technical essence and the achieved effect is a Pamir-2 two-channel self-excited MHD generator [2] containing an initial excitation source and a load, in which one channel is connected to the electromagnet excitation winding and the second channel is connected to the load . The optimal coordination of the MHD generator with the load, as well as the extension of the range of workloads, is achieved in this circuit due to the electrical isolation of the MHD channel of the excitation circuit (electromagnet channel) and the MHD channel of the load circuit (load channel). In this case, the stabilization of the magnetic field in the working volume of the electromagnet (where both MHD channels are located) is ensured by using the so-called magnetohydrodynamic locking (MHD locking) mode of the electromagnet channel, which ensures maximum efficiency at a given flow rate of the working fluid (plasma) under optimal coordination MHD load channel with a working load: the value of the ohmic resistance of the working load should be approximately equal to the internal ohmic resistance of the MHD load channel, working y in the external mode (independent) excitation, otherwise generator efficiency will be low. This self-excited MHD generator, made by the so-called separate circuit, is, in fact, an extreme self-tuning system that automatically (without external control) provides approximately the constancy and maximum magnitude of magnetic induction in MHD channels, including when plasma parameters are deviated ( energy complex and flow rate of the working fluid) from their nominal values. The disadvantages of this scheme include increased requirements for the energy characteristics of the plasma - the plasma energy complex (defined as the product of plasma conductivity by the square of the velocity of the combustion products) and second flow rate of the working fluid (plasma of the fuel combustion products). To ensure reliable operation of the prototype in a quasi-stationary mode of operation under load, the above plasma energy parameters should be 1.5-2 times higher than some of their nominal values determined by the condition of self-excitation of the MHD generator (i.e., the output electric power of the MHD channel of the excitation circuit the electromagnet must exceed with a margin the power of Joule losses in the field winding). This requirement significantly limits the possibility of using in the prototype the most widely used plasma generators with a combustion chamber such as rocket engines operating on solid plasma fuel [1]. The latter, however, have a specific drawback - the technological and temperature variations of the ballistic (fuel plasma pressure and second plasma flow rate and plasma flow rate) and electrophysical (plasma electrical conductivity and, accordingly, plasma energy complex) fuel characteristics. The actual spread of the specified fuel parameters can reach up to + 50% of a certain average nominal value within the permissible temperature of the combustion of a solid fuel charge, which determines another disadvantage of the prototype - the inability to work with reduced plasma characteristics.

Техническим результатом изобретения является: повышение надежности и эффективности самовозбуждающегося МГД-генератора, а также обеспечение работоспособности (стабильного режима работы) генератора при пониженных относительно номинала значениях энергетического комплекса плазмы и (или) расхода рабочего тела (плазмы). The technical result of the invention is: increasing the reliability and efficiency of a self-excited MHD generator, as well as ensuring the operability (stable operation mode) of the generator at low relative values of the plasma energy complex and (or) the flow rate of the working fluid (plasma).

Указанный технический результат достигается тем, что в известном самовозбуждающемся МГД-генераторе, содержащем источник начального возбуждения, цепь электромагнита, включающую первый МГД-канал с источником рабочего тела (ИРТ), первый токовывод которого подключен к одному из двух выводов обмотки электромагнита, и цепь нагрузки, включающую второй МГД-канал с ИРТ, подключенный своими токовыводами к нагрузке, согласно изобретению, генератор снабжен третьим МГД-каналом с ИРТ, подключенным параллельно второму МГД-каналу и имеющим с ним общие токовыводы, причем второй токовывод первого МГД-канала подключен к первому общему токовыводу второго и третьего МГД-каналов, а второй общий токовывод последних подключен к другому выводу обмотки электромагнита. The specified technical result is achieved by the fact that in the known self-excited MHD generator containing an initial excitation source, an electromagnet circuit including a first MHD channel with a working medium source (ИРТ), the first current output of which is connected to one of two terminals of the electromagnet winding, and a load circuit comprising a second MHD channel with ИРТ connected with its current leads to the load, according to the invention, the generator is equipped with a third MHD channel with ИРТ connected in parallel with the second MHD channel and having in common with it current outputs, and the second current output of the first MHD channel is connected to the first common current output of the second and third MHD channels, and the second common current output of the latter is connected to another terminal of the electromagnet winding.

Кроме того, для обеспечения начала процесса самовозбуждения и отключения источника начального возбуждения (ИНВ) от генератора в цепь электромагнита включен замыкатель. In addition, to ensure the start of the process of self-excitation and disconnection of the source of initial excitation (INV) from the generator, a contactor is included in the electromagnet circuit.

Для сокращения времени самовозбуждения МГД-генератор, а также для формирования (по форме и длительности) переднего фронта импульса тока в нагрузке в цепь нагрузки включен замыкатель. To reduce the time of self-excitation, the MHD generator, as well as to form (in shape and duration) the leading edge of the current pulse in the load, a contactor is included in the load circuit.

Для формирования заднего фронта импульса тока в нагрузке в цепь нагрузки включен размыкатель, а нагрузка шунтирована цепью, состоящей из вентиля и последовательно соединенного с ним резистора. To form the trailing edge of the current pulse in the load, a disconnector is included in the load circuit, and the load is shunted by a circuit consisting of a valve and a resistor connected in series with it.

Для ограничения тока в обмотке электромагнита, а также для повышения энергетической эффективности генератора в цепь электромагнита последовательно с обмоткой возбуждения включен резистор, шунтированный размыкателем. To limit the current in the electromagnet winding, as well as to increase the energy efficiency of the generator, a resistor shunted by a disconnector is connected in series with the field winding in the electromagnet circuit.

Для вывода электромагнитной энергии из магнита в конце работе генератора обмотка электромагнита шунтирована цепью, состоящей из вентиля и последовательно соединенного с ним резистора. To remove electromagnetic energy from the magnet at the end of the generator, the electromagnet winding is shunted by a circuit consisting of a valve and a resistor connected in series with it.

Для расширения функциональных возможностей генератора обмотка электромагнита выполнена секционированной, причем по меньшей мере одна из секций шунтирована замыкателем. To expand the functionality of the generator, the electromagnet winding is made sectioned, at least one of the sections is shunted by a contactor.

Для повышения автономности генератора и расширения его функциональных и энергетических возможностей в качестве источников рабочего тела (ИРТ) МГД-каналов используется твердотопливный генератор плазмы (ТТ ГП). To increase the autonomy of the generator and expand its functional and energy capabilities, a solid fuel plasma generator (TT GP) is used as a source of the working fluid (ИРТ) of the MHD channels.

И, наконец, для расширения функциональных возможностей генератора ТТ ГП снабжен системой термостатирования заряда топлива. And finally, to expand the functionality of the generator, the TT GP is equipped with a temperature control system for the fuel charge.

Характерной особенностью предложенного технического решения трехканального самовозбуждающегося МГД-генератора является комбинированная схема соединения трех МГД-генераторов между собой и схема подключения к ним электромагнита и рабочей нагрузки, позволяющие реализовать:
а) повышенное напряжение на обмотке электромагнита, в результате чего появляется возможность за счет использования последовательного соединения секций электромагнита снизить до минимума ток питания электромагнита и уменьшить тем самым мощность джоулевых потерь в обмотке электромагнита, что позволяет, в свою очередь, снизить требования к энергетическим параметрам плазмы;
б) максимальный рабочий ток в нагрузке на уровне, превышающем номинальный ток одного МГД-канала (при прочих равных условиях);
в) режим максимального отбора электрической мощности от всех трех МГД-каналов, т. е. согласовать их как с омическим сопротивлением обмотки электромагнита (при любой схеме соединения секций обмотки), так и с омическим сопротивлением рабочей нагрузки (близкой по порядку величины, с внутренним омическим сопротивлением одного МГД-канала).A characteristic feature of the proposed technical solution of a three-channel self-excited MHD generator is a combined circuit for connecting three MHD generators to each other and a circuit for connecting an electromagnet and a workload to them, allowing to realize:
a) increased voltage on the winding of the electromagnet, as a result of which it becomes possible through the use of a series connection of the sections of the electromagnet to minimize the power supply current of the electromagnet and thereby reduce the power of the joule losses in the electromagnet winding, which, in turn, reduces the requirements for the plasma energy parameters ;
b) the maximum operating current in the load at a level exceeding the rated current of one MHD channel (ceteris paribus);
c) the mode of maximum selection of electric power from all three MHD channels, i.e., coordinate them both with the ohmic resistance of the winding of the electromagnet (for any connection scheme of the winding sections), and with the ohmic resistance of the working load (close in order of magnitude, with the internal ohmic resistance of one MHD channel).

В основе достигнутых перечисленных выше положительных эффектов лежит закономерность переходных процессов в самовозбуждающейся системе "электромагнит - МГД-канал", характеризуемая неизбежным достижением в самовозбуждающемся МГД-генераторе, если не принять специальных мер, режима так называемого МГД-запирания канала, приводящего наряду с дальнейшим нарастанием тока в электромагните к резкому снижению генерируемого напряжения, но обладающая способностью выхода из этого режима (со слабым гистерезисом) и восстановления генерирующих свойств МГД-канала при уменьшении воздействия электромагнитных полей. The achieved positive effects listed above are based on the regularity of transient processes in the self-excited system "electromagnet - MHD channel", characterized by the inevitable achievement in the self-excited MHD generator, if you do not take special measures, of the so-called MHD channel locking mode, which leads along with a further increase current in an electromagnet to a sharp decrease in the generated voltage, but with the ability to exit this mode (with weak hysteresis) and restore generating MHD channel with a decrease in the effect of electromagnetic fields.

Предлагаемая схема самовозбуждающегося МГД-генератора основана на использовании "сверхэффекта МГД-запирания трех МГД-каналов одновременно, что создает дополнительные возможности, по надежности работы МГД-генератора и снижению требований к энергетическим параметрам плазмы: схема некритична (т. е. работоспособна) к разбросам параметров трех различных генераторов плазмы; схема некритична к разбросам электромагнитных параметров магнитной системы - электромагнита; схема неизбежно выходит из квазистационарный режим питания нагрузки; наконец, схема работоспособна при минимально допустимых значениях энергетических параметров плазмы, что расширяет ее функциональные возможности. Кроме того, схема обладает еще одним замечательным свойством: при условии регулирования уровня давления в камере сгорания генераторов плазмы (например, за счет термостатирования заряда твердого топлива на соответствующую температуру) можно прогнозировать и получить в рабочей нагрузке необходимый уровень тока (электрической мощности) или необходимую длительность импульса тока, поскольку давление в камере сгорания ГП или соответствующий ему (пропорциональный давлению) расход продуктов сгорания (плазмы) являются аналогами как выходной электрической мощности, так и длительности импульса тока в нагрузке. Необходимость использования в схеме балластного стабилизирующего сопротивления (резистора), включенного в цепь возбуждения последовательно с обмоткой электромагнита, обусловлена, с одной стороны, необходимостью ограничения тока в электромагните на некотором номинальном или предельно допустимом уровнях, а с другой стороны, обеспечением работы МГД-генератора в режиме максимального отбора мощности, что также является отличительной особенностью схемы. При этом потери мощности на балластном сопротивлении относительно невелики. The proposed scheme of a self-excited MHD generator is based on the use of the "superfluence of MHD locking of three MHD channels at the same time, which creates additional opportunities for the reliability of the MHD generator and reduce the requirements for the plasma energy parameters: the circuit is uncritical (i.e., operational) to scatter parameters of three different plasma generators; the circuit is not critical to the spread of the electromagnetic parameters of the magnetic system - an electromagnet; the circuit inevitably leaves the quasi-stationary load supply mode; The circuit is operable at the minimum allowable values of the energy parameters of the plasma, which expands its functionality.In addition, the circuit has another remarkable property: provided that the pressure level in the combustion chamber of the plasma generators is regulated (for example, by thermostating the charge of solid fuel to the appropriate temperature ) it is possible to predict and obtain in the workload the necessary current level (electric power) or the necessary duration of the current pulse, since ue in GP combustion chamber or a corresponding (proportional to pressure) the rate of combustion products (plasma) are analogs of the output electric power, and the current pulse in the load. The need to use a ballast stabilizing resistance (resistor) in the circuit, connected in series with the winding of the electromagnet, is caused, on the one hand, by the need to limit the current in the electromagnet at some nominal or maximum permissible levels, and, on the other hand, by ensuring the operation of the MHD generator in maximum power take-off, which is also a distinctive feature of the circuit. Moreover, the power loss at the ballast is relatively small.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображена упрощенная принципиальная электрическая схема устройства. The invention is illustrated in the drawing, which shows a simplified circuit diagram of the device.

Самовозбуждающийся МГД-генератор содержит источник начального возбуждения (ИНВ) 1, цепь электромагнита 2, включающую первый МГД-канал 3 с источником рабочего тела (ИРТ) 4, один токовывод которого подключен к выводу 5 обмотки электромагнита 2, и цепь нагрузки 6, включающую второй МГД-канал 7 с ИРТ (ИРТ не показан), подключенный своими токовыводами к нагрузке 6. Третий МГД-канал 8 с ИРТ 9 подключен параллельно второму МГД-каналу 7 с образованием общих токовыводов 10 и 11 второго и третьего МГД-каналов, причем другой токовывод первого МГД-канала 3 подключен к первому общему токовыводу 10 второго и третьего МГД-каналов, а второй общий токовывод 11 последних подключен к выводу 12 обмотки электромагнита 2. A self-excited MHD generator contains an initial excitation source (INV) 1, an electromagnet circuit 2, including a first MHD channel 3 with a working medium source (ИРТ) 4, one current output of which is connected to terminal 5 of the electromagnet 2 winding, and a load circuit 6, including a second MHD channel 7 with ИРТ (ИРТ not shown), connected with its current leads to load 6. The third MHD channel 8 with ИРТ 9 is connected in parallel with the second MHD channel 7 with the formation of common current leads 10 and 11 of the second and third MHD channels, with another current output of the first MHD channel 3 connect It is connected to the first common current output 10 of the second and third MHD channels, and the second common current output of the last 11 is connected to terminal 12 of the electromagnet 2 winding.

В цепь нагрузки 6 включены замыкатель 13 и размыкатель 14, а сама нагрузка 6 шунтирована цепью, состоящей из вентиля 15 и последовательно соединенного с ним резистора 16. The load circuit 6 includes a contactor 13 and a disconnector 14, and the load 6 itself is shunted by a circuit consisting of a valve 15 and a resistor 16 connected in series with it.

В цепь электромагнита 2 последовательно с обмоткой возбуждения включены замыкатель 17 и регулируемый (секционированный) резистор 18, шунтированный размыкателем 19. In the circuit of the electromagnet 2, in series with the field winding, a contactor 17 and an adjustable (sectioned) resistor 18 are connected, shunted by the disconnector 19.

Обмотка электромагнита 2 шунтирована вентилем 20 и последовательно соединенным с ним резистором 21. The winding of the electromagnet 2 is shunted by the valve 20 and a resistor 21 connected in series with it.

Обмотка электромагнита 2 выполнена секционированной, причем по меньшей мере одна из секций обмотки шунтирована замыкателем 22. The winding of the electromagnet 2 is made partitioned, and at least one of the sections of the winding is shunted by the contactor 22.

В состав МГД-генератора входят твердотопливные генераторы плазмы (ИРТ), снабженные системой термостатирования зарядов топлива (не показано). The MHD generator includes solid fuel plasma generators (IRT) equipped with a temperature control system for fuel charges (not shown).

Самовозбуждающийся МГД-генератор работает следующим образом. Перед пуском генератора коммутирующие элементы находятся в положении, указанном на чертеже, т.е. замыкатели 13 и 17 разомкнуты, а размыкатели 14 и 19 замкнуты - этим обеспечивается отключение нагрузки 6 и резистора 18 от генератора на время самовозбуждения. До (в случае использования батареи аккумуляторов в качестве ИНВ, как это показано на чертеже) или после (в случае использования батареи конденсаторов в качестве ИНВ - не показано) воспламенения зарядов твердого топлива всех трех генераторов плазмы (ИРТ) и выхода их на номинальный режим работы (по уровню давления в камере сгорания ИРТ и по уровню электропроводности плазмы МГД-каналах 3, 7 и 8) на обмотку электромагнита 2 от источника начального возбуждения (ИНВ) 1 подается импульс напряжения, в результате чего обмотка электромагнита 2 запитывается током начального возбуждения, после чего ИНВ отключается (например, путем срабатывания замыкателя 17), и генератор переходит в режим самовозбуждения (т.е. увеличения тока в обмотке электромагнита 2) с полной отдачей генерируемой МГД-каналами 3, 7 и 8 мощности в обмотку электромагнита 2. При достижении током электромагнита 2 некоторого номинального значения (генератор выходит на режим номинальной генерируемой мощности при данном расходе рабочего тела) срабатывают замыкатель 13 и размыкатель 19, в результате чего рабочая нагрузка 6 непосредственно подключается к общим токовыводам параллельно соединенных МГД-каналов 7 и 8, а в цепь электромагнита 2 последовательно с обмоткой возбуждения включается резистор 18 (балластное стабилизирующее сопротивление). Далее происходит запитка нагрузки 6 импульсом тока в условиях стабилизации магнитного поля электромагнита 2 вблизи номинального уровня с максимальным отбором мощности от всех трех МГД-каналов 3, 7 и 8, работающих, как правило, в режиме максимального МГД-взаимодействия. Self-excited MHD generator operates as follows. Before starting the generator, the switching elements are in the position indicated in the drawing, i.e. the contactors 13 and 17 are open, and the switches 14 and 19 are closed - this ensures that the load 6 and the resistor 18 are disconnected from the generator for the period of self-excitation. Before (in the case of using a battery of batteries as an INV, as shown in the drawing) or after (in the case of using a capacitor bank as an INV - not shown), the solid fuel charges of all three plasma generators (ИРТ) are ignited and their nominal operating mode is reached (according to the pressure level in the ИРТ combustion chamber and the level of plasma conductivity of the MHD channels 3, 7, and 8), a voltage pulse is applied to the winding of the electromagnet 2 from the initial excitation source (INV) 1, as a result of which the winding of the electromagnet 2 feeds current of the initial excitation, after which the INV turns off (for example, by activating the contactor 17), and the generator goes into self-excitation mode (i.e., increasing the current in the winding of electromagnet 2) with full output of the power generated by MHD channels 3, 7 and 8 in winding of electromagnet 2. When the current of electromagnet 2 reaches a certain nominal value (the generator enters the mode of nominal generated power at a given flow rate of the working fluid), the contactor 13 and the disconnector 19 are activated, as a result of which the working load 6 It is connected to common current leads of parallel connected MHD channels 7 and 8, and resistor 18 (ballast stabilizing resistance) is connected in series with the excitation winding in series with the excitation winding 2. Then, load 6 is fed with a current pulse under conditions of stabilization of the magnetic field of electromagnet 2 near the nominal level with maximum power take-off from all three MHD channels 3, 7, and 8, operating, as a rule, in the maximum MHD interaction mode.

Величина резистора 18 выбирается до пуска генератора из условия стабилизации (или ограничения) тока в электромагните 2. The value of the resistor 18 is selected before the start of the generator from the conditions of stabilization (or limitation) of the current in electromagnet 2.

При отсутствии жестких требований к переднему фронту импульса тока в нагрузке 6 она может быть подключена к генератору заранее (т.е. замыкатель 13 замкнут еще до пуска генератора), поскольку предлагаемая конструкция СМГДГ обладает хорошим запасом мощности по самовозбуждению. In the absence of strict requirements for the leading edge of the current pulse in the load 6, it can be connected in advance to the generator (i.e., the contactor 13 is closed before the generator is started), since the proposed SMGDG design has a good margin of self-excitation power.

После завершения работы генератор плазмы-ИРТ (что соответствует началу быстрого спада давления в камере сгорания ГП) или примерно за 0,5 с до начала спада давления (что прогнозируется) срабатывает размыкатель 14, отключая нагрузку 6 от МГД-генератора, в результате чего цепь нагрузки замыкается вентилем 15 и последовательно соединенным с ним резистором 16, происходит формирование заднего фронта импульса тока в нагрузке. After completion of the operation, the plasma-ИРТ generator (which corresponds to the beginning of a rapid decrease in pressure in the GP combustion chamber) or approximately 0.5 s before the pressure drop begins (which is predicted), circuit breaker 14 trips, disconnecting load 6 from the MHD generator, as a result of which the circuit the load is closed by the valve 15 and the resistor 16 connected in series with it, the formation of the trailing edge of the current pulse in the load occurs.

При спаде давления в камере сгорания ИРТ до нуля внутреннее сопротивление МГД-каналов резко возрастает, и энергия, накопленная в обмотке электромагнита 2, рассеивается частично в МГД-каналах и, в основном, в самой обмотке при закорачивании ее на вентиль 20 и последовательно соединенный с ним резистор 21 (при прекращении генерации тока МГД-каналами в связи с завершением работы генераторов плазмы - ИРТ). When the pressure in the combustion chamber of the ИРТ decreases to zero, the internal resistance of the MHD channels sharply increases, and the energy accumulated in the winding of electromagnet 2 is partially dissipated in the MHD channels and, mainly, in the winding itself when it is shorted to valve 20 and connected in series with resistor 21 (when current generation is stopped by MHD channels in connection with the completion of plasma generators - ИРТ).

Вентили 15 и 20 образуют цепи для прохождения, соответственно, токов нагрузки и электромагнита при исчезновении проводимости плазмы в МГД-каналах 3, 7 и 8 в конце работы генератора (спад до нуля давления в ИРТ). Указанные вентили исключают перенапряжения на выводах МГД-каналов и электромагнита, а последовательное включение с вентилями и резисторов 16 и 21, соответственно, позволяет защитить все МГД-каналы от тока короткого замыкания в случае пробоя вентилей при работе на нагрузку, а также ускорить вывод магнитной энергии, накопленной соответственно в нагрузке 6 и электромагните 2. Gates 15 and 20 form chains for the passage, respectively, of the load currents and the electromagnet when the plasma conductivity disappears in the MHD channels 3, 7, and 8 at the end of the generator's operation (pressure drops to zero in the ИРТ). These gates exclude overvoltage at the terminals of the MHD channels and the electromagnet, and series connection with the gates and resistors 16 and 21, respectively, allows you to protect all MHD channels from short-circuit current in the event of breakdown of the valves during work on load, and also accelerate the output of magnetic energy accumulated respectively in load 6 and electromagnet 2.

Предложенное техническое решение устройства трехканального самовозбуждающегося МГД-генератора позволяет повысить надежность и энергетическую эффективность многоканального самовозбуждающегося МГД-генератора, запитывающего электрическим током в квазиста- ционарном режиме низкоомную активно-индуктивную рабочую нагрузку, а также обеспечить стабильный режим работы (работоспособность) МГД-генератора при пониженных значениях энергетического комплекса плазмы и (или) расхода плазмы (рабочего тела). Кроме того, схема устройства относительно проста и позволяет на основе существующей элементной базы (отработанных маломощных одноканальных СМГДГ) создавать мощные самовозбуждающиеся МГД-генераторы с гарантированными выходными характеристиками. The proposed technical solution for the device of a three-channel self-excited MHD generator allows to increase the reliability and energy efficiency of a multi-channel self-excited MHD generator, which feeds low-resistance active-inductive working load by electric current in quasistationary mode, as well as to provide a stable operation mode (operability) of the MHD generator at low values of the energy complex of the plasma and (or) the flow rate of the plasma (working fluid). In addition, the device diagram is relatively simple and allows one to create powerful self-excited MHD generators with guaranteed output characteristics on the basis of the existing elemental base (spent low-power single-channel SMGDG).

Claims

1. Self-excited MHD generator containing an initial excitation source, an electromagnet circuit including a first MHD channel with a working fluid source, a first current output of which is connected to one of two terminals of an electromagnet winding, and a load circuit including a second MHD channel with a working fluid source connected by its current leads to the load, characterized in that it is equipped with a third MHD channel with a source of the working fluid connected in parallel with the second MHD channel and having common current leads with it, the second current being d MHD of the first channel is connected to the first common cold end of the second and third MHD channels, and a second common cold end latter is connected to the second terminal of the electromagnet winding.

2. The generator according to claim 1, characterized in that a contactor is included in the electromagnet circuit.

3. The generator according to claims 1 and 2, characterized in that the contactor is included in the load circuit.

4. The generator according to claims 1 to 3, characterized in that a disconnector is included in the load circuit, while the load is shunted by a circuit consisting of a valve and a resistor connected in series with it.

5. The generator according to claims 1 to 4, characterized in that a resistor shunted by a disconnector is connected in series with the field winding in the electromagnet circuit.

6. The generator according to paragraphs. 1-5, characterized in that the winding of the electromagnet is shunted by a circuit consisting of a valve and a resistor connected in series with it.

7. The generator according to paragraphs. 1-6, characterized in that the winding of the electromagnet is made partitioned, and at least one of the sections is shunted by a contactor.

8. The generator according to claims 1 to 7, characterized in that it contains a solid fuel plasma generator as a source of the working fluid of the MHD channels.

9. The generator according to claim 8, characterized in that the solid-fuel plasma generator is equipped with a temperature control system for the fuel charge.