RU2626377C1 - Method electric machine of radial motion operation - Google Patents

Method electric machine of radial motion operation Download PDF

Info

Publication number
RU2626377C1
RU2626377C1 RU2016108530A RU2016108530A RU2626377C1 RU 2626377 C1 RU2626377 C1 RU 2626377C1 RU 2016108530 A RU2016108530 A RU 2016108530A RU 2016108530 A RU2016108530 A RU 2016108530A RU 2626377 C1 RU2626377 C1 RU 2626377C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
electrodes
permanent magnets
channels
working channels
electrically conductive
Prior art date
Application number
RU2016108530A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Рустем Султанхамитович Кашаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ")
Priority to RU2016108530A priority Critical patent/RU2626377C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2626377C1 publication Critical patent/RU2626377C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/02Electrodynamic pumps
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/08Magnetohydrodynamic [MHD] generators
    • H02K44/12Constructional details of fluid channels

Landscapes

  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: electric machine of radial motion generates the electric power on the basis of use of the magnetohydrodynamic effect arising at interaction of a stream of water, electrolytes, a conducting liquid with an external magnetic field. The electric radial motion machine comprises a body, permanent magnets and working channels with an electrically conductive moving mass with a number of channels greater than two in which electromagnetic and electromotive forces are created by interacting with a constant magnetic field. The working channels are radially located between the permanent magnets, are made tapering toward the central axis and are provided with external bridges connecting them in series. As a body, a cylindrical magnetic circuit is used with an inlet and an outlet for an electrically conductive moving mass. Two ring and one disk permanent magnets are located inside the housing with the possibility of placing working channels between them. The electrodes are obliquely located on the inside of each working channel and are insulated with insulating inserts of a polymeric material with a high triboelectric capacity and an internal variable cross section.
EFFECT: efficiency upgrading.
3 dwg

Description

Изобретение относится к способу прямого преобразования потоков жидкостей и газов в трубопроводах в электрическую энергию, а именно к способу работы электрической машины радиального движения, и может быть использовано для питания датчиков и приборов, установленных на трубопроводах в труднодоступных для централизованного энергоснабжения и удаленных районах нефтедобычи и нефте-газоперекачки и передачи информации по измеряемым параметрам. Электрическая машина радиального движения (ЭМРД) вырабатывает электроэнергию на основе использования магнитогидродинамического (МГД) эффекта, возникающего при взаимодействии потока воды, электролитов, проводящей жидкости с внешним магнитным полем.The invention relates to a method for directly converting the flows of liquids and gases in pipelines into electrical energy, and in particular, to a method for operating an electric radial motion machine, and can be used to power sensors and instruments installed on pipelines in remote areas for centralized power supply and remote areas of oil production and oil -gas pumping and transmitting information on measured parameters. An electric radial motion machine (EMRE) generates electricity based on the use of the magnetohydrodynamic (MHD) effect that occurs when the flow of water, electrolytes, a conductive fluid with an external magnetic field interacts.

МГД-генерация (МГДГ) - генерация электрической энергии путем непосредственного преобразования энергии потока рабочего тела (электропроводящей среды), движущегося во внешнем магнитном поле. Суть явления заключается в том, что при движении рабочей среды в магнитном поле в ней индуцируется (наводится) электрический ток. Это проявление эффекта отклонения заряженных частиц к электродам в магнитном поле под действием силы Лоренца, являющейся произведением величины заряда q на векторное произведение скорости потока v на величину магнитной индукции поля В по формуле:MHD generation (MHD) is the generation of electrical energy by directly converting the energy of a flow of a working fluid (an electrically conductive medium) moving in an external magnetic field. The essence of the phenomenon is that when the working medium moves in a magnetic field, an electric current is induced (induced) in it. This is a manifestation of the effect of deflection of charged particles to the electrodes in a magnetic field under the action of the Lorentz force, which is the product of the charge q and the vector product of the flow velocity v and the magnetic induction of field B according to the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

Накапливающиеся на электродах заряды создают электрическое поле E/ формирующее ток, для описания которого используется закон Ома, устанавливающий связь тока с электрическим и магнитным полями. В отсутствие эффекта Холла он имеет вид:The charges accumulating on the electrodes create an electric field E / forming a current, which is described by Ohm's law, which establishes a connection between the current and electric and magnetic fields. In the absence of the Hall effect, it has the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

Коэффициент пропорциональности σ между j и Е' есть удельная электрическая проводимость среды.The proportionality coefficient σ between j and E 'is the electrical conductivity of the medium.

Но в некоторых средах (жидкости, газы, полупроводники) может проявляться эффект Холла. Действительно, под действием поля электроны е плотностью nе (числом электронов в единице объема) будут еще двигаться относительно среды со средней скоростью ve, создавая дополнительный электрический ток плотностью jе=(-e)neve. Полная скорость е будет (v+ve), при этом можно считать, что скорость ионов пренебрежима и vi=0 в силу их большой массы. Полная сила, действующая на электрон со стороны электрического и магнитного полей, будет:But in some environments (liquids, gases, semiconductors), the Hall effect may occur. Indeed, under the influence of the field, electrons e with density n e (the number of electrons per unit volume) will still move relative to the medium with an average speed v e , creating an additional electric current with density j e = (- e) n e v e . The total velocity e will be (v + v e ), while it can be assumed that the ion velocity is negligible and v i = 0 due to their large mass. The total force acting on the electron by the electric and magnetic fields will be:

Figure 00000003
Figure 00000003

За счет этой силы Fe электрон движется и испытывает соударения с окружающими частицами и ионами. Сила F/ e, действующая на электрон, движущийся из-за соударений, направлена против его скорости и будет тем больше, чем больше масса электрона mе, относительная скорость ve и число соударений νe в единицу времени: F/ e=-meveνe=-mevee, где τе - время между его соударениями с другими частицами. При установившемся процессе Fe=F/ e иDue to this force F e, the electron moves and experiences collisions with surrounding particles and ions. The force F / e acting on an electron moving due to collisions is directed against its speed and will be greater, the greater the electron mass m e , the relative velocity v e and the number of collisions ν e per unit time: F / e = -m e v e ν e = -m e v e / τ e , where τ e is the time between its collisions with other particles. In the steady state process, F e = F / e and

Figure 00000004
Figure 00000004

Подставляя ve=(-j/enc) в ур.(4), используя соотношение σ=е2ncτe/me и учитывая, что еВ/mсе - циклотронная частота вращения электрона в магнитном поле В, получим значение наводимого тока J с параметром β=ωеτе по обобщенному закону Ома:Substituting v e = (- j / en c ) in level (4), using the relation σ = е 2 n c τ e / m e and taking into account that еВ / m с = ω е is the cyclotron frequency of rotation of an electron in a magnetic field In, we obtain the value of the induced current J with the parameter β = ω e τ e according to the generalized Ohm's law:

Figure 00000005
Figure 00000005

[Специальные электрические машины: учеб. пособие для вузов / под ред. А.И. Бертинова; изд. Букинист, 1982. с. 72].[Special electric machines: textbook. manual for universities / ed. A.I. Bertinova; ed. Bookinist, 1982. 72].

Для МГД-генерации обычно используют МГД-генераторы Фарадея, в которых верхняя и нижняя стенки канала - сплошные проводящие электроды, боковые стенки - непроводящие. Магнитная система создает в канале магнитное поле В. Если электроды замкнуты на пассивную электрическую цепь с омической нагрузкой, а рабочая среда (электролит, вода, газ, плазма) движется в канале под внешним воздействием, на проводящих электродах появляется электродвижущая сила (ЭДС) ε, подобная той, которая возникает в электромеханическом генераторе при движении проводника в поперечном магнитном поле, а напряжение на электродах будет равно U=Ez⋅h, где h - высота канала.For MHD generation, Faraday MHD generators are usually used, in which the upper and lower walls of the channel are solid conductive electrodes, and the side walls are non-conductive. The magnetic system creates a magnetic field B in the channel. If the electrodes are closed to a passive electric circuit with an ohmic load, and the working medium (electrolyte, water, gas, plasma) moves in the channel under external influence, an electromotive force (EMF) ε appears on the conductive electrodes, similar to that which occurs in an electromechanical generator when the conductor moves in a transverse magnetic field, and the voltage at the electrodes will be U = E z ⋅h, where h is the channel height.

Если принять систему координат, в которой поток рабочей среды направлен вдоль оси x, вектор магнитной индукции - вдоль оси y, то наведенная электрическая напряженность Е=v×B (ЭДС на единицу длины) направлена вдоль оси z. Но если электроды сплошные, то при существенных значениях параметра Холла β≥1 может проявляться эффект Холла, заключающийся в том, что в поперечном магнитном поле Ву вектор плотности тока j поворачивается на некоторый угол по отношению к вектору электрической напряженности Ez. Его продольная (вдоль направления потока) составляющая jx будет замыкаться через сплошные электроды и станет бесполезной. Этого можно избежать, если электроды сделать секционированными - набирать из отдельных изолированных друг от друга электродных секций, и когда каждая секция подключается к отдельной нагрузке. В этом случае jx=0 и ток в канале имеет только составляющую jz, но это означает потерю существенной части j. К недостаткам секционированного МГДГ относится также сложность электрической цепи из-за большого числа независимых нагрузок и низкое выходное напряжение.If we accept a coordinate system in which the working fluid flow is directed along the x axis and the magnetic induction vector is along the y axis, then the induced electric voltage E = v × B (EMF per unit length) is directed along the z axis. But if the electrodes are solid, then with significant values of the Hall parameter β≥1, the Hall effect can occur, which consists in the fact that in the transverse magnetic field B the current density vector j rotates through an angle with respect to the electric voltage vector E z . Its longitudinal (along the flow direction) component j x will be closed through solid electrodes and will become useless. This can be avoided if the electrodes are made partitioned - to collect from separate electrode sections isolated from each other, and when each section is connected to a separate load. In this case, j x = 0 and the current in the channel has only component j z , but this means the loss of a significant part of j. The disadvantages of sectioned MGDG include the complexity of the electrical circuit due to the large number of independent loads and low output voltage.

Таким образом, в способе работы МГДГ существует проблема низкой эффективности, связанная с влиянием эффекта Холла, конструкцией и сложностью электрической цепи, а также низкой проводимостью, когда рабочей средой является жидкость и газ. В способе работы МГДГ может проявляться эффект Холла (β≥1), заключающийся в том, что в поперечном магнитном поле вектор плотности тока j поворачивается на угол θ по отношению к вектору Е и j становится малоэффективной, поскольку по мере увеличения β продольная составляющая jx замыкается через электроды и оказываясь бесполезной, при этом из-за наличия одного канала МГДГ дает недостаточное значение ЭДС ε, особенно когда в качестве рабочей среды используются вода, газ и другие рабочие среды с малой удельной электрической проводимостью σ. То есть возникает необходимость увеличения числа каналов и времени воздействия полей на рабочую среду в одном МГДГ. В соответствии с уравнением (2) для увеличения плотности тока j необходимо повысить удельную электрическую проводимость рабочей среды.Thus, in the method of operation of MGDG there is a problem of low efficiency associated with the influence of the Hall effect, the design and complexity of the electrical circuit, as well as low conductivity when the working medium is liquid and gas. In the method of operation of MHD, the Hall effect (β≥1) can be manifested, namely, in the transverse magnetic field, the current density vector j rotates through an angle θ with respect to the vector E and j becomes ineffective, since with increasing β the longitudinal component j x it closes through the electrodes and turns out to be useless; moreover, due to the presence of one channel, the MHD gives an insufficient EMF value ε, especially when water, gas, and other working media with a low electrical conductivity σ are used as the working medium. That is, there is a need to increase the number of channels and the time the fields affect the working environment in one MGDG. In accordance with equation (2), to increase the current density j, it is necessary to increase the electrical conductivity of the working medium.

Решение проблемы низкой эффективности способа работы МГДГ видится в следующем.The solution to the problem of the low efficiency of the MGDG operation method is seen in the following.

1. Вместо того чтобы бороться с холловским током с β≥1, можно использовать его для генерирования электрической мощности. Для этого рационально использовать канал, состоящий из проводящих взаимно изолированных рамок, со сдвигом Δ соединенных диагональными перемычками - т.н. диагональный кондукционный МГДГ. В диагональном МГДГ проводящие рамки наклонены к оси канала под углом θ:1. Instead of fighting the Hall current with β≥1, you can use it to generate electrical power. To do this, it is rational to use a channel consisting of conductive mutually isolated frames with a shift Δ connected by diagonal jumpers - the so-called diagonal conductive MGDG. In the diagonal MGDG, the conducting frames are inclined to the channel axis at an angle θ:

Figure 00000006
Figure 00000006

[Специальные электрические машины: учеб. пособие для вузов / под ред. А.И. Бертинова; изд. Букинист, 1982. с. 510, рис. 12.5, 12.6]. В нем первая и последняя рамки замкнуты на нагрузку RH, т.е. при β≥1 продольный холловский ток с помощью рамок на входе и выходе также замыкается через нагрузку.[Special electric machines: textbook. manual for universities / ed. A.I. Bertinova; ed. Bookinist, 1982. 510, fig. 12.5, 12.6]. In it, the first and last frames are closed to the load R H , i.e. with β≥1, the longitudinal Hall current with the help of the frames at the input and output also closes through the load.

Каждый поперечный слой канала в нем является элементарным генератором, в котором ток совпадает по направлению с поперечным наведенным электрическим полем Eν=v×В. При этом кулоновское электрическое полe Е будет направлено перпендикулярно наклонным плоскостям рамок, поскольку они являются эквипотенциальными поверхностями и полное электрическое поле будет равно Е'=E+v×В.Each transverse layer of the channel in it is an elementary generator in which the current coincides in direction with the transverse induced electric field E ν = v × V. In this case, the Coulomb electric field E will be directed perpendicular to the inclined planes of the frames, since they are equipotential surfaces and the total electric field will be E '= E + v × V.

Меняя угол наклона θ рамок, можно менять направления E, Е' и j. При некотором оптимальном значении угла θ плотность тока j в ЭПМ имеет только поперечную составляющую. Это позволяет получить на выходе канала значительно большие напряжения, чем у фарадеевского МГДГ. Действительно, для кондукционного диагонального МГДГ с длиной канала

Figure 00000007
:Changing the angle of inclination θ of the frames, you can change the direction of E, E 'and j. At a certain optimal value of the angle θ, the current density j in the EPM has only a transverse component. This makes it possible to obtain significantly higher voltages at the channel output than that of the Faraday MGDG. Indeed, for conductive diagonal MGDG with a channel length
Figure 00000007
:

Figure 00000008
Figure 00000008

(для фарадеевского МГДГ, U=Ez⋅h), т.е. при tgθ=β напряжение диагонального МГДГ будет в

Figure 00000009
раз выше, чем у фарадеевского, поскольку появляется возможность использовать и длину
Figure 00000007
канала. Для типичных значений β=1÷2 и
Figure 00000010
эта разница может быть более чем десятикратной. К другим преимуществам диагонального МГДГ относится простота внешней электрической цепи и устойчивость работы из-за отсутствия поперечных электромагнитных сил.(for the Faraday MGDG, U = E z ⋅h), i.e. at tgθ = β, the voltage of the diagonal MHD is
Figure 00000009
times higher than that of Faraday, because it becomes possible to use the length
Figure 00000007
channel. For typical values β = 1 ÷ 2 and
Figure 00000010
this difference can be more than tenfold. Other advantages of diagonal MGDG include the simplicity of the external electrical circuit and the stability of operation due to the absence of transverse electromagnetic forces.

Удельная мощность кондукционного диагонального МГДГ будет:The specific power of the conductive diagonal MGDG will be:

Figure 00000011
Figure 00000011

где kz=Ez/vxBy=U/ε - коэффициент нагрузки, Ez, vx, Ву - компоненты Е, v и В на оси координат z, х и y, а ε - ЭДС фарадеевского МГДГ. Таким образом, мощность генератора увеличивается с ростом σ, v2 и В2, а выбор угла наклона перемычек (рамок) обеспечит максимальную эффективность за счет роста jz и Еz. Диагональный кондукционный МГДГ подобен набору элементарных источников тока, соединенных последовательно с помощью диагональных перемычек.where k z = E z / v x B y = U / ε is the load coefficient, E z , v x , B y are the components of E, v, and B on the z, x, and y coordinate axes, and ε is the EMF of the Faraday MGDG. Thus, the generator power increases with increasing σ, v 2 and В 2 , and the choice of the angle of inclination of the jumpers (frames) will provide maximum efficiency due to the growth of j z and Е z . The diagonal conductive MHD is similar to a set of elementary current sources connected in series using diagonal jumpers.

2. Увеличение числа каналов МГДГ и соответственно кратное увеличение ЭДС по формуле (7), когда в качестве рабочей среды используют воду, газ и другие рабочие среды с малой удельной электрической проводимостью σ, можно добиться использованием электрической машины радиального действия, в которой возможно увеличение числа радиальных каналов.2. An increase in the number of MGDG channels and, correspondingly, a multiple increase in EMF according to formula (7), when water, gas, and other working media with low specific electrical conductivity σ are used as the working medium, can be achieved by using an electric radial machine, in which an increase in the number radial channels.

3. Увеличение плотности полезного тока j можно добиться, повысив удельную электрическую проводимости σ рабочей среды за счет известного трибоэлектрического эффекта, когда за счет трения рабочей среды о диэлектрическую поверхность, на ней появляются электрические заряды (янтарь), уносимые движущейся средой и увеличивающие ее проводимость.3. An increase in the useful current density j can be achieved by increasing the electrical conductivity σ of the working medium due to the well-known triboelectric effect, when due to the friction of the working medium on the dielectric surface, electric charges (amber) appear on it, carried away by the moving medium and increasing its conductivity.

Аналогом является способ работы магнитогидродинамического генератора по патенту РФ на изобретение №2456735 С1, МПК H02K 44/08, H02K 44/12, 238.01.2011, по которому МГДГ имеет каналы для электропроводящей среды, выполненные в виде сопел, обращенных перпендикулярно к оси генератора, и магнитной полюсной системой, обеспечивающей магнитный поток в зоне каналов, при этом число каналов кратно четырем, каналы соединены последовательно, причем расширяющиеся и суживающиеся области каналов расположены симметрично относительно оси МГДГ и направлены к этой оси поочередно суживающейся и расширяющейся частью.The analogue is the method of operation of the magnetohydrodynamic generator according to the RF patent for the invention No. 2456735 C1, IPC H02K 44/08, H02K 44/12, 238.01.2011, in which the MHD has channels for the electrically conductive medium, made in the form of nozzles facing perpendicular to the axis of the generator, and a magnetic pole system that provides magnetic flux in the channel zone, the number of channels being a multiple of four, the channels are connected in series, and the expanding and contracting regions of the channels are located symmetrically with respect to the MHD axis and are directed towards this axis a tapering and expanding part.

Недостатком аналога является низкая эффективность работы ЭМРД вследствие неоднородности магнитного поля и снижения значения поля в расширяющихся областях каналов.A disadvantage of the analogue is the low efficiency of the EMR due to the inhomogeneity of the magnetic field and the decrease in the field in the expanding areas of the channels.

Прототипом является способ работы электрической машины радиального движения по патенту РФ №2346378 C1, МПК H02K 44/02, H02K 44/08, H02K 44/12, 23.10.2007, по которому электрическая машина радиального движения (ЭМРД) состоит из корпуса, выполненного из двух участков труб - внутренней и наружной, охватывающего двенадцать каналов, сужающихся от наружной трубы к внутренней.The prototype is the method of operation of the electric radial motion machine according to the patent of the Russian Federation No. 2346378 C1, IPC H02K 44/02, H02K 44/08, H02K 44/12, 10.23.2007, according to which the electric radial movement machine (EMRE) consists of a housing made of two sections of pipes - internal and external, covering twelve channels, tapering from the outer pipe to the inner one.

Между каналами расположены постоянные магниты, создающие в каналах магнитный поток. В результате взаимодействия протекающего через каналы тока с потоком жидкого металла, в каналах наводится ЭДС, при этом ЭМРД содержит цилиндрический индуктор для создания магнитного потока и канал с электропроводящей подвижной массой, в которой электромагнитные и электродвижущие силы создаются во взаимодействии с магнитным полем, а каналы радиально расположены между источниками магнитного поля индуктора и выполнены сужающимися по направлению к центральной оси машины.Between the channels are permanent magnets that create magnetic flux in the channels. As a result of the interaction of the current flowing through the channels with the flow of liquid metal, an EMF is induced in the channels, while the EMF contains a cylindrical inductor for creating a magnetic flux and a channel with an electrically conductive moving mass, in which electromagnetic and electromotive forces are created in interaction with the magnetic field, and the channels are radially located between the sources of the magnetic field of the inductor and made tapering towards the central axis of the machine.

Недостатком прототипа является низкая эффективность работы ЭМРД из-за большого числа постоянных магнитов, создающих большое гидродинамическое сопротивление потоку рабочей жидкости, что ведет к повышению давления на входе ЭМРД.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of the EMR due to the large number of permanent magnets that create a large hydrodynamic resistance to the flow of the working fluid, which leads to an increase in pressure at the inlet of the EMR.

Задачей изобретения является разработка способа работы электрической машины радиального движения, в котором устранены недостатки аналога и прототипа.The objective of the invention is to develop a method of operating an electric radial motion machine, which eliminates the disadvantages of the analogue and prototype.

Техническим результатом изобретения является повышение эффективности работы электрической машины радиального движения за счет устранения неоднородности магнитного поля, снижения гидродинамического сопротивления путем уменьшения количества постоянных магнитов, а также за счет расширения диапазона работы на рабочие среды с низкими проводимостями путем увеличения носителей заряда, упрощения схемы электрической цепи.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the electric radial motion machine by eliminating the heterogeneity of the magnetic field, reducing the hydrodynamic resistance by reducing the number of permanent magnets, and also by expanding the range of work on working environments with low conductivities by increasing charge carriers, simplifying the circuitry of the electric circuit.

Технический результат достигается тем, что в способе работы электрической машины радиального движения, содержащей корпус, постоянные магниты и рабочие каналы с электропроводящей подвижной массой с числом каналов более двух, в которых электромагнитные и электродвижущие силы создаются во взаимодействии с постоянным магнитным полем, при этом рабочие каналы радиально расположены между постоянными магнитами и выполнены сужающимися по направлению к центральной оси машины, причем рабочие каналы с электродами снабжены внешними перемычками, соединяющими их последовательно, согласно изобретению в качестве корпуса используют цилиндрический магнитопровод с входным и выходным отверстиями для электропроводной подвижной массы, в качестве постоянных магнитов используют два кольцевых и один дисковый постоянные магниты, расположенные внутри корпуса с возможностью размещения между ними рабочих каналов, в качестве электродов используют электроды, наклонно расположенные с внутренней стороны каждого рабочего канала и изолированные между собой изолирующими вставками из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, при этом поток электропроводной подвижной массы входит в корпус через входное отверстие, движется по рабочим каналам с наклонными электродами в радиальных направлениях к периферии корпуса и при этом подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого первым кольцевым и дисковым постоянными магнитами, затем электропроводная подвижная масса меняет направление потока на противоположное и по рабочим каналам с наклонными электродами движется от периферии к центру, подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого дисковым и вторым кольцевым постоянными магнитами, затем электропроводная подвижная масса выходит через выходное отверстие, при этом с электродов на протяжении всех рабочих каналов за счет трибоэлектрического эффекта от изолирующих вставок из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением поступают дополнительные заряды, а на концевых крайних разнополярных выводных клеммах индуцируется электрический потенциал, который замкнут на нагрузку.The technical result is achieved by the fact that in the method of operation of an electric radial motion machine comprising a housing, permanent magnets and working channels with an electrically conductive moving mass with more than two channels, in which electromagnetic and electromotive forces are created in conjunction with a constant magnetic field, while the working channels are radially located between the permanent magnets and are made tapering towards the central axis of the machine, and the working channels with electrodes are equipped with external jumpers connecting them in series, according to the invention, a cylindrical magnetic circuit with input and output openings for an electrically conductive moving mass is used as a housing, two ring and one disk permanent magnets located inside the housing with the possibility of placing working channels between them are used as permanent magnets, as electrodes use electrodes inclined from the inside of each working channel and insulated with polymer insulating inserts material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section, wherein the flow of electrically conductive moving mass enters the housing through the inlet, moves along working channels with inclined electrodes in radial directions to the periphery of the housing, and is exposed to a constant magnetic field created by the first annular and with permanent disk magnets, then the electrically conductive moving mass reverses the flow direction along working channels with inclined electrodes it moves from the periphery to the center, is exposed to a constant magnetic field created by the disk and second ring permanent magnets, then the electrically conductive moving mass exits through the outlet, and from the electrodes throughout all working channels due to the triboelectric effect of insulating inserts made of polymer material with high triboelectric ability and internal variable cross-section receive additional charges, and at the terminal extreme opposite-polarity output terminals of the induction The electric potential is shorted, which is closed to the load.

Сущность изобретения поясняется чертежами ЭМРД, которая реализует предлагаемый способ работы. На фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3 изображена конструкция ЭМРД в разных проекциях и два рабочих канала.The invention is illustrated by the drawings EMRE, which implements the proposed method of work. In FIG. 1, FIG. 2 and FIG. Figure 3 shows the EMR design in different projections and two working channels.

Цифрами на фиг. 1, 2 и 3 обозначены:The numbers in FIG. 1, 2 and 3 are indicated:

1 - корпус,1 - housing

2 - входное отверстие для электропроводной подвижной массы,2 - inlet for conductive rolling mass,

3 - выходное отверстие для электропроводной подвижной массы,3 - outlet for conductive rolling mass,

4 - первый кольцевой постоянный магнит,4 - the first annular permanent magnet,

5 - второй кольцевой постоянный магнит,5 - the second annular permanent magnet,

6 - дисковый постоянный магнит,6 - disk permanent magnet

7, 8 - рабочие каналы,7, 8 - working channels,

9 - наклонно расположенные электроды,9 - inclined electrodes,

10 - изолирующие вставки из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением,10 - insulating inserts of a polymeric material with high triboelectric ability and internal variable cross-section,

11 - крайние разнополярные выводные клеммы,11 - extreme bipolar output terminals,

12 - нагрузка,12 - load

13 - внешние перемычки.13 - external jumpers.

Электрическая машина радиального действия содержит корпус 1, постоянные магниты и рабочие каналы 7, 8 с электропроводящей подвижной массой (ЭПМ) с числом каналов более двух, в которых электромагнитные и электродвижущие силы создаются во взаимодействии с постоянным магнитным полем, при этом рабочие каналы 7 и 8 радиально расположены между постоянными магнитами и выполнены сужающимися по направлению к центральной оси машины, причем рабочие каналы 7 и 8 с электродами 9 снабжены внешними перемычками 13, соединяющими их последовательно.The radial electric machine comprises a housing 1, permanent magnets and working channels 7, 8 with an electrically conductive moving mass (EPM) with more than two channels in which electromagnetic and electromotive forces are created in conjunction with a constant magnetic field, with working channels 7 and 8 are radially located between the permanent magnets and are made tapering towards the central axis of the machine, and the working channels 7 and 8 with the electrodes 9 are equipped with external jumpers 13 connecting them in series.

Отличительной особенностью предлагаемого способа работы электрической машины радиального движения является то, что в качестве корпуса 1 используют цилиндрический магнитопровод с входным 2 и выходным 3 отверстиями для ЭПМ, в качестве постоянных магнитов используют два кольцевых 4, 5 и один дисковый 6 постоянные магниты, расположенные внутри корпуса 1 с возможностью размещения между ними рабочих каналов 7 и 8, в качестве электродов 9 используют электроды, наклонно расположенные с внутренней стороны каждого рабочего канала 7, 8 и изолированные между собой изолирующими вставками 10 из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, при этом поток ЭПМ входит в корпус 1 через входное отверстие 2, движется по рабочим каналам 7 с наклонными электродами 9 в радиальных направлениях к периферии корпуса 1 и при этом подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого первым кольцевым 4 и дисковым 6 постоянными магнитами, затем ЭПМ меняет направление потока на противоположное и по рабочим каналам 8 с наклонными электродами 9 движется от периферии к центру, подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого дисковым 6 и вторым кольцевым 5 постоянными магнитами, затем ЭПМ выходит через выходное отверстие 3, при этом с электродов 9 на протяжении всех рабочих каналов 7 и 8 за счет трибоэлектрического эффекта от изолирующих вставок 10 из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением поступают дополнительные заряды, а на концевых крайних разнополярных выводных клеммах 11 индуцируется электрический потенциал, который замкнут на нагрузку 12.A distinctive feature of the proposed method of operation of an electric radial motion machine is that a cylindrical magnetic circuit with input 2 and output 3 openings for the EPM is used as case 1, two ring 4, 5 and one disk 6 permanent magnets located inside the case are used as permanent magnets 1 with the possibility of placing working channels 7 and 8 between them, electrodes 9 use electrodes inclined from the inside of each working channel 7, 8 and isolated interconnecting insulating inserts 10 of a polymeric material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section, while the EPM stream enters the housing 1 through the inlet 2, moves along the working channels 7 with inclined electrodes 9 in radial directions to the periphery of the housing 1 and undergoes a constant magnetic field created by the first ring 4 and disk 6 permanent magnets, then the EPM changes the direction of flow in the opposite direction and through the working channels 8 with inclined electrodes 9 moves from the periphery to the center, is exposed to a constant magnetic field created by the disk 6 and the second annular 5 permanent magnets, then the EPM exits through the outlet 3, while from the electrodes 9 throughout all the working channels 7 and 8 due to the triboelectric effect of the insulating inserts 10 of the polymer material with a high triboelectric ability and an internal variable cross-section, additional charges arrive, and an electric induction is induced at the terminal extreme opposite-pole output terminals 11 potential which is shorted to load 12.

Таким образом, отличительной особенностью предлагаемого способа работы ЭМРД является то, что:Thus, a distinctive feature of the proposed method of operation EMR is that:

силовые линии магнитного поля постоянных магнитов 4, 5 и 6 замыкаются через ферромагнитный корпус 1 трансформаторного («горшкового») типа, повышая значение магнитной индукции поля;magnetic field lines of permanent magnets 4, 5 and 6 are closed through a ferromagnetic case 1 transformer ("pot") type, increasing the value of the magnetic field induction;

ЭПМ осуществляет радиальное движение по рабочим каналам 7 от оси корпуса 1 и рабочим каналам 8 от периферии к оси корпуса 1, двукратно увеличивая расстояние и время воздействия на нее магнитного поля для каждой пары каналов и многократно при большем числе каналов;The EPM carries out radial movement along the working channels 7 from the axis of the housing 1 and the working channels 8 from the periphery to the axis of the housing 1, doubling the distance and time of exposure to the magnetic field for each pair of channels and many times with a larger number of channels;

два кольцевых 4, 5 и один плоский 6 постоянные магниты создают однородное магнитное поле в зоне рабочих каналов 7 и 8, увеличивающее эффективность ЭМРД за счет максимального одинаково равномерного распределения тока между всеми электродами 9 по всей длине рабочих каналов 7 и 8;two ring 4, 5 and one flat 6 permanent magnets create a uniform magnetic field in the area of the working channels 7 and 8, increasing the efficiency of the EMR due to the maximum equally uniform current distribution between all electrodes 9 along the entire length of the working channels 7 and 8;

диагональное расположение электродов 9, угол наклона θ которых выбирается в зависимости от параметра Холла β через уравнение tgθ=h/Δ=β, устраняет отклонение генерируемого тока от наводимого электрического поля;the diagonal arrangement of the electrodes 9, the inclination angle θ of which is selected depending on the Hall parameter β through the equation tgθ = h / Δ = β, eliminates the deviation of the generated current from the induced electric field;

внешние перемычки 13, соединяющие концевые электроды в каналах, последовательно увеличивают суммарный потенциал электродов 9;external jumpers 13 connecting the end electrodes in the channels sequentially increase the total potential of the electrodes 9;

изолирующие вставки 10 из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью повышают электрическую проводимость σ электропроводной подвижной массы;insulating inserts 10 of a polymeric material with high triboelectric ability increase the electrical conductivity σ of the electrically conductive moving mass;

крайние разнополярные выводные клеммы 11 замыкают суммарный потенциал электродов 9 на нагрузку 12.extreme bipolar output terminals 11 close the total potential of the electrodes 9 to the load 12.

Способ работы электрической машины радиального движения реализуют следующим образом.The method of operation of an electric radial motion machine is implemented as follows.

Поток ЭПМ входит в корпус 1 через входное отверстие 2, движется по рабочим каналам 7 с внутренними наклонными электродами 9 в радиальных направлениях к периферии корпуса и при этом подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого первым кольцевым 4 и дисковым 6 постоянными магнитами, затем ЭПМ меняет направление потока на противоположное и по рабочим каналам 8 с внутренними наклонными электродами 9 движется от периферии к центру, подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого дисковым 6 и вторым кольцевым 5 постоянными магнитами, наклонные электроды 9 в рабочих каналах изолированы полимерными вставками 10, с которых на протяжении всех каналов за счет трибоэлектрического эффекта поступают дополнительные заряды, на концевых крайних разнополярных выводных клеммах 11 индуцируется электрический потенциал, который замкнут на нагрузку 12, затем ЭПМ выходит через выходное отверстие 3.The EPM flow enters the housing 1 through the inlet 2, moves along the working channels 7 with internal inclined electrodes 9 in radial directions to the periphery of the housing, and is exposed to a constant magnetic field created by the first ring 4 and disk 6 permanent magnets, then the EPM changes direction the opposite flow and through working channels 8 with internal inclined electrodes 9 moves from the periphery to the center, is exposed to a constant magnetic field created by the disk 6 and the second ring with 5 permanent magnets, the inclined electrodes 9 in the working channels are isolated by polymer inserts 10, from which additional charges are supplied throughout the channels due to the triboelectric effect, an electric potential is induced at the terminal extreme opposite-pole output terminals 11, which is closed to the load 12, then the EPM goes out through the outlet 3.

Если использовать диагональный кондукционный МГДГ с длиной

Figure 00000012
и высотой канала (расстоянием между электродами) h=0.01 м, то согласно формуле (4) при магнитном поле В=1 Тл, проводимости 1/σ жидкости не менее 5⋅10-5 См⋅м, скорости потока v=12 м/с, между электродами в каналах возникнет ЭДС ε=160 мВ.If you use a diagonal conductive MGDG with a length
Figure 00000012
and the channel height (distance between the electrodes) h = 0.01 m, then according to formula (4) with a magnetic field of B = 1 T, the conductivity of 1 / σ of the liquid is at least 5⋅10 -5 S⋅m, the flow velocity is v = 12 m / s, between the electrodes in the channels an emf of ε = 160 mV will occur.

При наличии же 32 радиальных рабочих каналов (16×2) в ЭМРД с использованием конструкции фиг. 1-3, при тех же значениях параметров рабочих каналов

Figure 00000012
м и h=0.01, постоянном эффекте Холла β=2, отношении длины к высоте
Figure 00000013
и последовательном соединении электродов, получим ЭДС ε=32 В.If there are 32 radial working channels (16 × 2) in the EMRE using the design of FIG. 1-3, with the same values of the parameters of the working channels
Figure 00000012
m and h = 0.01, constant Hall effect β = 2, ratio of length to height
Figure 00000013
and a series connection of the electrodes, we obtain the emf ε = 32 V.

В предлагаемом способе работы ЭМРД генерируемая ЭДС в 200 раз превышает значение ЭДС одноканального диагонального МГДГ при тех же параметрах.In the proposed method of operation, the EMF generated by the EMF is 200 times higher than the value of the EMF of single-channel diagonal MHD with the same parameters.

Таким образом, использование изобретения позволит повысить эффективность работы ЭМРД за счет устранения неоднородности магнитного поля, снижения гидродинамического сопротивления путем уменьшения количества постоянных магнитов, а также за счет расширения диапазона работы на рабочие среды с низкими проводимостями путем увеличения носителей заряда, упрощения схемы электрической цепи.Thus, the use of the invention will improve the efficiency of EMR by eliminating the inhomogeneity of the magnetic field, reducing the hydrodynamic resistance by reducing the number of permanent magnets, and also by expanding the range of work on working environments with low conductivities by increasing charge carriers, simplifying the circuitry of the electrical circuit.

Claims (1)

Способ работы электрической машины радиального движения, содержащей корпус, постоянные магниты и рабочие каналы с электропроводящей подвижной массой с числом каналов более двух, в которых электромагнитные и электродвижущие силы создаются во взаимодействии с постоянным магнитным полем, при этом рабочие каналы радиально расположены между постоянными магнитами и выполнены сужающимися по направлению к центральной оси машины, причем рабочие каналы с электродами снабжены внешними перемычками, соединяющими их последовательно, отличающийся тем, что в качестве корпуса используют цилиндрический магнитопровод с входным и выходным отверстиями для электропроводной подвижной массы, в качестве постоянных магнитов используют два кольцевых и один дисковый постоянные магниты, расположенные внутри корпуса с возможностью размещения между ними рабочих каналов, в качестве электродов используют электроды, наклонно расположенные с внутренней стороны каждого рабочего канала и изолированные между собой изолирующими вставками из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением, при этом поток электропроводной подвижной массы входит в корпус через входное отверстие, движется по рабочим каналам с наклонными электродами в радиальных направлениях к периферии корпуса и при этом подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого первым кольцевым и дисковым постоянными магнитами, затем электропроводная подвижная масса меняет направление потока на противоположное и по рабочим каналам с наклонными электродами движется от периферии к центру, подвергается воздействию постоянного магнитного поля, создаваемого дисковым и вторым кольцевым постоянными магнитами, затем электропроводная подвижная масса выходит через выходное отверстие, при этом с электродов на протяжении всех рабочих каналов за счет трибоэлектрического эффекта от изолирующих вставок из полимерного материала с высокой трибоэлектрической способностью и внутренним переменным сечением поступают дополнительные заряды, а на концевых крайних разнополярных выводных клеммах индуцируется электрический потенциал, который замкнут на нагрузку.The method of operation of an electric radial motion machine comprising a housing, permanent magnets and working channels with an electrically conductive moving mass with more than two channels, in which electromagnetic and electromotive forces are created in cooperation with a constant magnetic field, while the working channels are radially located between the permanent magnets and are made tapering towards the central axis of the machine, and the working channels with the electrodes are equipped with external jumpers connecting them in series, distinguishing I mean that a cylindrical magnetic circuit with inlet and outlet openings for an electrically conductive moving mass is used as a housing, two ring and one disk permanent magnets located inside the housing with the possibility of placing working channels between them are used as permanent magnets, electrodes are used as electrodes, inclined from the inside of each working channel and insulated with insulating inserts made of polymer material with a high triboelectric feature and an internal variable cross-section, while the flow of the electrically conductive moving mass enters the housing through the inlet, moves along the working channels with inclined electrodes in radial directions to the periphery of the housing, and is exposed to a constant magnetic field created by the first ring and disk permanent magnets, then the electrically conductive moving mass reverses the flow direction and moves from the periphery to the center along working channels with inclined electrodes, undergoes I am exposed to a constant magnetic field created by a disk and a second annular permanent magnet, then the electrically conductive moving mass exits through the outlet, and from the electrodes throughout the working channels due to the triboelectric effect of the insulating inserts of a polymeric material with high triboelectric ability and an internal variable cross-section additional charges arrive, and an electric potential is induced at the end extreme bipolar output terminals ut on load.
RU2016108530A 2016-03-09 2016-03-09 Method electric machine of radial motion operation RU2626377C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108530A RU2626377C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Method electric machine of radial motion operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016108530A RU2626377C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Method electric machine of radial motion operation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2626377C1 true RU2626377C1 (en) 2017-07-26

Family

ID=59495785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016108530A RU2626377C1 (en) 2016-03-09 2016-03-09 Method electric machine of radial motion operation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2626377C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700575C1 (en) * 2018-12-26 2019-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Magnetohydrodynamic pump

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB911355A (en) * 1960-08-30 1962-11-28 Speidel Corp Magnetohydrodynamic gyroscope
GB1123249A (en) * 1966-07-25 1968-08-14 Gen Motors Corp Magnetohydrodynamic generator using a liquid metal working fluid
EP0058266A1 (en) * 1979-11-01 1982-08-25 CWM Corporation Electrical power generation apparatus and method
JPH03128659A (en) * 1989-09-25 1991-05-31 Westinghouse Electric Corp <We> Magnetohydro turbo apparatus
RU2290736C1 (en) * 2005-06-16 2006-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method for generating electrical energy on board hypersonic flying vehicle and mhd generator used for the purpose
RU2346378C1 (en) * 2007-10-23 2009-02-10 Александр Севостьянович Курбасов Electrical radial motion machine
RU2456735C1 (en) * 2011-01-28 2012-07-20 Александр Севостьянович Курбасов Magnetohydrodynamic generator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB911355A (en) * 1960-08-30 1962-11-28 Speidel Corp Magnetohydrodynamic gyroscope
GB1123249A (en) * 1966-07-25 1968-08-14 Gen Motors Corp Magnetohydrodynamic generator using a liquid metal working fluid
EP0058266A1 (en) * 1979-11-01 1982-08-25 CWM Corporation Electrical power generation apparatus and method
JPH03128659A (en) * 1989-09-25 1991-05-31 Westinghouse Electric Corp <We> Magnetohydro turbo apparatus
RU2290736C1 (en) * 2005-06-16 2006-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") Method for generating electrical energy on board hypersonic flying vehicle and mhd generator used for the purpose
RU2346378C1 (en) * 2007-10-23 2009-02-10 Александр Севостьянович Курбасов Electrical radial motion machine
RU2456735C1 (en) * 2011-01-28 2012-07-20 Александр Севостьянович Курбасов Magnetohydrodynamic generator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700575C1 (en) * 2018-12-26 2019-09-18 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тюменский индустриальный университет" (ТИУ) Magnetohydrodynamic pump

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11777335B2 (en) Systems and methods to harvest energy and determine water holdup using the magnetohydrodynamic principle
CN101088198A (en) Air ionization module and method
CA2006313A1 (en) Gas-liquid separation method for electroconductive gas-liquid two phase flows and the device therefor
US6602411B1 (en) Magnetic treating apparatus of water
AU2020213418B2 (en) Complex electric fields and static electric fields to effect motion with conduction currents and magnetic materials
CA2872106C (en) Electromagnetic flow rate measurement system and calibrator therefor
KR20080035566A (en) Superconducting acyclic homopolar electromechanical power converter
RU2626377C1 (en) Method electric machine of radial motion operation
KR102060065B1 (en) Energy harvesting device
Bera A magnetohydrodynamic (MHD) power generating system: a technical review
RU167107U1 (en) ELECTRIC RADIAL ACTION MACHINE
Aoki et al. An MHD study of the behavior of an electrolyte solution using 3D numerical simulation and experimental results
US2490009A (en) Electromagnetic device
RU2467463C1 (en) Pulse power generator (versions)
Song et al. Effect of load on performance of LMMHD generator
RU2529006C2 (en) Magnetohydrodynamic device (versions)
FI119791B (en) linear generator
CN105720785A (en) Single-tube multi-section liquid metal magnetofluid generator
McDonald Alternative forms of the Poynting vector
Panholzer Electromagnetic pumps
US3549914A (en) Monolithic electrodes for mhd generators
Kato et al. Development of capacitive‐coupled hall‐type MHD generator
Yamada et al. Two‐dimensional numerical simulation on performance of liquid metal MHD generator
Lu et al. Design and analysis of tubular linear PM generator
Dixit et al. Experimental study on the effect of insulating vane and interaction parameter on current and voltage in a liquid metal MHD generator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180310