SU799683A3 - Газовый электрод дл мгд-гене-PATOPA - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к магнитогидродинамическому генератору, в частности к усовершенствованным газообразным электродам дл  таких генераторов .

Известны МГД-генераторы, которые вырабатывают электрическую энергию в результате движени  нагретого до срысокой температуры электропроводного газа через магнитное поле. При таком движении между противоположными электродами , наход щимис  внутри генератора, наводитс  электродвижуща с  сила l .

Однако быстрое движение нагретого до высокой температуры газа, а также действие электрических дуг, которое св зывают основной поток плазмы МГДгенератора с нагрузкой, привод т к значительной эрозии электродов генератора 1.13 .

Известен генератор плазмы (электрод ) дл  МГД-генератора, в котором с целью повышени  степени ионизации плазмы, дуга перемещаетс  в потоке ионизируемого газа от одной пары электродных элементов к другой, причем средством перемещени  дуги  вл етс  поток газа и магнитное поле генератора плазмы 2.

К недостаткам такого генератора (электрода),  вл ющегос  по существу газовым электродом МГД-генератора, следует отнести недостаточную степень ионизации газа и эрозию электродных элементов.

Цель изобретени  - повышение степени ионизации газа и увеличение срока службы электрода за счет пере0 мещени  электрической дуги, возникающей между электродными элементами, по спирали и гашени  ее в местах минимальной скорости ее перемещени  по электродным элементам.

5

Указанна  цель достигаетс  тем, что в газовом электроде дл  МГД-генератора , состо щем, по крайней мере , из двух электродных элементов, расположенных один в другом, трубо0 провода дл  подвода ионизирующегос  газа, источника питани  дл  создани  дуги между электродными элементами , устройства дл  создани  магнитного пол  В дл  перемещени  дуги

5 между электродными элементами, электродные элементы имеют удлинённую форму и расположены осесимметрично относительно друг друга, устройство дл  создани  магнитного пол  В рас0 положено так, что вектор магнитного

пол  перпендикул рен потоку ионизит рующего газа и образует с осью электродных элементов непр мой угол, а в наружном электродном элементе выполнены каналы дл  подачи дугогас щего газа в местах минимальной скорости дуги.

На фиг. 1 схематически изображен МГД-генератор Фарадеевого типа с сегментнЕлми электродами) на фиг. 2 изображен электрод, используемый в генераторе, общий вид, на фиг. 3 разрез А-А электрода на фиг. 2, на фиг. 4 - разрез Б-Б электрода на фиг. 2; на фиг. 5 - вид в плане стенки электрода; на фиг. б - принцип действи  предлагаемой конструкции в векторной форме.

Обычный МГД-генератор представл е собой трубу 1, во входное отверстие 2 которой, входит основной поток нагретой до высокой температуры электропровод щей плазмы.

При правильном выборе фор1У1ы и давлени  на выходе трубы 1 можно заставить плазму двигатьс  сквозь трубу с практически посто нной скоростью, проход  мимо одного или более электродов , таких, например, как сегментные электроды 3 и 4, включенные в цепь 5 нагрузки 6.

Так называемый первичный магнитный поток, перпендикул рный как направлению движени  потока плазмы, так и вектору ЭДС, котора  должна вырабатыватьс  генератором между электродами 3 и 4, показан стрелкой В.

Электрод, изображенный на фиг. 2, включает в себ  цилиндрический элемент 7, установленный на изол торах 8 (фиг.4) внутри цилиндрической полости внешнего элемента 9, представл ющего собой корпус с каналами 10 дл  охлаждающего агента, снижающего температуру конструкции. Зазор между внутренним и внешним элементами электрода посто нен по всей длине. Верхн   стенка корпуса 9 имеет центрально расположенный канал 11, предназначенный дл  истечени  электродной плазмы.

Коллектор 12 (фиг.З и 4) системы ввода газа расположен внутри корпуса 9-и предназначен дл  ввода соответствующего 1аза, обычно инертного, например аргона, через проходы 13 в полость 14, где он обтекает центральный элемент 7 электрода, а затем попадает в генератор. С помощью источника 15 тока центральный элемент 7 электрода зар жаетс  отрицательным зар дом относительно корпуса 9.. Таким образом, между элементами 7 и 9 электрода зажигаетс  дуга 16, котора  ионизирует газ, проход щий через полость 14 между элементами 7 и 9, а получающа с  в результате этого процесса плазма вытекает из канала 11

в основной канал генератора, образу  при этом газообразный электрод.

Существенной особенностью конструкции  вл етс  присущий ей эффект катодного п тна, т.е. естественна  тенденци  дуги 16 перемещатьс  внутри полости между двум  электродами 7 и 9, в особенности, если центральный электрод изготовлен из меди. В предлагаемых ранее системах, в которых вектор магнитного пол  параллеле продольной оси электрода 7, а вектор плотности тока в дуге нормален к поверхности электрода 7, сила, действующа  на дугу в соответствии с правилом правой руки,направлена по касательной к поверхности электрода Эта тангенциальна  сила заставл ет дугу вращатьс  вокруг электрода 7 в одной плоскости.

В предложении исключаетс  необходимость во втором магнитном поле, так как предусмотрена установка электрода 7 под некоторым, отличным от О , углом к направлению магнитного пол  МГД-генератора, как йоказано на фиг. 5.

На фиг. 6 приведена схема взаимодействи  векторов пол  и тока, иллюстрирующа  принцип действи  предлагаемого устройства. Если за ось X прин ть продольную ось электрода 7, а оси У и Z расположить в плоскости перпендикул рной оси X, то вектор магнитного пол  В можно расположить в плоскости X под углом а к оси X. Проекции вектора магнитного пол  В на оси X и Z показаны векторами В, и В .

Вектор плотности тока дуги О нормален в поверхности электрода 7 и имеет составл ющие только по ос м У и Z. Следовательно, сила действует на дугу в соответствии с правилом левой руки; составл юща  магнитного пол  BX и плотность тока 3 создают силу F , т.е. сила направлена по касательной к поверхности электрода 7 составл юща  магнитного пол  В и плотность тока Зу создают силу FX , т.е. силу, направленную вдоль электрода .

На фиг. 6 выбраны две точки Е и F. В точке Е плотность тока имеет единственную составл ющую DZ/ котора , взаимодейству  с составл ющей магнитного пол  BX, создает силу FC, заставл ющую дугу двигатьс  вокруг электрода. Эта сила определ етс  равенством:

PC

в точке F плотность тока имеет единственную составл кадую З) . В соответствии с правилом левой руки составл юща  магнитного пол  В и плотность тока 3vj создают силу F в продольном направлении. Продольна  сила в этой точке определ етс  как:

F, :з ъ

в этой же точке F составл юща  магнитного пол  By взаимодействует с плотностью тока 71 и создает силу F :

ЗУ В.

В любой точке между Е и F на дугу действуют силы как в продольном так и в круговом направлении. В результате действи  этих измен ющихс  сил катодное п тно перемещаетс  по траектории, изображенной на фиг. 6 штрихпунктирной линией. Следовате.ьно , дуга движетс  вперед и назад вдоль электрода 7 и полностью ионизирует газ в полости 14.

Продольные силы возникают вс кий раз, когда вектор магнитного пол  В имеет составл ющие по оси У и/или по оси F.

В точках Е и G траектории движени  катодного п тна происходит эрози  электрода 7, котора  устран етс  вводом в концы камеры 14 газа, отличного от ионизируемого. Соответственно , в предлагаемой конструкции предусмотрены газовые вводы 17 и 18 (фиг.4). Этот газ выбираетс  таким образом, чтобы потенциал зажигани  дуги в нем был выше. В основном, дл  этой цели используютс  двухатомные газы, в частности азот. Как следствие того, что этот второй газ требует дл  поддержани  дуги более высокого напр жени , дуга на концах электрода / гаснет и снова загораетс  при обратном продолыюм движении.

Claims (2)

1.Патент Франции № 2082734,

5 кл. Н 02 N 4/00, опублик. 1972.

2.Патент США № 3535586,

кл. 15-111, опублик. 1970 (прототип).