SU915181A1 - Жидкометаллический магнитогидродинамический преобразователь с регенерацией тепла 1 - Google Patents

Description

Изобретение относится к производству электрической энергии путем прямого преобразования тепловой энергии в электрическую с помощью жидкометаллических магнитогидррдинамических (МГД) генераторов. ⁵

Известны однокомпонентные жидкометаллические МГД-преобразователи с сепаратором, в которых в полезной части цикла используется масса жидкости, отсепарированная в сепараторе^ ¹⁰

Общим недостатком этих схем является значительная потеря энергии, так как фактически не используется кинетическая энергия отсепарированного пара, ’⁵

Также известна МГД-установка с одноступенчатым конденсационный¹ циклом в которой жидкость до поступления в источник тепла воспринимает тепло

20

регенерации в процессе охлаждения двухфазного сопла[2].

Недостатки схемы - значительная потеря энергии в инжекторе установки

2

из-за смешения потоков пара и жидкости с существенно различными скоростями и значительная потеря энергии на трение в двухфазном сопле вследствие больших размеров регенеративного сопла. .

Известен жидкометаллический магнитогидродинамический преобразователь с регенерацией тепла, содержащий источник тепла, двухфазное сопло, сепаратор, расположенный за ним МГД-генератор, диффузор паровой фазы и диффузор жидкой фазы, холодильник, инжектор-конденсатор и расположенный за ним второй МГД-генератор[з].

Рабочее тепло - жидкий металл в источнике тепла нагревается и частично испаряется до определенной сухости , а затем через сопло поступает в сепаратор, где жидкая фаза отделяется от паровой. Из сепаратора поток жидкости с высокой скоростью поступает в МГД-генератор первой ступени, а с выхода МГД-генератора в диффузор,

з 9151

в котором повышается статическое давление , и затем в холодильник. Далее жидкость поступает в инжектор-конденсатор, где ускоряется и нагревается паром, поступившим из диффузора паро- 5 вой фазы. Здесь же происходит конденсация паровой фазы.

Из инжектора поток жидкости направляется в МГД-генератор второй ступени, где в электрическую энергию превраща- ю ется лишь часть энергии потока жидкости. Другая часть энергии потока жидкости в диффузоре преобразуется в статическое давление, после чего жидкость возвращается в источник теп- ,5 ла.

Недостатком известного преобразователя является то, что он имеет ограничение по величине начальной (конем- ₂₀ ной) сухости смеси, так как для данных параметров термодинамического цикла существует предельная (максимальная) величина соотношения расходов фаз на срезе сопла, при которой _г5 еще обеспечивается полная конденсация паровой фазы, в инжекторе на струе холодной жидкости, поступившей сюда из МГД-генератора первой ступени через холодильник. Поэтому данный преобра- _э0 зователь не позволяет реализовать большие величины термического КПД цикла или, что то же, полного КПД цикла, так как в цикле предельные (максимально допустимые) значения начальных сухостей смеси лежат практически на левой пограничной кривой.

Цель изобретения - повышение КПД

Поставленная цель достигается тем, что преобразователь дополнительно снабжен устройством регенерации тепла, размещенным между вторым МГД-генератором и источником тепла, а сопло снабжено паровыми отборами, причем выходы паровых отборов соответственно подключены.к входам по пару устройства регенерации тепла .

Устройство регенерации тепла выполнено в виде последовательно соединенных по ходу жидкости регенераторов смешивающего типа, снабженных ⁵⁰ электромагнитными насосами.

Паровые отборы выполнены в виде щелей в стенках сопла и расположены в поперечных сечениях по длине сопла под углом к его оси, причем щели . ⁵⁵ связаны с входами по пару соответствующих регенераторов через камеры с патрубками для отвода пара.

1 4

На фиг. 1 представлена схема МГД-преобразователя; на фиг. 2 цикл в Τ-5-координатах.

Схема КМ МГДП включает источник тепла 1, двухфазное сопло 2 с паровыми отборами 3» сепаратор 4, МГД-генератор 5 первой ступени, диффузор 6 паровой фазы, диффузор 7 жидкой фазы, охладитель 8, инжектор-конденсатор 9, МГД-генератор 10 второй ступени, регенераторы 11-13 и электромагнитные насосы 14-16.

Рабочий процесс предлагаемого КМ МГДП следующий.

В источнике тепла 1 при Р_о к жидкому металлу изобарически подводится тепле? ζ) (процесс -<£) .Образующая парожидкостная смесь, расход которой равен Спх, а сухость Х_о поступает в сопло 2, расширяется до давления Р& (процесс б-в-г-с1-£-1-т-п-) . В процессе расширения в сечениях отбора пара при давлениях Р^сопзГ,' %^сопз£,’ Р₀^~соп5Е осуществляется отбор пара в^количествах С| (процесс β-г),

С„ (процесс Ц-£) и Сопроцесс 1-т); причем · θ^{εΗΟΒΗοε} расширение пара в сопле происходит до и за сечениями отбора пара (процессы б-в; £-1; г-ό; т-п).

Из сопла поток смеси в количестве С^-Сз(|.£- (С/ + £>,[+ С,*’) направляется в сепаратор 4, где происходит разделение фаз (процессы η-к и п-Н).

Из сепаратора жидкость в количестве С.^= (1 - /_и)-Споступает в МГД-генератор 5 первой ступени,где кинетическая энергия жидкости преобразуется в электрическую, а с выхода МГДгенератора в диффузор 7, в котором за счет остаточного напора жидкости повышается.статическое давление (к-1) и затем в холодильник 8. После охлаждения (процесс 1- 'ύ ) жидкость поступает в инжектор 9, где ускоряется и нагревается (процессы ф - Ф' , л)'- к’ ) паром, поступившим из сепаратора Ч в количестве (£=ХпС₂ через диффузор 6 паровой фазы. Здесь же происходит конденсация паровой фазы (процесс Ь—к^σ) после процессов сжатия пара в диффузоре 6 (процесс Η -X) и ускорения в инжекторе (процесс Х~Н).

Из инжектора поток жидкости направляется в МГД-генератор 10 второй

ступени, Где в электрическую энергию

превращается основная часть энергии

5 9151

потока жидкости. Оставшаяся часть

энергии потока жидкости затрачивается на прокачку теплоносителя через

регенератор (1 .

Из МГД-генератора 10 жидкость с 5 температурой Т₂ поступает в регенератор 11, где смешивается с паром отбора при давлении [))¾. В результате смешения пар конденсируется, а жидкость нагревается от Т₂ до температу- 10 ры отбора пара ^(Ро^процесс к'-}*) .

Из регенератора 11 поток жидкости с помощью насосов 14 поступает в следующий регенератор 12, а затем в регенератор 13, в которых температура 15 жидкости повышается от ^до соответствующей температуре пара рервого отбора (процессы Τι -П и Τι-ία,· После регенератора 13 расход жидкости принимает первоначальное 20 значение и ее поток возвращается в источник тепла. Цикл замыкается.

Осуществление регенерации тепла в МГД-цикле позволяет создать схему высокоэффективного МГДП, которая ха- 25 рактеризуется следующими основными особенностями.

В результате осуществления регенерации тепла уменьшаются величины сухости и скорости смеси на выходе из зо сопла, что при прочих равных условиях снижает нагрузку на холодильник, уменьшает ударные потери в инжекторе, снижает в реальном цикле потери энергии на трение в сопле, сёпарато- ₃₅ ре и контуре в целом. В данной схеме источник тепла работает на меньших перепадах температур, что предпочтительнее, особенно при использовании в качестве источника тепла атомного реактора.

Claims (3)

1. Формула изобретения

   1. Жидкометаллический магнитогидродинамический преобразователь с реге81 ύ

   нерацией тепла, содержащий источник тепла, двухфазное сопло, сепаратор, расположенный за ним МГД-генератор, диффузор паровой фазы и диффузор жидкой фазы, охладитель, инжектор и расположенный за ним второй МГД-генератор, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД, преобразователь дополнительно снабжен устройством регенерации тепла, размещенным между вторым МГД-генератором и источником тепла, а сопло снабжено паровыми отборами, причем выходы паровых отборов подключены к входам по пару устройства регенерации тепла.
2. 2. Преобразователь по п.1, о т л ичающийся" тем, что устройство регенерации тепла.выполнено в виде последовательно соединенных по ходу , жидкости регенераторов смешивающегося типа, снабженных электромагнитными насосами.
3. 3. Преобразователь по пп.1 и 2, отличающийся тем, что паровые отборы выполнены в виде щелей в стенках сопла и расположены в поперечных сечениях по длине сопла под углом к его Оси, причем щели связаны с входами по пару соответствующих регенераторов через камеры с патрубками для отвода пара.