Канал магнитогидродинамической машины

 

Изобретение относится к магнитогидродинамическим машинам, применяемым для преобразования механической энергии движущихся электропроводящих сред в электрическую и наоборот. Цель изобретения - повышение надежности и КПД, которая достигается выполнением канала из отдельных частей с охлаждающими каналами, расположенными по окружности в несколько рядов, при котором обеспечивается уменьшение толщины стенки канала при сохранении высокой механической прочности. Канал состоит из полых цилиндров 1 и 2 и перегородки 3, выполненных из материала с высоким электросопротивлением. Цилиндры 1 и 2 образуют каналы, заполненные электропроводящей средой 6. Цилиндры 1 и 2 состоят из последовательно установленных частей 7 - 12 и 13 - 18. Каждая из этих частей выполнена в виде смещенных вдоль оси канала ступеней 19, 24. Части 7 - 12 и 13 - 18 соединены клинообразными выступами 25 и огнеупорным клеем 26. В стенках цилиндров 1 и 2 выполнены охлаждающие каналы 27, 28, расположенные в несколько рядов, причем оси каналов одного ряда расположены между осями каналов смежного с ним ряда, а отношение высоты канала к его ширине равно 1 / (5 - 10). Потоки воздуха 29 и 30 проходят через каналы 27 и 28. На поверхности канала выполнены аксиальные канавки. 2 ил.

Изобретение относится к магнитогидродинамическим машинам, применяемым для преобразования механической энергии движущихся электропроводящих сред в электрическую и наоборот. Целью изобретения является повышение надежности и КПД. На фиг.1 показан продольный разрез канала магнитогидродинамической машины с аксиальным входом охлаждающего потока воздуха; на фиг.2 - поперечный разрез канала магнитогидродинамической машины в сечении А-А. Канал магнитогидродинамической машины состоит из полых цилиндров 1 и 2 и установленных между ними перегородок 3, выполненных из материала с высоким электросопротивлением, например карборунда, имеющего температуру плавления 3103 К, твердость 3,34 тс/мм², плотность 3,2 г/см³ и устойчивого в химических средах при высоких температурах. Цилиндры 1 и 2 образуют аксиально вытянутые каналы 4 и 5, заполненные электропроводящей средой 6. Полые цилиндры 1, 2 состоят из последовательно установленных частей 7-12 и 13-18. Каждая из этих частей выполнена в виде смещенных вдоль оси канала ступеней, например ступеней 19-21 или 22-24. Последовательно установленные части 7-12 и 13-18 полых цилиндров 1 и 2 соединены между собой клинообразными выступами 25 и огнеупорным клеем 26 (фиг.2). В стенках полых цилиндров 1 и 2 выполнены охлаждающие каналы 27, 28, которые расположены равномерно по толщине стенок в несколько рядов (на фиг. 1, 2, в три ряда) при этом радиальные оси каналов одного ряда расположены между осями каналов смежного с ним ряда. Отношение высоты канала к его ширине равно 1/(5-10) (фиг.2). Стенка полого цилиндра 1 охлаждается потоком воздуха 29, а стенка полого цилиндра 2 охлаждается потоком воздуха 30, подводимыми к торцовой поверхности стенок канала 1 и 2, при выполнении канала малой длины. На поверхности канала выполнены аксиально расположенные канавки 31 и 32. Канал магнитогидродинамической машины охлаждается двумя раздельными потоками воздуха 29 и 30 (фиг.1), входы и выходы которых выполнены со стороны торцов стенок канала. Поток воздуха 29 проходит по аксиальным охлаждающим каналам 27 последовательно через части 8-10 стенки полого цилиндра 1. Поток воздуха 30 проходит по аксиальным охлаждающим каналам 28 последовательно через части 14-17 стенки полого цилиндра 2. Полости охлаждающих каналов 27, 28, заполненные воздухом, соответственно 29, 30, представляют высокое тепловое сопротивление и обладают высоким температурным градиентом, что позволило выполнить конструкцию полых цилиндров 1, 2 из материала с малым температурным градиентом при уменьшении толщины стенок, уменьшить мощность возбуждения, увеличить надежность и КПД МГД машины. Размещение охлаждающих каналов 27, 28 аксиально в стенках полых цилиндров 1, 2, не связанных с полостью аксиально вытянутых каналов 4, 5, позволило выполнить независимую систему охлаждения от полости аксиально вытянутых каналов 4, 5, что уменьшило расход воздуха на охлаждение стенок каналов 27, 28, исключило заплавление стенок отверстий охлаждающих каналов 27, 28, а также забивание их продуктами сгорания (электропроводящей среды 6), проходящими через аксиально вытянутые каналы 4, 5, что повысило надежность работы системы охлаждения стенок каналов 4, 5 и надежность МГД машины в целом. Соединение соответственно внешних 19, 22 и внутренних 21, 24 ступеней, последовательно установленных частей 8-12 и 14-18 полых цилиндров 1, 2 между собой клинообразными выступами 25 и огнеупорным клеем 26, позволило выполнить конструкцию аксиально вытянутых каналов 4, 5 жесткой и герметичной. Технология изготовления охлаждающих каналов 27, 28, например, сечением 0,008 х 0,016 м, упрощена, так как длина канала в средней ступени 20, 23 частей 8-12 и 14-18 полых цилиндров 1, 2 может быть уменьшена до 0,02-0,5 м. Изготовление последовательно установленных частей 7-12 и 13-18 полых цилиндров 1, 2 осуществляется в специальных пресс-формах диаметром до 8 м с электрическим прогревом массы карборунда под давлением. Кроме того, части 10, 16 и перегородки 3 между ними выполняются в общей пресс-форме и соединены между собой, что дополнительно увеличивает жесткость конструкции канала. При соотношении высоты канала к его ширине 1/5-1/10 через стенки охлаждающих каналов проходит тепловой поток в 5-10 раз меньший, чем при внутреннем радиальном охлаждении. При сохранении температурного градиента стенки в допустимых для карборунда пределах толщина средней ступени 22 уменьшается в 2,86 раза, в то время, как толщина стенки охлаждающего канала увеличивается всего на 20-25% . Таким образом, оказывается, что в целом толщина канала уменьшается, уменьшается также воздушный зазор МГД машины и соответственно мощность ее возбуждения и увеличивается КПД. Уменьшение теплового потока через стенку канала обусловлено тем, что расположенные параллельными слоями каналы образуют полости, заполненные воздухом с низкой теплопроводностью λ_в=0,0226 Вт (м.К). Ограничение отношения высоты охлаждающего канала к его ширине величиной не более 1/5 определяется величиной температурного градиента материала, а выбор отношения высоты охлаждающего канала к его ширине равным не менее 1/10 ограничивается механической прочностью стенок аксиально вытянутых каналов. Предлагаемый канал магнитогидродинамической машины имеет высокую надежность при одновременном уменьшении толщины стенок охлаждающих каналов.

Формула изобретения

КАНАЛ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий два полых коаксиально установленных цилиндра из материала с высоким электросопротивлением, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и КПД, полые цилиндры состоят из последовательно установленных частей, каждая из которых выполнена в виде смещенных вдоль оси канала ступеней, соединенных между собой двумя клинообразными выступами, а в стенках цилиндров выполнены аксиальные охлаждающие каналы, расположенные равномерно по окружности в несколько рядов, при этом радиальные оси каналов одного ряда находятся между радиальными осями каналов смежного ряда, причем отношение высоты канала к его ширине равно 1/(5-10).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2