Способ восстановления конструкционных элементов стенки канала мгд-генератора

 

Сущность изобретения: в камере сгорания МГД-генератора проводят термолиз раствора смеси соли металла, оксид которого составляет основу материала восстанавливаемых элементов стенки МГД-канала, с солью металла, образующей стабилизированный оксид. Термолиз проводят при коэффициенте стехиометрии а : 1. Молярная концентрация термолизных частиц по величине не меньше, чем концентрация насыщенныхпаров материала восстанавливаемых элементов. Концентрация соли металла, образующего стабилизирующий оксид, соответствует структурной модификации термолизных частиц. Термолизные частицы, размером менее 10 м вводят в канал, где они осаждаются на стенках. Температуру восстанавливаемых элементов стенки поддерживают выше температуры образования твердого раствора основного и стабилизирующего, оксидов материалов стенки. 1 з.п. ф-лы,; 1 ил., 1 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s Н 02 К 44/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

«

А+ В - (С) . MO

7 Б

А*+ В - (С*) - M О (21) 5008814/25 (22) 15.11.91 (46) 30,03.93, Бюл. М 12 (71) Отделение высокотемпературного преобразования энергии Института проблем энергосбережения Академии наук Украины (72) P. В, Ганефельд, Г. Г. Стрелкова, О. Я.

Козакевич, А. Х, Качурин и В. И. Залкинд (73) Отделение высокотемпературного преобразования энергии Института проблем энергосбережения Академии наук Украины (56) Магнитогидродинамические генераторы открытого цикла. M„ Ìèð, 1972, с, 602.

Патент Великобритании (ч. 1060456, кл. Н 2 А, 1964, (54) СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СТЕНКИ КАНАЛА M ГД-ГЕ Н Е РАТО РА (57) Сущность изобретения; в камере сгорания МГД-генератора проводят термолиз

Изобретение относится к области энергетики, более конкретно — к области прямого преобразования теплоты в электрическую энергию с помощью магнитогидродинамического генератора — и может быть использовано на различных МГД-установках открытого цикла, Заявляемое техническое решение является промышленно применимым, так как оно может быть использовано в области энергетики на различных МГД-установках открытого цикла.

Существо заявляемого способа заключается в следующем.

Стабилизированный материал стенки образуется в камере сгорания в результате термолиза раствора смеси соли металла, оксид которого составляет основу материала,,SU„„1806438 АЗ раствора смеси соли металла, оксид которого составляет основу материала восстанавливаемых элементов стенки МГД-канала, с солью металла, образующей стабилизированный оксид, Термолиз проводят при коэффициенте стехиометрии а «< 1, Молярная концентрация термолизных частиц по величине не меньше, чем концентрация насыщенныхх паров материала восстанавливаемых элементов, Концентрация соли металла, образующего стабилизирующий оксид, соответствует структурной модификации термолизных частиц. Термо-. лизные частицы, размером менее 10 м вводят в канал, где они осаждаются на стенках.

Температуру восстанавливаемых элементов стенки поддерживают выше температуры образования твердого раствора основного и стабилизирующего оксидов материалов стенки, 1 з.п. ф-лы,, 1 ил„1 табл. ! стенки канала, с солью металла, образующей стабилизирующий оксид. Процесс термолиза включает в себя следующие С основные стадии;

1. Испарение растворителя и образова- . Д ние сухого остатка, состав которого зависит () от химической природы исходных солей и Qg растворителя.

2. Термическое разложение сухого остатка до оксидов соответствующих металлов и образование твердого раствора на их 6 основе, Процесс термолиза можно представить в виде следующей схемьк

1806438 а Ts. *

xMO + yM 0 MxM уО(х+ у), Т, Т < Т1, T*1 < T2, где А — соль металла, образующая основной оксид;

А — соль металла, образующая стабилизирующий.оксид;

В, B* — дополнительные реагенты, необходимые для образования соответственно основного и стабилизирующего оксидов; (С), (С*) — промежуточные соединения, предшествующие образованию соответственно основного и стабилизирующего оксидов;

M0 — основной оксид;

M*O — стабилизирующий оксид;

МхМ*уО(х + у1 — твеРДый РаствоР основного и стабилизирующего оксидов; х —; 20 у — мольные доли) стабилизирующего оксида;

Т, Т* — температуры образования промежуточных соединений, предшествующих образованию соответственно основного и стабилизирующих оксидов;

Т1, Т*1 — температуры образования соответственно основного и стабилизирующего

ОКСИДОВ;

T2 — температура образования твердого 30 раствора из основного и стабилизирующих оксидов.

Образующаяся в результате термолиза. частица состоит из твердого раствора основного и стабилизирующего оксидов и имеет несовершенную кристаллическую .структуру, Это приводит к повышенной активности термолизной частицы и позволяет ей образовывать покрытие на поверхности стенки канала при температуре равной и 40 выше температуры образования твердого раствора. Эта температура существенно ниже температуры плавления соответствующих оксидов.

Использование в качестве исходного 45 материала раствора смеси солей позволяет осуществить гомогенизацию компонентов на ионном уровне. Это дает возможность обеспечить полйую стабилизацию конечного продукта, Введение в исходный раствор 50 смеси солей в количестве, соответствующем определенному соотношению их концентрации в растворе, позволяет получить в результате термолиза материал с заданным химическим и фазовым составом, и, следо- 55 вательно, обладающий необходимыми механическими, электрофизическими и теплофизическими свойствами, Использование в качестве исходного материала раствора смеси солей позволяет исключить технологически сложные узлы ввода, обеспечивает воэможность получения термолизных частиц необходимого фракционного состава.

Изобретение поясняется чертежом, на котором, представлена диффрактограмма кубической модификации стабилизированного диоксида циркония, полученного в результате термолиза водного раствора смеси солей 2гОС!2 8Н20 и СаС!2.

Пример конкретной реализации. Заявляемый способ восстановления поверхности высокотемпературной стенки канала с покрытием из керамики на основе стабилизированного оксидом кальция диоксида циркония испытан на стенде физико-технических исследований. С этой целью к камере сгорания была пристыкована модель электродной стенки канала магнитогидродинамического генератора, составленная иэ комбинированных (металлический каркас, наполненный керамикой) электродов с размерами в плане 20х30 мм2.

Исходные данные эксперимента:

Рабочее вещество установки — продукты сгорания метана в воздухе, обогащенном кислородом до go2 = 0,95.

Коэффициент стехиометрии а= 0,95

Температура рабочего вещества в камере сгорания Т,с = 3100 К

Расход рабочего вещества Оре = 105 r/c

Температура рабочего вещества над стенкой Т = 2800 К

Температура керамики на поверхности стенки Т = 2100 К

После выхода камеры сгорания на расчетный режим работы во входную часть камеры сгорания подавали через пневматическую форсунку водный раствор циркония (!Ч) хлорокиси 8-водной 2гОС!2 х8Н2О (x,ч,) и кальция хлорида СаС!2 (ч.) со следующими параметрами; содержание солей на 100 г раствора, r:

2гОО2 8Н20 — 28,035

СаС!2 — 1,443 расход раствора через форсунку Ор =

=3 г/с размер капель раствора в.рабочем веществе 6р > 3 10, м Процесс термолиза водного раствора смеси солей циркония и кальция в продуктах сгорания метана включает в себя:

1. Испарение воды и образование-сухого остатка в виде кристаллогидратов солей, входивших в состав раствора, /

2. Термическое разложение сухого остатка и образование твердого раствора замещения, протекающие по схеме:

1806438

6ИК

ZrOCI2 nH2O — ZrOy+ 2НС1+ (n — 1)НгО, И5ЬК

СаС4 тНгО -: СаО+ 2HCI + (m-1)Н20, 310 k

0,87ЕгОр + 0,13 СаО Zro,aTCa, j 0>,вт

Ф

1 где и, m — числомолекул воды, входящих е Формула изобретения состав кристаллогидратов соответственно 1. Способ восстановления конструкцицирконил хлорида и хлорида кальция, онных элементов стенки канала МГД-генеВодный раствор смеси солей циркония ратора, заключающийся в высаждении и кальция гововится из расчета получения в 5 частиц материала конструкционных элеменконечном продукте твердого раствора заме- тов стенки из потока плазмы на поверхность щения состава Его,87C80,1301,87, при этом до- конструкционных элементов стенки. о т л иля ZrOz по отношению к раствору ч а ю шийся тем, что высаждающиеся составляла 0,11, а по отношению к рабочему частицы образуют в процессе термолиза веществу 0,003. Доля насыщенных паров 10 растворасмесисолиметалла, оксид которо.диоксида циркония над стенкой KBHBRB не госоставляетосновуматериала конструкципревышала 10 онных элементов стенки канала, с солью металла, образующей стабилизирующий окВыбранные параметры раствора позво- сид, путем подачи во входное сечение камеляют получить интенсивное высаждение на 15 ры сгорания раствора смеси солей и поверхности электродов стенки стабилизи- дополнительного окислителя, при этом террованного диоксида циркония кубической молиз раствора смеси солей проводят с одмодификации, образующего прочное по- новременной стабилизацией полученных крытие, котороеявляетсяустойчивымктем- частиц при температуре потока плазмы, пературным колебаниям, 20 превышающей температуру образования

Результаты эксперимента. твердого раствора основного и стабилизиНа керамической поверхности электро- рующего оксидов материала конструкцион.дов образовано прочное покрытие толщи- ных элементов стенки канала, а высаждение ной 2 — 3 MM. термолизных частиц материала конструкци По данным рентгенофазового анализа 25 онных элементов стенки канала из потока вещества покрытия и термолизных частиц, плазмы на поверхность конструкционных взятых пробоотборниками из рабочего ве- элементов стенки проводят при температущества над поверхностью стенки, материал ре восстанавливаемых конструкционных покрытия и термолизных частиц представ- . элементов стенки канала, превышающей ляет собой кубическую модификацию диок- 30 температуру образования твердого раствосида циркония (см, табл., чертеж). ра основного и стабилизирующего оксидов материала конструкционных элементов

По данным петрографического анализа стенки канала. подтверждается образование кубической 2. Способ по и. 1, отличающийся ,модификации диоксида циркония. 35 тем, что термолиз раствора смеси солей в

Размер термолизных частиц, опреде- камересгорания проводят при коэффициенленный на минералогическом микроскопе те стехиометрии аф 1, а молярную конценМИН-8, составлял f(5 10 м. трацию термолизных частиц, образующих

В результате эксперимента доказано, материал конструкционных элементов стенчть термолиз раствора смеси солей метал- 40 ки канала, при термолизе.выбирают равной ловосновнагоистабилизирующегооксидов или большей концентрации насыщенных в камере сгорания позволяет получить по- паров материала конструкционных элеменкрытые на поверхности стенка канала маг- тов стенки в канале, причем концентрацию нитогидродинамического генератора, солей металла, образующей стабилизируюобладающее необходимым химическим и 45 щий оксид, выбирают соответствующей фазовым составом, и характеризуемое соот- структурной модификации термолизных чаветствующими механическими, теплофизи- стиц материала конструктивных элементов

Т ческими и электрофизическими свойствами. стенки канала а размер термолизной асти-! н йч иаким образом, полученные результаты экс- цы материала конструкционных элементов перимента подтверждают новизну, изобре- 50 стенки канала обеспечивают менее 10 м тательский уровень и работоспособность путем распыления раствора смеси солей е защищаемого способа восстановления камере сгорания, стенки канала МГД-генератора..

1806438

Редактор

Заказ 978 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета пр изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Эб 30 Т5 70 65 60 55 80 И5 ЧО Ъ5 36

ЙЮ

Составитель P.Ãàíåôåëüä

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М Куль

Х/

4ОО