Способ уменьшения вредного действия эффекта холла в магнитогидродинамическом генераторе

 

СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДНОГО ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРЕ с секцио нированными электродами и электроизолированными между собой электропроводными , элементами изоляционных стенок , включающий измерение концентрации электронов в потоке плазмы и регулирование профиля приложенного маг .нитного поля по сечению канала в соответствии с измеренной концентрацией электронов в потоке плазмы и в соответствии с профилем сечения канала, отличающи и с я Фем, что, с целью повьшения КПД и ресурса магните гидродинамического генератора путем выравнивания ЭДС Холла в сечении канала, регулируют профиль поперечной компоненты тока нагрузки отбором тока в направлении вектора магнитного поля с помощью регуляторов постоянного тока, подключенных между электропроводными элементами изоляционных стенок и электродами, при этом измеряют компоненты тока нагрузки и поддерживают постоянным по сечению канала соотношение В llL const, Z. е; i где Bj - локальное значение магнитной индукции в зоне сечения канала с гео (Л метрическим размером Z.; Z . - геометрический размер сечения канала в направлении магнитной индукции В ; I - поперечная компонента тока нагрузки в зоне сечения канала с геометрическим размером Z .; п g; - кон центрация электронов в зоне сечения О) канала с геометрическим размером Z.. 05 ел ю .- . I .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Н 02 К 44/08 в — — = const, ие

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 2708509/24-25 (22) 04.01.79 (46) 07.06.88. Бюл. Р 21 (71) Институт высоких температур

АН СССР (72) А.А. Белоглазов (53) 621.362:538.4(088.8) (54) (57) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ ВРЕДНОГО

ДЕЙСТВИЯ ЭФФЕКТА ХОЛЛА В МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ ГЕНЕРАТОРЕ с секцио-. нированными электродами и электроизолированными между собой электропроводными, элементами изоляционных стенок, включающий измерение концентрации электронов в потоке плазмы и регулирование профиля приложенного магнитного поля по сечению канала в соответствии с измеренной концентрацией электронов в потоке плазмы и в соответствии с профилем сечения канала., отличающийся тем, что, с целью повьппения КПД и ресурса магнитогидродинамического генератора

ÄÄSUÄÄ 766522 путем выравнивания ЭДС Холла в сечении канала, регулируют профиль поперечной компоненты тока нагрузки отбором тока в направлении вектора магнитного поля с помощью регуляторов постоянного тока, подключенных между электропроводными элементами изоляционных стенок и электродами, при этом измеряют компоненты тока нагрузки и поддерживают постоянным по сечению канала соотношение где  — локальное значение магнитной

1 ф индукции в зоне сечения канала с геометрическим размером Z Z, - геометрический размер сечения канала в направлении магнитной индукции В .;

I - поперечная компонента тока на 3 грузки в зоне сечения канала с геометрическим размером Z .,; п е,. - кон- а ) центрация электронов в зоне сечения р канала с геометрическим размером 2 ° .

766522

Изобретение относится к области магнитной гидродинамики, а именно к способам уменьшения вредного действия паразитных токов Холла в каналах магнитогидродинамических (МГД) генераторов или МГД ускорителей с неоднородной проводимостью плазмы и может быть использовано в МГД-каналах с секционированными изоляционными стен-fp ками, имеющими различную конфигурацию поперечного сечения.

Известен способ уменьшения параэитных токов Холла в прямоугольном канале МГД-генератора, содержащем . 15 изоляционные стенки, состоящие из электроизолированных между собой ,электропроводных элементов, и электродные стенки, состоящие из секционированных в продольном направлении электродов, заключающийся в том, что близлежащие к электродным стенкам электропроводные элементы изоляционных стенок и электроды, расположенные в одном сечении канала, электрически соединяют между собой через амперметры и подсоединяют симметрично относительно оси потока к поперечной нагрузке.

Данному способу присущ недостаток, ЗО состоящий в шунтировании электропроводных элементов изоляционных стенок, что создает дополнительные паразитные токи, уменьшает поперечное напряжение, и следовательно, уменьшает КПД МГДгенератора.

Кроме того, для указанного способа недостатком является отсутствие регулирования с целью выравнивания

ЭДС Холла по сечению канала, и следо- 4О вательно, наличие нескомпенсированных паразитных токов Холла в канале.

Из известных способов уменьшения вредного действия эффекта Холла в МГДканале, наиболее близким к эаявленно- 45 му является способ, принятый за прототип. Известный способ уменьшения вредного действия эффекта Холла в

МГД-генераторе с секционированными электродами и электроизолированными между собой электропроводными элементами изоляционных стенок, заключается в том, что измеряют концентрацию электронов в потоке плазмы и регулируют профиль приложенного магнитного поля по сечению канала в соответствии с измеренной концентрацией электронов в потоке плазмы в соответствии с профилем сечения канала.

Известный способ характеризуется изменением магнитного поля и сечения канала по соотношению

В. = — n 2

Вя и . Z я 9 где В; — локальное значение магнитной индукции, n e - локальное значение концентрации электронов в плазме, Z; - геометрический размер МГД-канала в направлении В;;  — значение магнитной индукции в ядре потока;

Z " геометрический размер канала в

Ч направлении В; и e - концентрация электронов в ядре потока.

Недостатком указанного способа является практическая неосуществимость ! полной компенсации паразитных токов

Холла для турбулентных пограничных слоев из-за невозможности получения больших градиентов магнитной индукции. В настоящее время практически осуществимым считается градиент порядка О,! Т/мм, а для известного способа требуются градиенты по крайней мере на порядок больше. Если допустить, что требуемые градиенты осуществимы, то составляющая индукция в направлении индуцируемой ЭДС по величине была бы много больше основной составляющей магнитного поля, а это бы вызвало дополнительную циркуляцию токов и привело к ухудшению характеристик МГД-генератора. Поэтому указанный способ может быть применен только в сравнительно небольшой части зоны пограничного слоя, примыкающей к ядру потока для дозвуковых течений.

Кроме того, известно, что паразитные токи Холла, возникающие из-за наличия неоднородности около электродных стенок, могут существенно снизить ресурс и КПД МГД-генератора, в несколько раз и даже на порядок при высоком значении параметра Холла.

Целью настоящего изобретения является повышение КПД и ресурса МГД-генератора путем выравнивания ЭДС Холла в сечении канала.

Указанная цель достигается тем, что регулируют профиль поперечной компоненты тока нагрузки отбором тока в направлении вектора магнитного поля с помощью регуляторов постоянного тока, подключенных между электропроводными элементами изоляционных стенок и электродами, при этом измеря766522 ют компоненты тока нагрузки и поддерживают постоянным по сечению канала соотношение

1, Z.

CO/i S t где В. — локальное значение магнитной.

1 индукции в зоне сечения канала с гео- >0 метрическим размером Z;; Z; — геометрический размер сечения канала в направлении магнитной индукции В .; „;

1 поперечная компонента тока нагрузки в зоне сечения канала с геометрическим размером Z,; n <, - концентрация электронов в зоне сечения канала с геометрическим размером Z;.

Предложенный способ может быть реализован в МГД-генераторе. с секциониро- 0 ванными электродами и электроизолиро- . ванными элементами изоляционных стенок, между которыми включены регуляторы постоянного тока °

На чертеже изображено сечение ка- 25 нала МГД.-генератора со схемой подключения тиристорных устройств, используемых в качестве регуляторов постоянного тока.

МГД-генератор, изображенный на чертеже, содержит электропроводные элементы 1 изоляционных стенок 2, электроды 3, направление скорости потока плазмы 4, полюса магнитов 5, тиристорные устройства 6, амперметры

7-15 и токовыводы 16.

Предложенный способ реализуется в приведенном на чертеже устройстве.

Рабочее тело перемещают в канале

МГД-генератора в направлении 4, пер- 40 пендикулярном приложенному магнитному полю. Между электропроводными элементами 1, изоляционной стенки 2 и токовыводами 16, электрод 3 подKJIIORGIOT C IIOMOIgblO коммутациониои BII 45 паратуры (на чертеже не показана) тиристорные устройства 6, ориентиро" ванные на пропускание нагрузочного тока. К электродам 3 и элементам 1 подключают нагрузочные устройства, которые могут быть подсоединены к

МГД-генератору по диагональной хол" ловской (в продольном направлении) ипи фарадеевской (в поперечном направлении) схемам. Для коммутации указанных схем соединения электродов

МГД-генератора используют токовыводы

16. После подключения нагрузки (на чертеже не показана) измеряют распределение магнитной индукции В; и концентрации электронов по сечениям ка-. нала известными методами. Измеряют также токи, снимаемые с электропроводных элементов 1, амперметрами

7-12 с электродов 3 — амперметрами

13, 14 и суммарный ток нагрузки 1 амперметром 15. Измерив указанные токи для каждого 2;, определяют ток в плазме l., по которому определяют I поперечную компоненту тока (, с интервалом, равным шагу секционирования.

Например, для Z;, укаэанного на части чертежа II=1 gg lg

=1 +1 . Для правой части чертежа с тем же 2;: I;= l I> р ««!2 1Ф

Затем вычисляют ЭДС Холла в сечении канала по приведенному выше соотношению. В случае отсутствия постоянства ЭДС Холла по сечению канала производят регулировку тиристорных устройств 6 и повторяют операции измерения и вычисления ЭДС Холла по сечению канала до получения. требуемого выравнивания ЭДС Холла по сечению канала. Указанные операции повторяют также при каждом изменении режима

l работы электрической МГД-станции в соответствии с графиком нагрузки, когда требуется менять расход рабочего тела и коэффициент нагрузки МГДгенератора, так как при этом меняется и перераспределяется скорость течения потока плазмы в канале, что влечет sa собой деформацию профиля температуры в пограничном слое и, следовательно, изменение ЭДС Холла по сечению канала. В качестве регуляторов тока вместо тиристорных устройств 6 могут быть применены, например, регулируемые омические сопротивления. Для МГД-генераторов со слабым изменением параметров омические сопротивления могут быть не регулируемыми и в силу своей простоты могут также найти применение. Однако потери в омических сопротивлениях превышают потери в тиристорных устройствах.

Использование изобретения позволит увеличить КПД МГД-генератора за счет уменьшения паразитных токов Холла для любой конфигурации поперечного сечения канала и увеличить ресурс работы МГД-генератора «а счет выравнивания поперечной напряженности электрического поля по сечению канала, что снизит вероятность электрического

766522 злектродов за счет выравнивания плотности тока. пробоя электроизоляционных промежутков канала и улучшит условия работы

Редактор Н. Сильнягина Техред А. Кравчук Корректор Л,Пилипенко

Заказ 3393. Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4