Магнитогидродинамикалық генератор

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

1 Кіріспе

2 генератор

2. 1 Жіктелуі:

- Жылу көзі бойынша;

- Жұмыс денесі бойынша;

- Жұмыс циклі бойынша;

- Канал пішіні бойынша;

- Электродтарды қосу жүйесі бойынша;

2. 2 генераторлардың кемшіліктері

3 Секционирленген электродтары бар сызықтық Фарадей генераторы

4 Сипаттамалары

5 Қорытынды

6 Қолданылған әдебиеттер

Кіріспе

1832 жылдың бір күнінде Ватерлоо көпіріндегі болған лондондықтар ерекше көрініске тап болды. Белгілі физик Фарадей болған адамдар тобы Темза суына екі жез беттерін салған, олар гальванометрге сымдармен қосулы тұрған .

Сурет 1. генератордың сұлбасы

Прибор көпірдің ортасында үстелде тұрған, ал оның жанында ғалымның өзі тұрған, ол өз көмекшілеріне бұйрықтарды берген. Фарадей ойынша, егер батыстан шығысқа қарай ағатын өзеннің сулары, бірен-саран да болса, Жердің магниттік өрісіне өтсе, онда олар магниттің магниттік өрісіне өтетін өткізгіштер секілді. Ал осы жағдайда, Фарадейдің өзі дәлелдегендей, өткізгіште электр тоғы түзіледі. Сонда жез беттері арасында аққан Темза суы металды жағалар сияқты болған; олар су өткізгіштерін гальванометрмен байланыстыруы керек еді және ол арқылы түзілетін тоқты беру керек еді. Бірақ, жіңішке орай, тәжірибе шықпаған. Бірақ та, оған қарамастан 1832 жылы Фарадей ойлап тапқан бұл тәжірибе жылын, генератордың туған жылы деп есептеуге болады. Осы генератордың аты үш сөзден тұрады - магнит, гидро (су) және динамика (қоғалыс) - бұл судың магнит өрісінде қоғалысы кезінде электр тоғын алуды білдіреді.

Сонда Фарадей тәжірибесі неге шықпаған? Өйткені, Темза су электр тоғның нашар өткізгіші болған жәнен де сезімталдығы төмен приборлар қолданылды. Ал потенциалдар айырмасы болған, және де ол 19 жылдан кейін Волластан физигімен өлшенді. Және де сол кезде Уильям Томсон (Кельвин лорды) осы эффектіні теңіз су қозғалысының энергиясын тасқындар кезінде электр энергиясына айналдыруға ұсынды. Осылай энергияны қайта құрудың жаңа әдісінің идеялық негіздері қаланды ; ол дәстүрлі ТЭСтарға қарағанда, үлкен ПӘКі бар табиғи отынды қолдануға мүмкіндік береді . Бұл әдісті деп атайды.

2 генератор

генератор - бұл магнит өрісінде қозғалатын сұйық немесе электрөткізгіш ортаның кинетикалық энергиясын электр энергиясына өзгерту үшін арналған құрылғы. Ол электрмагниттік индукция құбылысына негізделген, яғни магниттік күш энергияларына өтетін тоқтың өткізгіште түзілуіне негізделген ; магнит өрісінде қозғалатын өткізгіш ретінде плазма немесе өткізгіш сұйықтық (электролиттер және сұйық металдар) қолданылады.

Сурет 2. генератордың ішкі көрінісі.

Электроқшаулағыш материалдан жасалған және ішінен екі қарама-қарсы қабырғаларда бар өткізгіш электродтары бар құбырды көзге түсірейік. Құбыр магнит өрісіне салынған. Құбыр ішінде ыстық газ ағыны қозғалады. генератордың (МГД-генератор) ұстанымды сұлбасы осындай. (Газдың ыстық ағынды қоғалысы сұйықтық қоғалысына ұқсайды. Осы - әдіс пен генератордың аты) . МГД-генераторда қозғалмалы ыстық газдың механикалық энергияясы электр энергиясына өзгереді. Ол қалай болатынын көрейік. МГД-каналдағы(ішкі қабырғаларда электродтар бар құбырды осылай атайды) газ солдан оңға қарай жыламдықпен қозғалсын, ал магнит өрісінің индукциясы суретте көрсетілгендей бағытталуы керек. Егер МГД-канал бойынша қозғалатын газда бос электрондар болса, онда Лоренц күші әсерінен олар газда бізге жақын электродқа (3. 1 - суретте) қарай дрейфтейді және онда жиналады. Нәтижесінде МГД-канал қабырғаларында электродтар арасында потенциалдар айырмасы түзіледі. Егер біз электродтарға электр жүктемесін қоссақ, онда жүктеме тізбегі бойынша тоқ өтеді. Осылай, мәселе шешілді - екі электродтары бар құбырға ыстық газ ағынын және магнит өрісін орналастырып, біз электр энергиясының генераторын жасадық. МГД генераторда тоқтың түзілу механизмі кез келген электр генераторы сияқты - тоқ магнит өрісіндегі қоғалатын өткізгіште түзіледі. Бірақ тек электр генераторларында бұл өткізгіштер металды, қатты, ал МГД-генераторында бұл - ыстық газ.

«Біріншіден қарағанда бұл генераторлар жай құрылған. Жану камерасында отын жанады, және ракеттіге ұқсас соплода жану өнімдері (газдар) кеңейіп, өз жылдамдығын дыбыстан жоғары жылдамдыққа дейін күшейтеді. Бұл сопло күшті электрмагнит полюстері арасында, ал сопло ішінде, қызған газдар жолында электродтар құрылған. Магнит өрісі теріс зарядталған электрондар және газдың оң зарядталған иондарын сорттайды, оларды түрлі траекториялар бойынша бағыттайды. Зарядталған бөлшектердің оң ағындары сәйкесінше электродтарда электр зарядтарының түзілуін тудырады, ал егер оларды біріктірсе, онда электр тоғының түзілуін тудырады.

Шынында, МГД-генераторында қозғалатын бөліктер жоқ, егер газды машинаның бөлігі ретінде есептемегенде. Бірақ тар орындар да аз емес».

Газ электрөткізгіштігін түзу үшін оны термиялық ионизация температурасына дейін қыздыру керек ( шамамен 1К) . Кіші температураларда газды негіздік металдар буларымен байытады, бұл қоспа температурасын 2200-2700 К-ге дейін төмендетуге мүмкіндік береді.

Тұрақты температурада кинетикалық немесе потенциалдық энергияның бөлігін қайта құру есебімен жүретін электр энергиясының генерирленуі жүретін, сұйық жұмыс денесі бар МГД-генераторынан ерекше, газды жұмыс денесі бар МГД-генераторларында үш режим болуы мүмкін:

Температураның сақталуымен және кинетикалық энергиясының азаюымен;
Кинетикалық энергиясының сақталуымен және температураның азаюымен;
Температура және кинетикалық энергиясының төмендеуімен.

2. 1 Жіктелуі

Жылу көзі бойынша:

Жылу көзі бойынша
Реактивті қозғалтқыштар;
Ядролық реакторлар;
Жылуалмасу құрылғылары;

Жұмыс денесі бойынша:

қазынды отындардың жану өнімдері;
Негіздік металдар присадкалары бар инертті газдар (немесе олардың тұздары) ;
Негіздік металдар булары;
Булар және сұйық негіздік металдардың екі фазалық қоспалары;
Сұйық металдар және электролиттер.

Жұмыс циклі бойынша:

Ашық циклі бар МГД-генераторлар. Осы жағдайда жану өнімдері жұмыс денесі болып табылады, ал қолданылған газдар олардан негіздік металдар присадкаларын алғаннан кейін атмосфераға шығады.

Сурет 3. Ашық циклі бар МГД-генераторлар

Тұйық циклы бар МГД-генераторлар. Осында отын жануынан алынған жылу энергиясы жылуалмастырғышта жұмыс денесіне беріледі, ол содан соң МГД-генераторынан өтіп, компрессор арқылы оралады, циклды жабады.

Сурет 4. Тұйық циклы бар МГД-генераторлар

Кондукциондық. Көлденең магнит өрісі арқылы өтетін жұмыс денесінде электр тоғы түзіледі, ол каналдың бүйір қабырғаларына монтаждалған алмалы-салмалы электродтар арқылы сыртқы тізбекке тұйықталады. Магнит өрісі немесе жұмыс денесінің қозғалыс жылдамдығының өзгеруіне байланысты осындай МГД-генератор тұрақты немесе жүріп тұрған тоқты генерирлей алады.
Кондукциондық типті қозғалтқыштар екі типті болуы мүмкін: бос өрісімен және каналдық типті.
Бос өрісі бар тұрақты тоқтың кондукциондық қозғалушысының ұстанымды сұлбасы 3. 1. 3-суретте келтірілген.

Сурет 5. Бос өрісі бар тұрақты тоқтың кондукциондық қозғалушысының ұстанымды сұлбасы

Сыртқы корпустың беткейі кезектесетін магнит жүйесінің полюстарынан және электродтардан тұрады, оларға тұрақты тоқ кернеуі беріледі.

Сыртқы кеңістіктегі биополярлық өріс экспонента бойынша сөнеді және тең ену тереңдігіне ие. Қозғалтқыш күші магнит өрісі интенсивтілігімен және кондукциондық тоқтар күшімен анықталады. Жоғарыда қарастырылған индукциондық сұлбалар жағдайында кондукциондық және каналдық типті қозғалушыларда жақсы нәтижелілікке жетуге болады. Осындай қозғалтқыштың сұлбасы 3. 1. 4. -суретте келтірілген.

Сурет 6. Сыртқы және ішкі корпусты электродтар

Сыртқы және ішкі корпустар электродтар (оқшауланған) болып табылады, оларға потенциалдар айырмасы беріледі, ол каналдардағы тоқтардың теңіз суы арқылы өтуіне себепкер болады. Электрмагниттері азимутальді магнит өрісін түзеді. Қозғалтқыш күші тоқтардың магнит өрісімен өзара әсерлесуінен электрмагниттік күштермен түзіледі. Теңіз суының төмен өткізгіштігі және магнит өрісі индукциясының кіші мәндері қажетті ПӘК және жүрістің қанағаттандырарлық жылддамдықтарын қамтамасыз ете алмайды.

Индукциондық. Индукциондық МГД-генераторларында электродтар жоқ. Осындай қондырғылар тек айнымалы тоқты генерирлейді және каналды бойлай ағатын магнит өрісінің түзілуін талап етеді. Осындай қозғалтқыштың мысалы - үлкен сүңгуір қайыққа жататын және суретте келтірілген сұлба. Сүңгуір қайықтың басынан артқы жағына қарай ағатын магнит кірісін түзуші индукторлар қайықтың сыртқы және ішкі корпустары арасында орналасқан.

Сурет 7. Индукциондық МГД-генераторлары

Канал пішіні бойынша:

Сызықтық - кондукциондық және индукциондық генераторлар үшін;
Дискілі және коаксиалды холлдық - кондукциондықтарда;
Радиальді - индукциондық генераторларда.

Электродтарды қосу жүйелері бойынша

Жаппай немесе секционирленген электродтары бар Фарадей генераторы. Фарадей МГД-генераторындағы электродтардың секционирленуі тоқтың каналды бойлай және электродтар арқылы (Холл эффектісі) циркуляциясын азайту үшін және осылай зарядтар тасушыларын канал осіне электродтарға және жүктемеге перпендикулярлы бағыттау үшін жасалады; Холл эффектісі неғұрлым үлкен болса, соғұрлым электродтарды секциялардың көп санына бөлу керек, бұл ретте электродтардың әрбір жұбы өз жүктемеге ие болу керек, бұл қондырғы конструкциясын күрделендіреді.

2. 2 МГД-генераторларының кемшіліктері

Өте ыстыққа төзімді материалдарды қолданудың қажеттілігі. Балқу қаупі. Температура 2000-3000 К. Химиялық белсенді және ыстық жел жылдамдығы 1000-2000 м/с.
Генератор тек тұрақты тоқты өндіреді. Тұрақты тоқты айнымалыға өзгерту үшін нәтижелі электр инверторын құру.
Ашық циклы бар МГД-генераторындағы орта - отынның химиялық белсенді жану өнімдері. Тұйық циклы бар МГД-генераторындағы орта - химиялық белсенді емес инертті газдар да болса, бірақ өте химиялық белсенді қоспа (цезий) .
Жұмыс денесі МГД-каналға түседі, мұнда электрқозғалтқыш күштің түзілуі жүреді. Канал үш түрлі болуы мүмкін. Электродтар жұмысының беріктігі және ұзақтығы - барлық каналдардың жалпы мәселесі. Ортаның бірнеше мың градустар температурасындағы электродтар қысқа мерзімді.
Генерирленетін қуаттылықтың магнит өрісі индукциясының квадратына пропорционалды болуына қарамастан, өндірістік қондырғылар үшін өте қуатты магнит жүйелері қажет, тәжірибеліктерден де қуатты.
Газдың 2С-тан төмен температурада онда бос электрондар аз қалады, бұл генераторда қолдану үшін жарамсыз. Жылуды бекер қолданбау үшін газ ағынын жылуалмастырғыштар арқылы өткізеді. Олардағы жылу суға беріледі, түзілген бу турбинасына беріледі.
Қазіргі күнде плазмалық МГД-генераторлар кең зерттелген және өнделген. Жұмыс денесі ретінде теңіз суын қолданатын МГД-генераторлар жайлы ақпарат табылмаған.
Осы тізімнен көрінетіндей, шешуді талап етеін мәселелердің қатары бар. Осы қиыншылықтар көптеген тапқыр тәсілдермен шешіледі.

Жалпы МГД-генераторлар саласында концептуалды ізденістер сатысы негізінен өтілді. Өткен ғасырдың алпысыншы жылдарында негізгі теоретикалық және тәжірибелік зерттеулер жүргізілген, зертханалық шарттар құрылған. Зерттеулер нәтижелері және жиналған инженерлік тәжірибе ресей ғалымдарына 1965 ж. «У-02» кешендік модельдік энергетикалық қондырғыны іске қосуға мүмкіндік берді, ол табиғи отында жұмыс істеген. Кейін «У-25» тәжірибелік-өндірістік МГД-қондырғысының жобалануы басталған, ол «У-02»-де зерттеу жұмыстарымен қатар жүргізілді. Есептік қуаттылығы 25 МВт, осы бірінші тәжірибелік-өндірістік энергетикалық қондырғының жемісті іске қосылуы 1971 ж. болған.

Қазіргі уақытта Рязань ГРЭСында басты 500 МВт МГД-энергия блогы қолданылады, оған қуаттылығы шамамен 300 МВт МГД-генераторы және К-300-240 турбинасы бар, қуаттылығы 315 МВт бу турбиналы бөлігі кіреді. 610 МВт-тан жоғары орнатылған қуаттылықта МГД-энергия блогінің жүйеге қуаттылықты беруі 500 МВт құрайды, бұл өз қажеттіліктеріне кететін энергияның шығындалуынан болады. МГД-500 пайдалы әсер коэффициенті 45%-дан жоғары, шартты отынның үлестік шығыны шамамен 270г/(кВт-сағ) құрайды. Басты МГД-энергия блогы табиғи газды қолдануға жобаланған, кейін қатты отынға өту жоспараланады. МГД-генераторларының зерттеулері және зерттемелері АҚШта, Жапонияда, Нидерландыда, Үндістанда және басқа мемлекеттерде кең жасалады. АҚШта көмірдегі жылу қуаттылығы 50 МВт тәжірибелік МГД-қондырғысы пайдаланылады. Барлық аталып өткен МГД-генераторлар плазманы жұмыс денесі ретінде қолданады. Бірақ, біздің ойымызша электролит ретінде теңіз суын да пайдалануға болады. МГД-генератордың энегетикалық мүмкіндіктерін көрсету үшін МГД жетегіндегі қайық жасалған.

3 Секционирленген электродтары бар сызықтық Фарадей генераторы

Холл генераторы, онда бір-біріне қарсы жатқан электродтар қысқа тұйықталған, ал Холл өрісінің болуына байланысты кернеу каналды бойлай алынады . Оны ірі магнит өрістерінде қолданған тиімді. Бойлық электр өрісінің болуына байланысты генератор шығуында мәнді кернеуді алуға болады.

Сурет 7. Сызықтық Холл генераторы

Электродтардың диагональді байланысуымен сериестік генератор.

Сурет 8. Электродтардың диагональді байланысуымен сериестік генератор.

1970-шы жылдардан ашық цикл бойынша жұмыс істейтін, қазынды отындар жану өнімдеріндегі кондукциондық МГД-генераторлар кең қолданысқа ие болды.

4 Сипаттамалары

Қуаттылық. МГД-генератор қуаттылығы жұмыс денесінің өткізгіштігіне, оның жылдамдығының квадратына және магнит өрісі кернеулігінің квадратына пропорционалды. 2000-3000 К температуралар диапазонында газ тәрізді жұмыс денесі үшін өткізгіштік 11-13 дәрежедегі температураға пропорционал және қысымнан түбір квадратынан пропорционал.
Ағын жылдамдығы. МГД-генераторындағы ағын жылдамдықтары кең диапазонда болуы мүмкін - дыбысқа дейінгі және дыбыстан тез.
Магнит өрісінің индукциясы. Магнит өрісінің индукциясы магниттер конструкциясымен анықталады және болаты баар магниттер үшін 2 Тл-ға дейін және жоғары өткізгіш магнит жүйелері үшін 6-8 Тл-ға дейін мәндерімен шектеледі.
ПӘК. Теория жағынан ПӘК 50-60%-ға жетуі мүмкін. генераторларымен электрстанциялары.