Учебные материалы > Магнитогидродинамические электрогенераторы

Магнитогидродинамические электрогенераторы

Магнитогидродинамические электрогенераторы — один из типов тепловых электрогенераторов.

Магнитогидродинамические электрогенераторы (МГДГ) представляют собой один из типов тепловых электрогенераторов. Его действие основано на принципе взаимодействия рабочего тела с магнитным полем. Название получил по названию науки, на основе которой разрабатывался. Магнитная гидродинамика изучает взаимодействие между ионизированными жидкостями или газами, плазмой и электромагнитными полями.

Принцип действия. Воздух, сжимаемый в компрессоре, подается в камеру сгорания, где происходит горение подаваемого топлива. Продукты сгорания из камеры попадают в разгонное сопло, в котором энергия рабочего тела превращается во внешнюю кинетическую энергию потока. После сопла газ попадает в канал МГДГ. При прохождении канала кинетическая энергия потока превращается в электрическую энергию, которая отводится потребителю. Из канала рабочее тело выбрасывается в атмосферу или поступает в тепловую турбину, вращающую электрогенератор.

Принципы преобразования механической энергии в электрическую в МГДГ подобны принципам используемым в классических генераторах. На электрический заряд, перемещающийся в магнитном поле перпендикулярно направлению силовых линий (а такое поле в МГДГ специально создается), действует механическая сила, перпендикулярная направлению движения. Направление этой силы зависит также от знака заряда. Это приводит к тому, что поток электрически заряженных частиц в магнитном поле пространственно разделяется на положительные (ионы) и отрицательные (электроны) заряды. Создается разность потенциалов, которую с помощью электродных пластин можно использовать для создания замкнутой внешней цепи электрического тока. В обычных генераторах разность потенциалов (ЭДС) возникает в медных обмотках (проводники 1 рода), в МГДГ - в ионизированных газах (проводники 2 рода). Электроны направляются к электродам и отводятся ими во внешнюю цепь, создавая электрический ток. Для возмещения отводимых электронов должен происходить их ввод вместе с газовым потоком. Взаимодействие магнитного поля и получаемого электрического тока приводит к торможению несущего электроны газового потока. При потере газами половины их начальной скорости теоретически 75% их начальной кинетической энергии может быть превращено в электрическую энергию постоянного тока.

Таким образом, установки МГДГ не являются установками, непосредственно превращающими тепловую энергию в электрическую. В них осуществляется сначала превращение тепловой энергии в механическую энергию потока ионизированного рабочего тела, а в канале МГДГ механическая энергия потока превращается в электрическую энергию.

Рабочим телом для МГДГ могут быть электропроводный газ (смесь нейтральных молекул, ионов и свободных электронов - так называемая низкотемпературная плазма), газ в плазменном состоянии (четвертое агрегатное состояние вещества), жидкие металлы.

Принцип действия МГДГ основан на использовании ионной проводимости, наблюдаемой в ионизированных газах и жидкостях. Для обеспечения достаточной термической ионизации газа необходимо получить высокие температуры рабочего тела. На входе в канал МГДГ рабочее тело имеет очень высокую температуру (для органического топлива до 2500°С; в обычных газотурбинных установках 650-800 °С). Высокие температуры предъявляют очень жесткие требования к материалам для изготовления камер сгорания, каналов, электродов и к самому рабочему телу.

Для изготовления камер сгораний и каналов МГДГ применяют керамики из окиси магния, цирконата стронция, цирконата кальция. Электроды каналов изготавливают из керамик на основе различных окислов, карбидов, боридов.

Сочетание действия магнитного давления и электрического тока создает давление, направленное внутрь цилиндрического элемента плазмы. Этот эффект носит название эффекта самосжатия или пинч-эффекта. Плазме присуща неустойчивость, которая приводит к изгибу плазменного шнура, последний касается стенок контейнера, охлаждается и эффект самосжатия исчезает. Это явление можно предотвратить, если окружить контейнер катушками, создающими магнитное поле вдоль краев сжатой плазмы.

Для МГДГ удается достичь КПД 50 %. Первая в мире комплексная МГД-установка У-02 мощностью 200 кВт, имевшая все элементы промышленной МГД-электростанции была построена в 1964 году в Институте высоких температур АН СССР. Более 200 часов совместно с Московской энергосистемой проработала более мощная МГД-установка мощностью 25 МВт.

Источник: yznaika.com