| Букинист. | Алфавитный каталог. | Тематический каталог. |
Магнито-Гидро-Динамический
метод получения электроэнергии.
В.А. Кириллин, А.Е. Шейндлин.
Магнитогидродинамический метод получения электроэнергии. 1971 г. 240 стр. Илл.
Проблема прямого преобразования энергии с помощью МГД генераторов в последние годы привлекает внимание не только инженеров, исследователей и научных сотрудников, но и широкого круга специалистов-энергетиков в нашей стране и за рубежом. Эта проблема уже вышла за рамки научного поиска и вступила в стадию промышленного эксперимента. Как в СССР, так и за рубежом (прежде всего в США) сегодня сооружаются полупромышленные МГД генераторы, предназначенные для использования в стационарной энергетике и транспортных установках - в авиации и космических аппаратах.
Предлагаемая читателю книга представляет собой сборник статей по вопросам практического применения МГД генераторов, освещает достижения двух последних лет в области конструирования и экспериментальной проверки работы мощных плазменных и жидкометаллических преобразовательных систем. Книга предназначена для научных сотрудников и инженеров, работающих в области новых методов получения электроэнергии, и может быть полезна для студентов старших курсов физико-технических специальностей.
ПРЕДИСЛОВИЕ.
Начало работ по исследованию возможностей промышленного использования МГД генераторов относится к концу 50-х годов, когда появились первые публикации в СССР и США.
Проведенные в то время эксперименты продемонстрировали возможность генерирования значительных мощностей и наметили перспективы нового метода получения электроэнергии. В нашей стране и ряде промышленно развитых зарубежных стран был развернут широкий фронт исследований, имеющих целью применение МГД метода преобразования энергии в стационарной энергетике, а также в качестве различных автономных источников энергии. К настоящему времени накоплен обширный фактический материал и большой опыт по исследованиям и разработкам МГД генераторов различного назначения.
Одним из главных направлений работ было исследование МГД установок открытого цикла. Использование таких установок в стационарной энергетике позволит увеличить к. п. д. электростанций до 55—60% по сравнению с обычными, имеющими в перспективе к. п. д. 40— 42%. Существенным также является и то, что наряду с экономией топлива МГД электростанции дают большую экономию охлаждающей воды и тем самым уменьшают тепловое загрязнение окружающей среды.
Конструкция - МГД электростанции может быть значительно упрощена, что позволяет создать недорогие и весьма мощные пиковые и аварийные станции. Наконец, МГД установки на ракетном топливе могут быть бортовыми источниками большой мощности в авиации, а взрывные генераторы — импульсными источниками большой мощности для специальных целей.
Применительно к проектируемым в настоящее время газоохлаждаемым атомным реакторам проводились исследования МГД генераторов замкнутого цикла на неравновесной плазме. Установки такого типа также могут использоваться в качестве автономных источников энергии.
Жидкометаллические МГД системы имеют сравнительно невысокий к. п. д. преобразования энергии, однако простота делает их чрезвычайно привлекательными для использования в нестационарной энергетике, в частности в качестве бортовых источников энергии космических аппаратов.
Современный этап исследований характеризуется тем, что работы по МГД проблеме вышли за рамки научного поиска и перспективных оценок и вступили в стадию промышленного эксперимента. Высокая стоимость этого этапа исследований, большая ответственность и экономический риск при принятии важных технико-экономических решений привели к необходимости уточнить предварительные оценки действительных преимуществ МГД метода, что не могло не вызвать некоторой осторожности в подходе к этому вопросу в кругах исследователей. К тому же в силу специфики путей развития энергетики ряда европейских стран и ограниченности ресурсов ископаемого топлива на их территории произошла известная дифференциация в МГД тематике в каждой отдельной стране. Исследования были сосредоточены преимущественно на одном ведущем направлении при отказе от других (Франция, Польша, ФРГ). При этом основное внимание уделялось разработкам конструкций реальных (полупромышленных) устройств и аппаратов и созданию экспериментальных комплексных установок. Решающими на этом этапе становятся результаты экономических оценок.
Предлагаемый читателю сборник отражает состояние проблемы и отмеченные выше тенденции в зарубежных исследованиях. В него включены обзор работ Варшавского и ряда других проведенных в последнее время симпозиумов по МГД генераторам, составленный Международной группой связи при МАГАТЭ в 1969 г, и наиболее значительные работы X симпозиума по инженерным вопросам магнитной гидродинамики США (1969 г.), который фактически перерос рамки национального и является ежегодным международным форумом ученых и специалистов, работающих над проблемами прямого преобразования энергии, физики замагниченной плазмы, МГД ускорителей.
Международная группа связи по вопросам МГД метода преобразования энергии при МАГАТЭ основана в 1966 г. и включает в себя представителей Австралии, Австрии, Англии, Бельгии, Италии, Нидерландов, Польши, СССР, США, Франции, ФРГ, Чехословакии, Швейцарии, Швеции.
По мнению Международной группы связи в период 1970 — 1975 гг. будет построено несколько первых опытно-промышленных МГД электростанций на органическом топливе, например в СССР и США, а к концу десятилетнего периода можно ожидать, что базовые станции подобного типа займут заметное место в энергетике ряда промышленно развитых стран. Вместе с тем наблюдается тенденция к созданию пиковых и аварийных МГД электростанций, которые могут быть внедрены в промышленных масштабах значительно раньше базовых. Эта точка зрения совпадает с оценками советских специалистов, уделяющих большое внимание различным аспектам МГД электростанций открытого цикла.
В публикуемом докладе Международной группы связи отражены успехи создания конструкции мощного МГД генератора открытого цикла и вспомогательного оборудования — магнитных систем, теплообменных аппаратов, камер сгорания, систем ввода и вывода присадки и т. д. Освещены основные достижения в области плазменных и жидкометаллических МГД генераторов замкнутого цикла.
Большую работу по редактированию английского текста доклада Международной группы связи проделал проф. В. Д. Джексон (США).
Вторая глава сборника посвящена технико-экономическому анализу МГД установок открытого цикла. В докладе Р. Дж. Роза и других рассматривается вопрос о создании пиковой аварийной электростанции с МГД генератором. Особенностью тепловой схемы такой, электростанции является отсутствие вспомогательного оборудования для утилизации низкопотенциального тепла и воздушного компрессора. Это позволяет значительно снизить удельные капитальные затраты при сохранении высокой эффективности преобразования. Следует однако отметить, что использование жидкого кислорода в качестве окислителя обусловливает большую долю затрат на производство кислорода в общей стоимости киловатт-часа. Ф. Хальс и В. Д. Джексон обсуждают экономичность крупной базовой МГД электростанции, работающей на угле. Авторы анализируют возможности очистки продуктов сгорания от окислов азота и серы с целью уменьшения загрязнения окружающей среды.
Исследованию характеристик открытого цикла посвящена гл. 3. Особый интерес здесь представляет статья Дж. Тино и сотрудников, в которой подробно описываются конструкция и результаты предварительных испытаний холловского генератора большой мощности. В эксперименте было получено 80% проектной мощности генератора. В докладе Дж. Б. Дикса и других также проведено сравнение теоретических и экспериментальных характеристик генератора с диагонально проводящими стенками. Представляют интерес результаты измерений эффективного числа Холла, флуктуации в потоке плазмы и наблюдений катодных пятен. Анализу течения в пограничном слое и вопросам его устойчивости в канале МГД генератора посвящена работа Дж. Тино, К. Ли и Т. Р. Брогана.
В гл. 4 представлены работы по экспериментальному и теоретическому исследованию характеристик плазменных МГД генераторов замкнутого цикла. Характерной особенностью экспериментов с неравновесной плазмой являются низкие значения холловского напряжения, эффективного числа Холла и генерируемой мощности. Наилучшие результаты достигнуты в экспериментах с импульсными генераторами. В работе Б. Заудерера и Б.. Тейта получена большая мощность {до 700 квт) в МГД генераторе на ударной трубе. Экспериментам со стационарным потоком плазмы посвящены статьи Г. Бредерлоу, Г. Зинко и Т. Бона, П. Комарека. Особого внимания заслуживают представленный во второй из указанных работ опыт доводки и результаты первых исследований на замкнутом контуре АРГАС I, предназначенном для моделирования работы МГД генератора с ядерным реактором. Постановка этих исследований обусловлена тем, что уже сейчас в ФРГ имеются проекты создания высокотемпературных коммерческих газовых реакторов.
Анализ работ свидетельствует о том, что зарубежные исследователи, как и ученые в СССР, начинают уделять большое внимание предионизатору как средству успешного решения проблемы неравновесной ионизации.
В области теоретический исследований работы неравновесного МГД генератора наибольший интерес представляет изучение распределения тока и потенциала в канале с секционированными электродами. Эта проблема рассматривается в статье Г. С. Аргиропулоса и др. Отмечается исключительно важная роль эффектов конечной скорости релаксации температуры и концентрации электронов в плазме.
Проблематика жидкометаллических МГД установок представлена тремя работами в последней главе сборника. Д. Рекс рассматривает пути повышения термодинамической эффективности жидкометаллического конденсационного цикла. Результаты экспериментальных исследований индукционных МГД генераторов изложены в статьях Е. С. Пирсона, В. Д. Джексона и Л. Л. Према, Н. Роу.
Оценивая достижения в разработке проблемы магнитогидродинамического преобразования энергии в СССР и за рубежом, можно прийти к следующему заключению. В результате интенсивных исследований разработаны и, в известной мере, испытаны конкретные схемы и конструкции МГД генератора, работающего по открытому циклу. Можно сказать, что технические возможности осуществления крупных установок такого типа не подвергаются сомнению. Недостаточно ясными пока еще остаются вопросы надежности и некоторые технико-экономические показатели.
Проводимые в настоящее время в Советском Союзе и за рубежом работы в течение нескольких ближайших лет должны дать ответ на указанные вопросы.
В переводе материалов сборника активное участие приняли В. А. Битюрин, А. Е. Бузников, Л. П. Иванов и А. Е. Морозов.
В. Кириллин Л. Шейндлин.
СОДЕРЖАНИЕ.
Глава 1. Состояние проблемы МГД преобразования энергии.
Глава 2. Технико-экономический анализ МГД установок открытого цикла.
Глава 3. Исследование МГД генераторов открытого цикла.
Глава 4. Плазменные МГД генераторы замкнутого цикла.
Глава 5. Жидкометаллические МГД установки.
|
|