«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»

Дәріс 12

1. ТЭТ мәселелері

2. Эмитердің жұмыс жасау принципі.

3. МГД-генератлорының жұмыс істеу принципі

4. МГД-қондырғыларының жіктелуі
Вакуумды, квазивакуумды және диффузионды режим қазіргі уақытта жақсы зерттелінген, және олардың теориялық сипаттамасы экспериментпен байланыстырылып жатыр. Доғалық режимде түсініксіз сұрақтар көп және әзірше, экспериментпен жеткілікті жақсы үйлесетін теориялық модель жоқ.

Бірақ бұл режим перспективалы болып табылады, генераторды есептеу кезінде теориялық мінездемелерге қарағанада экспериментальды мәлісеттерге сүйенуге тура келеді.

Нақты ТЭТ өңдеу кезінде ең өзекті мәселелері:

1. 
   электродтарды минималды булану, аз кедергі және белгіленген шығыс жұмысымен құру;
   
2. 
   қажетті вакуум мен толтырғыш (Сs,Cs+K, Cs+Ba) бу қысымын ұстап тұру және реттеу;
   
3. 
   түрленгіштің әртүрлі бөлігін сенімді қосатын, ТЭТ корпусының татқа-тұрақты қабығын жасау;
   
4. 
   10-20 Вт/см² жылу ағынын эмиттерге әкелу және оны ТЭТ коллекторынан әкету болып табылады.
   

Эмиттердің жұмыс температурасы әдетте 1600-2100К диапазонында жатады. Эмиттердің ток енгізгіші температуралардың 1500К-ға дейін құлауын қамтамасыз етеді. Эмиттерлі түйін көп жағдайларда цезий буы ортасында Р_Сs2*10³ Па-ға дейінгі кезде болуы мүмкін. Эмиттер арқылы шамамен 50-100 А ток өтуі мүмкін. Эмиссионды жабынды материалы 2000 К балқу температурасына ие болу керек, ал қабық материалы – 2700 К-нан кем емес.

Эмиттер материалының булану жылдамдығы 10 мкм/жылдан аспауы керек, бұл эмиттердің бу қысымы 10^-6 Па-дан аспағанда сәйкес келеді. Эмиттерлі түйін материалы ретінде баяу балқитын металдарды, қорытпаларды, қосындыларды қолданады, олар: W, Re, Ta, UC, ZrC, UN.

ТЭТ-ң коллекторлы түйіні әдетте, ТЭТ-ң электрод аралық қуысын сыртқы қуыстан герметикалы бөліп тұратын, коллектор мен қорғағыш тыстан тұрады, ол вакуумдалған немесе суытатын сұйықтармен немесе газбен толтырылуы мүмкін. Коллекторлы түйіннің жұмыс температурасы әдетте 700-1300 К құрайды. Коллектор және қорғағыш тыс арқылы 500 А-ға дейін электр тогы өтуі мүмкін. Коллектор мен қорғағыш тыс материалдарының балқу температурасы 1300 К төмен болмауы керек, коллектордың шығыс жұмысы мөлшермен – 1,6 эВ, булануы шамамен – 10^-12 м/с, будың қысымы шамамен 10^-6 Па.

Эксперименттер нәтижесі, коллектор метериалдары ретінде мыналарды қолдануға болатының көрсетті: тоттанбайтын болат, мыс және Ni,Mo,Nb-мен қапталған мыс және 1% цирконий, никель, рений бар ниобий қорытпасы.

Конструкциялы материалдар ретінде мыс және оның қорытпалары, никель және оның қорытпалары, тоттанбайтын болаттар қолданылуы мүмкін.

ТЭТ жұмысы кезінде бөлінетін газдарды байланыстыру үшін ТЭТ-ң ішкі көлемінде газжұтқыштар, яғни геттерлер орналастырылады. Геттерлер ретінде Nb, Ti, Zr, Ba сияқты активті металдар, сонымен қатар Zr-Al, Zr-Al-Ni, Zr-Ti және т.б. қолданылады.

ТЭТ-та оқшаулағыш материалдар ретінде көбінесе Al₂O₃, BeO, V₂O₂, MgO оксидтері негізіндегі материалдар қолданылады.

Термоэмиссионды түрленгіштер атомды реактормен өте жақсы үйлеседі. Көптеген есептеулер, мұндай атомды электростаннциялардың массасы мен сыртқы өлшемдері, оны электрлі қозғалтқыш пен борт аппаратурасының қоректенуі үшін космостық объектілерде қолданудың жағымды перспективаларын ашатынын көрсетті.

Дүние жүзінде бірінші (1970) термоэмиссионды реактор-түрленгіш ретінде ресейлік «Топаз» реакторы болды. Мұның аналогтық реактор-түрленгіштері басқа елдерде жасалып жатыр. Осылай, ретімен 46000 сағ. Ішінде вольфрамдық эмиттермен және ниобилік коллектормен (ПӘК 17%, электрлік қуат үлесі 8 Вт/см²) лабораториялық сынақтарда ТЭТ-ң тұрақты жұмысына қол жеткізілді.

Энергияны термоэмиссионды түрлендірудің негізгі мақсаты космоста, су астында және алыс полярлық аудандарда электр генерациясын қолдануда. ТЭТ қарапайым ЖЭС-да қосыша құрылыс ретінде қолдану мүмкіндігі есептелінеді.

МГД-түрлендіргіштер

МГД-генератлорының жұмыс істеу принципі

Магнитогидродинамикалық генератор (59 – сурет) – көлденең магнит өрісінде қозғалып келе жатқан электрөткізгіш ағынның кинетикалық энергиясын электр энергиясына түрлендіретін құрылғы. Ағында кернеуі Е_инд=[VB] болатын электрлік өріс индукцияланады, мұндағы V – ағын жылдамдығы, В – магнит индукциясы.

Егер канал в еніне ие болса, онда канал қабырғаларында магнит өрісіне (электродты қабырғаларда) параллелль бағытында Е = V*В*в ЭҚК пайда болады. Тізбектің тұйықталу кезінде жұмыс денесі (сұйық немесе газда) ағынында ток ағып өтеді, I=E (1-k)/R_r, мұндағы R_r – генератордың ішкі кедергісі; k=U/E – жүктеме коэффициенті; U – жүктемедегі кернеу.

1 – каналға шығу; 2 – электродтар; 3 - жүктеме

34 – сурет. Энергияны өндірудің – МГД сызбанұсқасы:
Электродинамика заңына сәйкес көлденең магнит өрісіндегі В, I тогы бар өткізгіштің бірлік ұзындығына, ағынды тежейтін және оның кинетикалық энергиясын ағып жатқан токтың электр энергиясына түрлендіретін F =IB күші әсер етеді.

Генератор кагалында өндірілетін, электрлік қуаты N не ағын жылдамдығын тежейтін күш туындысы ретінде анықталуы мүмкын:

Жүктемеде бөлінетін, каналдың бірлік көлемінде генерацияланатын (каналдың көлемі byl-ға тең), пайдалы үлес қуаты N_v , келесідей формуламен анықталаады:

Е. Канал формасы бойынша

Электр энергиясын өндіруге арналған, МГД-қондырғыларының жіктелуі, 35 – суретте көрсетілген.

35-сурет. МГД-қондырғыларын жіктеу

1. ТЭТ мәселелерін атаңыз

2. Эмитердің жұмыс жасау принципін айтып беріңіз.

3. МГД-генератлорының жұмыс істеу принципі қандай?

4. МГД-қондырғылары қалай жіктеледі?
Қолданылған оқулықтар

1. А.М. Магамедов «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Махачкала Издательско-полиграфическое объединение «Юпитер», г. Махачкала1996. –б. 245.

2. В.А.Агеев «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» курс лекции.

3. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1991. 343 с.

4. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - М.:О-во «Знание», 1988.

Дәріс 13

2. Ашық циклды МГД-қондырғылары

4. МГД-генератордың сипаттамасы

Электрон - вольттарда болатын, ионизация реакциясының жылулығы ионизацияның потенциалы деп аталады. Әсер ететін масса заңы (Сах теңдігі) термиялық ионизация үшін мынандай түрде болады:

10 См/м кем емес электр өтімділікті плазманы алу үшін, жану өнімдеріне ионизациялайтын қоспа деп аталатын, ионизациялау потенциалы төменірек заттар қосады. Ең аз ионизациялау потенциалы цезида.

Қоспа мүмкіндігінше арзанырақ болу керек, немесе ашық циклдағы МГД-қондырғы сызба нұсқаларында оны жану өнімдерінен бөліп алып, регенирациялап қайта жұмысқа жіберуіне қарамастан, оның біршама мөлшері бәрі бір шығындалады. Бәрібір де түтін газымен лақтырылатын қоспа мөлшері, қоршаған ортаға кері әсерін тигізбеу керек. Қоспа МГД-қондырғыларының элементтеріне әсерін тигізбеу керек, оның енгізілуі технологиялық және оны шығару қарапайым болу керек.

Ашық циклдағы МГД-қондырғылары үшін көрсетілген себептерді қорытындалай отырып, қоспа ретінде калий қоспасын қолданады: K₂CO₃, KOH.

Мұндай температуралы газдар жоғары энергетикалық бағалы болады және олар қолданылулары қажет.

МГД-генератор сызбанұсқалары әртүрлі болуы мүмкін. 36 – суретте тегіс электродты МГД-генератор көрсетілген. Нақты плазмалық МГД-генераторлар үшін мұндай сыбанұсқа көп жағдайларда, магнит жазықтығында орналасқан өткізгіште токпен бірге пайда болатын Холл эффектісінің болуынан, қолайсыз болып табылады. Электродинамика заңдары бойынша мұндай өтакізгіште электр өрісі пайда болады, оның векторы өткізгіштегі ток векторына және магнит өрісінің векторына перпендикулярлы. Басқаша айтқанда, МГД-генератор жағдайында бұл электрлік өрістің векторы канал өрісіне параллель орналасқан. Нәтижесінде каналдың барлық ұзындығында Холл эффектісі пайда болады. Каналдың үлкен ұзындығына байланысты Холл ЭҚК - і бірнеше, кейде ондық киловольтты құрауы мүмкін.

Холл эффектісінің болуы МГД - генераторының каналдары үшін Ом заңы оның қарапайым өлшемінде әділетсіз болуына әкеледі. Мұның орнына көп тараған Ом заңының теңдеуін қолдану дұрыс, оның векторлық түрі мынандай:

Е – жүктемемен құрылған электрлік өрістің кернеулік векторы;

β = еτВ/m_о – Холл параметрі;

m_е,е – электрон массасы және заряды;

τ – соғысу арасындағы уақыт.

36 – суретте көрсетілген, координатты жүйелер үшін, бірқатар оңайтылған жорамалар кезіндегі ток проекциясы үшін (2) теңдіктен келесідей теңдіктер шығады: