Магнитогидродинамический генератор: устройство, принцип работы и назначение

МАГНИТОГИДРОДИНАМИ́ЧЕСКИЙ ГЕ­НЕ­РА́ТОР (МГД-ге­не­ра­тор), элек­тро­энер­ге­ти­че­ское уст­рой­ст­во, в ко­то­ром про­ис­хо­дит пря­мое пре­об­ра­зо­ва­ние теп­ло­вой энер­гии ра­бо­че­го те­ла (жид­кой или га­зо­об­раз­ной элек­тро­про­во­дя­щей сре­ды), дви­жу­ще­го­ся в маг­нит­ном по­ле, в элек­трич. энер­гию по­сто­ян­но­го или пе­ре­мен­но­го то­ка. Дви­же­ние та­ких сред опи­сы­ва­ет­ся урав­не­ния­ми маг­нит­ной гид­ро­ди­на­ми­ки, что и да­ло на­име­но­ва­ние уст­рой­ст­ву. Пря­мое пре­об­ра­зо­ва­ние энер­гии – гл. осо­бен­ность М. г., от­ли­чаю­щая его от элек­тро­ма­шин­ных ге­не­ра­то­ров, пре­об­ра­зую­щих ме­ха­нич. энер­гию вра­ще­ния, по­лу­чае­мую от пер­вич­но­го дви­га­те­ля (обыч­но па­ро­вые, га­зо­вые тур­би­ны или гид­ро­тур­би­ны, дви­га­те­ли внутр. сго­ра­ния и др.), в элек­три­че­скую. Про­цесс ге­не­ри­ро­ва­ния элек­трич. то­ка в М. г. ос­но­ван на яв­ле­нии элек­тро­маг­нит­ной ин­дук­ции, т. е. на воз­ник­но­ве­нии то­ка в про­вод­ни­ке, пе­ре­се­каю­щем си­ло­вые ли­нии маг­нит­но­го по­ля; от­ли­чие М. г. в том, что в нём про­вод­ни­ком яв­ля­ет­ся са­мо ра­бо­чее те­ло, в ко­то­ром при дви­же­нии по­пе­рёк век­то­ра на­пря­жён­но­сти маг­нит­но­го по­ля воз­ни­ка­ют про­ти­во­по­лож­но на­прав­лен­ные по­то­ки но­си­те­лей за­ря­дов раз­но­имён­ных зна­ков.

Ра­бо­чим те­лом М. г. мо­гут слу­жить элек­тро­про­во­дя­щие жид­ко­сти (элек­тро­ли­ты), жид­кие ме­тал­лы, плаз­ма. Со­став и свой­ст­ва ра­бо­чих тел ока­зы­ва­ют оп­ре­де­ляю­щее влия­ние на тип и ха­рак­те­ри­сти­ки М. г. В пер­вых М. г. ис­поль­зо­ва­лись в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го те­ла элек­тро­ли­ты, жид­кие ме­тал­лы. В боль­шин­ст­ве М. г. при­ме­ня­ют плаз­му, в ко­то­рой но­си­те­ля­ми за­ря­дов яв­ля­ют­ся в осн. сво­бод­ные элек­тро­ны и по­ло­жи­тель­ные ио­ны, от­кло­няю­щие­ся под дей­ст­ви­ем Ло­рен­ца си­лы в маг­нит­ном по­ле от тра­ек­то­рии, по ко­то­рой газ дви­гал­ся бы при от­сут­ст­вии по­ля. В силь­ных маг­нит­ных по­лях за­ря­жен­ные час­ти­цы ус­пе­ва­ют ме­ж­ду со­уда­ре­ния­ми сме­стить­ся от­но­си­тель­но друг дру­га (в плос­ко­сти, пер­пен­ди­ку­ляр­ной маг­нит­но­му по­лю); та­кое на­прав­лен­ное сме­ще­ние за­ря­жен­ных час­тиц в М. г. при­во­дит к то­му, что по­яв­ля­ет­ся до­пол­нит. элек­трич. по­ле, т. н. по­ле Хол­ла (см. Хол­ла эф­фект), на­прав­лен­ное па­рал­лель­но по­то­ку га­за, и, сле­до­ва­тель­но, дрейф за­ря­жен­ных час­тиц в скре­щён­ных элек­трич. и маг­нит­ном по­лях.

Рис. 1. Схема МГД-генератора с линейным каналом: 1 – источник рабочего тела; 2 – сопло; 3 – МГД-канал; 4 – электромагнит; 5 – электроды; 6 – диффузор; 7 – наг…

М. г. (рис. 1) со­сто­ит из ис­точ­ни­ка те­п­ло­вой энер­гии и ра­бо­че­го те­ла (мо­гут быть со­вме­ще­ны), ко­то­рое по­да­ёт­ся со ско­ро­стью v че­рез раз­гон­ное уст­рой­ст­во (со­пло) в МГД-ка­нал, маг­нит­ной сис­те­мы (элек­тро­маг­нит) для соз­да­ния маг­нит­но­го по­ля с ин­дук­ци­ей B, элек­тро­дов, пред­на­зна­чен­ных для от­во­да ге­не­ри­руе­мой элек­трич. энер­гии в на­груз­ку, и диф­фу­зо­ра (вы­хлоп­ной уча­сток). В по­то­ке ра­бо­че­го те­ла (с удель­ной элек­трич. про­во­ди­мо­стью σ ), дви­жу­ще­го­ся в МГД-ка­на­ле в на­прав­ле­нии, пер­пен­ди­ку­ляр­ном си­ло­вым ли­ни­ям маг­нит­но­го по­ля с ин­дук­ци­ей B, ин­ду­ци­ру­ет­ся ло­каль­ная эдс vB (см. Элек­тро­дви­жу­щая си­ла), воз­ни­ка­ет элек­трич. ток в про­во­дя­щем те­ле и на­груз­ке (элек­трич. се­ти). Плот­ность мощ­но­сти М. г. P ≈ 0,25σv2B2 (Вт/м3).

МГД-ка­нал яв­ля­ет­ся ос­нов­ным и тех­ни­че­ски наи­бо­лее слож­ным эле­мен­том и оп­ре­де­ля­ет ха­рак­те­ри­сти­ки М. г. в це­лом. Кон­ст­рук­ции ка­на­ла за­ви­сят от ти­па, на­зна­че­ния и ре­жи­ма ра­бо­ты; они долж­ны обес­пе­чи­вать пре­ж­де все­го макс. ре­сурс ра­бо­ты и ми­ним. те­п­ло­вые, гид­рав­лич., элек­трич. по­те­ри и др. Маг­нит­ная сис­те­ма пред­на­зна­че­на для соз­да­ния мак­си­маль­но воз­мож­ной ве­ли­чи­ны ин­дук­ции и её рас­пре­де­ле­ния в ра­бо­чем объ­ё­ме ка­на­ла; она оп­ре­де­ля­ет энер­ге­тич., мас­со­вые и га­ба­рит­ные ха­рак­те­ри­сти­ки маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. ге­не­ра­то­ра.

Для М. г., в ко­то­ром в ка­чест­ве ра­бо­че­го те­ла ис­поль­зу­ет­ся жид­кий ме­талл, су­ще­ст­вен­ной про­бле­мой для по­лу­че­ния дос­та­точ­ной эф­фек­тив­но­сти (кпд) яв­ля­ет­ся раз­гон ра­бо­че­го те­ла до вы­со­ких ско­ро­стей. Боль­шие по­те­ри ки­не­тич. энер­гии, те­п­ло­вые по­те­ри и ряд др. фак­то­ров ог­рани­чи­ва­ют кпд та­ких энер­ге­тич. ус­та­но­вок до не­сколь­ких про­цен­тов. Зна­чи­тель­но бо­лее вы­со­кие по­ка­за­те­ли име­ют плаз­мен­ные М. г. Для соз­да­ния плаз­мы од­но­род­но­го га­за его не­об­хо­ди­мо на­греть до темп-ры тер­мич. ио­ни­за­ции (ок. 10000 К); для ра­бо­ты при мень­ших темп-рах в га­зы до­бав­ля­ют (вво­дят) па­ры́ ще­лоч­ных ме­тал­лов (при­сад­ка), что по­зво­ля­ет сни­зить темп-ру сме­си до 2200–3000 К и ра­зо­гнать плаз­му до боль­ших ско­ро­стей (2000–3000 м/с). В от­ли­чие от М. г. с жид­ким ра­бо­чим те­лом, где ге­не­ри­ро­ва­ние элек­тро­энер­гии идёт толь­ко за счёт пре­об­ра­зо­ва­ния час­ти ки­не­ти­че­ской или по­тен­ци­аль­ной энер­гии по­то­ка при по­сто­ян­ной темп-ре, в М. г. с га­зо­вым ра­бо­чим те­лом прин­ци­пи­аль­но воз­мож­ны три ре­жи­ма: с со­хра­не­ни­ем темп-ры и умень­ше­ни­ем ки­не­тич. энер­гии; с со­хра­не­ни­ем ки­не­тич. энер­гии и умень­ше­ни­ем темп-ры; со сни­же­ни­ем и темп-ры, и ки­не­тич. энер­гии.

Осн. ха­рак­те­ри­сти­ки М. г. под­раз­де­ля­ют на ин­те­граль­ные, ло­каль­ные и удель­ные. Эти ве­ли­чи­ны ха­рак­те­ри­зу­ют раз­но­род­ные па­ра­мет­ры (энер­ге­тич., элек­трич., мас­со-га­ба­рит­ные и др.) кон­крет­но­го М. г. как в це­лом (ин­те­граль­ные), так и па­ра­мет­ры про­цес­сов в нём, от­но­ся­щие­ся к оп­ре­де­лён­но­му мес­ту (ло­каль­ные), и его уни­вер­саль­ные по­ка­за­те­ли (удель­ные), не свя­зан­ные с мас­шта­бом и ти­пом маг­ни­то­гид­ро­ди­на­мич. ге­не­ра­то­ра.

Гл. пре­иму­ще­ст­ва М. г. как мощ­но­го уст­рой­ст­ва ге­не­ри­ро­ва­ния элек­тро­энер­гии: от­сут­ст­вие в нём дви­жу­щих­ся уз­лов или де­та­лей, не­по­сред­ст­вен­но уча­ст­вую­щих в пре­об­ра­зо­ва­нии те­п­ло­вой энер­гии в элек­три­че­скую (это по­зво­ля­ет су­ще­ст­вен­но уве­ли­чить на­чаль­ную темп-ру ра­бо­че­го те­ла и, сле­до­ва­тель­но, кпд энер­ге­тич. ус­та­нов­ки); про­сто­та МГД-цик­ла пре­об­ра­зо­ва­ния энер­гии, в ко­то­ром не тре­бу­ет­ся слож­ный аг­ре­гат «па­ро­вой ко­тёл – па­ро­вая тур­би­на». М. г. от­ли­ча­ет от па­ро- или га­зо­тур­бин­ных ус­та­но­вок бы­ст­рый вы­ход на ра­бо­чий ре­жим (ма­лая инер­ци­он­ность), воз­мож­ность на­хо­дить­ся в по­сто­ян­ной го­тов­но­сти к ра­бо­те в те­че­ние дли­тель­но­го вре­ме­ни, что важ­но для пи­ко­вых и ава­рий­ных элек­тро­стан­ций, луч­шая эко­ло­гич­ность.

Заложенный эффект и происхождение названия

Первые труды на этом поприще приписываются еще Фарадею, работавшему в лабораторных условиях еще в 1832 году. Он исследовал так называемый магнитогидродинамический эффект, а точнее, искал электромагнитную движущую силу и пытался ее успешно применить. В качестве источника энергии использовалось течение реки Темза. Вместе с названием эффекта свое наименования получила и установка — магнитогидродинамический генератор.

Вам будет интересно:Пескоструй стекла: описание обработки стекла, оборудование, применение, фото

В данном МГД-устройстве происходит прямое преобразование одного вида энергии в другой, а именно механической в электрическую. Особенности такого процесса и описание принципа его действия в целом подробно описываются в магнитной гидродинамике. В честь данной дисциплины и был назван сам генератор.

Вам будет интересно:Устройство трамвая: конструкция и основные узлы. Управление трамваем

Фарадей исследовал магнитогидродинамический генератор

Выводы и дополнительная информация

С помощью редуктора и тщательного расчета лопастей можно создать тихоходный, малошумящий низкооборотный генератор на неодимовых магнитах. Современные электронные компоненты и соответствующая схемотехника помогут создать инвертор с высоким КПД. Новые модели аккумуляторов выполняют свои функции безупречно, без регламентного обслуживания, сохраняют свои полезные функции после сотен циклов перезарядки.

Для ознакомления с действующими установками можно посмотреть реализованные проекты Сергея Савченко, Александра Седова, Валерия Яловенко, Виктора Бурлака. Их идеи можно трансформировать с учетом личных возможностей и предпочтений. Упростить расчеты несложно с помощью специализированных программ-калькуляторов, которые можно быстро найти в сети Интернет. В любом случае магнитный генератор следует рассматривать вместе с другими частями системы автономного снабжения электроэнергией, чтобы обеспечить хорошую согласованность.

Описание действия эффекта

В первую очередь следует понять то, что происходит во время функционирования устройства. Только так можно осознать принцип работы магнитогидродинамического генератора в действии. Эффект построен на возникновении электрического поля и, конечно же, электрического тока в электролите. Последний представляется различными средами, к примеру, жидким металлом, плазмой (газом) или водой. Из этого можно заключить, что в основе принципа действия лежит электромагнитная индукция, использующая магнитное поле для выработки электричества.

Получается так, что проводник должен пересекаться с силовыми линиями поля. Это является, в свою очередь, обязательным условием для того, чтобы потоки ионов с противоположными относительно движущихся частиц зарядами начали возникать внутри устройства. Также важно отметить поведение силовых линий. Построенное из них магнитное поле движется внутри самого проводника в противоположную сторону от той, где находятся заряды ионов.

Вам будет интересно:Вред поливинилхлорида для здоровья человека: миф или реальность

Электрическое поле в магнитогидродинамическом генераторе

Достоинства и недостатки

Итак, каковы преимущества МГД генераторов:

  • Это огромная мощность при небольших размерах установки (доходит до нескольких мегаватт).
  • Полное отсутствие вращающихся деталей, а, значит, нет потерь на трение.
  • МГД генератор – объемная установка. Почему? Во-первых, объемные процессы, которые протекают в генераторе, уменьшают наличие нежелательных процессов поверхностного типа, к примеру, снижено загрязнение, минимум токов утечек и так далее. Во-вторых, больше объем – больше мощность машины.
  • Из предыдущего следует, что чем больше МГД генератор, тем выше коэффициент полезного действия, тем меньше вредных выбросов из установки.
  • В свое время был достигнут достаточно серьезный показатель экономии и эффективности, когда магнитогидродинамический агрегат соединили с котельной. Эффект оказался тройным. После сжигания газа или другого энергоносителя в топке котла, отработанные газы (они ионизированные) поступали в генератор, который вырабатывал электрический ток, далее газы поступали на парогенератор ТЭЦ, дополнительно нагревая воду или пар для отопления. Необходимо отметить, что в те времена коэффициент полезного действия такой комбинации составлял 65%, и это по сравнению с традиционным КПД старых котельных 50%.
  • И, конечно, магнитогидродинамические генераторы являются установками передвижными. А это, как показывает жизнь, иногда очень важно.

Определение и история МГД-генератора

Установка представляет из себя устройство для преобразования тепловой энергии в электрическую. В ней полностью применяется вышеописанный эффект. При этом магнитогидродинамические генераторы в свое время считались достаточно новаторской и прорывной идеей, построение первых образцов которых занимало умы ведущих ученых двадцатого века. Вскоре финансирование таких проектов исчерпало себя по не совсем понятным причинам. Уже были возведены первые экспериментальные установки, однако на их использовании был поставлен крест.

Самые первые конструкции магнитодинамических генераторов описывались еще в 1907-910 годах, тем не менее они не могли быть созданы в силу ряда противоречащих физических и архитектурных особенностей. В качестве примера можно привести то, что еще не были созданы материалы, которые могли бы нормально функционировать при рабочих температурах в 2500-3000 градусов по Цельсию в газовой среде. Российская модель должна была появиться в специально построенном МГДЭС в городе Новомичуринске, который расположен в Рязанской области в непосредственной близости от ГРЭС. Проект был свернут в начале 1990-х годов.

Ядерный реактор для магнитогидродинамического генератора

СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
Вход или Регистрация
ПОМОЩЬ В ПАТЕНТОВАНИИНАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФОРУМНаучно-техническая библиотека

База Данных ТехнологийУстройства-преобразователи и накопители энергииЖИДКОСТНОЙ МГД — ГЕНЕРАТОР
ЖИДКОСТНОЙ МГД — ГЕНЕРАТОР
(безмашинный способ прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию)
© Хамзя Умяров

Контакт с автором

Современные способы получения электрической энергии из органического топлива довольно сложны, так как в тепловых двигателях требуется промежуточное преобразование энергии, а такие установки — дорогие и громоздкие. Поршневые ДВС, газовые турбины и реактивные двигатели принципиально проще паросиловых установок, поскольку в них нет промежуточного рабочего тела – пара, для получения которого требуется дополнительное оборудование (котел, конденсатор, насосное хозяйство и пр.), что связано с затратами энергии. Однако и в этих двигателях тепловая энергия преобразуется в механическую, а затем уже в электрическую. Так же сложны установки и других типов (гидравлические турбины, атомные станции и т.д.), поэтому уже давно стоит вопрос о разработке новых методов получения электрической энергии без промежуточных преобразований. В настоящее время большой интерес представляют такие способы прямого получения электроэнергии, как термоионный (термоэлектронный); термоэлектрический; магнитогидродинамический (магнитогазодинамический); электрохимический (топливные элементы).

Остановимся на магнитогидродинамическом способе прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию. Существующие магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы), в основе работы которых рабочее тело – газ, нагретый до температуры в несколько тысяч градусов, становящийся ионизированной плазмой и хорошим проводником электричества (в том числе, при добавлении присадок в виде карбоната калия или солей цезия), — следует называть магнитогазодинамическими. Но можно разработать и создать именно магнитогидродинамические генераторы, в основе работы которых рабочим телом становятся специально подготовленные жидкостные растворы. В том числе, газожидкостные дисперсии, а на их основе – дисперсионные суспензии. Преимуществом последних будет то, что отпадает необходимость иметь высокотемпературные газовые среды, сложность удержания которых в замкнутых объёмах приводит к большим тепловым потерям и, как правило, к резкому снижению кпд до 40%, в то время как теоретически допускается, что метод прямого преобразования тепловой энергии в электрическую способен иметь кпд в 65…70%.

Идея жидкостных МГД-генераторов далеко не новая. Еще в 1974 году в книге «Техническая термодинамика» авторы академики АН СССР Кириллин В.А., Сычев В.В. и Шейндлин А.Е. о.

Ещё одной важной особенностью, мешающей достижению теоретически допустимых значений кпд, является то, что канал МГД-генератора обязательно должен находиться в магнитном поле. Как известно из электродинамики, при пересечении проводником силовых линий магнитного поля в этом проводнике возникает электродвижущая сила (в частности, в обычном электрогенераторе э.д.с. в обмотке ротора возникает при пересечении проводниками обмотки ротора силовых линий магнитного поля, образуемого электромагнитом статора).

Хорошо известен эффект Эйнштейна-де Хааза, который широко используется в современных высоких электронных технологиях, суть которого заключается в том, что при намагничивании ферромагнетик приобретает вращательный момент относительно направления намагничивания (А. Эйнштейн и нидерландский физик В. де Хааз, 1915). Гораздо менее известен и менее распространен эффект Барнетта (1909), — обратный эффекту Эйнштейна-де Хааза, — суть которого заключается в том, что вращение ферромагнитного образца увеличивает его намагниченность вдоль оси вращения.

Эффект Барнетта в сочетании с эффектом Меркулова (см. материал по ссылке: ) может положить начало разработке нового способа прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию, то есть, жидкостных МГД-генераторов. В его основе — низкопотенциальное тепло (газы с температурой не более 200ªC) и растворы (газожидкостные суспензии) на основе соединений, например, железа. Данная технология вполне позволит получать газожидкостные дисперсионные суспензии, струи которых при взаимодействии с магнитным полем установки, порождают внутри потока э.д.с., под действием которой, в свою очередь, в замкнутой внешней цепи установки потечёт электрический ток. Преимуществом такого способа прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию станет отсутствие высокотемпературных сред, сложность удержания которых в замкнутых объемах, не дозволяет довести кпд МГД-генерации до величин, близких к теоретическим. Кроме того, такие жидкостные МГД-генераторы будут дешевле, проще и более компактными в сравнении с магнитогазодинамическими.

Здесь необходимо сослаться на работы профессора Самарского государственного университета, доктора технических наук, заведующего лабораторией ОНИЛ-9 А.П. Меркулова, который первым попробовал использовать в качестве рабочего тела жидкость (воду) в известной конструкции вихревой трубки Ранке — Хильша. Полученные им результаты интересны тем, что вода, пропущенная через устройство, активно насыщалась парогазовыми пузырьками различного диаметра (мною этот опыт повторен и полностью подтверждается). Об устойчивости полученного газожидкостного раствора А.П. Меркулов ничего не сообщает. Но при этом высказал предположение о механизме образования пузырьков.

Рис.1. Линии тока закрученного потока жидкости

По его мнению, в пограничном (пристеночном) слое раскрученного потока жидкости сдвиговые силы так действуют на элементарный объём жидкости, что возникает микровихревое образование вдоль оси, параллельной стенке. Под действием центробежных сил вдоль оси возникает пустота, которая мгновенно заполняется парами самой жидкости и газами, содержащимися в жидкости.

Рис.2. Иллюстрация эффекта Меркулова: желтые стрелки – движение потока вдоль стенки

В предлагаемой к рассмотрению конструкции установки, идея А.П. Меркулова дополнена тем, что на цилиндрическую стенку, омываемую раскрученным потоком жидкости, наложены упругие механические колебания низкой частоты. То есть, стенка совершает колебательные движения, скорости которых периодически — то совпадают с линейной скоростью закрученного потока жидкости, то направлены в противоположную сторону.

Рис.3. Эффект Меркулова дополнен наложением упругих колебаний на стенку

Если А.П. Меркулов прав в своих предположениях, то в данном случае создаются практически идеальные условия для зарождения огромного множества раскручиваемых элементарных объёмов жидкости. Приближённые расчеты показывают, что, например, элементарный объём жидкости, имеющий в поперечном сечении квадрат со сторонами в 10 микрон, при расчётной амплитуде колебаний стенки в 0,3 мм, раскручиваясь, приобретает частоту вращения в миллионы (!) оборотов в минуту. Возникающие при этом центробежные силы, действующие на жидкость, столь велики, что вдоль оси вращения непременно образуется пустота веретёнообразной формы, мгновенно заполняемая парами самой жидкости и газами, содержащимися в жидкости.

Рис.4. Первая четверть периода колебаний стенки, когда её скорость растёт от 0 до максимума

Поскольку у сферы наилучшее оптимальное соотношение между объёмом и её поверхностью, то, в конце концов, веретёнообразное образование приобретает сферическую форму, то есть, форму пузырька. Фактически, в объёме жидкости присутствуют включения, характерной особенностью которых является то, что они обладают собственно моментом количества движения. В квантовой механике это называется спином. Даже, если представить себе, что до полного затухания вращательного момента требуется несколько секунд, то и тогда этого времени вполне достаточно, чтобы сочетание эффектов Барнетта и Меркулова проявили себя при пропускании жидкости через силовые линии магнитного поля, образуемого электромагнитом статора. То есть, в обмотке статора появится своя э.д.с.

Источником низкопотенциальной тепловой энергии могут стать уходящие газы ДВС, газовых турбин и котлов многочисленных отопительных котельных. Действительно, температура их уходящих газов, как правило, не превышает 200°C. Между тем, при получении 1 МВт тепловой полезной нагрузки от сжигаемого природного газа в атмосферу выбрасывается примерно 1500 кубометров газов. Данное «бросовое» тепло и может быть использовано для выработки электроэнергии жидкостными МГД-генераторами. Если представить себе, что кпд такого безмашинного прямого преобразования тепловой энергии в электроэнергию составляет, например, 50%, то от использования 1500 куб. метров уходящих газов можно получить электрическую мощность величиной в 40…50 КВт. Но в наше время мощности городских отопительных котельных измеряются уже сотнями МВт. Например, в Москве имеется целый ряд районных тепловых станций (РТС), мощности которых перевалили за 500 МВт.

Правительство Москвы, решая вопросы повышения эффективности топливно-энергетического комплекса города, идёт по пути форсированного освоения, так называемой, когенерации. То есть, на территории существующих РТС устанавливаются газотурбинные установки (ГТУ), вырабатывающие электроэнергию, тепло выхлопных газов которых с помощью котлов-утилизаторов используется для нужд отопления и горячего водоснабжения. Это даёт ощутимую экономию топливных ресурсов.

Автор данных строк немного работал на РТС в московском Пенягино. Тепловая мощность РТС составляет около 600 МВт. Кроме котлов, там установлены два блока ГТУ когенерации. В их основе две «сименсовские» турбины по 25 МВт каждая. Но прямое преобразование тепла почти 850 тыс. кубометров уходящих газов (в час) в электроэнергию может дать ещё, как минимум, 30 МВт электрической мощности.

Если стоимость каждой турбины составляет $7000000, то жидкостные МГД-генераторы будут стоить гораздо дешевле. Но самое главное здесь, — выбросы в атмосферу можно свести к нулю, что заметно скажется на экологической обстановке мегаполиса. Да и эффективность использования топливных ресурсов заметно повысится. Из «отработанной» газожидкостной дисперсии можно отобрать ещё немалое количество низкопотенциальной тепловой энергии (см. материал по ссылке: https://moiidei.com/tehnika-tehnologii/utilizator-brosovogo-tepla.html) для нагрева, например, питательной воды.
Дата публикации:
22 марта 2009
Источник:
SciTecLibrary.ru

Назад

О проектеКонтактыАрхив старого сайта
Copyright © SciTecLibrary © 2000-2017

Агентство научно-технической информации Научно-техническая библиотека SciTecLibrary. Свид. ФС77-20137 от 23.11.2004.

Как работает устройство

Конструкция и принцип действия магнитогидродинамических генераторов по большей части повторяют таковые у обыкновенных машинных вариантов. В основе находится эффект электромагнитной индукции, а значит, возникает ток в проводнике. Это происходит за счет того, что последний пересекает силовые линии магнитного поля внутри устройства. Однако существует и одно отличие между машинными и МГД-генераторами. Оно заключается в том, что для магнитогидродинамических вариантов в качестве проводника используется непосредственно само рабочее тело.

В основе действия также находятся заряженные частицы, на которые действует сила Лоренца. Движение рабочего тела происходит поперек магнитного поля. Благодаря этому возникают потоки носителей зарядов с ровно противоположными направлениями. На этапе становления в МГД-генераторах применялись преимущественно электропроводные жидкости или электролиты. Именно они и являлись тем самым рабочим телом. Современные вариации перешли на плазму. Носителя зарядов для новых машин стали положительные ионы и свободные электроны.

Вам будет интересно:Самолет ATR 72-500 для ближних маршрутов

Магнитогидродинамический генератор в действии

Процесс создания ротора

Основой генератора автор разработки решил сделать ступицу автомобиля с дисками тормоза, поскольку она мощная, надежная и идеально сбалансированная. Начав делать ветряк своими руками, в первую очередь следует подготовить основу для ротора — ступицу, — почистить ее от грязи, краски и смазки. После чего приступить к наклейке постоянных магнитов. Для создания данного ветрогенератора, их было использовано по двадцать штук на диске. Размер неодимовых магнитов составил 25х8 миллиметров. Однако, и их количество, и их размер могут варьировать в зависимости от целей и задач человека, своими собственными руками создающего ветрогенератор. Однако всегда будет правильным, для получения одной фазы, равенство количества полюсов числу неодимовых магнитов, а для трех фаз — выдержка соотношений полюсов и катушек — два к трем или три к четырем.
Магниты следует располагать учитывая чередование полюсов, к тому же максимально точно, но прежде, чем приступить к их наклейке, нужно либо создать бумажный шаблон, либо прочертить линии, делящие диск на сектора. Чтобы не перепутать полюса, делаем отметки на магнитах. Главное — выполняем следующее требование — те магниты, которые стоят напротив друг друга, должны быть повернуты разными полюсами, то есть притягиваться.

Магниты приклеиваются к дискам при помощи супер-клея и заливаются. Также нужно сделать бордюрчики по краям дисков и в их центре, либо намотав скотча, либо вылепив из пластилина для недопущения растекания.

Поделенный на сектора круг с обозначением полюсов магнитов

Модификация автомобильного генератора

Создание ротора на постоянных магнитах требует достаточно серьезного вмешательства в конструкцию. Необходимо уменьшить диаметр на толщину магнитов плюс толщину стальной гильзы, которая одевается на ротор для образования сплошного магнитного потока и одновременно служит посадочной площадкой под магниты. Некоторые специалисты обходятся без гильзы, устанавливая магниты прямо на ротор с уменьшенным диаметром и фиксируя на эпоксидку.

Процесс изготовления требует участия производственного оборудования. В токарный станок зажимается ротор и аккуратно снимается слой с таким расчетом, чтобы установленные магниты вращались с минимальным зазором, но вполне свободно. Установка магнитов производится на пластины ротора с чередованием полюсности.

Наибольшего эффекта удается добиться при установке относительно небольших по размерам магнитов, расположенных рядами в продольном направлении. Достигается ровный и мощный магнитный поток, воздействующий на силовые обмотки статора с равномерной плотностью во всех точках.

Изготовление ветрогенератора на неодимовых магнитах своими руками: конструкция ротора ветряка с аксиальным генератором

Изготовление ротора из ступицы и тормозного диска

Рассмотренный способ относится к готовым генераторам, нуждающимся в небольших изменениях конструкции. К таким устройствам относятся автомобильные генераторы, часто применяющиеся самодеятельными конструкторами в качестве базового устройства. Зачастую генераторы собирают полностью самостоятельно, не имея готового устройства.

В таких случаях действуют несколько иначе. За основу берется автомобильная ступица с тормозным диском. Она качественно отбалансирована, прочна и приспособлена к нагрузкам определенного рода. Кроме того, размер ступицы позволяет разместить по окружности большое число магнитов, позволяя получить трехфазное напряжение.

Магниты с чередованием полюсности размещают на равноудаленном от центра расстоянии. Очевидно, что наибольшее число можно установить, если приклеивать их как можно ближе к наружному краю. Наиболее точным показателем станет размер магнитов, который определит возможность размещения на определенном расстоянии. Число магнитов должно быть четным, чтобы не сбивался ритм чередования полюсов при вращении.

Наклейка магнитов на ступицу производится при помощи любого клея, оптимальным вариантом считается эпоксидная смола, которой заливают магниты полностью. Это защищает их от воздействия влаги или от механических воздействий. Перед заливкой по краю ступицы рекомендуется сделать бортик из пластилина, не позволяющий эпоксидке стекать со ступицы вниз.

Конструкция генератора на автомобильной ступице наиболее удобна при изготовлении вертикального ветряка. Примечательно, что подобную схему можно использовать и без ступицы, на диске, вырезанном из обычной фанеры. Такая конструкция намного легче, позволяет выбирать удобный размер, что делает возможным создание чувствительного и производительного устройства.

Конструкция МГД-генераторов

Первый узел устройства называется каналом, по которому движется рабочее тело. В настоящее время в магнитогидродинамических генераторах в качестве основной среды применяется по большей части плазма. Следующий узел представляет из себя систему магнитов, которые отвечают за создание магнитного поля и электродов для отведения той энергии, которая будет получена в ходе рабочего процесса. При этом источники могут быть различными. В системе можно применять как электромагниты, так и постоянные магниты.

Далее газ проводит электрический ток и нагревается до температуры термической ионизации, которая составляет приблизительно 10 тысяч Кельвинов. После данный показатель непременно нужно снизить. Планка температуры падает до 2,2-2,7 тысячи Кельвинов за счет того, что в рабочую среду добавляются специальные присадки со щелочными металлами. В ином случае плазма не является в достаточной степени эффективной, потому как величина ее электропроводности становится значительно меньшей, чем у той же воды.

Изготовление ротора трёхфазного генератора переменного тока

Пластины ротора изготовлены из органического стекла толщиной 5 мм. Из органического стекла вырезаны окружности диаметром 95 мм., в них, согласно разметке, просверлили 12 отверстий под неодимовые магниты (D – 15 мм.). Магниты, разноимёнными полюсами, вклеили в предназначенные для них отверстия (Приложение лист V, рис. 12 — 13). Таких пластин для генератора, изготовили три. Центральная пластина, которая располагается между пластинами статора, изготовлена только из органического стекла. На верхнюю и нижнюю пластины ротора приклеены металлические пластины из стали толщиной 1,5 мм. На каждой из пластин размещено по 12 магнитов, ориентированных по полюсам.

Типичный цикл работы устройства

Другие узлы, составляющие конструкцию магнитогидродинамического генератора, лучше всего перечислить вместе с описанием функциональных процессов в той последовательности, в которой они происходят.

  • Камера сгорания принимает загружаемое в нее топливо. Также добавляются окислители и различные присадки.
  • Топливо начинает гореть, что позволяет образоваться газу в качестве продукта сгорания.
  • Далее задействуется сопло генератора. Через него газы проходят, после чего они расширяются, а их скорость возрастает до скорости звука.
  • Действие доходит до камеры, пропускающей через себя магнитное поле. На ее стенках находятся специальные электроды. Именно сюда поступают газы на данном этапе цикла.
  • Затем рабочее тело под влиянием заряженных частиц отклоняется от своей первичной траектории. Новое направление находится в точности там, где располагаются электроды.
  • Завершающий этап. Происходит образование электрического тока между электродами. На это цикл заканчивается.
  • Камера сгорания магнитогидродинамического генератора

Выводы и дополнительная информация

С помощью редуктора и тщательного расчета лопастей можно создать тихоходный, малошумящий низкооборотный генератор на неодимовых магнитах. Современные электронные компоненты и соответствующая схемотехника помогут создать инвертор с высоким КПД. Новые модели аккумуляторов выполняют свои функции безупречно, без регламентного обслуживания, сохраняют свои полезные функции после сотен циклов перезарядки.

Для ознакомления с действующими установками можно посмотреть реализованные проекты Сергея Савченко, Александра Седова, Валерия Яловенко, Виктора Бурлака. Их идеи можно трансформировать с учетом личных возможностей и предпочтений. Упростить расчеты несложно с помощью специализированных программ-калькуляторов, которые можно быстро найти в сети Интернет. В любом случае магнитный генератор следует рассматривать вместе с другими частями системы автономного снабжения электроэнергией, чтобы обеспечить хорошую согласованность.

Основные классификации

Существует множество вариантов исполнения готового устройства, однако принцип работы будет фактически одинаковым в любом из них. К примеру, возможен запуск магнитогидродинамического генератора на твердом топливе вроде продуктов сгорания ископаемых. Также в качестве источника энергии применяются пары щелочных металлов и их двухфазные смеси с жидкими металлами. По продолжительности работы МГД-генераторы делятся на длительные и кратковременные, а последние — на импульсные и взрывные. Из источников тепла можно назвать ядерные реакторы, теплообменные устройства и реактивные двигатели.

Кроме того, есть также классификация по типу рабочего цикла. Здесь подразделение происходит лишь на два основных типа. Генераторы с открытым циклом имеют рабочее тело, смешанное с присадками. Продукты сгорания идут через рабочую камеру, где они в процессе очищаются от примесей и выбрасываются в атмосферу. В замкнутом цикле рабочее тело попадает в теплообменник и лишь после этого поступает в камеру генератора. Далее продукты сгорания ждет компрессор, который и заканчивает цикл. После этого рабочее тело возвращается на первый этап в теплообменник.

Миниатюрный магнитогидродинамический генератор

Как сделать вечный двигатель

Самодельные генераторы на неодимовых магнитах в основном однотипны по принципу действия. Стандартным уже вариантом является аксиальный тип.

За его основу берется ступица из автомобиля с тормозными дисками. Такая база станет надежной и мощной.

При решении ее использовать ступицу следует полностью разобрать и проверить, достаточно ли там смазки, а при необходимости очистить ржавчину. Тогда готовый прибор будет приятно покрасить, и он приобретет «домашний», ухоженный вид.

На роторные диски наклеивают магниты. Автор конструкции, представленной на фото в статье, взял двадцать штук размером 25*8 миллиметров. Можно использовать разное количество полюсов.

В однофазном приборе полюсы должны иметь равное количество с количеством магнитов. В трехфазном должно соблюдаться соотношение двух к трем или четырех к трем. Магниты размещают с чередованием полюсов. Они должны быть точно расположены. Для этого можно начертить на бумаге шаблон, вырезать его и точно перенести на диск.

Чтобы полюсы не перепутать, маркером делают пометки. Для этого магниты подносят одной стороной: ту, что притягивает, обозначают знаком «+», а ту, что отталкивает, — «-». Магниты должны притягиваться, то есть те, что расположены друг напротив друга, должны иметь разные полюсы.

Обычно используется суперклей или подобный ему, а после наклейки заливают еще эпоксидной смолой для увеличения прочности, предварительно сделав «бордюрчики», чтобы она не вытекла.

Главные характеристики

Если вопрос о том, что вырабатывает магнитогидродинамический генератор можно считать в полной мере освещенным, то следует представить основные технические параметры подобных устройств. Первым из них по значимости, вероятно, идет мощность. Она пропорциональна проводимости рабочего тела, а также квадратам напряженности магнитного поля и его скорости. Если рабочее тело представляет из себя плазму с температурой около 2-3 тысяч Кельвинов, то проводимость пропорциональна ей в 11-13 степени и обратно пропорциональна квадратному корню из давления.

Также следует привести данные о скорости потока и индукции магнитного поля. Первая из этих характеристик варьируется в довольно больших пределах, начиная от дозвуковых скоростей и заканчивая гиперзвуковыми вплоть до 1900 метров в секунду. Что же касается индукции магнитного поля, то она зависит от конструкции магнитов. Если они сделаны из стали, то верхняя планка установится на отметке в 2 Тл. Для системы, которая состоит из сверхпроводящих магнитов, это значение вырастает до 6-8 Тл.

Историческая справка

Идея воз­мож­ной за­ме­ны твёр­до­го про­вод­ни­ка жид­ким, для ге­не­ри­ро­ва­ния элек­трич. энер­гии, бы­ла вы­дви­ну­та М. Фа­ра­де­ем. Од­на­ко его по­пыт­ка экс­пе­ри­мен­таль­но под­твер­дить эту идею в 1832 окон­чи­лась не­уда­чей, и лишь в 1851 англ. учё­ный У. Вол­ла­стон прак­ти­че­ски под­твер­дил пред­поло­же­ние Фа­ра­дея, из­ме­рив эдс, ин­ду­ци­ро­ван­ную при­лив­ны­ми те­че­ния­ми в Ла-Ман­ше. Позд­нее бы­ли пред­ло­же­ны и за­па­тен­то­ва­ны разл. ти­пы МГД-пре­об­ра­зо­ва­те­лей энер­гии. Пер­вые экс­пе­ри­мен­ты по по­лу­че­нию элек­тро­энер­гии с по­мо­щью М. г. на не­рав­но­вес­ной плаз­ме (1938, 1956) и на про­дук­тах сго­ра­ния (1942) бы­ли про­ве­де­ны в США. В 1959 в США соз­дан М. г. «Mark-I» элек­трич. мощ­но­стью 11,5 кВт, в нач. 1960-х гг. – сверх­зву­ко­вой М. г. «Mark-II» на про­дук­тах сго­ра­ния то­луо­ла в ки­сло­ро­де с при­сад­кой ка­лия (мощ­ность до 200 кВт). В 1965 по­строе­ны фа­ра­де­ев­ский М. г. «Mark-V» (мощ­ность 32 МВт), в 1966 – хол­лов­ский М. г. «Lorho» (18 МВт) крат­ко­вре­мен­но­го дей­ст­вия (ми­ну­ты). С это­го вре­ме­ни во мно­гих стра­нах на­ча­лись ра­бо­ты по соз­да­нию М. г. от­кры­то­го цик­ла на про­дук­тах сго­ра­ния то­п­лив для МГД-элек­тро­стан­ций, сна­ча­ла в СССР и в США, а за­тем в Япо­нии, Ки­тае, Ита­лии и др. стра­нах.

В СССР в Вы­со­ких тем­пе­ра­тур инсти­ту­те с 1961 осу­ще­ст­в­ля­ют­ся ис­сле­до­ва­ния по соз­да­нию М. г. на про­дук­тах сго­ра­ния при­род­но­го то­п­ли­ва для пром. те­п­ло­вых МГД-элек­тро­стан­ций. В 1965 соз­да­на мо­дель­ная МГД-ус­та­нов­ка У-02 с ли­ней­ным фа­ра­де­ев­ским ка­на­лом мощ­но­стью до 0,2 МВт, ко­то­рая ге­не­ри­ро­ва­ла элек­трич. энер­гию 1 мес. В 1971 соз­да­на опыт­но-пром. ус­та­нов­ка У-25 с маг­ни­та­ми разл. ти­па; в 1975 элек­трич. мощ­ность ус­та­нов­ки до­ве­де­на до 20,4 МВт, вре­мя не­пре­рыв­ной ра­бо­ты 250 ч.

В США нац. про­грам­ма бы­ла на­прав­ле­на на соз­да­ние МГД-элек­тро­стан­ций на уг­ле. Раз­ра­бо­та­ны и экс­пе­ри­мен­таль­но ис­сле­до­ва­ны осн. уз­лы МГД-ус­та­нов­ки на про­дук­тах сго­ра­ния уг­ля в обо­га­щён­ном ки­сло­ро­дом воз­ду­хе. Соз­да­ны мо­дель­ная ус­та­нов­ка CFFF (1972) и де­мон­ст­ра­ци­он­ная CDIF (1980), на ко­то­рых от­ра­ба­ты­ва­лись в осн. тех­но­ло­гич. ре­жи­мы ра­бо­ты и ре­сурс­ные ха­рак­те­ристи­ки. В 1981 соз­дан М. г. на про­дук­тах сго­ра­ния уг­ля те­п­ло­вой мощ­но­стью 250 МВт.

С 1961 на­ча­ли про­во­дить­ся ис­сле­до­ва­ния по соз­да­нию М. г. на не­рав­но­вес­ной плаз­ме с це­лью их ис­поль­зо­ва­ния в ста­цио­нар­ных энер­ге­тич. ус­та­нов­ках с замк­ну­тым цик­лом. Наи­боль­шие ус­пе­хи в со­з­да­нии ста­цио­нар­ных М. г. на не­рав­новес­ной плаз­ме по­лу­че­ны в Япо­нии. По­строе­ны ус­та­нов­ки FUJI-I элек­трич. мощ­но­стью до 0,7 МВт, раз­ра­бо­тан про­ект FUJI-II мощ­но­стью до 10 МВт.

С 1965 в СССР на­ча­ты ра­бо­ты по со­зда­нию им­пульс­ных (дли­тель­ность им­пуль­са 3–10 с) М. г. на разл. ра­бо­чих те­лах. В 1970 соз­дан опыт­ный об­ра­зец са­мо­воз­бу­ж­даю­ще­го­ся М. г. «Па­мир-1» на твёр­дом (по­ро­хо­вом) то­п­ли­ве мощ­но­стью ок. 10 МВт. В даль­ней­шем бы­ло на­ла­же­но опыт­ное про­из-во и из­го­тов­ле­на, с ис­поль­зо­ва­ни­ем блоч­но­го прин­ци­па, се­рия та­ких М. г. мощ­но­стью от 10 до 600 МВт, ко­то­рые при­ме­ня­лись в ка­че­ст­ве ав­то­ном­ных мощ­ных ис­точ­ни­ков то­ка. В США ана­ло­гич­ные ра­бо­ты, но в мень­шем мас­шта­бе, про­во­ди­лись с 1968: соз­да­ны и ис­сле­до­ва­ны им­пульс­ные М. г. на по­ро­хо­вом то­п­ли­ве с разл. ти­па­ми ка­на­лов мощ­но­стью в неск. МВт. В 1984 в США по­стро­ен мо­биль­ный им­пульс­ный (дли­тель­ность им­пуль­са до 30 с) М. г. мощ­но­стью до 5 МВт.

С 1963 в СССР и США ис­сле­ду­ют­ся М. г., ра­бо­таю­щие на про­дук­тах де­то­на­ции ВВ, с ка­на­ла­ми разл. форм и мощ­но­стей, в т. ч. со сверх­про­во­дя­щи­ми маг­ни­та­ми. В нач. 21 в. по­лу­че­ны сле­дую­щие па­ра­мет­ры та­ких (взрыв­ных) М. г.: дли­тель­ность им­пуль­са 0,1–1 мс, мощ­ность в им­пуль­се – до 300 МВт, ток – сот­ни кA, энер­гия – де­сят­ки МДж, ин­дук­ция маг­нит­но­го по­ля – до 6,5 Тл; экс­пе­ри­мен­таль­но и тео­ре­ти­че­ски изу­че­ны осн. про­цес­сы, оп­ре­де­ле­ны за­ко­но­мер­но­сти их про­те­ка­ния, рас­счи­та­ны и/или оце­не­ны воз­мож­но­сти и ха­рак­те­ри­сти­ки М. г. разл. ти­пов и на­зна­че­ний.

Применение МГД-генераторов

Широкого использования таких устройств сегодня наблюдать не приходится. Тем не менее теоретически существует возможность строить электростанции с магнитогидродинамическими генераторами. Всего есть три допустимых вариации:

  • Термоядерные электростанции. В них применяется безнейтронный цикл с МГД-генератором. В качестве топлива принято использовать плазму на высоких температурах.
  • Тепловые электростанции. Используется открытый тип цикла, а сами установки по конструктивным особенностям являются достаточно простыми. Именно этот вариант все еще имеет перспективы к развитию.
  • Атомные электростанции. Рабочее тело в данном случае — инертный газ. Он нагревается в ядерном реакторе по закрытому циклу. Также имеет перспективы к развитию. Однако возможность применения зависит от появления ядерных реакторов с температурой рабочего тела выше 2 тысяч Кельвинов.
  • Двигатель на основе магнитогидродинамического генератора

    Изготовление статора трёхфазного генератора переменного тока

    Статор генератора, также изготовлен из пластин органического стекла толщиной 8 мм. В пластинах, согласно разметке, отфрезерованы полости для размещения 9 катушек статорной обмотки. Катушки намотаны медным изолированным проводом D – 0,35 мм. Каждая катушка вмещает количество витков, согласно расчётным данным, приведённым выше. Катушки обмотки вклеены в пазы пластин статора с помощью герметика (Приложение, рис. 13-15). Намотку всех фазных катушек необходимо производить в одном направлении отмечая начало и конец обмотки. Соединение катушек каждой фазы производится по схеме: конец – начало. Всего на статорных пластинах размещено по три фазных катушки, соединённых последовательно (Приложение, рис 16). Соединение всех фазных обмоток можно производить двумя способами: звездой и треугольником (Приложение, рис. 17 – 18). В нашем случае, соединение осуществляется звездой, включая все пластины статора. Выпрямление тока осуществляется трёхфазным выпрямителем из полупроводниковых диодов (N4107) (Приложение, рис. 18). Весь «бутерброд» генератора собирается на основании из органического стекла. Пластины статора жёстко прикреплены к основанию металлическими стойками. Пластины ротора закреплены подвижно на подшипниковом узле от двигателя дисковода. Ось подшипникового узла проходит через весь генератор и скрепляет подвижные пластины ротора (Приложение, рис. 17).

    Перспективность устройств

    Актуальность магнитогидродинамических генераторов зависит от целого ряда факторов и нерешенных до сих пор проблем. В качестве примера можно привести способность таких устройств к выработке только постоянного тока, а значит для их обслуживания необходимо конструировать достаточно мощные и притом экономичные инверторы.

    Другой видимой проблемой является отсутствие необходимых материалов, которые могли бы проработать достаточно длительное время в условиях разогрева топлива до запредельных температур. То же самое касается и электродов, применяемых в таких генераторах.

    Ветрогенератор на неодимовых магнитах мощностью 5,0 кВт

    В настоящее время отечественные и зарубежные компании все более широко используют неодимовые магниты при изготовлении тихоходных генераторов электрического тока. Так ООО «Сальмабаш», г. Гатчина Ленинградской области, выпускает подобные генераторы на постоянных магнитах мощностью 3,0-5,0 кВт. Внешний вид данного устройства приведен ниже:

    Корпус и крышки генератора изготавливаются из стали, в дальнейшим с покрытием лакокрасочными материалами. На корпусе предусмотрены специальные крепления, позволяющие закрепить электрический аппарат на несущей мачте. Внутренняя поверхность обработана защитным покрытием, предотвращающим коррозию металла.

    Статор генератора набран из электротехнических пластин стали.

    Обмотка статора — выполнена эмаль-проводом, позволяющим устройству работать продолжительное время с максимальной нагрузкой.

    Ротор генератора имеет 18 полюсов и установлен в подшипниковых опорах. На ободе ротора размещены неодимовые магниты.

    Генератор не требует принудительного охлаждения, которое осуществляется естественным путем.

    Технические характеристики генератора мощностью 5,0 кВт:

    • Номинальная мощность – 5,0 кВт;
    • Номинальная частота – 140,0 оборотов/минуту;
    • Рабочий диапазон вращения – 50,0 – 200,0 оборотов/минуту;
    • Максимальная частота – 300,0 оборотов/минуту;
    • КПД – не ниже 94,0 %;
    • Охлаждение – воздушное;
    • Масса – 240,0 кг.

    Генератор оснащен клеммной коробкой, посредством которой осуществляется его подключение к электрической сети. Класс защиты соответствует ГОСТ14254 и имеет степень IP 65 (пылезащищенное исполнение с защитой от струй воды).

    Конструкция данного генератора приведена на рисунке, приведенном ниже:

    где: 1-корпус, 2- крышка нижняя, 3- крышка верхняя, 4- ротор, 5- неодимовые магниты, 6- статор, 7- обмотка, 8- полумуфта, 9- уплотнения, 10,11,12- подшипники, 13- клеммная коробка.

    Способ намотки катушки статора ветряка

    Для того, чтобы сделанный своими руками ветрогенератор на неодимовых магнитах работал с максимальной отдачей, статорные катушки следует рассчитывать. Однако большинство мастеров предпочитают делать их на глаз. К примеру, тихоходный генератор, способный заряжать 12 В аккумулятор, начиная со 100 — 150 оборотов за минуту, должен иметь во всех катушках от 1000 до 1200 витков, поровну разделенное между всеми катушками. Увеличение количества полюсов ведет к росту частоты тока в катушках, благодаря чему генератор, даже при малых оборотах, дает большую мощность.
    Намотка катушек должна производиться по возможности более толстыми проводами, с целью снижения сопротивления в них. Делать это можно на оправке, либо на самодельном станке.

    Для того чтобы разобраться, какой потенциал мощности имеет генератор, покрутите его с одной катушкой, поскольку, в зависимости от того, в каком количестве будут установлены неодимовые магниты и какова их толщина, данный показатель может существенно отличаться. Измерение проводятся без нагрузки при необходимом числе оборотов. Например, если генератор при 200 оборотах за минуту обеспечивает напряжение в 30 В, имея сопротивление в 3 Ом, то следует из 30 В вычесть 12 В (напряжение питания аккумулятора) и полученный результат — 18 делим на 3 (сопротивление в омах) получаем 6 (сила тока в амперах), которые и пойдут от ветрогенератора на зарядку АКБ. Однако, как показывает практика, по причине потерь в проводах и диодном мосту, реальный показатель, который будет производить магнитный аксиальный генератор, будет поменьше.

    Магниты для создания ветрогенератора лучше брать в форме прямоугольника, поскольку их поле распространяется по длине, в отличие от круглых, поле которых сосредотачивается в центре. Катушки, как правило, мотают круглыми, хотя лучше делать их несколько вытянутыми, что обеспечивает больший объем меди в секторе, а также более прямые витки. Отверстие внутри катушек должно быть равно или превышать ширину магнитов.

    Толщина статора должна быть такой же что и магниты. Форма для него обычно фанерная, для прочности под катушки и поверх них кладут стеклоткань, и все это заливается эпоксидной смолой. Для того, что бы не допустить прилипания смолы к форме, последнюю смазывают любым жиром либо применяют скотч. Провода предварительно выводят наружу и скрепляют между собой, концы каждой фазы после этого соединяют треугольником либо звездочкой.

    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Для любых предложений по сайту: [email protected]