მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორი: მოწყობილობა, მოქმედების პრინციპი და დანიშნულება

2024 ავტორი: Howard Calhoun | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-17 10:32

ჯერ პლანეტა დედამიწაზე ყველა ალტერნატიული ენერგიის წყარო არ არის შესწავლილი და წარმატებით გამოყენებული. მიუხედავად ამისა, კაცობრიობა აქტიურად ვითარდება ამ მიმართულებით და პოულობს ახალ ვარიანტებს. ერთ-ერთი მათგანი იყო ენერგიის მიღება ელექტროლიტიდან, რომელიც მაგნიტურ ველშია.

შემუშავებული ეფექტი და სახელის წარმოშობა

პირველი ნამუშევრები ამ სფეროში მიეწერება ფარადეის, რომელიც მუშაობდა ლაბორატორიულ პირობებში ჯერ კიდევ 1832 წელს. მან გამოიკვლია ეგრეთ წოდებული მაგნიტოჰიდროდინამიკური ეფექტი, უფრო სწორად, ეძებდა ელექტრომაგნიტურ მამოძრავებელ ძალას და ცდილობდა წარმატებით გამოეყენებინა იგი. ენერგიის წყაროდ გამოიყენებოდა მდინარე ტემზას დინება. ეფექტის სახელთან ერთად ინსტალაციამ მიიღო სახელიც - მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორი.

ეს MHD მოწყობილობა პირდაპირ გარდაქმნის ერთსენერგიის სხვა ფორმაში, კერძოდ, მექანიკურ ელექტროდ. ასეთი პროცესის მახასიათებლები და მთლიანობაში მისი მოქმედების პრინციპის აღწერა დეტალურად არის აღწერილი მაგნიტოჰიდროდინამიკაში. თავად გენერატორს ამ დისციპლინის სახელი ეწოდა.

ეფექტის მოქმედების აღწერა

პირველ რიგში, უნდა გესმოდეთ, რა ხდება მოწყობილობის მუშაობის დროს. ეს ერთადერთი გზაა მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორის მოქმედების პრინციპის გასაგებად. ეფექტი ეფუძნება ელექტრული ველის გამოჩენას და, რა თქმა უნდა, ელექტროლიტში ელექტრული დენის. ეს უკანასკნელი წარმოდგენილია სხვადასხვა მედიით, მაგალითად, თხევადი ლითონი, პლაზმა (გაზი) ან წყალი. აქედან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მოქმედების პრინციპი ემყარება ელექტრომაგნიტურ ინდუქციას, რომელიც იყენებს მაგნიტურ ველს ელექტროენერგიის გამოსამუშავებლად.

გამოდის, რომ გამტარი უნდა იკვეთებოდეს ველის ძალის ხაზებთან. ეს, თავის მხრივ, სავალდებულო პირობაა იმისათვის, რომ მოძრავი ნაწილაკების მიმართ საპირისპირო მუხტის მქონე იონების ნაკადები გამოჩნდეს მოწყობილობის შიგნით. ასევე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს ველის ხაზების ქცევა. მათგან აგებული მაგნიტური ველი მოძრაობს თავად გამტარის შიგნით იმ მიმართულებით, სადაც იონური მუხტებია განთავსებული.

MHD გენერატორის განმარტება და ისტორია

ინსტალაცია არის თერმული ენერგიის ელექტრო ენერგიად გარდაქმნის მოწყობილობა. იგი სრულად იყენებს ზემოაღნიშნულსეფექტი. ამავდროულად, მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორები ერთ დროს საკმაოდ ინოვაციურ და გარღვევად ითვლებოდა, რომლის პირველი ნიმუშების აგებამ მეოცე საუკუნის წამყვანი მეცნიერების გონება დაიპყრო. მალე ასეთი პროექტების დაფინანსება ამოიწურა სრულიად გაუგებარი მიზეზების გამო. პირველი ექსპერიმენტული დანადგარები უკვე აშენდა, მაგრამ მათი გამოყენება მიტოვებულია.

მაგნიტოდინამიკური გენერატორების პირველივე დიზაინები აღწერილია ჯერ კიდევ 1907-910 წლებში, თუმცა მათი შექმნა ვერ მოხერხდა მრავალი ურთიერთსაწინააღმდეგო ფიზიკური და არქიტექტურული მახასიათებლების გამო. მაგალითად, შეგვიძლია მოვიყვანოთ ის ფაქტი, რომ ჯერ კიდევ არ არის შექმნილი მასალები, რომლებიც ნორმალურად მუშაობენ 2500-3000 გრადუს ცელსიუს ტემპერატურაზე აირისებრ გარემოში. რუსული მოდელი უნდა გამოჩენილიყო სპეციალურად აშენებულ MGDES-ში ქალაქ ნოვომიჩურინსკში, რომელიც მდებარეობს რიაზანის რეგიონში, სახელმწიფო უბნის ელექტროსადგურის სიახლოვეს. პროექტი გაუქმდა 1990-იანი წლების დასაწყისში.

როგორ მუშაობს მოწყობილობა

მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორების დიზაინი და მუშაობის პრინციპი უმეტესწილად იმეორებს ჩვეულებრივი მანქანების ვარიანტებს. საფუძველი არის ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ეფექტი, რაც ნიშნავს, რომ დირიჟორში ჩნდება დენი. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ეს უკანასკნელი კვეთს მაგნიტური ველის ხაზებს მოწყობილობის შიგნით. თუმცა, არსებობს ერთი განსხვავება მანქანა და MHD გენერატორებს შორის. ის მდგომარეობს იმაში, რომ მაგნიტოჰიდროდინამიკური ვარიანტებისთვის როგორცდირიჟორი გამოიყენება უშუალოდ სამუშაო ორგანოს მიერ.

მოქმედება ასევე ეფუძნება დამუხტულ ნაწილაკებს, რომლებზეც გავლენას ახდენს ლორენცის ძალა. სამუშაო სითხის მოძრაობა ხდება მაგნიტურ ველში. ამის გამო ხდება მუხტის მატარებლების ნაკადები ზუსტად საპირისპირო მიმართულებებით. ფორმირების ეტაპზე MHD გენერატორები იყენებდნენ ძირითადად ელექტროგამტარ სითხეებს ან ელექტროლიტებს. სწორედ ისინი იყვნენ ძალიან მომუშავე ორგანო. თანამედროვე ვარიაციები გადავიდა პლაზმაზე. მუხტის მატარებლები ახალი მანქანებისთვის არის დადებითი იონები და თავისუფალი ელექტრონები.

MHD გენერატორების დიზაინი

მოწყობილობის პირველ კვანძს ეწოდება არხი, რომლითაც მოძრაობს სამუშაო სითხე. დღეისათვის მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორები ძირითადად პლაზმას იყენებენ, როგორც ძირითად საშუალებას. შემდეგი კვანძი არის მაგნიტების სისტემა, რომელიც პასუხისმგებელია მაგნიტური ველისა და ელექტროდების შექმნაზე, რათა გადაიტანოს ენერგია, რომელიც მიიღება სამუშაო პროცესში. თუმცა, წყაროები შეიძლება განსხვავებული იყოს. სისტემაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც ელექტრომაგნიტები, ასევე მუდმივი მაგნიტები.

შემდეგ, გაზი ატარებს ელექტროენერგიას და თბება თერმული იონიზაციის ტემპერატურამდე, რაც დაახლოებით 10000 კელვინია. ამის შემდეგ ეს მაჩვენებელი უნდა შემცირდეს. ტემპერატურის ზოლი ეცემა 2, 2-2, 7 ათას კელვინამდე, იმის გამო, რომ სამუშაო გარემოს ემატება სპეციალური დანამატები ტუტე ლითონებით. წინააღმდეგ შემთხვევაში, პლაზმა არ არის საკმარისიეფექტური ხარისხით, რადგან მისი ელექტრული გამტარობის მნიშვნელობა გაცილებით დაბალია, ვიდრე იგივე წყლის ღირებულება.

ტიპიური მოწყობილობის ციკლი

სხვა კვანძები, რომლებიც ქმნიან მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორის დიზაინს, საუკეთესოდ არის ჩამოთვლილი ფუნქციონალური პროცესების აღწერასთან ერთად იმ თანმიმდევრობით, რომელშიც ისინი ხდება.

1. წვის პალატა იღებს მასში ჩატვირთულ საწვავს. ასევე ემატება ჟანგვის აგენტები და სხვადასხვა დანამატები.
2. საწვავი იწყებს წვას, რაც საშუალებას აძლევს გაზის წარმოქმნას, როგორც წვის პროდუქტი.
3. შემდეგ, გენერატორის საქშენი გააქტიურებულია. მასში გადის აირები, რის შემდეგაც ისინი ფართოვდებიან და მათი სიჩქარე იზრდება ხმის სიჩქარემდე.
4. მოქმედება მოდის კამერაში, რომელიც გადის მაგნიტურ ველს თავის შიგნით. მის კედლებზე არის სპეციალური ელექტროდები. სწორედ აქ შემოდის აირები ციკლის ამ ეტაპზე.
5. შემდეგ მუშა სხეული დამუხტული ნაწილაკების გავლენის ქვეშ გადახრის პირველად ტრაექტორიას. ახალი მიმართულება არის ზუსტად იქ, სადაც ელექტროდებია.
6. ფინალური ეტაპი. ელექტროდებს შორის წარმოიქმნება ელექტრული დენი. აქ მთავრდება ციკლი.

მთავარი კლასიფიკაცია

მზა მოწყობილობისთვის ბევრი ვარიანტია, მაგრამ მუშაობის პრინციპი პრაქტიკულად ერთნაირი იქნება ნებისმიერ მათგანში. მაგალითად, შესაძლებელია მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორის გაშვება მყარ საწვავზე, როგორიცაა წიაღისეული წვის პროდუქტები. ასევე როგორც წყაროგამოიყენება ენერგია, ტუტე ლითონის ორთქლები და მათი ორფაზიანი ნარევები თხევადი ლითონებით. ექსპლუატაციის ხანგრძლივობის მიხედვით, MHD გენერატორები იყოფა გრძელვადიან და მოკლევადიანად, ხოლო ეს უკანასკნელი - პულსირებულ და ფეთქებად. სითბოს წყაროებია ბირთვული რეაქტორები, სითბოს გადამცვლელები და რეაქტიული ძრავები.

გარდა ამისა, არსებობს ასევე კლასიფიკაცია სამუშაო ციკლის ტიპის მიხედვით. აქ დაყოფა ხდება მხოლოდ ორ ძირითად ტიპად. ღია ციკლის გენერატორებს აქვთ სამუშაო სითხე შერეული დანამატებით. წვის პროდუქტები გადის სამუშაო პალატაში, სადაც ისინი იწმინდება მინარევებისაგან და გამოიყოფა ატმოსფეროში. დახურულ ციკლში, სამუშაო სითხე შედის სითბოს გადამცვლელში და მხოლოდ ამის შემდეგ შედის გენერატორის პალატაში. შემდეგი, წვის პროდუქტები ელოდება კომპრესორს, რომელიც ასრულებს ციკლს. ამის შემდეგ, სამუშაო სითხე უბრუნდება პირველ საფეხურს სითბოს გადამცვლელში.

მთავარი მახასიათებლები

თუ კითხვა, თუ რა აწარმოებს მაგნიტოჰიდროდინამიკურ გენერატორს შეიძლება ჩაითვალოს სრულად დაფარული, მაშინ უნდა იყოს წარმოდგენილი ასეთი მოწყობილობების ძირითადი ტექნიკური პარამეტრები. მათგან პირველი მნიშვნელობით, ალბათ, ძალაუფლებაა. იგი პროპორციულია სამუშაო სითხის გამტარობისა და მაგნიტური ველის სიძლიერის კვადრატებისა და მისი სიჩქარის. თუ სამუშაო სითხე არის პლაზმა, რომლის ტემპერატურაა დაახლოებით 2-3 ათასი კელვინი, მაშინ გამტარობა მის პროპორციულია 11-13 გრადუსით და უკუპროპორციულია წნევის კვადრატული ფესვის..

თქვენ ასევე უნდა მიუთითოთ მონაცემები ნაკადის სიჩქარის შესახებ დამაგნიტური ველის ინდუქცია. ამ მახასიათებლებიდან პირველი საკმაოდ ფართოდ განსხვავდება, დაწყებული ქვებგერითი სიჩქარიდან ჰიპერბგერით 1900 მეტრამდე წამში. რაც შეეხება მაგნიტური ველის ინდუქციას, ეს დამოკიდებულია მაგნიტების დიზაინზე. თუ ისინი დამზადებულია ფოლადისგან, მაშინ ზედა ზოლი დაყენდება დაახლოებით 2 ტ. სისტემისთვის, რომელიც შედგება სუპერგამტარი მაგნიტებისაგან, ეს მნიშვნელობა იზრდება 6-8 ტ-მდე.

MHD გენერატორების გამოყენება

ასეთი მოწყობილობების ფართო გამოყენება დღეს არ შეინიშნება. მიუხედავად ამისა, თეორიულად შესაძლებელია ელექტროსადგურების აშენება მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორებით. სულ სამი მოქმედი ვარიაციაა:

1. Fusion ელექტროსადგურები. ისინი იყენებენ უნეიტრონო ციკლს MHD გენერატორით. ჩვეულებრივია პლაზმის გამოყენება მაღალ ტემპერატურაზე საწვავად.
2. თბოელექტროსადგურები. გამოიყენება ღია ტიპის ციკლი და თავად ინსტალაციები საკმაოდ მარტივია დიზაინის მახასიათებლების თვალსაზრისით. სწორედ ამ ვარიანტს აქვს განვითარების პერსპექტივა.
3. ატომური ელექტროსადგურები. სამუშაო სითხე ამ შემთხვევაში არის ინერტული გაზი. ის თბება ბირთვულ რეაქტორში დახურულ ციკლში. მას ასევე აქვს განვითარების პერსპექტივები. თუმცა, გამოყენების შესაძლებლობა დამოკიდებულია ბირთვული რეაქტორების გაჩენაზე, რომელთა სამუშაო სითხის ტემპერატურა 2 ათას კელვინზე მეტია.

მოწყობილობის პერსპექტივა

მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორების შესაბამისობა დამოკიდებულია უამრავ ფაქტორზე დაჯერ კიდევ გადაუჭრელი პრობლემები. ამის მაგალითია ასეთი მოწყობილობების მხოლოდ პირდაპირი დენის გენერირების უნარი, რაც ნიშნავს, რომ მათი შენარჩუნებისთვის საჭიროა საკმარისად ძლიერი და, უფრო მეტიც, ეკონომიური ინვერტორების დაპროექტება.

კიდევ ერთი თვალსაჩინო პრობლემაა საჭირო მასალების ნაკლებობა, რომლებიც საკმარისად დიდხანს იმუშავებენ საწვავის ექსტრემალურ ტემპერატურამდე გათბობის პირობებში. იგივე ეხება ასეთ გენერატორებში გამოყენებულ ელექტროდებს.

სხვა გამოყენება

გარდა იმისა, რომ ფუნქციონირებს ელექტროსადგურების ცენტრში, ამ მოწყობილობებს შეუძლიათ მუშაობა სპეციალურ ელექტროსადგურებში, რაც ძალზე სასარგებლო იქნება ბირთვული ენერგიისთვის. მაგნიტოჰიდროდინამიკური გენერატორის გამოყენება ნებადართულია აგრეთვე ჰიპერბგერითი თვითმფრინავების სისტემებში, მაგრამ ჯერჯერობით ამ სფეროში პროგრესი არ შეინიშნება.