МАГНИТОГИДРОДИНАМИ́ЧЕСКИЙ ГЕНЕА́ТОР

  • рубрика
  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 18. Москва, 2011, стр. 387-389

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: В. П. Панченко

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.

Классификация магнитогидродинамических генераторов

Рис. 2. Схемы коммутации электродов в линейном МГД-канале, определяющие его тип: каналы со сплошными (а) и секционированными (б) электродами; в – холловский; г – диагональный (сериесный, р...

М. г. под­раз­де­ля­ют­ся по ис­точ­ни­ку те­п­ло­ты: ка­ме­ры сго­ра­ния хи­мич. топ­лив, в т. ч. ре­ак­тив­ных дви­га­те­лей; ядер­ные и тер­мо­ядер­ные ре­ак­то­ры; те­п­ло­об­мен­ные уст­рой­ст­ва. М. г. раз­ли­ча­ют по ра­бо­че­му те­лу, ос­нов­ны­ми ти­па­ми ко­то­ро­го яв­ля­ют­ся: разл. плаз­мо­об­ра­зую­щие сре­ды, жид­кие ме­тал­лы, эв­тек­ти­ки, элек­тро­ли­ты, двух­фаз­ные элек­тро­про­во­дя­щие сре­ды. Наи­боль­шее раз­ви­тие по­лу­чи­ли плаз­мен­ные М. г., ра­бо­чи­ми те­ла­ми ко­то­рых слу­жат про­дук­ты сго­ра­ния хи­мич. то­п­лив или од­но- и/или двух­ком­по­нент­ные сме­си га­зов (инерт­ные га­зы, во­до­род и др.). По спо­со­бу от­во­да элек­тро­энер­гии М. г. де­лят­ся на две осн. груп­пы: кон­дук­ци­он­ные (по­сто­ян­но­го и пе­ре­мен­но­го то­ка), в ко­то­рых ге­не­ри­руе­мый в плаз­ме ток по­сту­па­ет на то­ко­съём­ные элек­тро­ды МГД-ка­на­ла и да­лее в на­груз­ку; ин­дук­ци­он­ные, ге­не­ри­рую­щие толь­ко пе­ре­мен­ный ток, в них от­сут­ст­ву­ют то­ко­съём­ные элек­тро­ды, а на­ве­дён­ные в дви­жу­щей­ся элек­тро­про­во­дя­щей сре­де то­ки ин­дук­тив­но свя­за­ны с внеш­ней об­мот­кой (тре­бу­ют соз­да­ния бе­гу­ще­го вдоль ка­на­ла маг­нит­но­го по­ля). По гео­мет­ри­че­ской фор­ме и ти­пу кон­ст­рук­ции МГД-ка­на­лы бы­ва­ют ли­ней­ные, дис­ко­вые и ко­ак­си­аль­ные хол­лов­ские, ра­ди­аль­ные, элек­трод­ные и безэлек­трод­ные (ин­дук­ци­он­ные), ох­ла­ж­дае­мые и не­ох­ла­ж­дае­мые и др. По ти­пу маг­нит­ной сис­те­мы раз­ли­ча­ют: элек­тро­маг­ни­ты с фер­ро­маг­нит­ным («же­лез­ным») маг­ни­то­про­во­дом – для соз­да­ния маг­нит­ных по­лей с ин­дук­ци­ей до 2 Тл в ста­цио­нар­ном ре­жи­ме ра­бо­ты; без­же­лез­ные ре­зи­стив­ные – для ра­бо­ты в им­пульс­ном, крат­ко­вре­мен­ном или ста­цио­нар­ном ре­жи­ме, из­го­тов­ля­ют­ся ох­ла­ж­дае­мы­ми и не­ох­ла­ж­дае­мы­ми и соз­да­ют маг­нит­ное по­ле до 5 Тл; без­же­лез­ные крио­ре­зи­стив­ные – для ра­бо­ты в ста­цио­нар­ном ре­жи­ме (ма­те­ри­ал про­вод­ни­ка об­мот­ки – сверх­чис­тый алю­ми­ний); сверх­про­во­дя­щие, обес­пе­чи­ваю­щие маг­нит­ное по­ле до 10 Тл [ма­те­ри­ал про­вод­ни­ка об­мот­ки – низ­ко­тем­пе­ра­тур­ные сверх­про­вод­ни­ки II ро­да (NbTi, NbZr, Nb3Sn)]. Про­во­дят­ся экс­пе­рим. ис­сле­до­ва­ния ста­цио­нар­ных маг­нит­ных сис­тем не­боль­шо­го объ­ё­ма на ос­но­ве вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных сверх­про­вод­ни­ков (ке­ра­ми­ки, ин­тер­ме­тал­ли­ды). По ти­пу ра­бо­че­го цик­ла энер­ге­тич. ус­та­нов­ки с М. г. (тер­мо­ди­на­мич. схе­ме) раз­ли­ча­ют: М. г. от­кры­то­го цик­ла или кон­ту­ра с при­ме­не­ни­ем в ка­че­ст­ве ра­бо­че­го те­ла про­дук­тов сго­ра­ния хи­мич. то­п­лив, ко­гда от­ра­бо­тан­ные га­зы по­сле уда­ле­ния из них при­сад­ки ще­лоч­ных ме­тал­лов вы­бра­сы­ва­ют­ся в ат­мо­сфе­ру; с замк­ну­тым цик­лом, где те­п­ло­вая энер­гия, по­лу­чен­ная в ис­точ­ни­ке энер­гии, пе­ре­да­ёт­ся ра­бо­че­му те­лу, ко­то­рое за­тем, прой­дя М. г., воз­вра­ща­ет­ся че­рез ком­прес­сор, за­мы­кая цикл. Ус­та­нов­ки от­кры­то­го цик­ла с М. г. рас­смат­ри­ва­ют­ся как вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ная над­строй­ка к обыч­но­му энер­ге­тич. цик­лу и по­зво­ля­ют по­вы­сить его кпд до 60%, а так­же в ка­че­ст­ве мощ­ных ис­точ­ни­ков элек­трич. энер­гии крат­ко­вре­мен­но­го дейст­вия. По элек­три­че­ской схе­ме со­еди­не­ния элек­тро­дов в ли­ней­ных МГД-ка­на­лах раз­ли­ча­ют: ка­нал со сплош­ны­ми (рис. 2,а) или сек­цио­ни­ро­ван­ны­ми (рис. 2,б) элек­тро­да­ми, хол­лов­ский ка­нал (рис. 2,в), в ко­то­ром рас­по­ло­жен­ные друг про­тив дру­га элек­тро­ды ко­рот­ко­замк­ну­ты, а на­пря­же­ние воз­ни­ка­ет вдоль ка­на­ла за счёт по­ля Хол­ла, и с диа­го­наль­ным (се­ри­ес­ный, ра­моч­ный) со­еди­не­ни­ем элек­тро­дов (рис. 2,г). Сек­цио­ни­ро­ва­ние элек­тро­дов в ка­на­ле М. г. де­ла­ет­ся для то­го, что­бы умень­шить цир­ку­ля­цию то­ка вдоль ка­на­ла и по сплош­ным элек­тро­дам и тем са­мым на­пра­вить но­си­те­ли за­ря­дов пер­пен­ди­ку­ляр­но оси ка­на­ла на элек­тро­ды и в на­груз­ку; чем зна­чи­тель­нее эф­фект Хол­ла, тем на боль­шее чис­ло сек­ций не­об­хо­ди­мо раз­де­лить элек­тро­ды, при­чём ка­ж­дая па­ра элек­тро­дов долж­на иметь свою на­груз­ку, что весь­ма ус­лож­ня­ет кон­ст­рук­цию ус­та­нов­ки и умень­ша­ет её ре­сурс. При­ме­не­ние схе­мы хол­лов­ско­го ка­на­ла наи­бо­лее вы­год­но при боль­ших зна­че­ни­ях па­ра­мет­ра Хол­ла. За счёт на­ли­чия про­доль­но­го элек­трич. по­ля в ка­на­ле М. г. с диа­го­наль­ным со­еди­не­ни­ем элек­тро­дов мож­но по­лу­чить зна­чит. на­пря­же­ние на вы­хо­де ге­не­ра­то­ра. Наи­боль­шее рас­про­стра­не­ние с 1970-х гг. по­лу­чи­ли кон­дук­ци­он­ные ли­ней­ные М. г. на про­дук­тах сго­ра­ния то­п­лив с при­сад­ка­ми ще­лоч­ных ме­тал­лов, ра­бо­таю­щие по от­кры­то­му цик­лу.

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.

Область применения магнитогидродинамических генераторов

Раз­ра­бот­ка и изу­че­ние воз­мож­но­стей при­ме­не­ния М. г. разл. ти­пов про­во­дит­ся для об­лас­тей элек­тро­энер­ге­ти­ки, в ко­то­рых они ока­зы­ва­ют­ся наи­бо­лее кон­ку­рен­то­спо­соб­ны­ми или не име­ют ана­ло­гов сре­ди су­ще­ст­вую­щих ис­точ­ни­ков то­ка. К нач. 21 в. раз­ра­бо­та­ны, спро­ек­ти­ро­ва­ны, экс­пе­ри­мен­таль­но ис­сле­до­ва­ны и до­ве­де­ны до опыт­но-пром. из­го­тов­ле­ния разл. ти­пы М. г. Ста­цио­нар­ные М. г., ко­то­рые рас­смат­ри­ва­ют­ся в ка­че­ст­ве «над­строй­ки» в би­нар­ных и трой­ных от­кры­тых и замк­ну­тых цик­лах Ран­ки­на для пром. МГД-элек­тро­стан­ций (МГДЭС). Рас­чёт­ный кпд МГДЭС от­кры­то­го цик­ла на про­дук­тах сго­ра­ния ис­ко­пае­мых то­п­лив (до 3000 К) дос­ти­га­ет 52–54% и 58–60%. К 1990 элек­трич. мощ­ность опыт­ных М. г. на про­дук­тах сго­ра­ния до­стиг­ла 21 МВт, вре­мя не­пре­рыв­ной ра­бо­ты – 1000 ч. Раз­ра­бо­та­ны про­ек­ты опыт­но-пром. МГДЭС на при­род­ном га­зе (СССР) мощ­но­стью 500 МВт (до­ля М. г. – 200 МВт) и на уг­ле (США) мощ­но­стью 300 МВт. При­ме­не­ние М. г. на не­рав­но­вес­ной плаз­ме инерт­ных га­зов в со­ста­ве би­нар­ных и трой­ных замк­ну­тых цик­лов МГДЭС мо­жет обес­пе­чить кпд 50–70% в за­ви­си­мо­сти от на­чаль­ной (верх­ней) темп-ры цик­ла в диа­па­зо­не 2300–2800 К.

М. г. воз­мож­но ис­поль­зо­вать в со­ста­ве пи­ко­вых энер­ге­тич. ус­та­но­вок от­кры­то­го цик­ла (мощ­ность 50–200 МВт, вре­мя ра­бо­ты 1–3 ч/сут). М. г. боль­шой мощ­но­сти мо­гут при­ме­нять­ся в аэ­ро­кос­ми­че­ских и транс­порт­ных (су­до­вых) энер­ге­тич. ус­та­нов­ках. В ка­че­ст­ве та­ких М. г., в за­ви­си­мо­сти от це­ле­во­го на­зна­че­ния, рас­смат­ри­ва­ют­ся им­пульс­ные М. г. на по­ро­хо­вых и гиб­рид­ных то­п­ли­вах (дли­тель­ность им­пуль­са до 100 с, мощ­ность до 1000 МВт); М. г. крат­ко­вре­мен­но­го дей­ст­вия на уг­ле­во­до­род­ных и спец. хи­мич. то­п­ли­вах (вре­мя ра­бо­ты до ча­са, мощ­ность до 100 МВт); плаз­мен­ные М. г. в ком­би­на­ции с ге­те­ро­ген­ны­ми ядер­ны­ми ре­ак­то­ра­ми от­кры­то­го цик­ла (вре­мя ра­бо­ты неск. ча­сов, мощ­ность 10–100 МВт); ста­цио­нар­ные жид­ко­ме­тал­лич. М. г. в за­мк­ну­том цик­ле с ядер­ным ре­ак­то­ром.

М. г. крат­ко­вре­мен­но­го дей­ст­вия, им­пульс­ные и взрыв­ные рас­смат­ри­ва­ют­ся в ка­че­ст­ве мощ­ных (до 1 ГВт) ав­то­ном­ных ис­точ­ни­ков элек­трич. пи­та­ния для сис­тем обо­рон­но­го на­зна­че­ния, ава­рий­но­го и ре­зерв­но­го элек­тро­пи­та­ния стра­те­ги­че­ски важ­ных объ­ек­тов, круп­ных экс­пе­рим. ус­та­но­вок, элек­тро­маг­нит­но­го мо­ни­то­рин­га, спец. тех­но­ло­гий и др.

Гл. сдер­жи­ваю­щим фак­то­ром соз­да­ния и пром. внед­ре­ния мощ­ных М. г. яв­ля­ет­ся не­дос­та­точ­ный уро­вень дос­тиг­ну­тых ха­рак­те­ри­стик (кпд, ог­ра­ни­чен­ный уро­вень вы­со­ко­тем­пе­ра­тур­ных уз­лов, напр. МГД-ка­на­лов, вы­со­кая стои­мость по­лу­чен­ной элек­трич. энер­гии и др.).

Лит.: Сат­тон Дж., Шер­ман А. Ос­но­вы тех­ни­че­ской маг­нит­ной га­зо­ди­на­ми­ки. М., 1968; Ро­за Р. Маг­ни­то­гид­ро­ди­на­ми­че­ское пре­об­ра­зо­ва­ние энер­гии. М., 1970; Маг­нит­но-гид­ро­ди­на­ми­че­ское пре­об­ра­зо­ва­ние энер­гии: Фи­зи­ко-тех­ни­че­ские ас­пек­ты / Под ред. В. А. Ки­рил­ли­на, А. Е. Шейн­дли­на. М., 1983; Бре­ев В. В., Гу­ба­рев А. В., Пан­чен­ко В. П. Сверх­зву­ко­вые МГД-ге­не­ра­то­ры. М., 1988; Им­пульс­ные МГД-пре­об­ра­зо­ва­те­ли хи­ми­че­ской энер­гии в элек­три­че­скую / Под ред. А. Е. Шейн­дли­на, В. Е. Фор­то­ва. М., 1997; Эн­цик­ло­пе­дия низ­ко­тем­пе­ра­тур­ной плаз­мы / Под ред. В. Е. Фор­то­ва. М., 2000. Кн. 4; Ма­лю­та Д. Д., Пан­чен­ко В. П. Соз­да­ние им­пульс­ных МГД-ге­не­ра­то­ров // Пу­ти уче­но­го: Е. П. Ве­ли­хов. М., 2007; Пан­чен­ко В. П. О не­ко­то­рых оте­че­ст­вен­ных раз­ра­бот­ках МГД-ус­та­но­вок крат­ко­вре­мен­но­го дей­ст­вия // Там же.

Вернуться к началу