Исследование ресурса магнитогидродинамических машин с жидкометаллическим рабочим телом

• Автор: Чайка, Павел Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 112 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Состояние исследований по прогнозирования ресурса МГД-машин

1.1 Применение МГД-машин и устройств в ядерных и термоядерных установках

1.2 Обзор литературы по прогнозированию ресурса МГД-машин

1.3 Методика и метрологическое обеспечение экспериментальных

исследований

Выводы

Г лава 2 Исследование ресурса МГ Д-машин

2.1 Методика оценки ресурса

2.2 Оценка ресурса по результатам эксплуатации в ядерных установках

2.3 Исследование ресурса МГД-устройств для термоядерных установок
Выводы
Глава 3 Исследование влияния теплового и терморадиационного старения на характеристики системы изоляции индукторов МГД-машин
3.1 Макетирование элементов индукторов
3.2 Исследование влияния теплового старения на электроизоляционные характеристики обмотки
3.3 Ресурсные терморадиационные испытания макетов
3.4. Влияние проводника на ресурс системы изоляции
Выводы
Г лава 4 Исследование влияние состава материалов и технологии изготовления обмоток индукторов МГД-машин на ресурс
4.1 Особенности конструкций МГД-машин, систем изоляции
и используемые материалы
4.2 Взаимосвязь технологических режимов изготовления и характеристик
корпусной изоляции
Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
Принятые в последние годы программы социально-экономического развития России включают в себя пересмотр стратегии развития энергетики в сторону значительного повышения вклада ядерно-энергетических источников энергии в общую программу развития источников энергии.
В качестве одного из направлений развития атомной энергетики определено увеличение количества атомных электростанций (АЭС) с реакторами на быстрых нейтронах. Такие реакторы позволяют не только значительно расширить сырьевую базу АЭС, но и параллельно с выработкой энергии воспроизводить сырье для повторного использования в реакторах того же типа.
В качестве еще одного перспективного направления развития энергетики рассматривается термоядерная энергетика, основанная на использовании установок типа «ТОКАМАК». Результаты, полученные в ходе реализации Международной программы строительства реактора ИТЭР и разработки проектных стадий реактора «ДЕМО», делают возможным с большой степенью уверенности говорить о получении в сравнительно недалеком будущем практически неисчерпаемых источников энергии.
Как в быстрых реакторах, так и в «ДЕМО» реакторе в качестве теплоносителя (рабочей среды) используются жидкие металлы. В быстрых реакторах это жидкие щелочные металлы (натрий) и их сплавы (сплав натрий-калий) или свинец и его сплавы. В реакторе «ДЕМО» в качестве теплоносителя предполагается использовать жидкие литий или сплав литий-свинец. В этом случае примером МГД-устройства, в котором происходят МГД-процессы, является бланкет термоядерного реактора (ТЯР) с жидкометаллическим рабочим телом. Жидкометаллическая проточная часть (канал) такого бланкета располагается в зоне действия сильных магнитных полей. Понятно, что при движении жидкометаллического рабочего тела в
нем возникают электромагнитные силы, воздействующие на поток.
Среди известных жидкометаллических магнитогидродинамических (МГД)-машин широкое распространение получили МГД-насосы, часто называемые «электромагнитные насосы (ЭМН)» индукционного типа и МГД-дроссели различных типов.
МГД-насосы применяются, главным образом, для перемещения (перекачивания) теплоносителей (рабочих тел) в жидкометаллических системах термоядерных реакторов, реакторов на быстрых нейтронах и сопутствующих им исследовательских установок.
Благодаря таким преимуществам как отсутствие движущихся частей, уплотнений и смазок МГД-насосы, на сегодняшний день, практически полностью вытеснили механические насосы во вспомогательных жидкометаллических контурах реакторов на быстрых нейтронах, разрабатываются МГД-насосы для внутриреакторного применения в встроенных фильтрах холодных ловушек реакторной установки БН 1200, МГД-насосы незаменимы в космических ядерных энергоустановках (КЯЭУ) кроме этого, они рассматриваются как альтернатива механическим насосам в основных контурах реакторов с жидкометаллическим теплоносителем.
МГД-дроссели, в ряде случаев, являются безальтернативными устройствами для регулирования величин потоков жидкометаллических рабочих тел, например в системах подачи в электрореактивные двигатели, системах транспортирования теплоносителя в отмеченных выше встроенных в реактор фильтрах холодных ловушек и т.п
Теоретические основы индукционных МГД-машин, основные проблемы их изготовления и эксплуатации рассмотрены в трудах видных российских и зарубежных ученых Г.А. Баранова, А.И. Вольдека, В.А. Глухих, И.Р. Кириллова , Я.Я. Лиелпетера, Н.М. Охременко , A.B. Тананаева и др.
Разработка МГД-машин для внутриреакторной эксплуатации и перспектива
их применения в основных контурах ядерных и термоядерных реакторов

Выводы
Существенным недостатком методики оценки ресурса, описанной в [12], является необходимость проведения специальных ресурсных испытаний обмотки индуктора и канала, с целью определения коэффициентов, входящих в соответствующие формулы. При этом авторами подчеркивается, что возможность использования полученных коэффициентов в МГД-машинах при изменении конструктивных параметров должна анализироваться в каждом конкретном случае. Методики оценки и прогнозирования ресурса индукционных электродвигателей и генераторов основывается на огромном количестве статистических данных по эксплуатации этих машин, использовать которые для МГД-машин не представляется возможным из-за существенной разницы в условиях эксплуатации. Таким образом оптимальным представляется следующая последовательность создания методики прогнозирования ресурса;
1. Определить элементы МГД-машины, определяющие работоспособность устройства и критерии перехода машин в нерабоспособное состояние, принимая при этом во внимание аналогичность конструкций МГД-машин и индукционных электродвигателей и генераторов. Используя современные методы оценки ресурса (модели нагрузка-прочность) и разработать методику, учитывающую при прогнозировании как влияние внешних воздействующих факторов так и конструктивные параметры МГД-машин (размеры канала, напряжение питания, количество катушек в индукторе, количество витков в катушке).
2. Определить электрофизические характеристики критических элементов, дающие возможность прогнозировать их состояние. Провести экспериментальное определение этих характеристик.
3. Определить взаимосвязь между электрофизическими характеристиками критических элементов и параметрами технологических процессов с