Криогенные источники и преобразователи электрической энергии автономных электроэнергетических комплексов

• Автор: Ковалев, Лев Кузьмич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 43 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1. КРИОГЕННЫЕ МАГНИТНЫЕ СИСТЕМЫ (KMC)
1.1. Состояние разработок. Основные типы КМС
1.2. Магнитные поля и электродинамические силы
1.3. Напряженно-деформированное состояние элементов КМС и термомеханические эффекты
1.4. Экспериментальные исследования и проектные разработки..{&
2. СВЕРХПРОВОДНИКОВЫЕ СИНХРОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ (СПСГ) /4
2.1. Состояние разработок. Основные схемы
2.2. Электромагнитные механические и тепловые процессы в активной
зоне СПСГ
2.3 Экспериментальные исследования и проектные разработки
3. ГИСТЕРЕЗИСНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ (ГМ) С ВЫСОКО-
ТЕМПЕРАТУРНЫМ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫМ (ВТСП) РОТОРОМ
3.1. Состояние разработок. Конструктивные схемы ВТСП ГМ
3.2. Электромагнитные и гистерезисные процессы в объемных ВТСП элементах
3.3. Основы расчета и проектирования ВТСП ГМ
3.4. Экспериментальные исследования и проектные разработки
4. КРИОГЕННЫЕ МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ
(мгдг)
4.1. Состояние разработок. Основные схемы МГДГ
4.2. Магнитогидродинамические, электромагнитные и тепловые процессы в МГД преобразователях
4.3. Характеристики МГДГ для бортовых и транспортных установок... $г
4.4. Экспериментальные исследования и проектные разработки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Современные проблемы экологии и развития ресурсо-1 и энергосберегающих технологий ставят перед энергетикой актуальные задачи дальнейшего совершенствования источников и преобразователей электрической энергии. Одно из перспективных направлений в этой области связывают с техническим использованием явлений низко- (НТСП) и высокотемпературной (ВТСГТ) сверхпроводимости (СП) в электроэнергетике. Ожидается, что применение сверхпроводимости снизит металлоемкость, повысит мощность и КПД единичных агрегатов, улучшит их массоэнергетические показатели, а также позволит разработать принципиально новые классы высокоэффективных электрических машин. Эти вопросы приобретают особое значение при создании автономных электроэнергетических комплексов (АЭК) различного назначения. Важно отметить, что уже сейчас АЭК находят применение в разработках новых типов летательных аппаратов (JIA), в проектах надводных и подводных судов нового поколения, в наземных транспортных установках для геологоразведки и геофизических исследований при энергообеспечении труднодоступных районов; в системах автономного электропитания
в критических ситуациях и т. д.
Сверхпроводниковые криогенные магнитные системы (КМС) являются в ряде случаев единственно возможным решением при создании новых систем электропитания крупных физических установок, легких криогенных МГД генераторов (МГДГ)ит.д.
Создание криогенных источников и преобразователей для АЭК (таких, как сверхпроводниковые синхронные генераторы (СПСТ), криогенные МГДГ и др.) требует всестороннего теоретического и экспериментального исследования сложных взаимосвязанных электродинамических, тепловых, термомеханических и гидродинамических процессов в их активной зоне, комплексному рассмотрению которых в литературе уделяется недостаточно внимания.
Данная диссертационная работа посвящена исследованию рабочих процессов в КМС, СПСГ и МГДГ, новых типов гистерезисных электрических машин с объемными ВТСП элементами (ВТСГТ ГМ) для АЭК [1-53]. Работа выполнялась на кафедре "Электроэнергетические и электромеханические системы ЛА" Московского государственного авиационного института (технического университета) согласно координационным планам АН СССР на 1986 - 1990 годы по проблемам "Использование сверхпроводимости в электроэнергетике", "Импульсные МГД генераторы для геофизических исследований", государственным научным программам РАН "Высокотемпературная сверхпроводимость" (1989-1995 годы, проекты "Преобразователь I и II"), "Конденсированные среды" (с 1996 года проект "Кентавр"), "Управляемый термоядерный синтез и плазменные процессы" (с 1991 года проект "Энергетика"), в рамках ряда госбюджетных и хозрасчетных НИР и международных Российско-Германских проектов "ВТСП двигатель" (1995 г.) и "500 Вт ВТСП двигатель" (1995 - 1996 г.).

Б ~ 1. Конструкции экспериментальной установки, линейных, многополюсных и дисковых МГД моделей, методы и результаты измерений их параметров описаны в [29, 30, 34, 43]. В качестве примера на рис. 4.5,а представлены схемы, внешние и выходные характеристики экспериментальных линейных фарадеевских МГД моделей с различными электродами (плоскими, П-образными, перфорированными и т. д.). Анализ полученных опытных данных, в частности, показал, что применение П-образных электродов в фарадеевских МГД каналах позволяет в условиях существенного МГД взаимодействия Б ~ I, значительных параметров Холла (Р ~ 2) увеличить максимальную мощность МГД генератора на 40н-50 % по сравнению с МГД каналом с плоскими электродами. Отсос пограничного слоя на перфорированных П-образных электродных стенках МГД канала обеспечивает рост эффективности преобразования в фарадеевском МГД канале на 30 - 50 % по сравнению с каналом с непроницаемыми П-образными электродами. Пример сопоставления разработанных с участием автора одномерных расчетных методик с экспериментальными данными, полученными ОИВТ РАН на установках типа "Памир", показаны на рис 4.4,6 [26]. Плазменная модель новой схемы многополюсного МГДГ, результаты ее экспериментального исследования и сопоставление с теоретическими кривыми даны на рис. 4.5 б
Линейный МГД канал (Ф)
Миогонолюспый МГД канал (Ф)
пгп;

Полученный объем теоретических и экспериментальных данных использован в конкретных разработках бортовых автономных энергетических установках (АЭУ) с МГДГ большой мощности [40, 41]. На рис. 4.6,а в качестве примера приведена