Е. И. Янтовский, И. М. Толмач Магнитогидродинамические генераторы Утверждено к печати Государственным научно-исследовательским энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского Редактор Ю. В. Стрельников, Художник А. А. Люминарский. Технический редактор Ю. В. Рылина Издательство «Наука». Москва, К-62.




Проблема МГД генерирования — одна из ведущих в энергетике благодаря экономическим и техническим преимуществам этого нового метода получения электроэнергии. Наиболее глубокие и всесторонние исследования в области МГД проводятся в СССР и США, где действуют экспериментальные установки на продуктах сгорания с присадкой калия. Можно упомянуть, например, мощную МГД установку, созданную в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского. Созданию этой установки, а также ряда других, в частности жидкометаллических МГД генераторов, предшествовала многолетняя исследовательская работа, в которую внесли заметный вклад и авторы предлагаемой книги.
Значительные технические трудности реализации МГД преобразования энергии в промышленном масштабе не должны приводить к ослаблению усилий исследователей, так как МГД генератор является наиболее перспективным из новых способов преобразования энергии, в принципе пригодным для получения больших мощностей на электростанциях.
Если вспомнить историю развития относительно близкой энергетической машины — газовой турбины, то можно отметить три основных этапа: изобретение турбины П. Д. Кузьминским в 1892 г., начало применения газотурбинных двигателей в авиации в 1945 г. и пуск первой станционной газотурбинной установки на Краснодарской ТЭЦ в 1970 г.
Оценивая, по аналогии с газовой турбиной, возможные сроки создания первой промышленной МГД электростанции и имея в виду, что интенсивные исследования проблемы МГД генераторов начались сравнительно недавно, даже с учетом двукратного ускорения внедрения новой Энергетической техники можно сделать вывод о том, что мощная МГД электростанция будет построена не ранее, чем через 15—20 лет. Важным этапом на этом пути является пуск Институтом высоких температур АН СССР в 1971 г. опытно-промышленной установки У-25.
Вполне возможно, что в космической энергетике МГД генератор появится раньше.
В ряду многочисленных публикаций и сборников работ, посвященных как отдельным, так и общим вопросам МГД преобразования, предлагаемая книга займет важное место благодаря последовательному изложению вопросов теории и проектирования МГД генераторов.
В результате длительных исследований авторы выработали определенную точку зрения о преимуществах для МГД установок на продуктах сгорания канала так называемого рамочного типа, а для жидкометаллических установок — генератора переменного тока. Существуют и другие конструкции каналов МГД генераторов. Окончательный выбор будет сделан по мере накопления опыта.
Предлагаемая книга представляет интерес для исследователей, инженеров и студентов, так как в ней широко освещена проблема гидродинамических генераторов и даны конкретные выводы. Ознакомление с теорией МГД генераторов связано с некоторыми трудностями. С одной стороны, имеется практически необозримое количество работ по отдельным частным вопросам, отраженным в журнальных статьях и трудах международных и национальных симпозиумов. С другой стороны, хорошо известные фундаментальные руководства по магнитной гидродинамике и физике плазмы [1—5] уделяют МГД генераторам сравнительно мало места. Имеется только одна монография, посвященная МГД генераторам [6]. Коллективный труд по результатам исследований МГД генераторов на продуктах сгорания недавно издан в Англии [7].
Авторы посвятили эту книгу непосредственно генераторам электроэнергии, несмотря на то, что они еще не имеют практического применения. Авторы отчетливо сознают, что они не в состоянии сколько-нибудь полно описать работы различных организаций, и приводят в основном только собственные результаты, дополнив их беглым обзором литературы (гл. 1 и 11). Наиболее подробно рассмотрены генераторы с каналом рамочного типа на равновесной плазме и жидкометаллические генераторы переменного тока.
За пределами данной книги остался ряд вопросов теории МГД генераторов и среди них наиболее важный — течение неравновесной плазмы с ионизационными и акустическими неустойчивостями. Этот вопрос рассматривается, например, в дополнении к русскому переводу книги [6].
Сравнительно мало места в настоящей работе уделено вопросам развития пограничного слоя, что существенно для генераторов большого размера, где пограничные слои в канале не сомкнуты и течение в канале нельзя считать полностью развитым. Эти вопросы подробно рассмотрены, например, в [3]. Теория течений в каналах подробно рассматривается в новой книге [268], а электрогазодинамические генераторы — в [269].
В разделах, связанных с неоднородностью распределения различных параметров (проводимости, скорости и т. п.) в канале, авторы стремились подчеркнуть, что все упомянутые неоднородности, как правило, приводят к значительному ухудшению энергетических показателей МГД машин.
Описанные в книге проектные проработки и эксперименты проведены в лаборатории магнитной гидродинамики Энергетического института им. Г. М. Кржижановского в 1959—1969 гг.
Параграф 7.6 о нерасчетных режимах МГД генераторов с рамочным каналом написан А. И. Элькиным, который оказал также большую помощь в написании всей гл. 7. Параграф 6.12 о пространственных эффектах при произвольном магнитном числе Рейнольдса написан В. Е. Козыренко, которому принадлежат основные результаты в этой области.
Авторы благодарны В. Н. Гарбузову, С. Е. Дворчику, С. А. Гамзаевой, Л. М. Дронник, Е. К. Зарембе, Н. И. Головко, Л. Ф. Мороз и Л. В. Детят-киной за помощь при подготовке рукописи. Особую благодарность авторы выражают Ю. В. Стрельникову за тяжелый труд по редактированию книги.
Все критические замечания будут приняты авторами с признательностью.