Техника - молодёжи 1979-09, страница 33

ПЛАЗМА, МАГНИТ И МНОГО ПРОБЛЕМ

БОРИС СМАГИН, инженер -—

Введение в ситуацию

В № 3 за 1967 год наш журнал опубликовал статью инженера В. Латышева под интригующим заглавием «Плазма, магнит и немного фантазии». Речь шла о перспективах нового метода получения электроэнергии с помощью магнито-гидродинамического генератора и связанных с ним надеждах.

Сегодня, когда созвучие «МГД-ге-нератор» уже стало привычным слуху, попытаемся кратко осветить, что было сделано учеными за прошедшие столь богатые событиями годы, когда совершился качественный скачок и МГД-генераторы из области гипотетических моделей перешли в разряд уверенно работающих установок.

Принцип действия этих новых установок нельзя считать сколько-нибудь новым, так как он целиком вытекает из открытого более ста лет тому назад закона электромагнитной индукции, по которому в движущемся в магнитном поле заряженном потоке жидкости или газа возникает электродвижущая сила. Технические условия для создания МГД-генераторов имеются. В процессе развития ракетной и атомной техники ученые научились готовить плазму, то есть сильно ионизированный газ, обладающий большим количеством электрических зарядов. За созданием мощных магнитных полей тоже дело не стиит. И сейчас во всех развитых странах мира большие коллективы ученых и инженеров занимаются тем, чтобы облечь идею в реальные контуры действующей промышленной конструкции.

Занятие это достаточно дорогое и на первый взгляд не столь уж необходимое. Ведь для того чтобы получить плазму, все равно нужно сжечь какое-нибудь топливо. Но все дело в том, что благодаря высокой температуре плазмы, служащей рабочим телом МГД-электростан-Ц--й, они гораздо экономичнее обычных тепловых, так что выгода очевидна.

В статье, предваряющей материалы I советско-американского коллоквиума, посвященного проблемам МГД-преобразования энергии, видные советские ученые, академики В, А. Кириллин, Л. А. Мелентьев и А. Е. Шейндлин писали: «...МГД-способ... является, несомненно, весь

ма перспективным для энергетики СССР. При его освоении удастся получить крупную экономию топлива за счет доведения КПД до 48— 49% уже на МГДЭС первого поколения вместо реально достижимых 36—38% на паротурбинных станциях... Одновременно существенно укрупняются единичные мощности агрегатов, а также резко уменьшается тепловое загрязнение среды...»

Короче говоря, экономика дает ♦добро», энергетика голосует «за», теоретические основы заложены давным-давно, и техника тоже достигла нужного уровня.

Почему же тогда еще нет МГД-электростанций, почему так затянулся период моделирования, изучения, разработки, почему даже заядлые оптимисты считают, что лишь к концу 80-х годов электрическая сеть страны получит ощутимый магнитогидродинамический вклад?

Топка для плазмы

Сколько столетий прошло с тех пор, когда человек сложил первую печку, сколько людей занималось столь нехитрым делом, а до сих пор без мастерства и вдохновения хорошую печь не сложить.

Что же тогда говорить о печах специального назначения, о тех, где плавится металл, где кипит руда, о топках современных электростанций? Но камеры сгорания, рождающие плазму, предназначенную для МГД-генераторов, еще на порядок сложнее. Каждая — творение? искусства своих создателей, устройство сложное и прихотливое.

Трудности начинаются, как говорится, с самого начала. В советских установках плазму получают, сжигая природный газ. Чтобы повысить температуру плазмы, в качестве окислителя используют сильно нагретый воздух. Иногда его обогащают чистым кислородом.

Но и в этом случае полученной температуры для образования плазмы обычно мало. Атомы продуктов сгорания цепко держатся за свои электроны. Никаких ионов не образуется. Нужно бы нагревать газ до гораздо более высоких температур (6000—8000°). Но это трудно и невыгодно. Кроме того, как только плазма из камеры сгорания попадет в сопло, где разгоняется за счет перехода тепловой энергии

в кинетическую, ее температура, а следовательно, степень ионизации и электропроводность все равно падают.

Ученые нашли обходной путь. Нужно добавить к горячему газу так называемую присадку — соли какого-нибудь щелочного металла (обычно используют углекислый калий, иначе поташ). Калий сравнительно легко теряет электронны, и ионообразование начинается быстрым темпом.

Но и эта схема страдает упрощением. Действительность гораздо сложнее. Ввести присадку не так-то просто. Порошок имеет неприятное обыкновение слипаться в комки. Поэтому через специальные форсунки в камеру сгЪрания вводят водный раствор поташа.

Но пока капли испарятся, а твердый осадок нагреется, расплавится и, наконец, ионизируется, пройдет немало времени. А срок пребывания присадки в камере, как и каждой новой порции топлива, сугубо мизерный. Значит, его надо как-то увеличить. Вторая проблема связана с тем, что появление в камере раствора сразу снижает температуру образующейся плазмы и ее скорость истечения, что крайне нежелательно. Значит, надо срочно компенсировать тепловые потери.

Третья проблема непосредственно связана с ионизацией. Необходимо, чтобы плазма во всем объеме была ионизирована по возможности однородно. Иначе мы не получим желаемой мощности.

Но и это еще не все.

Крайне сложно решается задача создания надежно работающих стенок камеры. Охлаждать стенки трудно и невыгодно, так как эта процедура еще снижает температуру плазмы со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Поэтому приходится мириться с «горячими» стенками. В температуре конструкторы сразу же выигрывают, но возникают трудности иного рода. Необходимы футеровка стенок или их изготовление из сложных и достаточно дорогих материалов, не боящихся высоких температур.

Для того чтобы полностью оценить трудности, встающие на пути «печников» МГД-установок, упомянем еще одну, пятую по счету, но отнюдь не по значению, проблему. Пожалуй, самый коварный враг МГД-генераторов — вибрационный режим горения, когда все парамет

30