Большая Советская Энциклопедия (МА)

М. г. состоит из канала, по которому движется рабочее тело (обычно плазма), электромагнитной системы для создания магнитного поля и устройств для отвода электроэнергии (электродов) с включенной нагрузкой (рис. 1 ).

Системы с М. г. могут работать по открытому и замкнутому циклам. В первом случае продукты сгорания являются рабочим телом, а использованные газы после удаления из них присадки щелочных металлов (вводимой в рабочее тело для увеличения электропроводности) выбрасываются в атмосферу. В М. г. замкнутого цикла тепловая энергия, полученная при сжигании топлива, передаётся в теплообменнике рабочему телу, которое затем, пройдя М. г., возвращается, замыкая цикл, через компрессор или насос. Источниками тепла могут служить реактивные двигатели, ядерные реакторы, теплообменные устройства. Рабочим телом в М. г. могут быть продукты сгорания ископаемых топлив и инертные газы с присадками щелочных металлов (или их солей); пары щелочных металлов; двухфазные смеси паров и жидких щелочных металлов; жидкие металлы и электролиты. Но если жидкие металлы и электролиты являются природными проводниками, то для того чтобы газ стал электропроводным, его необходимо ионизовать до определённой степени, что осуществляется главным образом нагреванием до температур, достаточных для начала термической ионизации (большинство газов ионизуется только при температуре около 10000 К). Необходимая степень ионизации при меньших температурах достигается обогащением газа парами щелочных металлов; при введении в продукты сгорания щелочных металлов (например, К, Cs, Na) или их солей газы становятся проводниками уже при 2200—2700 К.

В М. г. с жидким рабочим телом генерирование электроэнергии идёт только за счёт преобразования части кинетической или потенциальной энергии потока электропроводной жидкости практически при постоянной температуре. В М. г. с газовым рабочим телом принципиально возможны три режима: с сохранением температуры и уменьшением кинетической энергии; с сохранением кинетической энергии и уменьшением температуры; со снижением и температуры и кинетической энергии.

По способу отвода электроэнергии М. г. разделяют на кондукционные и индукционные. В кондукционных М г. в рабочем теле, протекающем через поперечное магнитное поле, возникает электрический ток, который через съёмные электроды, вмонтированные в боковые стенки канала, замыкается на внешнюю цепь. В зависимости от изменения магнитного поля или скорости движения рабочего тела такой М. г. может генерировать постоянный, как правило, или пульсирующий ток. В индукционных М. г. (по аналогии с обычными электромашинными генераторами) электроды отсутствуют. Такие установки генерируют только переменный ток и требуют создания бегущего вдоль канала магнитного поля. Возможны различные формы каналов: линейная — общая для кондукционных и индукционных М. г.; дисковая и коаксиальная холловская — в кондукционных; радиальная — в индукционных М. г. По системам соединений электродов различают: фарадеевский генератор со сплошными или секционированными электродами (рис. 2 , а), холловский генератор (рис. 2 , б), в котором расположенные друг против друга электроды короткозамкнуты, а напряжение снимается вдоль канала за счёт наличия поля Холла, и сериесный генератор с диагональным соединением электродов (рис. 2 , в). Секционирование электродов в фарадеевском М. г. делается для того, чтобы уменьшить циркуляцию тока вдоль канала и через электроды (эффект Холла) 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. Применение схемы холловского М. г. наиболее выгодно при больших магнитных полях. За счёт наличия продольного электрического поля в холловском и М. г. с диагональным соединением электродов можно получить значительное напряжение на выходе генератора. Наибольшее распространение в 70-х годах получили кондукционные линейные М. г. на продуктах сгорания ископаемых топлив с присадками щелочных металлов, работающие по открытому циклу.

Мощность М. г. пропорциональна проводимости рабочего тела, квадрату его скорости и квадрату напряжённости магнитного поля. Для газообразного рабочего тела в диапазоне температур 2000—3000 К проводимость пропорциональна температуре в 11—13-й степени и обратно пропорциональна корню квадратному из давления. Скорости потока в М. г. могут быть в широком диапазоне — от дозвуковых до сверхзвуковых. Индукция магнитного поля определяется конструкцией магнитов и ограничивается значениями около 2 тл для магнитов со сталью и до 6—8 тл для сверхпроводящих магнитных систем.

Основное преимущество М. г. — отсутствие в нём движущихся узлов или деталей, непосредственно участвующих в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Это позволяет существенно увеличить начальную температуру рабочего тела и, следовательно, кпд электростанции. Если после М. г. поставить обычный турбоагрегат, то общий максимальный кпд такой энергетической установки достигнет 50—60%.

Отличительной особенностью М. г. является также возможность получения больших мощностей в одном агрегате — 500—1000 Мвт и сочетания их с паросиловыми блоками такой же мощности. Существуют три основных направления возможного промышленного применения М. г.: 1) ТЭС с М. г. (рис. 3 ) на продуктах сгорания топлива (открытый цикл); эти установки наиболее просты по своему принципу и имеют ближайшую перспективу промышленного применения; 2) атомные электростанции с М. г. на инертном газе, нагреваемом в ядерном реакторе (закрытый цикл); перспективность этого направления зависит от развития ядерных реакторов с температурой рабочего тела свыше 2000 K; 3) циклы с М. г. на жидком металле, которые весьма перспективны для атомной энергетики и для специальных энергетических установок сравнительно небольшой мощности, однако существующие на 1972 проработки этих циклов не позволяют судить определенно об их использовании в промышленной энергетике.

Созданная в СССР опытно-промышленная установка «У-25» — прототип ТЭС с М. г. Она работает на продуктах сгорания природного газа с добавкой K₂ CO₃ в качестве ионизирующейся присадки, позволяющей при относительно невысоких температурах (около 3000 К) сделать продукты сгорания электропроводными. «У-25» имеет два контура: первичный, разомкнутый, в котором преобразование тепла продуктов сгорания в электрическую энергию происходит в М. г., и вторичный, замкнутый — паросиловой контур, использующий тепло продуктов сгорания вне канала М. г.

Установка работает по следующей тепловой схеме. Атмосферный воздух, обогащенный кислородом, сжимается в компрессоре и подаётся в воздухоподогреватели, откуда воздушно-кислородная смесь, нагретая до нужной температуры, направляется в камеру сгорания. Перед камерой сгорания в воздушный поток впрыскивается водный раствор легкоионизирующейся присадки. Ионизированные продукты сгорания разгоняются в сопле и поступают в канал М. г. Канал М. г. размещен в рабочем зазоре магнитной системы с индукцией 2 тл. Из канала М. г. продукты сгорания поступают в парогенератор и отдают своё тепло паросиловому циклу, затем при температуре 420—450 K они направляются в систему удаления присадки и после очистки выбрасываются в атмосферу. Электрическое оборудование «У-25» состоит из М. г. и инверторной установки, собранной на ртутных игнитронах. Устойчивость совместной работы М. г. и многоэлементной инверторной установки обеспечивается системой автоматического регулирования. «У-25» обеспечена телеметрической системой управления и контроля. Полученные экспериментальные данные обрабатываются ЭВМ.

Энергетические установки с М. г. могут применяться также как резервные или аварийные источники энергии в энергосистемах, для космической техники (бортовые системы питания), в качестве источников питания различных устройств, требующих больших мощностей на короткие промежутки времени (например, для питания электроподогревателей аэродинамических труб и т.п.).

К началу 70-х годов работы по проблеме МГД-метода преобразования энергии вышли за рамки научного поиска и создания небольших лабораторных исследовательских установок и вступили в стадию строительства опытно-промышленных электростанций. Накоплен обширный фактический материал по результатам научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в области М. г. Для обмена информацией, анализа состояния и оценки перспектив развития М. г. было проведено несколько международных симпозиумов и национальных конференций; в 1966 была основана Международная группа связи по вопросам МГД-метода преобразования энергии, куда вошли представители Австралии, Австрии, Англии, Бельгии, Италии, Нидерландов, ПНР, СССР, США, Франции, ФРГ, ЧССР, Швейцарии и Швеции.

Лит.: Фаворский О. Н., Установки для непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, М., 1965; Роза Р., Магнитогидродинамическое преобразование энергии, перевод с английского, М., 1970; Магнитогидродинамический метод получения электроэнергии. [Сб. ст.], М., 1971.

В. А. Прокудин.

Рис. 2. Схемы соединения электродов в МГД-генераторах: а — линейный фарадеевский генератор с секционированными электродами; б — линейный холловский генератор; в — сериесный генератор с диагональным соединением электродов.

Рис. 1. Простейшая схема установки с МГД-генератором: 1 — обмотка электромагнита; 2 — камера сгорания; 3 — присадка; 4 — воздух; 5 — топливо; 6 — сопло; 7 — электроды с последовательно включенной нагрузкой; 8 — выход продуктов сгорания.

Рис. 3. Схема энергетической установки с МГД-генератором, работающей по открытому циклу: 1 — камера сгорания; 2 — теплообменник; 3 — канал МГД-генератора; 4 — обмотки электромагнита; 5 — парогенератор; 6 — паровая турбина; 7 — электрический генератор; 8 — конденсатор; 9 — конденсатный насос.

Магнитогидродинамический насос

Магнитогидродинами'ческий насо'с, МГД-насос, электромагнитный насос, машина для подачи жидкости, являющейся проводником электричества (например, жидких металлов). М. н. подразделяются на индукционные насосы и кондукционные насосы .

Магнитогорск

Магнитого'рск, город в Челябинской области РСФСР. Расположен у подножия горы Магнитной, на восточном склоне Южного Урала, по обоим берегам реки Урал. Один из крупнейших центров металлургической промышленности СССР. В 1930 проведена железнодорожная линия, связавшая М. со станцией Карталы (на линии Троицк — Орск). Население 379 тысяч человек (1973; 146 тысяч человек в 1939; 311 тысяч человек в 1959). Имеется 3 городских района. Возник в 1929—31 в связи со строительством Магнитогорского металлургического комбината . Важнейшие предприятия (кроме металлургического комбината): заводы калибровочный, крановый, по ремонту горного и металлургического оборудования, метизно-металлургический; развита промышленность стройматериалов, лёгкая и пищевая (швейная и обувная фабрики, молочный завод, мясокомбинат и др.). Город получает газ по газопроводу Средняя Азия — Урал. Строительство М. начиналось на левом берегу реки Урал, где был создан проспект Пушкина с гостиницей (1929), зданием горкома КПСС (1934, архитектор П. И. Бронников), Дворцом металлургов (1936, архитекторы П. И. Бронников, М. Куповской). Жилая застройка — замкнутые кварталы вдоль магистралей и регулярно распланированные посёлки с индивидуальными жилыми домами. С 1945 застраивается правый берег (генеральный план 1940 переработан в 1945 — 48 институтом «Ленгипрогор», архитекторы Ю. М. Киловатов и другие, проект детальной планировки — архитекторы Л. О. Бумажный и другие), связанный с левым тремя магистралями с мостами-дамбами через водохранилище (на реке Урал), которому параллельны главные улицы Правобережья. В его центре — площадь, связанная лучевыми улицами (главная — проспект Металлургов) с парком. Вначале создавались небольшие и замкнутые жилые кварталы с малоэтажной застройкой, после 1953 — микрорайоны с домами в 4—5 этажей. Построены Дом Советов, театр, концертный зал, новый Дворец металлургов, стадион.

В М. — горно-металлургический и педагогический институты, 8 средних специальных учебных заведений, драматический и кукольный театры, краеведческий музей.

28 января 1971 город награжден орденом Трудового Красного Знамени.

Лит.: Сержантов В. Г., Магнитогорск, Челябинск, 1955; Казаринова В. И., Павличенков В. И., Магнитогорск, М., 1961; Из истории Магнитогорского металлургического комбината и города Магнитогорска. (1929—1941). Сборник документов и материалов, Челябинск, 1965; Магнитка. Краткий исторический очерк, Челябинск, 1971.