Разработка, исследование и создание мощных электромагнитных насосов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи

ОГОРОДНИКОВ Анатолий Петрович

Разработка, исследование и создание мощных электромагнитных насосов

Специальность: 01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д-В.Ефремова, г. Санкт-Петербург

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники СССР, доктор технических наук, проф. Тананаев Анатолий Васильевич

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, проф. Баранов Геннадий Алексеевич

доктор технических наук, проф. Свиридов Валентин Георгиевич

Ведущая организация: Государственный научный центр РФ-Физико-энергетический институт им. А.ИЛейпунского

Защита диссертации состоится и_ 2004 года в часов

на заседании диссертационного совета Д201.006.01 при ФГУП "Научно-исследовательский институт электрофизической аппаратуры им. Д.В.Ефремова" по адресу: 196641, г. Санкт-Петербург, п. Металлострой, ул. Полевая, д. 12.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА. Автореферат разослан гусЯъ, 2004г.

Учёный секретарь диссертационного совета, д.т.н., проф.

Шукейло И.А.

ОБШДЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Магшггогидродинамические (МГД)-машины нашли широкое применение в различных областях техники, в связи с разработкой новых технологий, в металлургии, химической промышленности и ядерной энергетике. На АЭС с реакторами на быстрых нейтронах МГД-машины используются в качестве электромагнитных насосов (ЭМН) для перекачивания жидкометашшческих теплоносителей (нагрий, сплав натрий-калий) в основных и вспомогательных контурах. В проектах установок управляемого термоядерного синтеза рассматриваются жидкометаллические системы, обеспечивающие тепловую защиту первой стенки (лимитеры), очистку плазмы от загрязнения её продуктами горения (диверторы) и системы теплообмена (бланкеты), в которых используются жидкие металлы - литий, сплав лития со свинцом. Для прокачки теплоносителя в указанных системах предполагается использование также электромагнитных насосов. В России в стадии сооружения находится реактор БН-800, охлаждаемый натрием.

В последние годы, в связи с разработкой реакторов нового поколения на основе принципа естественной безопасности, рассматриваются проекты реакторов на быстрых нейтронах, охлаждаемых свинцом или сплавом свинец-висмут: 300 МВт пилотная станция и 1200 МВт коммерческий реактор в России, 750 МВт (эл) модульный реактор в Японии. Такие жидкие металлы, как ртуть и свинец-висмут, рассматриваются для охлаждения мишеней нейтронных источников различного назначения.

Во всех этих перечисленных областях ЭМН используются или могут быть использованы.

Наибольшее распространение в контурах АЭС нашли трехфазные линейные индукционные электромагнитные насосы типа ЦЛИН (цилиндрический линейный индукционный насос) и ВИН (винтовой индукционный насос). Работы по созданию таких насосов начали проводиться в начале 50-х годов прошлого века в связи с развитием в стране программы создания реакторов на быстрых нейтронах. Пионерские работы по их созданию принадлежат советским и российским учёным

КАЛютину, АЛВольдеку, И.М.Кирко, ЯЛЛиелпетеру, Н.М.Охременко,

ВАЛ~лухих, ИР. Кириллову и многочисленным их последователям. Вопросы

гидродинамики течения в каналах МГД-машин рассмотрены САЛиелаусисом,

А.В.Тананаевым и Г А.Барановым. Разработки этих учёных, оказавшие влияние на

диссертанта, хорошо известны в нашей стране и за рубежом.

Положительный опыт эксплуатации ЭМН умеренной мощности и целый ряд

их потенциальных преимуществ стимулирует разработку крупных ЭМН в качестве

альтернативного варианта по отношению к механическим насосам для основных

контуров АЭС с реакторами на быстрых нейтронах.,

Успешно работают в первом и во втором контурах реактора БР-10 четыре

ЭМН типа ЦЛИН-3/150 при температуре натрия 350°С, обеспечивая расход 150 мэ/ч

каждый и давление 0,3 МПа.

В период 1976-85 г. разработаны, изготовлены и испытаны на натрии на

стендах лаборатории НИИЭФА самые мощные в СССР ЭМН: ЦЛИН-5/700, ЦЛИН-

5/850 и ЦЛИН-8/1200 с расходами 700, 850 и 1200 м3/ч соответственно. КПД

насосов ЦЛИН-5/700 и ЦЛИН-8/1200 достигал 42% и 36% соответственно. Насос

ЦЛИН-5/700 проработал около 20 тысяч часов во втором контуре реактора БОР-60 в

ФГУП ГНЦ НИИАР. В результате этих работ была получена уникальная

информация для создания мощных ЭМН основных контуров АЭС. На базе

проведённых фундаментальных исследований был изготовлен и успешно испытан в

1986г. в жидкометаллическом контуре самый мощный на то время в мире ЭМН

ЦЛИН-3/3500 с расходом 3600 м3/ч и развиваемым давлением 0,3 МПа, принятый

межведомственной комиссией для эксплуатации в реакторе БН-350.

В последнее десятилетие за рубежом- в США, Японии, Франции, Южной

Корее- были проведены интенсивные исследования по созданию электромагнитных

насосов большой мощности для основных контуров демонстрационных/

коммерческих реакторов на быстрых нейтронах. Так, в период с 1994 г. по 2002 г. в

США совместно с Японией были проведены испытания модуля ЭМН с расходом

~2400 м3/ч и давлением- 0,085.. МПа, а' затем и самого мощного в мире ЭМН с I л"'»!..;.--

»V. »••:• ?

2 ' и»- л • 4. ;

расходом 9600 м3/ч и давлением 0,25 МПа. Испытания были проведены на натрии при температуре 350°-425°С в диапазоне частот электропитания 5-23 Гц. Оба насоса были выполнены погружными в натрий и прямоточного исполнения.

Увеличение расходов, мощностей и размеров ЭМН и связанное с этим увеличение характерных параметров процесса МГД-взаимодействия: магнитного числа Рейнолъдса, чисел Гартмана и Стюарта- привело к появлению новых явлений, оказавших существенное влияние на характеристики насосов. Прежде всего, это относится к магнитогидродинамической неустойчивости, которая связана с образованием неоднородного профиля скорости жидкого металла в канале насоса при больших параметрах электромагнитного и магнитогидродинамического

N>1 взаимодействий, обусловленных реакцией индуктированных токов.

К началу исследований, результаты которых представлены в данной работе, не было достаточных экспериментальных данных по интегральным и локальным характеристикам электромагнитных насосов цилиндрического типа при больших параметрах электромагнитного и МГД взаимодействия, не изучено влияние неоднородности немагнитного зазора, несимметрии входа и выхода на проявление МГД-неустойчивости и на характеристики ЭМН. Отсутствовали методы подавления низкочастотных колебаний, отсутствовали теоретические и экспериментальные работы по пульсациям давления с двойной частотой источника питания, методы подавления пульсаций давления с двойной частотой источника питания и конструктивные решения, направленные на их реализацию и на повышение эффективности индукционных насосов.

Целью работы является исследование комплекса вопросов теоретического, экспериментального и практического характера, направленных на решение важной народнохозяйственной проблемы; «Разработка и создание мощных электромагнитных насосов для атомной энергетики». Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести теоретическое и экспериментальное исследование интегральных и локальных характеристик ЭМН при больших параметрах электромагнитного взаимодействия:

2. Определить факторы и конструктивные особенности насосов, влияющие на неоднородность течения жидкого металла в каналах ЭМН.

3. Разработать методы стабилизации • течения и подавления низкочастотных колебаний при

4. Разработать технические решения для реализации этих методов и осуществить их экспериментальную проверку.

5. Провести исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания и выявить факторы, определяющие амплитуду таких пульсаций

6. Разработать методы снижения пульсаций давления с двойной частотой источника питания и провести их анализ.

7. Разработать и создать установки для исследования электромагнитных процессов в линейных индукционных насосах при больших параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1. Впервые проведены всесторонние исследования МГД-неустойчивости в цилиндрических линейных индукционных насосах, выражающейся в образовании неоднородного по длине и угловой координате профиля скорости жидкого металла, снижении развиваемого давления, в появлении низкочастотных пульсаций параметров ЭМН.

2. Проведено исследование влияния конструктивных особенностей цилиндрических линейных насосов (неоднородности немагнитного зазора, несимметрии входа и выхода) на проявление МГД-неустойчивости.

3. Исследованы интегральные характеристики насоса: развиваемое давление и потребляемая мощность- в режиме МГД-неустойчивости. Установлена и исследована взаимосвязь между неустойчивостью неоднородного течения в

канале и низкочастотными колебаниями параметров насоса: токов, напряжения, давления и расхода.

4. Разработан и исследован способ подавления низкочастотных колебаний параметров насоса за счёт модификации обмотки индуктора - использования фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки по длине индуктора.

5. Исследована структура электромагнитного поля в линейных индукционных машинах при конечных размерах индуктора с фазовым сдвигом и с градацией линейной токовой нагрузки по линейному закону на концах индуктора в пределах т, 2т и одноступенчатой градацией на т при чётном и нечётном числе полюсов. Установлено влияние структуры приложенного магнитного поля на интегральные характеристики и эффективность линейных электромагнитных насосов.

6. Разработана одномерная модель в электродинамическом приближении для расчёта пульсаций давления с двойной частотой источника питания с обмотками без градации и для указанных способов градации линейной токовой нагрузки. Получены аналитические выражения для электромагнитного давления и амплитуды двойных пульсаций давления, а также установлены факторы, определяющие амплитуду двойных пульсаций.

7. Установлено, что относительная амплитуда пульсаций давления с двойной частотой источника питания с обмоткой без градации зависит только от коэффициента рассеяния магнитного потока, числа полюсов и скорости жидкого металла, а при линейной градации на 2т с чётным числом полюсов и одноступенчатой градации на т при нечётном числе полюсов зависит только от числа полюсов и скорости жидкого металла.

8. Предложены и исследованы способы уменьшения пульсаций давления с двойной частотой источника питания с помощью градации линейной токовой нагрузки на концах индуктора. Установлена перспективность применения указанных способов градации не только для снижения двойных пульсаций, но и для повышения эффективности линейных индукционных насосов.

9. Исследовано экспериментально влияние фазового сдвига и расположения шунтирующих зон па амплитуду пульсаций давления с двойной частотой источника питания.

Практическая значимость

1 . Проведённые в диссертации' исследования МГД-неустойчивости в цилиндрических линейных индукционных насосах явились базовыми и позволили принять научно-обоснованные технические решения при разработке мощных электромагнитных насосов ЦЛИН-8/1200, ЦЛИН-3/3500.

2. Результаты исследования использованы при разработке различных

способов уменьшения неоднородности течения в каналах таких электромагнитных насосов как ЦЛИН-1,5/430, ЦЛИН-8/1200, ЦЛИН-3/3500.

3 . . Способ подавления колебаний параметров насоса с помощью фазового

сдвига волн линейной токовой нагрузки на 120° электрических градусов на отдельных парах полюсов использован для стабилизации характеристик в насосе ЦЛИН-5/700 при работе во втором контуре реактора БОР-60.

4 . Предложенные методы расчета и снижения пульсаций давления с

двойной 'частотой источника питания с одновременным повышением эффективности ЭМН с помощью градации линейной токовой нагрузки будут использованы при разработке новых ЭМН для вспомогательных систем и систем аварийного расхолаживания реактора БН-800.

5. Результаты исследований по стабилизации напор--расходных

характеристик и снижению низкочастотных пульсаций с помощью модификации приложенного магнитного поля позволяют выбрать оптимальные технические решения при разработке мощных ЭМН.

Достоверность полученных результатов обеспечивается: • использованием современных средств измерения и контроля, математической обработкой обширых массивов экспериментальных данных с помощью информационно-измерительной системы на базе промышленного компьютера;

• сравнением результатов экспериментальных исследований с расчётными зависимостями;

• сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами других отечествешплх и зарубежных авторов;

• большим количеством проведённых экспериментальных исследований на промышленных и опытно-промышленных образцах ЭМН с различными характерными параметрами;

• успешной эксплуатацией ЭМН в исследовательских стендах и опытно-промышленных реакторах.

Личный вклад автора является основным на всех этапах исследований и разработки. Приведённые в работе результаты получены автором лично, либо при его непосредственном участии и руководстве исследовательской группой. Автор работает в области индукционных МГД-машин с 1966 г., а с 1976 г. руководит группой, занимающейся разработкой, испытанием и исследованием мощных ЭМН. За испытание электромагнитного насоса ЦЛИН-5/700 автор удостоен бронзовой медали ВДНХ СССР в 1976 году, за разработку и испытание электромагнитного насоса ЦЛИН-3/3500 автор удостоен золотой медали ВДНХ СССР в 1987 году.

Совокупность результатов выполненных исследований можно классифицировать как решение крупной научно-технической проблемы: «Разработка и создание мощных электромагнитных насосов для атомной энергетики» и вносит значительный вклад в развитие народного хозяйства страны.

Апробация результатов работы и публикации

Материалы диссертации апробированы конкретными разработками, две из которых: создание ЭМН ЦЛИН-5А7ОО и ЦЛИН-3/3500 удостоены в 1976 и в 1987 годах дипломов первой степени и медалей ВДНХ СССР. Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семипарах:

• ГХДД1ДПДШ Рижских совещаниях по магнитной гидродинамике (Рига, 1978г., 1981 г., 1984 г., 1987 г., 1990 г.);

• на семинаре по прикладной магнитной гидродинамике (Пермь, 1981 г.);

• на VIII Международной конференции по МГД-преобразовапию энергии (Москва, сентябрь 1983 г.);

• на Международной конференции по преобразованию энергии в магнитогидродинамических потоках (Кадараш, 1991 г.);

• на Международной конференции по МГД-процессам и защите окружающей среды (Киев, 1992г.);

• на Международном семинаре по магнитной гидродинамике жидких металлов ' (Токио, 1992г.);

• на Международной конференции по использованию электромагнитных полей в производстве материалов (Нагоя, 1994г.);

• на Международной конференции по явлениям передачи энергии в магнитной гидродинамике и электропроводящих потоках (Оссуа, 1997 г.);

• на Международной конференции по фундаментальной и прикладной магнитной гидродинамике (Раматьюэлъ, 2002 г.);

• на Международной конференции по ядерной инженерии (Токио, 2003 г.); Материал диссертации опубликован в 31 статье, 18 докладах и тезисах

конференций, 17 авторских свидетельствах, 5 патентах.

Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 323 страницах, содержит 151 рисунок, 3 таблицы и список литературы из 157 наименований. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы, научная новизна и положения, выносимые на защиту, практическая ценность полученных результатов.

Первая глава посвящена введению в проблему, рассмотрено состояние вопроса и задачи исследований, а также результаты исследований интегральных и локальных характеристик МГД-машин.

В первом разделе этой главы рассмотрены принцип работы индукционных МГД-машин и их основные отличительные особенности по сравнению с асинхронными электрическими машинами: большая высота немагнитного зазора; наличие жидкометаллического "ротора"; наличие краевых эффектов- поперечного, связанного с конечной шириной и продольного, обусловленного разомкнутостью магнитопровода и ограниченной его длиной в продольном направлении и входом, выходом рабочего тела в зону магнитного поля.

Во втором разделе сделан обзор работ по исследованию течения в каналах индукционных МГД-машин при больших и малых параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия. В зависимости от параметра электромагнитного

взаимодействия где К,,, = - магнитное число Рейнольдса, 8 —

скольжение, а - электропроводность жидкого металла, ш = 2^— угловая частота, а = я/т, Ь — высота канала, 5' - эквивалентная высота немагнитного зазора, который определяет интенсивность электромагнитных процессов в канале МГД-машин, имеют место два режима течения при результирующее

магнитное поле не зависит от величины и характера индуктированных токов в жидком металле, такой режим характерен для ЭМН, перекачивающих тяжёлые металлы. Режим характерен для насосов, перекачивающих натрий, в этом

случае поле от индуктированных токов в жидком металле определяет результирующее магнитное поле и имеет место взаимное влияние скорости среды и магнитного поля. В этих условиях появление малых возмущений скорости вызывает возмущение индуктированного и результирующего магнитных полей, что приводит к возмущению скорости и развитию неоднородного течения, которое может быть при определённых условиях неустойчивым. После развития неустойчивости рабочее сечение канала разделяется на несколько зон по азимуту с различными скоростями. Данная неустойчивость обусловлена размагничивающим действием вторичных токов в жидком металле и имеет некоторую аналогию с процессом опрокидывания асинхронных машин. Впервые теоретический анализ потери устойчивости был

начат А.Гайлитисом и продолжен в ЭНИН им. ПМКржижановского и Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе, интерес к ней не прекращается и в последние годы. Предложенные одномерные модели на базе струйной модели двух и трех скоростного течений не дают достоверных данных для расчета развиваемого давления и мощности при Поэтому в последние годы разрабатываются

двухмерные модели, основанные на решении уравнений электромагнитного поля и уравнения Навье-Стокса численными методами.

В третьем разделе приведено описание конструкции электромагнитных насосов ЦЛИН-5/850, ЦЛИН-5/700, ЦПИН-8/1200, ЦЛИН-3/3500, изготовленных в НИИЭФА им Д.В.Ефремова и предназначенных для конкретных энергоустановок. Все насосы были выполнены с поворотом потока на 180° внутри насоса. Приведено описание. исследовательских стендов, систем электропитания и измерительных систем в НИИЭФА им. ДЗ.Ефремова и стенда ФГУП ОКБМ им. ИЛАфрикантова в г. Нижний Новгород, где проводились стендовые и приемосдаточные испытания насоса ЦЛИН-3/3500.

В четвёртом разделе приведено исследование интегральных характеристик насосов. Исследованы напор-расходные, характеристики насосов на жидкометаллических стендах на натрии при температуре 350°С на частотах 50 Гц и 32 Гц при различных напряжениях источника питания. Основные результаты сводятся к следующему:

• напор-расходные характеристики в области неоднородного течения (Нш5>1) теряют монотонность, в них обнаруживаются провалы, интенсивность которых и диапазон расходов зависят от частоты источника питания;

• в области неоднородного течения (Кш8>1) на р-р характеристиках обнаружены низкочастотные колебания в давлении, расходе, токах и напряжении;

• наиболее - сильные провалы, а вместе с ними и колебания параметров наблюдались в насосе ЦЛИН-5/850;

• обнаружено увеличение потребляемого тока на 40% в первой ветви на входе по сравнению с другими параллельными ветвями в обмотке насоса ЦЛИН-5/700;

• электромагнитные характеристики насосов, рассчитанные в электродинамическом приближении, отличаются от экспериментальных в области !£„,£> 1.

Насосы ЦЛИН-5/850 и ЦЛИН-5/700 изготовлены и испытаны хронологически первыми. В них не были внесены технические решения, способствующие снижению колебаний параметров и потребляемого тока первой ветвью на входе. В насосах ЦЛИН-8/1200 и ЦЛИН-3/3500 указанные явления были сглажены и менее выражены благодаря использованию в конструкции ряда технических решений, в том числе предложенных автором.

В пятом разделе исследовались локальные характеристики насосов. Проведено измерение профиля скорости в каналах насосов ЦЛИН-5/850, ЦЛИН-8/1200 и модели ЦЛИН-3/150 с помощью специально разработанных и изготовленных датчиков типа трубок Пито. В канале насоса ЦЛИН-5/850 датчики размещались внутри канала под индуктором на расстоянии 1,5т от выхода, в насосе ЦЛИН-8/1200 за индуктором на выходе из канала, в модели ЦЛИН-3/150 в трех сечениях по длине канала: на входе, в середине и на выходе. В результате исследований установлено:

• в каналах насосов имеет место неоднородное распределение скорости по длине при

• неоднородность распределения скорости повторяет распределение индукции результирующего магнитного поля;

• неоднородность увеличивается с ростом параметра МГД-взаимодействия и при достижении критической величены происходит развал профиля скорости и появляются низкочастотные колебания параметров насоса;

• не имеется чёткой границы перехода от режима однородного течения к режиму неоднородного течения.

В шестом разделе исследовано влияние конструктивных особенностей насосов на интегральные и локальные характеристики. С помощью измерения профиля скорости в насосе ЦЛИН-5/850 неподвижными датчиками и измерения статического давления и скорости по длине насоса в области в

эксперименте с поворотом индуктора, а также исследованиями на ЦЛИН-3/150 было показано, что наличие возмущений внешнего магнитного поля, обусловленных несимметрией магнитной системы и/или несимметрией двухрядных катушек обмотки, а также наличием несимметрии скорости при входе потока жидкого металла в активную зону, могут приводить к образованию неоднородного течения в области способствовать увеличению неоднородности при более

раннему развалу профиля скорости и появлению низкочастотных колебаний параметров насоса.

Во второй главе проведено исследование неустойчивых режимов работы и подавления пульсаций в индукционных МГД-мапшнах. Глава состоит из шести разделов.

В первом, разделе дана общая характеристика МГД-неустойчивости. Отмечается, что колебательная неустойчивость при определённых условиях свойственна целому ряду механических систем и обусловлена, с одной стороны,

наличием участков с положительным уклоном а с другой стороны- наличием

в гидравлической системе накопителей энергии, например, гидравлических ёмкостей.

Во втором разделе исследованы неустойчивые режимы работы в насосах ЦЛИН-5/850, ЦЛИН-5/700, ЦЛИН-8/1200 и ЦЛИН-3/3500 во время стендовых испытаний. Отмечается, что колебания параметров имеют место не только на

восходящих участках р-р характеристик когда но и после провала в р-р

характеристиках, хотя характеристика после провала имеет падающий характер. Указанные насосы предназначались для конкретных энергоустановок и не были оснащены современным диагностическим оборудованием. Комплексное

исследование неустойчивых режимов было проведено на насосах ЦЛИН-А и ЦЛИН-В с расходами на частотах 30 и 50 Гц с использованием

информационно-измерительной системы сбора и обработки информации, спектрального анализа электрических и выходных характеристик насоса с измерением пульсаций давления датчиками давления пьезоэлектрического и тензорезисторного типов и вибраций- акселерометрами, установленными в различных местах канала и на трубопроводе контура. Оба насоса ЦЛИН-А и ЦЛИН-В были выполнены с поворотом потока на 180° внутри насосов, их основные технические данные приведены в Табл.1.

Таблица 1. Основные конструктивные данные и параметры ЭМН

№ п/п Наименование параметра ЦЛИН-А ЦЛИН-В

1 Перекачиваемая среда натрий Натрий

2 Температура натрия, °С 230 230

3 Номинальное давление, МПа 0,2 0,15

4 Номинальный расход, м3/ч 126 432

5 Полюсное деление т, м 0,1548 0,1398

6 Высота канала Ь, мм 10 12

7 Высота немагнитного зазора 5, мм 17 20

8 Средний диаметр канала м 0,173 0,296

9 Число полюсов 2рп 4 или 6 6

10 Частота питания £ Гц 20 50

11 Фазное напряжение, В 225 380

12 Фазный ток, А 60 180

13 Длина статора, м 0,938 0,85

14 Ширина внутренних зубцов ^ мм 8,8 6,3

15 Ширина крайних зубцов ^ мм 8,8 8

16 Ширина паза Ьп, мм 17 17

17 Число пазов 36 36

18 Суммарная высота стенок канала мм 2,6 4,5

19 Магнитное число Рейнольдса И^о 2,75 5,57

20 Эквивалентное магнитное число Рейнольдса Л™ 1,47 3,1

21 Число Гартмана, На 19 14

22 Параметр МГД-взаимодействия 0,1-2,3 0,2-1,8

Основные результаты сводятся к следующему:

• установлено, что в области Н,п5<1 имеют место только пульсации давления с двойной частотой источника питания, которые уменьшаются с ростом скольжения;

• показано, что при 11,п8>1 появляются низкочастотные пульсации в давлении и расходе, амплитуда их возрастает с ростом скольжения, спектр их в области частот 0-20 Гц носит непрерывный характер;

• основная несущая частота низкочастотных пульсаций лежит в области частот 0-10 Гц, максимальная амплитуда низкочастотных пульсаций в ЦЛИН-В достигала 20 % от развиваемого давления при/= 30 Гц, и==188 В и 45% при/= 50Гц,и=252В;

• установлено, что распределение индукции магнитного поля по азимуту при

соответствует распределению поля без жидкого металла, с ростом неоднородность в распределении индукции магнитного поля по азимуту увеличивается, а при возникают пульсации индукции, которые

вызывают пульсации тока и напряжения питания насоса;

• наличие низкочастотных пульсации и двойных пульсаций давления приводит к возникновению вибрации трубопровода и канала. При источником вибрации являются только пульсации давления с двойной частотой источника питания, а при низкочастотные пульсации и частично двойные пульсации.

На Рис.1 показаны максимальные относительные амплитуды низкочастотных пульсаций давления, измеренные пьезоэлектрическими датчиками,, на выходе канала в насосах ЦЛИН-А и ЦЛИН-В. За базовое давление принято электромагнитное давление равное сумме измеренного манометрами

статического давления, развиваемого насосом и гидравлических потерь в канале р„ определённых экспериментально на натрии в отсутствии магнитного поля.

О 0-2 0.4 0.6 0.8 13 0 0.2 0.4 0.8 0.« 1 3

Рис. 1

В третьем разделе проведены численные расчёты по двухмерной модели для насоса ЦЛИН-В и показано влияние неоднородности распределения магнитного поля и скорости на неустойчивость течения и напор- расходную характеристику насоса. Двухмерная модель основана на совместном решении уравнений Максвелла для электромагнитного поля и уравнения Навье-Стокса для скорости металла в канале. Она предполагает наличие продольной и азимутальной составляющих для скорости жидкого металла и электромагнитного поля. Основные уравнения. Уравнение для результирующей индукции магнитного поля

^-^-^В.+Ч^кВ), (1)

Урав к гности электрического тока в жидком металле

5ц

(2)

(3)

Урав]

- ления скосости

Р^Й^далзддеи^^у^ввдШВях (1)*(3) р, т) - плотность и вязкость жидкого Й

металла, В„ — индукция индуктированног омагнитного поля. Уравнения решены конечно-разностным методом с расщеплённой численной схемой с использованием уравнения Пуассона для давления V^^puVu+^r\V2u+J■xB) без учёта силы трения о стенки канала и наличии одной радиальной составляющей индукции магнитного

поля и двух (осевой и азимутальной) составляющих скорости. Приложенное магнитное поле определялось из иной двухмерной модели (в координатах- длина, радиус) при заданной системе токов или напряжений в обмотке. Расчетная область для решения уравнений электромагнитного поля и Навье-Стокса превышала длину индуктора на 0,5 м («Зт) на входе и 0,65 на выходе. Электромагнитное поле полагалось равным нулю на границах расчетной области. Граничные условия для скорости: отсутствие азимутальной составляющей на входе на расстоянии 0,5 м перед индуктором и постоянство осевой скорости на выходе - на расстоянии 0,65 м за индуктором. В расчётах задавались три типа неоднородности индукции магнитного поля и скорости по азимуту, обусловленные эксцентричным расположением индуктора относительно канала, и стыками пакетов. Численные расчёты проведены при и 30 Гц при для геометрических

размеров насоса ЦЛИН-В. В результате численного решения получена картина скорости течения в канале при различных заданиях неоднородности приложенного магнитного поля и скорости на входе, временные и спектральные характеристики низкочастотных пульсаций давления при различных режимах течения и продемонстрировано образование вихревого течения. На Рис.2 показана картина течения в канале насоса ЦЛИН-В при и азимутальной

неоднородности внешнего магнитного поля ±10% (г- координата по длине канала, 9-азимутальная координата). На Рис.3 Ь приведены расчётные спектральные характеристики для давления, соответствующие этому течению, а на РисЗ а приведены экспериментальные спектральные характеристики, измеренные на выходе насоса пьезоэлектрическим датчиком давления для режима близкого к расчётному.

Результаты численных исследований сводятся к следующему: • установлено, что низкочастотные пульсации в давлении не возникают даже в случае если индукция магпитного поля и скорость натрия на входе не

изменяются по азимуту;

• любая неоднородность распределения приложенного магнитного поля по азимуту или скорости на входе приводят к образованию вихревого течения в канале при

• вихревое течение вызывает низкочастотные пульсации давления в диапазоне 0-10 Гц и вибрацию насоса и трубопроводов;

• амплитуда низкочастотных пульсаций зависит от неоднородности магнитного поля и скорости на входе, скольжения;

• интенсивность вихрей и длина индуктора, на которую они распространяются, возрастает с ростом скольжения, вихреобразование вызывает возмущение и пульсации магнитного поля, которые, в свою очередь, вызывают пульсации тока и напряжения;

• спектральные характеристики низкочастотных пульсаций, полученные при экспериментальных исследованиях ЦЛИН-В, совпадают качественно и количественно с результатами численных расчётов;

• напор-расходная характеристика насоса ЦЛИН-В, рассчитанная по двухмерной модели, хорошо совпадает количественно с экспериментальными данными при и качественно в области

Во избежание неприятных явлений, связанных с МГД-неустойчивостью, насос проектируют таким образом, чтобы его рабочая точка лежала в области Однако, для насосов, работающих в широком диапазоне расходов, актуальным является разработка мер, направленных на подавление низкочастотных пульсаций. Нами был предложен способ подавления низкочастотных пульсаций с помощью фазового сдвига. Вместо обычно принятой гладкой волны линейной токовой нагрузки, показанной на Рис.4а, предложено использовать негладкую волну, показанную на Рис.4Ь. Негладкая волна образуется за счёт смещения фазных зон или части катушек в фазных зонах на каждой последующей паре полюсов относительно предыдущей пары полюсов. Фазовый сдвиг может быть также выполнен не на каждой последующей паре полюсов, а на отдельных парах полюсов. На Рис.4Ь показан фазовый сдвиг на 120° на парах полюсов.

а) |А г в х с у1а г в х с у I а г в х с у I

р©©©©©@®©©^

I I I

Рис.4

В четвёртом разделе рассмотрена структура первичного магнитного поля в МГД-машинах с фазовым сдвигом волн линейной ТОКОВОЕ нагрузки по длине индуктора. Получены аналитические выражения для расчёта индукции магнитного поля по длине индуктора с фазовым сдвигом. Сделано сравнение полученных расчётных зависимостей с экспериментальными данными на плоском индукторе с 2р„ = 8 , показано хорошее совпадение расчётных данных с экспериментальными при фазовом сдвиге на -90°.

Пятый раздел посвящен подавлению МГД-неустойчивости в насосах с помощью модификации внешнего магнитного поля. В данном разделе экспериментально исследованы напор-расходные характеристики насоса ЦЛИН-5/850 при32 Гц и/= 50 Гц с гладкой волной линейной токовой нагрузки и с фазовым сдвигом на второй паре полюсов на угол +120° и -120° электрических градусов, а также фазовый сдвиг на +120° и -120° на одной из четырех секций насоса ЦЛИН-8/1200 при/= 50 Гц. В результате экспериментальных исследований было установлено, что путём модификации внешнего магнитного поля, в частности сдвигом фазных зон на полюсных делениях на ±120°, можно существенно расширить границу зоны однородного течения.

Шестой раздел второй главы посвящен более детальному исследованию влияния фазового сдвига на интегральные характеристики и низкочастотные пульсации в насосах. Проведено исследование напор-расходных характеристик насоса ЦЛИН-В при / =30 Гц, и=160 В и /=50 Гц, и = 250 В с измерением временных и спектральных характеристик электрических и выходных параметров насоса при сдвиге волн линейной токовой нагрузки по всей длине на углы ±30°, ±60°, ±90°, ±120°, ±150° с опережением и отставанием, а также на отдельных парах полюсов на 60° или 90° в середине или в конце индуктора.

В результате экспериментальных исследовании установлено:

• опережающие фазовые сдвиги волн линейной токовой нагрузки по всей длине индуктора способствуют подавлению низкочастотных пульсаций и улучшению напор-расходных характеристик в области

• с увеличением абсолютной величены угла фазового сдвига возрастает эффективность подавления низкочастотных пульсаций, но сильнее падает КПД насоса по сравнению с гладкой волной линейной токовой нагрузки;

• при малых отстающих углах фазового сдвига -30°, -60°, -90° происходит смещение напор-расходных характеристик и границы низкочастотных пульсаций в область ближе к синхронному расходу, а КПД насоса в этой области сравним и несколько выше, чем без фазового сдвига;

• с целью сохранения КПД насоса на более высоком уровне и снижения низкочастотных пульсаций предпочтительнее делать фазовые сдвиги на 60° или 90° на последней паре полюсов, что приводит к снижению КПД только на 1-2%.

В третьей главе рассмотрено улучшение характеристик индукционных МГД-машин с помощью градации линейной токовой нагрузки на концах индуктора.

В первом разделе этой главы, на основании обзора работ в рассматриваемой области, показано, что хотя идея повышения эффективности линейных индукционных МГД-машин с помощью градации была предложена Л.Р.Блейком, однако, способы её реализации не были достаточно разработаны.

В разделах со второго по пятый третьей главы решены задачи о распределении электромагнитного поля при конечных размерах индуктора без учёта насыщения магнитной цепи в одномерном приближении при чётном и нечётном числе полюсов обмотки без градации и с различными вариантами градации линейной токовой нагрузки на концах индуктора по линейному закону на и одноступенчатая на С использованием закона полного тока и принципа непрерывности магнитного потока получены аналитические выражения для индукции магнитного поля в немагнитном зазоре и магнитного потока в ярме по длине магнитопровода и их огибающие. Приведены расчетные и экспериментальные огибающие кривые распределения индукции магнитного поля в канале насоса без жидкого металла при линейной градации на на обоих концах индуктора для насоса ЦЛИН-А, показывающие хорошее совпадение экспериментальных данных с расчетными зависимостями.

В разделе два для обмотки без градации показано, что при чётном числе полюсов полученные выражения совпадают с ранее полученными в работах АЛЛольдека. Показано, что огибающие индукции магнитного поля в зазоре на активной длине при чётном и нечётном числе полюсов отличаются только значениями коэффициентов рассеяния Л^=2ЬШ// и ^ =2/а/, а в частном случае, когда длина шунтирующих зон значения этих коэффициентов совпадают.

Здесь Ьщ], Ьтг- длина шунтирующих зон, 1- полная длина индуктора. Показано, что при отсутствии эффекта шунтирования и максимальные значения магнитного потока в ярме при нечётном и чётном числе полюсов удваивается по сравнению с классическими электрическими машинами.

В третьем разделе показано, что при линейной градации на на обоих концах и чётном числе полюсов индукция магнитного поля в пгунтирующих зонах равна нулю, а в зоне, где нет градации, имеет место чисто бегущее магнитное поле. При нечётном числе полюсов с линейной градацией на на обоих концах получить чисто бегущее магнитное поле вне зон градации не удаётся.

В четвертом разделе третьей главы показано, что использование градации по линейному закону на на обоих концах или на одном из них при чётном и нечётном числе полюсов приводит к снижению пульсирующих полей на обоих концах или одном из них, где выполнена градация, по сравнению с обмоткой без градации.

Пятый раздел третьей главы посвящен расчёту магнитных полей в МГД-машинах с одноступенчатой градацией на поскольку двухшюскостные обмотки, у которых крайние пазы заполнены наполовину, находят широкое применение в плоских насосах. Показано, что использование одноступенчатой градации в концевых зонах на длине при чётном числе полюсов приводит к снижению пульсирующих полей, а при нечётном числе полюсов приводит к устранению пульсирующих полей в шунтирующих зонах и в двухслойной зоне и к улучшению структуры первичного магнитного поля.

Шестой раздел третьей главы посвящен экспериментальному исследованию электромагнитных полей и интегральных характеристик МГД-машин с градацией линейной токовой нагрузки. Установлено экспериментально, что без градации величина зависит от числа полюсов для одного и того же индуктора.

Эксперименты проводились на одном и том же индукторе, величина определялась на основании кривой распределения индукции магнитного поля по длине для момента времени <о1 = 90°, записанной датчиком Холла для чисел полюсов 2р„ =12, 6, 4, 2. Показано на примере индуктора с линейной и одноступенчатой

градацией, что величина коэффициента может быть определена таким же

образом, как и на основании кривых распределения индукции по длине на постоянном токе. Приведены экспериментальные кривые распределения индукции магнитного поля по длине, измеренные измерительными рамками на переменном токе при различных вариантах градации, и сравнены с расчетными кривыми.

Проведено экспериментальное исследование напор-расходных характеристик насоса ЦЛИН-А на натрии при X = 225°С на частотах 10, 15,20 и 30 Гц без градации и с тремя видами градации: линейная на т, 2т и одноступенчатая на обоих концах индуктора. Установлено, что применение указанных вариантов градации приводит

к увеличению КПД насоса до 8% и снижению подводимого напряжения до 45% по сравнению с обмоткой без градации, но несколько увеличивает ток в фазах до 15%. Максимальное увеличение КПД имеет место при линейной градации на на обоих концах индуктора. Результаты исследований показали, что использование градации приводит к увеличению эффективности насоса в области скольжений = 0,05-0,4 в зависимости от вида градации и частоты питания до 8%. На основании проведённых исследований и анализа результатов были разработаны методы улучшения напор-расходных характеристик и повышения эффективности ЭМН.

В целом, результаты исследований первичного магнитного поля в ЭМН с различными вариантами градации линейной токовой нагрузки, приведенные выше, могут быть непосредственно использованы для расчета характеристик ЭМН при и в качестве первого шага для расчета характеристик при И то и

другое используется в наших методиках расчета.

Глава четыре посвящена теоретическому исследованию пульсаций давления с двойной частотой источника питания в МГД-машинах.

В первом разделе рассмотрена физическая природа пульсаций давления с двойной частотой источника питания. Из одномерной теории МГД-машин для бесконечно длинной машины известно, что электромагнитная сила является продуктом произведения двух синусоидальных величин: индукции и плотности тока в жидком металле. Поэтому мгновенное значение силы (давления) в жидком металле содержит величину, независимую от времени, и компоненту, изменяющуюся с двойной частотой источника питания сс^ссЛ Электромагнитное давление, определяемое как отношение интеграла электромагнитной силы по длине к площади поперечного сечения при целом числе пар полюсов, в этом случае не будет зависеть от времени и содержать пульсирующей составляющей с двойной частотой источника питания. В реальной индукционной машине, в силу разомкнутости магнитопровода и ограниченной его длины, магнитное поле не является чисто бегущим, а содержит пульсирующие компоненты, поэтому в развиваемом давлении будут присутствовать и двойные пульсации давления. Они

связаны с продольным концевым эффектом в первичной цепи и со входом и выходом рабочего тела в зону магнитного поля.

Во втором разделе рассмотрена одномерная модель для расчёта пульсаций давления с двойной частотой источника питания при чётном числе полюсов. В одномерном электродинамическом приближении для индуктора с конечными размерами, имеющего средний радиус высота немагнитного

зазора) и задании на поверхности индуктора линейной токовой нагрузки в виде гармонической функции в преположении, что магнитное поле от токов в жидком металле и стенках канала много меньше приложенного поля решена задача о

распределении электромагнитного давления в канале насоса. Получены аналитические выражения для расчёта электромагнитного давления по длине и на выходе канала насоса и их огибающие. Показано, что в электромагнитном давлении на активной длине и в шунтирующих зонах, содержатся пульсации давления с двойной частотой источника питания, причём, электромагнитное давление в шунтирующих зонах на входе и выходе является тормозным. Показано, что даже в случае "идеальной" бесконечно длинной машины при чисто бегущем магнитном поле в зазоре электромагнитное давление содержит внутри машины пульсирующие составляющие с двойной частотой источника питания, однако, они не выходят за пределы индуктора. Электромагнитное давление на выходе насоса содержит компоненты: независимую от времени, пропорциональную обусловленную

шунтированием магнитного потока, и пропорциональную обусловленную

скоростью движения жидкого металла. Амплитуда обеих составляющих пропорциональна электропроводности жидкого металла квадрату индукции приложенного магнитного поля ВЦ,, длине насоса L, коэффициенту рассеяния магнитного потока и скорости бегущего магнитного поля (компонента, пропорциональная или скорости жидкого металла (компонента,

пропорциональная со82о)0. Установлено, что относительная амплитуда пульсаций

давления с двойной частотой источника питания зависит только от коэффициента рассеяния магнитного потока кс, числа пар полюсов р„ и скольжения 8.

В разделах с третьего по шестой четвертой главы, в рамках одномерной модели, в постановке аналогично выше изложенной в разделе два, решены задачи о распределении электромагнитного давления и получены аналитические выражения для расчёта электромагнитного давления по длине канала с учётом двойных пульсаций и их огибающие для индуктора с градацией линейной токовой нагрузки на концах индуктора по линейному закону на и одноступенчатой на

Показано, что компоненты двойных пульсаций давления пропорциональные 5ш2а>1 и сс^Ш^ имеют место и при рассмотренных видах градации. Однако, их вклад в общую амплитуду двойных пульсаций зависит от вида градации.

Сделан расчёт электромагнитного давления и пульсаций давления с двойной частотой источника питания для насоса ЦЛИН-А с различными вариантами градации. Показано, что амплитуда двойных пульсаций имеет наименьшее значение при линейной градации на и наибольшее значение при одноступенчатой градации на т и нечётном числе полюсов Величина амплитуды двойных пульсаций

уменьшается с увеличением скольжения. Электромагнитное давление, не зависящее от времени, растёт с ростом скольжения линейно, и в зависимости от вида градации изменяется угол наклона его к оси абсцисс.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований пульсаций давления с двойной частотой источника питания.

В первом разделе рассмотрены условия испытаний и объекты испытаний. Приведено описание электромагнитных насосов ЦЛИН-А и ЦЛИН-В, жидкометаллических стендов для исследования указанных насосов, электромагнитных расходомеров и стендового оборудования

Во втором разделе приводится описание контрольно-измерительной системы стенда, предназначенной для контроля и измерения параметров стенда, собранной на базе промышленного компьютера 1РС-610/250. Система обеспечивала возможность приёма 40 аналоговых сигналов с частотой 250 кГц, их оцифровку,

запись в памяти компьютера, математическую обработку значений, вывод результатов на экран компьютера. Приведены основные данные пьезоэлектрических и тензорезисторных датчиков, используемых для измерения пульсаций давления, и акселерометров для измерений вибраций канала и трубопроводов.

В третьем разделе приведены результаты исследований пульсаций давления с двойной частотой источника питания в МГД-машинах с постоянной линейной токовой нагрузкой. Исследования проведены на натрии при температуре 225°С на частотах 5, 10, 15, 20, 30 Гц в насосе ЦЛИН-А при числе полюсов 2ра = 4 и 6 и на частотах 10, 20, 30 и 50 Гц при числе полюсов 2р„ = 4, 6, 12 в насосе ЦЛИН-В. В результате экспериментального исследования напор--расходных характеристик и аназлза временных и спектральных характеристик давления установлено:

• в электромагнитных насосах в развиваемом давлении и расходе имеют место пульсации давления с двойной частотой источника питания, амплитуда двойных пульсаций в насосе ЦЛИН-В при - 30 Гц достигала 25% от развиваемого давления;

• относительная амплитуда пульсаций давления с двойной частотой источника питания возрастает с уменьшением скольжения, числа полюсов и с увеличением коэффициента рассеяния магнитного потока

• разработанные одномерная и двухмерные модели хорошо согласуются с экспериментальными данными, полученными на электромагнитных насосах ЦЛИН-А и ЦЛИН-В.

На Рис.5 приведены экспериментальные и расчетные зависимости относительной амплитуды пульсаций давления с двойной частотой источника питания от скольжения для насоса ЦЛИН-В при различных напряжениях, частотах и числах пар полюсов. Экспериментальные значения относительной амплитуды двойных пульсаций давления, показанные на Рис.5, соответствуют средним значениям, измеренным пятью пьезоэлектрическими датчиками давления, установленными в четырёх поперечных сечениях на входе и выходе канала и трубопровода.

Как видно из Рис.5, экспериментальные данные хорошо совпадают с расчетными по одномерной модели. Величина коэффициента рассеяния при определена экспериментально на насосе ЦЛИН-А. В расчетах по одномерной модели на Рис.5 использовано его значение.

Рис.5

В четвёртом разделе приведено исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания при различных вариантах градации на насосе ЦЛИН-А

при частоте 5, 10, 15, 20, 30 Гц и на насосе ЦЛИН-В при / = 30 и 50 Гц. Исследовались напор-расходные характеристики насосов при следующих вариантах градации: линейная на Т, 2т и одноступенчатая на обоих концах индуктора. Проведено сравпепие расчетных и экспериментальных значений относительных амплитуд двойных пульсаций давления с градацией и без градации по одномерной и двухмерным моделям, показано хорошее совпадение экспериментальных результатов с расчетными при отсутствии градации и удовлетворительное при отдельных вариантах градации (см. Рис.6).

Отличие двухмерных моделей заключается в следующем. Двухмерная модель Арасеки полагает, что индукция магнитного поля и скорость в цилиндрическом канале имеют продольную и радиальную составляющие, плотность тока в канале имеет одну азимутальную составляющую. Уравнения электромагнитного поля и Навье-Стокса для скорости решены численным методом с использованием уравнения Пуассона для давления. Двухмерная модель НИИЭФА представляет модифицированную струйную модель для плоского канала, с шириной, равной среднему диаметру цилиндрического канала, и полагает наличие одной (вертикальной) составляющей индукции магнитного поля, зависящей от продольной и поперечной координат и одной составляющей скорости в каждой струйке, зависящей от поперечной координаты- Уравнение Пуассона для давления сводится в ней к уравнению баланса сил, действующих на струйку. Она более проста, учитывает конечность магнитопровода и поле индуктированных токов в жидком металле и электропроводящих стенках канала.

Результаты исследований показали, что все рассмотренные варианты градации приводят к снижению пульсаций давления с двойной частотой источника питания в исследованном диапазоне частот и скольжений. Следует отметить, что, помимо уменьшения пульсаций давления с двойной частотой источника питания, использование градации линейной токовой нагрузки приводит к увеличению эффективности насоса до 8% в зависимости от вида градации и частоты источника питания.

В пятом разделе рассмотрено влияние расположения шунтирующих зон на пульсации давления с двойной частотой источника питания. Исследования проведены на насосе ЦЛИН-А с нечётным числом полюсов 2р„ = 5 на частотах 30 и 50 Гц с одноступенчатой градацией на обоих концах индуктора. Рассмотрено три вариапта расположения цгунтирующих зон относительно активной зоны индуктора: на выходе длиной на входе длиной т и симметричное расположение - на входе и выходе длиной 0,5т. Сняты напор-расходные характеристики насоса при и = НО В, /= 30 Гц и и = 160 В, /= 50 Гц и распределение индукции магнитного поля по

длине. В результате исследований установлено, что расположение шунтирующей зоны на выходе или симметрично на входе и выходе, более предпочтительно по сравнению с расположением на входе, с точки зрения увеличения развиваемого давления и снижения пульсаций давления с двойной частотой источника питания. Кроме того, установлено, что использование обмотки с одноступенчатой градацией при нечётном числе полюсов 2р„ = 5 приводит к увеличению эффективности насоса при /= 30 Гц по сравнению с обмоткой без градации и 2р„ = 6.

В шестом разделе исследовано влияние фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки на пульсации давления с двойной частотой источника питания. Исследование проведено на насосе ЦЛИН-В при 2р„ = 6 на частотах 30 и 50 Гц при фазовом сдвиге волн линейной токовой нагрузки с отставанием и с опережением по всей длине индуктора при углах при одних и тех же

напряжениях U - 160 В, 30 Гц и U = 250 В, 50 Гц.

В результате исследований установлено, что при углах фазового сдвига, представляющих практический интерес с точки зрения

подавления низкочастотных пульсаций и улучшения напор-расходных характеристик, двойные пульсации давления имеют меньшее значение, чем при гладкой волне линейной токовой нагрузки.

Проведённые в работе исследования позволили разработать и внедрить ряд технических решений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, направленных на расширение зоны устойчивой работы насосов, снижение и подавление низкочастотных пульсаций давления и пульсаций давления с двойной частотой источника питания, а также на повышение эффективности линейных индукционных МГД-машин.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Андреев А.М., Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ. Обмотка трехфазной линейной индукционной машины. //Авторское свидетельство №639086, Бюллетень ОИПОТЗ, № 47,1978 г.

2. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко В.П., Смирнов AM. Индуктор линейного элек-тромагнитного насоса. //Авторское свидетельство № 723745, Бюллетень ОИПОТЗ, №11,1980г.

3. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Исследование влияния конструктивных особенностей на течение в канале цилиндрического индукционного насоса. //Магнитная гидродинамика, Зинатне, №2,1981г.,с.79-84.

4. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Подавление неустойчивых режимов работы в линейных индукционных насосах при Ro,s>l модификацией внешнего магнитного поля. //Магнитная гидродинамика, Зинатне, №4,1981г.,с.105-109.

5. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 782689, Бюллетень ОИПОТЗ, №3,1982 г.

6. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 782690, Бюллетень ОИПОТЗ, №3,1982 г.

7. Валдмане РА., Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ., УлманисЛЯ. Расчет характеристик электромагнитного насоса при RmS>l с учётом неоднородности распределения внешнего магнитного поля. //Магнитная гидродинамика, Зинатне, №3,1982, с.98-104.

8. Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ. Электромагнитный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 865098, Бюллетень ОИПОТЗ, №6,1982 г.

9. Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников АЛ., Остапенко В.П. Индуктор линейного индукционного насоса. //Авторское свидетельство № 820606, Бюллетень ОИПОТЗ №6,1982 г.

ХЪЛнисимов AM., Огородников А.П., Остапенко В.П, Преслгщкий Г.В. Структура первичного магнитного поля в линейных индукционных МГД-машинах с негладкой волной линейной токовой нагрузки. //Магнитная гидродинамика, Зинатне,-№4; 1983г., с. 117-122.

ШСириллов HJ*., Огородников АЛ., Остапенко В.П. Особенности работы индукционных МГД-машин при больших параметрах электромагнитного взаимодействия. //В кн.: Восьмая международная конференция по МГД-преобразованию энергии, Москва, 1983 г., т.4, с.65-68.

М.Огородников АЛ. Структура первичного магнитного поля с градацией линейной токовой нагрузки в концевых зонах. //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. Л.: Энергоатомиздат, 1985 г., вып.22, с.76-80.

~13гАндреев АЖ, Безгачёв ЕА., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П., Преслиграш Г.В., Чвартацкий Р.В. Электромагнитный насос ЦЛИН-3/3500. //Магнитная гидродинамика, Зинатне, №1,1988 г., с.61-67.

14 JCarasevB.G., KirillovI.R., OgorodnikovA.P. 3500 m3/h MHD pump for fast breeder reactor. Liquid Metal Magnetohydrodynamics, edited by J.Lielpeteris and R-Moreau. Vol.10,1989,p333-338.

15.Огородников АЛ., Преслицкий Г.В., Сидоренков СИ. Электромагнитные поля и интегральные характеристики индукционных машин с градацией линейной токовой нагрузки в концевых зонах. //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. Л.: Энергоатомиздат, 1989 г., вып.24, с.34-41.

Хб.Огородников АЛ. Электромагнитные поля в линейных индукционных машинах с градацией линейной токовой нагрузки при нечетном числе полюсов. //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. Л.: Энергоатомиздат, 1990 г., вып.25, с.23-29.

17.Огородников АЛ., Малышев И.Ф. Электромагнитный линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 1487773, Бюллетень ОИПОТЗ, № 48,1990 г.

\%£езгачев ЕЛ., Голованов ММ., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 1471922, Бюллетень ОИПОТЗ, №47,1990 г.

19.Кириллов Ш*., Кочемазов СМ., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ. Электромагнитный индукционный насос (его варианты). //Авторское свидетельство № 1151175, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29,1991 г.

Ю.Кириллов Ш*., Огородников АЛ., Остапенко ВЛ., Преслицкий Г.В. Электромагнитный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 1194238, Бюллетень ОИПОТЗ, №30,1991г.

ИТолованов М.М., Кириллов И.Р., Огородников АЛ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 1194237, Бюллетень ОИПОТЗ, №26,1991 г.

22 Андреев AM., Бояринцев А.Ф., Карасев БТ., Кириллов И.Р., Огородников АЛ. Индуктор линейного индукционного насоса. //Авторское свидетельство № 1145881, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29,1991 г.

23.Огородников АЛ. Индуктор линейного индукционного насоса. //Авторское свидетельство № 1144588, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29,1991 г.

24Андреев А.М., Бояринцев А.Ф., Карасев Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников АЛ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство №1223817, Бюллетень ОИПОТЗ, №30,1991 г.

25. Огородников АЛ. Обмотка трехфазной линейной индукционной машины с числом полюсов не менее шести. //Авторское свидетельство № 1295980, Бюллетень ОИПОТЗ, №28,1991 г.

26Андреев АЛ1.У Бояринцев А.Ф., Карасев Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников АЛ. Электромагнитный индукционный насос. //Авторское свидетельство № 1237031, Бюллетень ОИПОТЗ, №25,1991 г.

РОС НАЦИОНАЛЬНА*} 6НОЛИОТЕКА N СПепрвург Й

о* к» Пг A

27 '.Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В., Сидоренков СИ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Авторское свидетельство №1400422, Бюллетень ОИПОТЗ, №23,1991 г.

28.Kirillov I.R., Ogorodnikov A.P., Ostqpenko V.P., Preslitsky G.V. The results of electromagnetic pumps studies for fast breeder reactors. //Proceedings of the International Conference on Energy Transfer in MagnetoHydroDynamic Flows, Cadarache-France, 1991,p.95-100.

29Xirillov I.R., Ogorodnikov A.P. Electromagnetic Pumps Fast Breeder Reactors. The 1992 Seminar on Liquid-Metal MagnetoHydroDynamics, May 13-14, 1992, Gakushikaikan, Tokyo, p.48-53.

ЗОЖашкевич В.А., Огородников А.П., Преслицкий Г.В. Характеристики линейных индукционных машин с нечётным числом полюсов и градацией линейной токовой нагрузки в концевых зонах. //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура. Л.: Энергоатомиздат, 1993, вып.25, с.60-65.

31 Алексеева Г.И., Безгачев ELA., Карлеев ВТ., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Патент РФ № 1560016, Бюллетень ОИПОТЗ №5,1994 г.

Ъ2.Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П. Линейный индукционный насос. //Патент РФ № 1639383, Бюллетень ОИПОТЗ №5,1994 г.

33.Огородников АЛ., Преслицкий Г.В. Обмотка трёхфазного линейного индукционного насоса. //Патент РФ № 1648228, Бюллетень ОИПОТЗ №3,1994 г.

34.Огородников А.П., Голованов ММ. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Патент РФ № 1720462, Бюллетень ОИПОТЗ №6,1994 г.

35.Ионов А.В., Кириллов И.Р., Куприянов Н.Н., Огородников А.П. Исследование акустических характеристик электромагнитных насосов. Техническая акустика, т.Ш, вып. 1-2 (7-8), Санкт-Петербург, 1994 г., с.42-45.

36.0gorodnikov A.P., Preslitsky G.V., Sidorenkov I.S. Influence of Linear Current Load Grading on Electromagnetic Field and Integral Characteristics of Linear Induction

Machines. //Proceedings oflnternational Symposium on Electromagnetic Processing of

Materials, Nagoya, Japan, 1994,

p.338-343.

37 '.Огородников А.П., Голованов MM. Цилиндрический линейный индукционный насос. //Патент РФ № 2029427, Бюллетень ОИПОТЗ №5,1995 г.

3S.Kirillov I.R., Ogorodnikov А.Р., Ostapenko V.P., Preslitsky G.V., Sidorenkov S.I., Tihomirov Y.M., AraseH H. Electromagnetic pumps parameters pulsations. //Proceedings of the Third International Conference on Transfer Phenomena in MagnetoHydroDynamic and Electroconducting Flows, Aussois, France, v.2, 1997, pp.421-426.

39Araseki#., KirillovI.R., Preslitsky G. V., Ogorodnikov A.P. Double supply frequency pressure pulsation in annular linear induction pump, part I: measurement and numerical analysis. //Nuclear Engineering and Design, 195,2000, pp.85-100.

AOArasekiH., KirillovI.R., PreslitskyG.V., Ogorodnikov A.P. Double supply frequency pressure pulsation in annular linear induction pump, part П: reduction of pulsation by linear winding grading at both stator ends. //Nuclear Engineering and Design, 200, 2000,pp397-406.

41. Ogorodnikov A. P., Kirillov I. R., Preslitsky G. K, Araseki H. 1-D model for analysis of double supply frequency pressure pulsation in electromagnetic pumps. //Proceedings of the 5-th International PAMIR Conference, Ramatuelle, France, v.2,2002, pp.53-58.

А2.Огородников А.П., Преашгршй Г.В. Особенности распределения электромагнитного давления и двойных пульсаций по длине канала в цилиндрических линейных индукционных насосах при Rm«l. //Вопросы атомной науки и техники. Сер. Электрофизическая аппаратура, 2002, вып.1 (27), с.67-78.

43 Araseki H., Kirillov I.R., Obukhov D.M., Ogorodnikov A.P. Comparison of computer codes for evaluation of double-supply-frequency pulsations in linear induction pumps. //Nuclear Engineering and Design, 231,2004, pp. 177-185.

AAAraseMH., KirillovI.R., Ogorodnikov A.P., PreslitskyG.V. Pulsations ofparameters in annular linear electromagnetic pumps for fast breeder reactors. //11th International Conference on Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, 2003, ICONE 11-36473.

45AraseHH., Kirillov I.R., Preslitsky G.V., Ogorodnikov A.P. Magnetohydrodynamic instability in annular linear induction pump. Part I : Experimental and numerical analysis. //Nuclear Engineering and Design, 227,2004; pp. 29-50.

Подписано к печати 31.05.04 Формат60x90/16. уч.-издл. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 96 Отпечатано в «ФГУП НИИЭФА им. Д.В.Ефремова»

Введение.

Глава 1. Состояние проблемы, обзор работ, исследование интегральных и локальных характеристик МГД-машин

1.1. Принцип работы и конструктивные особенности линейных индукционныхМГД-машин.

1.2. Обзор работ по исследованию течения в каналах МГД-машин при малых и больших параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия.

1.3. Описание конструкции насосов и исследовательских стендов.

1.4. Интегральные характеристики насосов.

1.5. Локальные характеристики насосов.

1.6. Исследование влияния конструктивных особенностей насосов на интегральные и локальные характеристики.

Глава 2. Исследование неустойчивых режимов работы и подавление пульсаций в индукционных МГД-машинах

2.1 Общая характеристика неустойчивости.

2.2 Исследование неустойчивых режимов работы в цилиндрических насосах.

2.3 Сравнение экспериментальных результатов с численными расчётами.

2.4 Структура магнитного поля в МГД-машинах с фазовым сдвигом.

2.5 Подавление неустойчивых режимов в насосах с помощью модификации магнитного поля.

2.6 Влияние фазового сдвига на интегральные характеристики и низкочастотные пульсации.

Глава 3. Улучшение характеристик индукционных МГД-машин с помощью градации линейной токовой нагрузки

3.1. Основные работы в рассматриваемой области и постановка задачи.

3.2. Электромагнитные поля в МГД-машинах при конечных размерах индуктора при чётном и нечётном числе полюсов.

3.3. Структура электромагнитного поля в МГД-машинах при градации по линейному закону на длине 2т.

3.4. Электромагнитные поля в МГД-машинах с линейной градацией

3.5. К расчёту электромагнитных полей в МГД-машинах с одноступенчатой градацией на длине т.

3.6. Экспериментальное исследование электромагнитных полей и интегральных характеристик МГД-машин с градацией линейной токовой нагрузки.

Глава 4. Теоретическое исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания в МГД-машинах

4.1. Физическая природа пульсаций давления с двойной частотой источника питания.

4.2. Одномерная модель для расчёта двойных пульсаций давления при чётном числе полюсов.

4.3. Пульсации давления с двойной частотой источника питания при линейной градации на 2т.

4.4. Электромагнитное давление и пульсации давления с двойной частотой источника питания при линейной градации на т.

4.5. Пульсации давления с двойной частотой источника питания при одноступенчатой градации на т и чётном числе полюсов.

4.6. Двойные пульсации давления с одноступенчатой градацией на х при нечётном числе полюсов и их сравнение с различными вариантами градации.

Глава 5. Экспериментальное исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания

5.1. Условия испытаний и объекты испытаний.

5.2. Контрольно-измерительная система и датчики для измерения пульсаций давления.

5.3. Исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания в МГД-машинах с постоянной линейной токовой нагрузкой.

5.4. Снижение двойных пульсаций давления с помощью градации линейной токовой нагрузки.

5.5. Влияние расположения шунтирующих зон на пульсации давления с двойной частотой источника питания.

5.6. Влияние фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки на пульсации давления с двойной частотой источника питания.

Актуальность проблемы. Магнитогидродинамические (МГД)-машины нашли широкое применение в различных областях техники в связи с разработкой новых технологий в ядерной энергетике, металлургии и химической промышленности [1-5]. На АЭС с реакторами на быстрых нейтронах МГД-машины используются в качестве электромагнитных насосов (ЭМН) для перекачивания жидкометаллических теплоносителей (натрий, сплав натрий-калий) в основных и вспомогательных контурах. ЭМН мощностью до 100 кВт практически полностью вытеснили механические насосы из исследовательских и теплофизических стендов, исследовательских реакторов БР-10, ИБР-2, вспомогательных систем полупромышленных и промышленных реакторов на быстрых нейтронах БОР-бО, БН-350, БН-600 [6]. В установках управляемого термоядерного синтеза, в частности в реакторах-токамаках [7] разрабатываются жидкометаллические системы, обеспечивающие тепловую защиту первой стенки (лимитеры), очистку плазмы от загрязнения её продуктами горения (дивер-торы) и системы теплообмена (бланкеты), в которых используются жидкие металлы — литий, соли лития, свинец. Для прокачки теплоносителя в указанных системах предполагается использование электромагнитных насосов [1].

В России в стадии сооружения находится реактор БН-800, охлаждаемый натрием, и разрабатываются проекты реакторов нового поколения на основе принципа естественной безопасности, охлаждаемых свинцом или сплавом свинец-висмут, БРЕСТ-300 и БРЕСТ-1200 [8-9]. Рассматривается проект модульного реактора мощностью 750 МВт, охлаждаемого сплавом свинец-висмут, в Японии [10]. Жидкие металлы, такие как ртуть, рассматриваются для охлаждения мишени нейтронного источника [11-13], а свинец-висмут для охлаждения трансмутационной системы с ускорителем [14].

Во всех перечисленных областях ЭМН используются или могут быть использованы.

Наибольшее распространение в контурах АЭС получили трёхфазные линейные индукционные насосы типа ЦЛИН (цилиндрический линейный индукционный насос) и ВИН (винтовой индукционный насос) [6]. Работы по созданию таких насосов начали проводиться в начале 50-х годов прошлого века в связи с развитием в стране программы создания реакторов на быстрых нейтронах. Пионерские работы по их созданию принадлежат советским и российским учёным И.А.Тютину, А.И.Вольдеку, И.М.Кирко, Я.Я.Лиелпетеру, Н.М.Охременко, В.А.Глухих, И.Р.Кириллову, Г.А.Баранову [15-19] и многочисленным их последователям. Вопросы гидродинамики течения в каналах рассмотрены А.В.Тананаевым и О.А.Лиелаусисом [20-22]. Разработки этих учёных, оказавших влияние на диссертанта, хорошо известны в нашей стране и за рубежом.

Положительный опыт эксплуатации ЭМН умеренной мощности и целый ряд их потенциальных преимуществ стимулирует разработку крупных ЭМН в качестве альтернативного варианта по отношению к механическим насосам для основных контуров АЭС с быстрыми реакторами [23-26], а успешная эксплуатация ЭМН в основных контурах реакторов БР-10, БОР-бО [27-28], опыт разработки и создания ЭМН ЦЛИН-3/3500 для БН-350 [29-30] подтверждают возможность такого использования.

Основными преимуществами ЭМН являются:

• возможность полной герметизации конструкции без каких-либо систем уплотнения;

• отсутствие вращающихся частей приводит к снижению уровня шума и вибраций;

• лёгкость регулирования расхода, удобство и простота обслуживания;

• отсутствие вспомогательных систем, требующих сохранение питания в режиме исчезновения напряжения в сети собственных нужд;

• отсутствие ограничений по местоположению в контуре.

Однако, электромагнитные насосы имеют не только достоинства, но и недостатки. К ним можно отнести:

• низкий коэффициент полезного действия 40-50%;

• отсутствие маховых масс в режиме выбега.

Исследования, проведённые в последние годы, показали, что уменьшение КПД компенсируется большей надёжностью и более высоким значением готовности АЭС, а требуемый выбег при отсутствии вращающихся масс у ЭМН может быть обеспечен за счёт внешних маховых масс, например, генератора, питающего насос, или за счёт дополнительной обмотки или части обмотки самого насоса, питающихся одновременно от двух независимых источников питания, а также за счёт накопителя энергии ёмкостного типа.

Успешно работают в первом и во втором контурах реактора БР-10 четыре ЭМН типа ЦЛИН-3/150 при температуре натрия 350°С, обеспечивая расход 150 м3/ч каждый и давление 0,3 МПа. Разработаны и изготовлены в НИИЭФА насосы ЦЛИН-5/700, ЦЛИН-5/850 и ЦЛИН-8/1200 с расходами 700 и 850 м3/ч и 1200 м3/ч соответственно. КПД насосов ЦЛИН-5/700 и ЦЛИН-8/1200 достигал 42% и 36% соответственно [31, 32]. Насос ЦЛИН-5/700 проработал около 20 тысяч часов во втором контуре реактора БОР-бО в ФГУП ГНЦ НИИАР [33]. В результате этих работ была получена уникальная информация для создания мощных ЭМН для основных контуров АЭС. На базе проведённых фундаментальных исследований был изготовлен и успешно испытан в 1986 г. в жидкометаллическом контуре самый мощный на то время в мире ЭМН ЦЛИН-3/3500 с расходом 3600 м /ч и развиваемым давлением 0,3 МПа [34], принятый межведомственной комиссией для эксплуатации в реакторе БН-350. В США фирмой "Дженерал Электрик" изготовлен, но не испытан, цилиндрический линейный индукционный насос с расходом 3300 м3/ч для демонстрационных испытаний в быстром реакторе типа FFTF [35,36].

В последнее десятилетие за рубежом во Франции [37], Южной Корее, Японии [38], США совместно с Японией были проведены интенсивные работы по разработке и созданию электромагнитных насосов для основных контуров. Так, в период с 1994 по 2002 г. в США совместно с Японией были проведены испытания модуля ЭМН с расходом 2400 м3/ч и развиваемым давлением 0,085 МПа [39], а затем и самого мощного в мире ЭМН с расходом 9600 м3/ч и развиваемым давлением 0,25 МПа [40]. Оба насоса были выполнены погружными в натрий и прямоточного исполнения. Испытания были проведены на натрии при температуре 350°-425°С в диапазоне частот электропитания 5-23 Гц.

Увеличение расходов, мощностей и размеров ЭМН и связанное с этим увеличение характерных параметров процесса МГД-взаимодействия: магнитного числа Рейнольдса, чисел Гартмана и Стюарта- привело к появлению новых явлений, оказавших существенное влияние на характеристики насосов. Прежде всего это относится к магнитогидродинамической неустойчивости, которая связана с образованием неоднородного профиля скорости жидкого металла в канале насоса при больших параметрах электромагнитного Rn,s>l и магнитогидродинамического N>1 взаимодействия, обусловленных реакцией индуктированных токов. При этих условиях напор-расходная характеристика насоса утрачивает монотонный характер, имеет место уменьшение развиваемого насосом давления и мощности, появляются низкочастотные колебания (1-1,5 Гц) расхода, тока и давления с амплитудами до 12-20%. Колебания давления приводят к возникновению вибраций насоса и контура, что является недопустимым по условиям эксплуатации.

В насосах малой и средней мощности имеется возможность удовлетворить критерий МГД-устойчивости Rn,s<l при частоте электропитания до 50 Гц. В насосах большой мощности для удовлетворения критерия устойчивости и поддержания КПД на сравнительно высоком уровне необходимо уменьшить частоту источника питания насоса до 10-20 Гц. Однако, при пониженных частотах электропитания насоса, в развиваемом давлении и расходе становятся опасными пульсации давления и расхода с двойной частотой источника питания, которые, как было установлено в последнее время, могут достигать 20-30% от развиваемого электромагнитного давления и неприемлемы при эксплуатации насоса в контуре АЭС.

К началу исследований, результаты которых представлены в данной работе, не было достаточных экспериментальных исследований интегральных и локальных характеристик электромагнитных насосов цилиндрического типа при больших параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия, не исследованы влияния неоднородности немагнитного зазора, несимметрии входа и выхода на проявлене МГД-неустойчивости и характеристики ЭМН. Отсутствовали методы подавления низкочастотных колебаний, отсутствовали теоретические и экспериментальные исследования по пульсациям давления с двойной частотой источника питания методы их подавления и конструктивные решения, направленные на их реализацию и на повышение эффективности индукционных насосов. Их разработка и исследование явились целью данной работы.

Отметим, что теоретические исследования, связанные с неустойчивостью однородного течения при параметре электромагнитного взаимодействия RmS>l и исследование его устойчивости были выполнены также сотрудниками Института физики Латвии, Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе и в ЭНИН им. Г.М.Кржижановского. Экспериментальные исследования проводились параллельно в Институте физики в Латвии для насосов плоского типа, а исследования для насосов с каналами цилиндрического типа- в НИИЭФА им. Д.В.Ефремова.

Целью работы являются разработка комплекса вопросов теоретического, экспериментального и практического характера, направленных на решение важной народнохозяйственной задачи «Разработка и создание мощных электромагнитных насосов для атомной энергетики».

Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести теоретическое и экспериментальное исследование интегральных и локальных характеристик ЭМН при больших параметрах электромагнитного взаимодействия RmS>l и На>1.

2. Определить факторы и конструктивные особенности насосов, влияющие на неоднородность течения жидкого металла в каналах ЭМН.

3. Разработать методы стабилизации течения и подавления низкочастотных колебаний при Rms>l.

4. Разработать технические решения для реализации этих методов и осуществить их экспериментальную проверку.

5. Провести исследование пульсаций давления с двойной частотой источника питания и о выявить факторы, определяющие амплитуду таких пульсаций.

6. Разработать методы снижения пульсаций давления с двойной частотой источника питания и провести их анализ.

7. Разработать и создать установки для исследования электромагнитных процессов в линейных индукционных насосах при больших параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия.

Научная новизна и положения, выносимые на защиту

1. Впервые проведены всесторонние исследования МГД-неустойчивости в цилиндрических линейных индукционных насосах выражающиеся в образовании неоднородного по длине и угловой координате профиля скорости жидкого металла, снижения развиваемого давления, низкочастотных пульсаций параметров ЭМН.

2. Проведено исследование влияния конструктивных особенностей цилиндрических линейных насосов (неоднородности немагнитного зазора, несимметрии входа и выхода) на проявление МГД-неустойчивости.

3. Исследованы интегральные характеристики насоса: развиваемое давление и потребляемая мощность в режимах МГД-неустойчивости. Установлена и исследована взаимосвязь между неустойчивостью неоднородного течения в канале и низкочастотными колебаниями параметров насоса: токов, напряжения, давления и расхода.

4. Разработан и исследован способ подавления низкочастотных колебаний параметров насоса за счёт модификации обмотки индуктора -использования фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки по длине индуктора.

5. Исследована структура электромагнитного поля в линейных индукционных машинах при конечных размерах индуктора с фазовым сдвигом и с градацией линейной токовой нагрузки по линейному закону на концах индуктора в пределах т, 2т и одноступенчатой градацией на т с четным и нечетным числом полюсов. Установлено влияние структуры приложенного магнитного поля на интегральные характеристики и эффективность линейных электромагнитных насосов.

6. Разработана одномерная модель в электродинамическом приближении для расчёта пульсаций давления с двойной частотой источника питания с постоянной линейной токовой нагрузкой по длине индуктора и с градацией линейной токовой нагрузки по линейному закону на концах индуктора на длине т, 2т и одноступенчатой на т. Получены аналитические выражения для электромагнитного давления и амплитуды пульсаций давления с двойной частотой источника питания и установлены факторы определяющие амплитуду двойных пульсаций.

7. Установлено, что относительная амплитуда пульсаций давления с двойной частотой источника питания с обмоткой без градации зависит только от коэффициента рассеяния магнитного потока, числа полюсов и скорости жидкого металла, а при линейной градации на 2т с четным числом полюсов и одноступенчатой градации на т при нечетном числе полюсов зависит только от числа полюсов и скорости жидкого металла.

8. Предложены и исследованы способы уменьшения пульсаций давления с двойной частотой источника питания с помощью градации линейной токовой нагрузки на концах индуктора по линейному закону в пределах одного и двух полюсных делений и одноступенчатой градации на полюсном делении. Установлена перспективность применения указанных способов не только для снижения двойных пульсаций, но и для повышения эффективности линейных индукционных насосов.

9. Исследовано экспериментально влияние фазового сдвига и расположения шунтирующих зон на амплитуду пульсаций давления с двойной частотой источника питания.

Практическая значимость

1. Проведённые в диссертации исследования МГД-неустойчивости в цилиндрических линейных индукционных насосах явились базовыми и позволили принять научно-обоснованные технические решения при разработке мощных электромагнитных насосов ЦЛИН-8/1200, ЦЛИН-3/3500.

2. Результаты исследования использованы при разработке различных способов уменьшения неоднородности течения в каналах таких электромагнитных насосов как ЦЛИН-1,5/430, ЦЛИН-8/1200, ЦЛИН-3/3500.

3. Способ подавления колебаний параметров насоса с помощью фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки на 120° электрических градусов на отдельных парах полюсов использован для стабилизации характеристик в насосе ЦЛИН-5/700 при работе во втором контуре реактора БОР-бО.

4. Предложенные методы расчета и снижения пульсаций давления с двойной частотой источника питания с одновременным повышением эффективности ЭМН с помощью градации линейной токовой нагрузки будут использованы при разработке новых ЭМН для вспомогательных систем и систем аварийного расхолаживания реактора БН-800, а также в линейных индукционных машинах и различных устройствах, использующих движение твердотельной электропроводящей среды в бегущем магнитном поле.

5. Результаты исследований по стабилизации напор-расходных характеристик и снижению низкочастотных пульсаций с помощью модификации приложенного магнитного поля позволяют выбрать и принять оптимальные технические решения при разработке мощных ЭМН.

Достоверность полученных результатов обеспечивается:

• использованием современных средств измерений и контроля и математической обработкой экспериментальных результатов с помощью информационно-измерительной системы на базе промышленного компьютера;

• сравнением результатов экспериментальных исследований с расчётными зависимостями;

• сопоставлением результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами других отечественных и зарубежных авторов;

• большим количеством проведённых экспериментальных исследований на промышленных и опытно-промышленных образцах ЭМН с различным числом полюсов в широком диапазоне частот и при электропитании ЭМН от различных источников питания;

• успешной эксплуатацией ЭМН в исследовательских стендах и опытно-промышленных реакторах.

Личный вклад автора является основным на всех этапах исследований и разработки. Приведённые в работе результаты получены автором лично либо при его непосредственном участии и руководстве исследовательской группой. Автор работает в области индукционных МГД-машин с 1966 г., а с 1976 г. руководит группой, занимающейся разработкой, испытанием и исследованием мощных ЭМН. За испытание электромагнитного насоса ЦЛИН-5/700 автор удостоен бронзовой медали ВДНХ СССР в 1976 г, за разработку и испытание электромагнитного насоса ЦЛИН-3/3500 автор удостоен золотой медали ВДНХ СССР в 1987 г.

Совокупность результатов выполненных исследований и разработок можно классифицировать как решение крупной научно-технической проблемы "Разработка и создание мощных электромагнитных насосов для атомной энергетики" и вносит значительный вклад в развитие народного хозяйства страны.

Апробация результатов работы и публикации

Материалы диссертации апробированы конкретными разработками, две из которых: создание ЭМН ЦЛИН-5/700 и ЦЛИН-3/3500 удостоены в 1976 г. и в 1986 г. Дипломов первой степени и медалей ВДНХ СССР.

Результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах:

• IX, X, XI, XII, XIII Рижских совещаниях по магнитной гидродинамике (Рига, 1978 г., 1981 г., 1984 г., 1987 г., 1990 г.);

• на семинаре по прикладной магнитной гидродинамике (Пермь, 1981 г.);

• на VIII Международной конференции по МГД-преобразованию энергии (Москва, сентябрь 1983 г.);

• на Международной конференции по преобразованию энергии в магнитогидродинамических потоках (Кадараш, 1991 г.);

• на Международной конференции по МГД-процессам и защите окружающей среды (Киев, 1992 г.);

• на Международном семинаре по магнитной гидродинамике жидких металлов (Токио, 1992 г.);

• на Международной конференции по использованию электромагнитных полей в производстве материалов (Нагоя, 1994 г.);

• на Международной конференции по явлениям передачи энергии в магнитной гидродинамике и электропроводящих потоках (Оссуа, 1997 г.);

• на Международной конференции по фундаментальной и прикладной магнитной гидродинамике (Раматьюэль, 2002 г.);

• на Международной конференции по ядерной инженерии (Токио, 2003 г.);

Материал диссертации опубликован в 31 статье, 18 докладах и тезисах конференций, 17 авторских свидетельствах, 5 патентах.

Результаты работы сводятся к следующему.

1. Исследованы напор-расходные характеристики мощных электромагнитных насосов ЦЛИН-5/850, ЦДИН-5/700, ЦЛИН-8/1200 и ЦЛИН-3/3500. Показано, что в области неоднородного течения Rms>l характеристики теряют монотонность, в них обнаруживаются провалы, имеет место отличие экспериментальных характеристик от рассчитанных в электродинамическом приближении. В области RmS>l уменьшается развиваемое давление и электромагнитная мощность, передаваемая во вторичную среду, имеют место низкочастотные пульсации давления, расхода, питающего тока и напряжения.

2. Установлено прямым измерением профиля скорости в каналах насосов и на модели, что в насосах имеет место неоднородное распределение скорости по периметру и длине канала. Неоднородность профиля скорости увеличивается по длине канала и с ростом параметра МГД-взаимодействия. Неоднородное течение имеет место как при R,nS>l, так и при Rn^l. При RmS<l неоднородное течение обусловлено конструктивными особенностями (односторонним входом, неоднородностью магнитного поля и т.д.).

3. Показано экспериментально и численными расчётами, что течение в канале становится неустойчивым при Rn,s>l, неустойчивость возрастает с увеличением скольжения и характеризуется: низкочастотными пульсациями с преобладающей частотой 0-10 Гц, которые вызывают вибрацию канала насоса и трубопровода, и неоднородностью магнитного поля по азимуту, которая вызывает пульсации тока и напряжения. Амплитуда низкочастотных пульсаций зависит от степени неоднородности приложенного магнитного поля и скорости на входе.

4. Одномерные модели, построенные на базе одномерной струйной модели двухскоростного и трёхскоростного течения в канале, не дают удовлетворительного совпадения при расчёте интегральных характеристик насосов. Разрабатываемые в последнее время двухмерные модели на основе численных расчётов хорошо описывают процессы в области Rn,s<l и качественно в области Rn,s>l.

5. Разработаны, предложены и внедрены ряд технических решений, защищенных авторскими свидетельствами и патентами, направленных на уменьшение неоднородности скорости на входе и неоднородности магнитного поля и расширения зоны устойчивой работы насоса: установка перегородок, создание обтекателей и профилирующих устройств на входе, распределение неоднородности магнитного поля от пакетов и катушечных переходов за счёт поворота по азимуту и длине секций и пакетов.

6. Предложены, исследованы и внедрены способы подавления низкочастотных пульсаций в области Rn,s>l и расширения устойчивой работы насосов с помощью модификации внешнего магнитного поля за счёт фазового сдвига волн линейной токовой нагрузки на парах полюсов по всей длине или на отдельных парах полюсов. Исследовано влияние величины угла фазового сдвига на КПД насоса и подавление низкочастотных пульсаций и пульсаций давления с двойной частотой источника питания.

7. Решены задачи о распределении электромагнитного поля в линейных индукционных МГД-машинах с чётным и нечётным числом полюсов, с фазовым сдвигом, с различными вариантами градации линейной токовой нагрузки на концах индуктора: линейная на т и 2т, одноступенчатая при чётном и нечётном числе полюсов. Получены аналитические выражения для расчёта индукции магнитного поля и магнитного потока по длине индуктора. Показано, что в случае линейной градации на 2т при чётном числе полюсов и одноступенчатой градации на т при нечётном числе полюсов длина шунтирующих зон не влияет на структуру первичного магнитного поля. Показано, что коэффициент рассеяния магнитного поля, определяющий структуру первичного магнитного поля на активной длине и в шунтирующих зонах, зависит от числа полюсов при одной и той же длине индуктора и высоте немагнитного зазора.

8. На базе полученных решений по структуре первичного магнитного поля, разработана в электродинамическом приближении одномерная модель для расчёта пульсаций давления с двойной частотой источника питания в ЭМН при Rm«l с обмотками без градации при чётном и нечётном числе полюсов и с различными вариантами градации: линейная на т, 2т, одноступенчатая. Получены аналитические выражения для расчёта электромагнитного давления и амплитуды двойных пульсаций по длине, временные значения и их огибающие с учётом двойных пульсаций и без них. Показано, что пульсации давления с двойной частотой источника питания обусловлены влиянием продольного концевого эффекта в первичной цепи и входом и выходом рабочего тела в зону магнитного поля.

9. Установлено, что относительная амплитуда пульсаций давления с двойной частотой источника питания зависит от скольжения s, числа пар полюсов 2рп и коэффициента рассеяния магнитного поля. Она возрастает с уменьшением s, 2рп и увеличивается с ростом коэффициента рассеяния магнитного поля. При линейной градации на 2т с четным числом полюсов и одноступенчатой градации на т при нечётном числе полюсов относительная амплитуда двойных пульсаций давления зависит только от скольжения и числа полюсов.

Проведены экспериментальные исследования напор-расходных характеристик насосов ЦЛИН-А и ЦЛИН-В при различных частотах и числах пар полюсов в широком диапазоне скольжений с измерением амплитуды двойных пульсаций пьезоэлектрическими датчиками. Сделано сравнение экспериментальных данных для относительной амплитуды двойных пульсаций с расчётными значениями по одномерной модели и другим двухмерным моделям. Показано, что экспериментальные данные удовлетворительно совпадают с расчётными. Установлено экспериментальными иследованиями, что для снижения пульсаций давления с двойной частотой источника питания и повышения, развиваемого давления, шунтирующую зону следует располагать на выходе индуктора.

Показано экспериментально при исследовании напор-расходных характеристик насосов ЦЛИН-А и ЦЛИН-В при различных частотах, что использование градации линейной токовой нагрузки приводит не только к снижению пульсаций давления с двойной частотой источника питания, но и улучшению КПД насосов до 8%.

Предложены и защищены авторскими свидетельствами и патентами технические решения, направленные на снижение пульсаций давления с двойной частотой источника питания и повышение эффективности индукционных линейных МГД-машин.

307

Заключение

Диссертация посвящена разработке, созданию и исследованию мощных электромагнитных насосов. Наиболее значимые результаты получены при исследовании МГД-неустойчивости течения при больших параметрах электромагнитного и МГД-взаимодействия, а также при исследовании низкочастотных пульсаций и пульсаций давления с двойной частотой источника питания. Выполнен поиск способов снижения пульсаций и повышения эффективности индукционных насосов.

1. Глухих В.А., Тананаев А.В., Кириллов И.Р. Магнитная гидродинамика в ядерной энергетике.// М., Энергоатомиздат, 1987, 263 с.

2. V.A. Glukhikh, "Magnetohydrodynamics in Nuclear Energetics", In: Liquid metal Magnetohydrodynamics, Editors: J. Lielpeter, R. Moreau, pp. 79-88, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht/Boston/London (1989).

3. Верте JI.А. Магнитная гидродинамика в металлургии.// М., «Металлургия», 1975.

4. Полищук В.П. Промышленное использование магнитогидродина-мических устройств.//Магнитная гидродинамика, 1975, № 1 с. 118-128.

5. Микельсон А.Э., Фолифоров В.М. МГД-методы и устройства в промышленности.//Магнитная гидродинамика, 1975, № 1, с. 129-140.

6. Kirillov I.R., Preslitsky G.V., Ogorodnikov А.Р., Vitkovsky I.V. Electromagnetic Pumps for Liquid Metal Nuclear Application. 14th Pacific Basin Nuclear Conference "New Technologies for a New Era", March 2-25, Hawaii, 2004.

7. Глухих В.А. Некоторые проблемы создания реакторов-токамаков.// Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1983, с. 3-16.

8. Белая книга ядерной энергетики.// Под. ред. Адамова Е.О. М.: Издательство ГУЛ НИКИЭТ, 2001, 270.

9. D.A. Gabaraev, A.I. Filin, "Development of a BREST-C>d-300 NPP with an On-Site Fuel Cycle for the Beloyarsk NPPI", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23, 2003, ICONE 11-36410, JSME (2003).

10. Ya. Enuma et al., "Conceptual Design of a Small Lead-bismuth Cooled Fast Reactor", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23,2003, ICONE 11-36598, JSME (2003).

11. H. Kinoshita et al., "Mercury Erosion Experiments for Spallation Target System", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23, 2003, ICONE 11-36079, JSME (2003).

12. M. Butzek, I. Bucenieks, "Mercury Pump Using Rotation Permanent Magnets", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23, 2003, ICONE 11-36453, JSME (2003).

13. J.R. Haines et al., "Overview of the R&D Program for the Spallation Neutron Source Target", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23,2003, ICONE 11-36570, JSME (2003).

14. T. Sasa et al., "Research and Development on Accelerator-Driven Transmuta-tion System at JAERI", Proc. of the 11 Intern Conf. On Nuclear Engineering, Tokyo, Japan, April 20-23, 2003, ICONE 11-36475, JSME (2003).

15. Кирко И.М. Жидкий металл в электромагнитном поле. М.-Л.: Энергия, 1964.

16. Охременко Н.М. Основы теории и проектирования линейных индукционных насосов для жидких металлов. М.: Атомиздат, 1968, 395 с.

17. Лиелпетер Я.Я. Жидкометаллические индукционные МГД-машины. Рига: Знатне, 1969,246 с.

18. Вольдек А.И. Индукционные магнитогидродинамические машины с жидкометаллическим рабочим телом. Л.: Энергия, 1970.

19. Баранов Г.А., В.А. Глухих, И.Р. Кириллов. Расчёт и проектирование индукционных МГД-машин с жидкометаллическим рабочим телом. М.: Атомиздат, 1978, 247 с.

20. Лиелаусис О.А. Гидравлика жидкометаллических МГД-устройств. Рига: Зинатне, 1967, 196 с.

21. Тананаев А.В. Гидравлика МГД-машин. М.: Атомиздат, 1970.

22. Тананаев А.В. Течения в каналах МГД-устройств. М.: Атомиздат, 1979.

23. Аснович Э.З., Карелин Е.П., Ринейский А.А. и др. О создании высокотемпературных индукционных насосов большой подачи.// Магнитная гидродинамика, 1976, № 2, с. 71-78.

24. Андреев A.M., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Электромагнитные насосы для основных контуров реакторов на быстрых нейтронах.// Препринт А-0340, Л., НИИЭФА, 1977, 24 с.

25. Kliman G.B. Large Electromagnetic Pumps. Electrical Machines and Electromagnetics, 1979, v. 3, # 2, p. 129-142.

26. Дронник JI.M., Реуцкий С.Ю., Сипливый Б.Н., Толмач И.М. О первичном продольном эффекте в плоских индукционных насосах с большими расходами.// Магнитная гидродинамика, 1983, № 2, с. 91-97.

27. Андреев A.M., Глухих В.А., Карасёв Б.Г. и др. Конструкция и опыт эксплуатации электромагнитных насосов в I и II контурах установки БР-10.// Девятое Рижское совещание по магнитной гидродинамике. П. МГД-машины. Тезисы докладов, Рига, 1978, с. 7-8.

28. Андреев A.M., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Результаты экспериментального исследования электромагнитных насосов для установки БОР-бО.// Магнитная гидродинамика, Зинатне, 1978, № 4, с. 93-100.

29. Безгачёв Е.А., Глухих В.А., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р. и др. Результаты исследований электромагнитного насоса для второго контура реактора БН-350.// Двенадцатое Рижское совещание по магнитной гидродинамике, ч. II, 1987, с. 3-6.

30. Андреев A.M., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Электромагнитный насос ЦЛИН-3/3500.// Магнитная гидродинамика, Зинатне, № 1,1988, с. 61-67.

31. Андреев A.M., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Результаты экспериментального исследования цилиндрического линейного индукционного насоса ЦЛИН-5/700. Препринт А-0345. Л.: НИИЭФА, 1977, 22 с.

32. Безгачёв Е.А., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П., Преслицкий Г.В. Результаты испытаний электромагнитного насоса ЦЛИН-8/1200. Препринт П-А-0774, НИИЭФА. Москва, ЦНИИАтоминформ, 1988.

33. Алексеев Р.А., Безгачёв Е.А., Голованов М.М. и др. Индукционный электромагнитный насос для реактора БОР-бО.// Электротехника, 1983, № 7, с. 75-77.

34. Karasev B.G., Kirillov I.R., Ogorodnikov A.P. 3500 m3/h MHD pump for breeder reactor. Liquid Metal Magnetohydrodynamic, edited by J. Lielpeteris and Moreau. Vol. 10, 1989, pp. 333-338.

35. Large EM Pump for LMFBR Primary and Secondary Systems.- In: American Nuclear Society Winter Meeting. Washington. D.C., 1974.- J. Settle, E. Graig, L. Podrasky, T. Gleason.

36. SNESMA BERLGERON. Sodium Pumps Development Stage Seen in the light of the Phenix Experiment - In: Pumps for nuclear power plants. Pros. Conf. Univ. of Bath. April, 1974. - M. Guer, W. Radzinsky, G. Klyser, J. Roumailhal.

37. Rapin J., Vaillant Ph., Werkoff F., Experimental and theoretical studies on the stability of induction pumps at large Rm number.// In: Liquid Metal Magneto-hydrodynamics. Kluwer Akademic Publisher, Dordrecht, 1989, pp. 325-332.

38. Nakasaki M., Taguchi J., Katuki K. at al. Development of sodium-immersed self-cooled electromagnetic pump.// The 1992 Seminar on Liquid-metal Magnetohydrodynamics, May 13-14, Gakushikaikan, Tokyo, 66-72.

39. Kwant W., Fanning A.W., Dayal Y. at al. In: sodium testing and performance of a 43,5 m3/min electromagnetic pump for LMR application.// Proceedings of 5th International Conference on Nucleare engineering , ICONE-5, May 25-30, 1997, Nice, France.

40. Fannind A., Kliman G., Kwant W., Inagaki T. at al. Giant Electromagnetic Pump for Sodium Cooled Reactor Applications.// Proceeding of Conference IEMDC, Madison, Wisconsin, USA, 2003.

41. Кириллов И.Р. К расчёту характеристик индукционных МГД-машин.// Магнитная гидродинамика. 1983, № 1, с. 90-96.

42. Гельфгат Ю.М., Лиелаусис О.А., Щербинин Э.В. Жидкий металл под действием электромагнитных сил.// Рига, Зинатне, 1976, 246 с.

43. Тропп Э.А. Ламинарное течение вязкой проводящей жидкости между параллельными стенками в бегущем магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1968, № 4, с. 75-82.

44. Тропп Э.А. Течение проводящей жидкости в бегущем магнитном поле при согласном и встречном включении индуктора.// Магнитная гидродинамика, 1969, № 3, с. 47-51.

45. Камияма С., Каваи Я. Ламинарное течение вязкой проводящей жидкости между параллельными стенками в бегущем магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 3, с. 84-88.

46. Ращепкин А.П. Качественный анализ влияния неоднородности скорости по высоте канала на параметры индукционной МГД-машины.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 1, с. 99-105.

47. Ращепкин А.П. Интегральная оценка влияния профиля скорости на основные параметры индукционной машины.// Магнитная гидродинамика, 1972, № 3, с. 93-98.

48. Сорокина Э.С., Циркунов В.Э. Расчёт характеристик индукционных машин с учётом профиля скорости по сечению канала конечной ширины.// Восьмое Рижское совещание по магнитной гидродинамике, И, МГД-машины, Рига, Зинатне, 1975, с. 38-40.

49. Литовский Е.И., Толмач И.М. Магнитогидродинамические генераторы.// М., Наука, 1972, 424 с.

50. Емелин Ю.Б. О балансе энергии на входном участке канала в бегущем магнитном поле.// Труды ЛПИ, 1978, с. 59-60.

51. Емелин Ю.Б. Экспериментальное изучение течения электропроводящей жидкости в плоском канале под воздействием бегущего магнитного поля.//Изв. ВУЗов, Энергетика. 1979, № 9, с. 141-145.

52. Гайлитис А., Лиелаусис О. О внутренней гидравлике МГД-машин при неоднородном распределении сил.// Магнитная гидродинамика, 1971, № 32 с. 122-127.

53. Калнинь А.Я., Микрюков Ч.К., Петровича Р.А. и др. Характеристики плоского индукционного насоса при однородном распределенииэлектромагнитных сил по ширине канала.// Магнитная гидродинамика, 1971, №4, с. 94-98.

54. Валдманис Р.А., Кришберг P.P., Лиелпетер Я.Я. и др. Локальные характеристики течения в канале индукционной МГД-машины при больших параметрах электромагнитного взаимодействия.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 3, с. 99-104.

55. Валдманис Р.А., Кришберг P.P., Лиелпетер Я.Я. и др. Интегральные характеристики индукционной МГД-машины при больших параметрах электромагнитного взаимодействия.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 4, с. 107-109.

56. Кришберг P.P., Микрюков Ч.К. Экспериментальное исследование неустойчивого режима плосколинейных индукционных МГД-машин.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 3, с. 75-78.

57. Кришберг P.P. Граница образования противонаправленных потоков в плосколинейных индукционных МГД-машинах.// Магнитная гидродинамика, 1978, № 4, с. 112-116.

58. Вадмане Р., Лиелаусис О., Улманис Л. Модель неоднородного течения в канале индукционного насоса.//Магнитная гидродинамика, 1983,№ 2,с. 98-102.

59. Боченинский В.П., Емелин Ю.Б., Кирисик Е.М., Тананаев А.В., Ушаков Ю.П. Экспериментальное изучение энергетических характеристик и течения жидкого металла в линейном индукционном насосе.// Магнитная гидродинамика, 1976, № 3, с. 83-86.

60. Валдманис Р., Лиелаусис О., Улманис Л. Модель неоднородного течения в канале индукционного насоса.//Магнитная гидродинамика, 1985,№ 4,с.85-91.

61. Волчек Б.Б., Дронник Л.М., Реуцкий С.Ю., Толмач И.М. Неустойчивость однородного распределения скоростей в индукционной машине.// Магнитная гидродинамика, 1981, №4, с. 93-100.

62. Гайлитис А., Лиелаусис О. Неустойчивость однородного распределения скоростей в индукционной машине.// Магнитная гидродинамика, 1975, № 1, с. 87-101.

63. Гельфгат Ю.М., Лиелаусис О.А., Щербинин Э.В. Жидкий металл под действием электромагнитных сил.// Рига, Зинатне, 1976, 246 с.

64. Элькин А.И., Гехт Г.М., Толмач И.М. Об устойчивости течения в коаксиальном зазоре цилиндрического индукционного насоса.// Восьмое Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Ч. II. МГД-машины, Рига, Зинатне, 1975, с. 76-78.

65. Волчек Б.Б., Гехт Г.М., Толмач И.М., Элькин А.И. О гидродинамической неустойчивости и вызванных ею стационарных течениях в коаксиальном канале индукционного МГД-насоса.// Магнитная гидродинамика, 1976, № 2, с. 62-70.

66. Волчек Б.Б., Элькин А.И. Стационарные течения в коаксиальном канале в бегущем магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1976,№ 3, с.74-80.

67. Волчек Б.Б., Элькин А.И. Развитие начальных возмущений в первоначально покоящейся электропроводящей жидкости в бегущем магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1977, № 3, с. 57-62.

68. Клявиня А.П., Лиелаусис О.А., Риекстиньш В.А. Неоднородное течение в канале цилиндрического индукционного насоса.// Восьмое Рижское совещание по магнитной гидродинамике, Рига, Зинатне, 1975, т. II, с. 79-81.

69. Половко Ю.А., Тропп Э.А. Асимптотическое и численное исследование одномерной турбулентной модели течения в индукционном цилиндрическом МГД-насосе.// Магнитная гидродинамика, 1986, № 4, с. 106-113.

70. Половко Ю.А. Исследование устойчивости работы цилиндрического индукционного магнитогидродинамического насоса на внешнюю пневмо-гидравлическую нагрузку.// Магнитная гидродинамика, 1989,№ 3, с.81-88.

71. Polovko Yu., Тгорр Е.А. Branching and stability of solution in the model of liquid-metal induction-driven MHD-machines.// Proc. Intern. Conf. On Energytransfer in Magneto-Hydrodynamic Flows. Pamir. Cadarache (France), 1991, pp. 73-78.

72. Половко Ю.А., Романова E.P., Тропп Э.А. Численное исследование нестабильности течения в индукционных МГД-насосах и генераторах с широким каналом.// ЖТФ, 1996, т. 66, № 4, с. 36-44.

73. Валдмане Р.Я., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Расчёт характеристик индукционного МГД-насоса при Rms>l с учётом неоднородности распределения внешнего магнитного поля.// Магнитная гидродинамика, 1982, № 3, с. 98-104.

74. Кришберг Р.Р. Механические переходные процессы в цилиндрических индукционных насосах.// Магнитная гидродинамика, 1981 ,№ 2, с. 140-141.

75. Лиелаусис О.А., Лиелпетер Я.Я., Пукис М.В. Модель течения в канале индукционного насоса со ступенчатым распределением скорости.// Десятое Рижское совещание по магнитной гидродинамике. Тезисы докладов. Рига, 1981, т. 2, с. 16-17.

76. Polovko Yu.A., Romanova Е.Р. and Tropp E.A. Arising of rotating stall in inductive MHD-Flows// Рос. Intern. Conf. On Transfer Phenomena in MagnetoHydroDynamic and Electroconducting Flows, Aussois, France, 1997, v. II, pp. 451-456.

77. Половко Ю.А., Романова E.P., Тропп Э.А. Индукционная цилиндрическая МГД-машина в режиме идеального источника давления. ЖТФ, 1997, т. 67, № 6, с. 9.

78. Валдмане P.А., Валдманис Я.Я., Улманис Л.Я. О двухмерном течении в цилиндрических МГД-насосах.// Магнитная гидродинамика, 1980, № 1, с. 107-113.

79. Araseki H., Kirillov I.R., Preslitsky G.V., Ogorodnikov A.P. Magnetohydro-dynamic instability in annular linear induction pump. Part I: Experimental and numerical analysis// Nuclear Engineering and Design, 227, (2004) pp. 29-50.

80. R. Kirillov, D.M. Obukhov. 2-D model for analysis of cylindrical linear induction pump characteristics: model description and numerical analysis. Energy conversion and management 44, 2003. pp. 2687-2697.

81. Кириллов И.Р., Остапенко В.П. Локальные характеристики цилиндрического индукционного насоса при Rn,s>l.// Магнитная гидродинамика, 1987, № 2, с. 95-102.

82. Кириллов И.Р., Остапенко В.П. Интегральные характеристики цилиндрического индукционного насоса при Rms>l.// Магнитная гидродинамика, 1987, № 3, с. 115-119.

83. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П. Экспериментальное исследование неоднородности течения в канале цилиндрического индукционного насоса.// Магнитная гидродинамика, 1980, № 2, с. 107-113.

84. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Исследование влияния конструктивных особенностей на течение в канале цилиндрического индукционного насоса.// Магнитная гидродинамика, 1981, № 2, с. 79-84.

85. Голованов М.М., Кириллов И.Р., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос .//Патент РФ № 1194237, Бюллетень ОИПОТЗ, № 26,1991.

86. Андреев A.M., Кириллов И.Р., Огородников А.П. и др. Обмотка трёхфазной линейной индукционной машины.// Авторское свидетельство № 639086, Бюллетень ОИПОТЗ, № 47, 1978.

87. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Электромагнитный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 1194238, Бюллетень ОИПОТЗ, № 30,1991.

88. Алексеева Г.И., Безгачёв Е.А., Карлеев В.Г., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Патент РФ № 1560016, Бюллетень ОИПОТЗ, № 5,1994.

89. Огородников А.П., Голованов М.М. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Патент РФ № 1720462, Бюллетень ОИПОТЗ, № 6, 1994.

90. Богдасаров Ю.Б., Пинхасик М.С., Кузнецов И.А. и др. Технические проблемы реакторов на быстрых нейтронах. Атомиздат, Москва, 1969, 610 с.

91. Митенков Ф.М. Новинский Э.Г., Будов В.М. Главные циркуляционные насосы АЭС. М., Энергоатомиздат, 1984, 320 с.

92. Андреев А.М., Бояринцев А.Ф., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П. Электромагнитный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 1237031, Бюллетень ОИНПОТЗ, № 25, 1991.

93. Андреев A.M., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 1223817, Бюллетень ОИПОТЗ, № 30, 1991.

94. Андреев A.M., Бояринцев А.Ф., Кириллов И.Р., Огородников А.П. Индуктор линейного индукционного насоса.// Авторское свидетельство № 1145881, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29, 1991.

95. Огородников А.П., Малышев И.Ф. Электромагнитный линейный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 1487773, Бюллетень ОИПОТЗ, № 48,1990.

96. Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. и др. Цилиндрический линейный индукционный насос Л Авторское свидетельство № 1400422, Бюллетень ОИПОТЗ, № 23, 1991.

97. Турчин И.М., Дробышев А.В. Экспериментальные жидкометаллические стенды. Атомиздат, Москва, 1978,190 с.

98. Правила 28-64 измерения расхода жидкостей, газов и паров стандартными диафрагмами и соплами. Издательство стандартов, Москва, 1978.

99. Исследование неустойчивых режимов работы цилиндрического линейного индукционного насоса. Кебадзе Б.В., Кириллов И.Р., Кондратьев В.И., Огородников А.П., Остапенко В.П., Смирнов А.М.//Магнитная гидродинамика, 1979, № 4, с. 89-94.

100. Bernard J., Collins G.D. Test of 1200 gpm linear AC electromagnetic pump. -Report GEC, AECD-34660, May 23, 1951.

101. Kirillov I.R., Ogorodnikov A.P. Electromagnetic Pumps for fast Breeder Reactors.// The 1992 Seminar on Liquid-Metal Magneto-Hydro-Dynamics, May 13-14, 1992, Gakushikaikan, Tokyo, p. 48-53.

102. Литовский Е.И. Об определении магнитного числа Рейнольдса.// Магнитная гидродинамика, 1965, № 4, с. 153.

103. Вольдек А.И., Воронина Л.Ф., Толвинская Е.В. Распределение электромагнитной мощности и силы по зонам линейной индукционной МГД-машины. Магнитная гидродинамика, 1976, № 1, с. 112.

104. Ямамура С. Теория линейных асинхронных двигателей. Л. Энергоатомиздат, 1983, 180 с.

105. Карасёв Б.Г. Кириллов И.Р. Огородников А.П. Остапенко В.П. Индуктор линейного индукционного насоса.// Авторское свидетельство № 820606, Бюллетень ОИПОТЗ № 6, 1982.

106. Брановер Г.Г., ГельфгатЮ.М., Цинобер А.Б. и др. О применении трубок Пито и Прандтля в магнитогидродинамическом эксперименте.// Магнитная гидродинамика, 1966, № 1, с. 88-102.

107. Гнатюк В.В., Парамонова Г.А. Тарировка трубок пито в поперечном магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1969, № 4, с. 143-145.

108. Евреинов В.Н. Гидравлика. Л.; М., Речиздат, 1947, 739 с.

109. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 782689, Бюллетень ОИПОТЗ, № 3, 1982.

110. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П. Линейный индукционный насос.// Патент РФ № 1639383, Бюллетень ОИПОТЗ, №5,1994.

111. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 782690, Бюллетень ОИПОТЗ, № 3, 1982.

112. Бетчелор Дж. Введение в динамику жидкости.// М.,: Мир, 1973, 757 с.

113. Безгачёв Е.А., Голованов М.М., Огородников А.П. Цилиндрический линейный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 1471922, Бюллетень ОИПОТЗ, № 47,1990.

114. Кириллов И.Р. Огородников А.П., Остапенко В.П. Электромагнитный индукционный насос.// Авторское свидетельство № 865098, Бюллетень ОИПОТЗ, №6,1982.

115. Козакевич В.В. Автоколебания (помпаж) в вентиляторах и компрессорах.// Машгиз, М., 1959,190 с.

116. Пилипенко В.В., Задонцев В.А., Натанзон М.С. Кавитационные колебания и динамика гидросистем.// Машиностроение, 1977, 351 с.

117. Грейцер Э.М. Устойчивость насосных систем.// Фримановская лекция, 1980. Теоретические основы инженерных расчётов, 1981, № 2, с. 114-180.

118. Кириллов И.И. Теория турбомашин.// Машиностроение, 1964, 305 с.

119. Колесников Ю.Б. Магнитогидродинамические неустойчивости и турбулентность в жидкометаллических потоках.// Автореферат диссертации на соискание учёной степени д.ф.-м.н., Ленинград, 1986, ЛПИ.

120. Колесников Ю.Б. Экспериментальное исследование неустойчивости плоскопараллельного сдвигового течения в магнитном поле.// Магнитная гидродинамика, 1985, № , с. 60-66.

121. Андреев A.M., Метлин В.В., Половко Ю.А., Сидельников Б.В. Автоколебания в индукционном МГД-приводе.// Магнитная гидродинамика, 1987, № 2, с. 127-134.

122. Araseki Н., Kirillov I.R., Ogorodnikov А.Р., Preslitsky G.V. Pulsations of parametrs in annular linear electromagnetic pumps for fast breeder reactors.// 11th International Conference on Nuclear engineering, Tokyo, Japan, 2003, ICONE 11-36473.

123. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Подавление неустойчивостей в линейных индукционных насосах при

124. RmS > 1 модификацией внешнего магнитного поля.// Магнитная гидродинамика, 1981, №4, с. 105-109.

125. Кириллов И.Р., Огородников А.П., Остапенко В.П., Смирнов A.M. Индуктор линейного электромагнитного насоса.// Авторское свидетельство № 723745, Бюллетень ОИПОТЗ, № 11, 1980.

126. Кириллов И.Р., Кочемазов С.М, Огородников А.П., Остапенко В.П. Электромагнитный индукционный насос (его варианты).// Авторское свидетельство № 1151175, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29, 1991

127. Щукин О.С. О новом методе улучшения характеристик линейных индукционных МГД-машин.// Магнитная гидродинамика, 1979, № 2, с. 89-93.

128. Андреева Е.Г., Щукин О.С. Исследование фазовых соотношений в линейных индукционных машинах с негладкой волной первичного тока.// В кн.: Семинар по прикладной магнитной гидродинамике. Тезисы докладов, ч. I, Пермь, 1978, с. 23-26.

129. Щукин О.С. О возможности полезного использования энергии продольного краевого эффекта в индукционных МГД-машинах.// Девятое Рижское совещание по магнитной гидродинамике, ч. И, МГД-машины, Рига, 1978, с. 18-19.

130. Огородников А.П. Структура поля в МГД-машинах с расширяющимся магнитопроводом.// Магнитная гидродинамика, 1971, № 4, с. 105-109.

131. Анисимов A.M., Огородников А.П., Остапенко В.П., Преслицкий Г.В. Структура первичного магнитного поля в линейных индукционных МГД-машинах с негладкой волной линейной токовой нагрузки.// Магнитная гидродинамика, 1983, № 4, с. 117-122.

132. Андреев A.M., Данилин В.Г., Карасёв Б.Г., Кириллов И.Р. К выбору конструктивных схем электромагнитных насосов для АЭС с быстрыми реакторами.//Магнитная гидродинамика, 1982, № 1, с. 101-105.

133. Cerini D.J., Elliott D.G. Performance Characteristics of a Single-Wavelength Liquid Metal MHD Induction Generator with End-Loss Compensation. Eighth Symposium on Engineering Aspects of Magnetohydrodynamics, Stanford, 1967.

134. L.R. Blake. Conduction and Induction Pumps for Liquid Metals. Proc. IEE, v. 104, part A, 1967, No. 13.

135. Blake L.R. and Maggs A.H. Patent No. 698521, Class 35, 1953.

136. Андреев A.M., Глухих В.А. Остапенко В.П., Сёмиков Г.Т. Исследование продольного концевого эффекта на модели цилиндрического линейного индукционного насоса.// Магнитная гидродинамика, 1969, № 3, с. 97-103.

137. Вольдек А.И., Толвинская Е.В. Влияние градаций линейной токовой нагрузки концевых зон индуктора на продольный краевой эффект в индукционных машинах.// Магнитная гидродинамика, 1973 № 1, с. 90-98.

138. Штурман Г.И. Индукционные машины с разомкнутым магнитопроводом. Электричество, № 10,1946.

139. Вольдек А.И. Пульсирующие составляющие магнитного поля индукционных машин и насосов с разомкнутым магнитопроводом. Научные доклады Высшей школы. Электромеханика и автоматика, 1959, № 2.

140. Огородников А.П. Индуктор линейного индукционного насоса.// Авторское свидетельство № 1144588, Бюллетень ОИПОТЗ, № 29, 1991.

141. Огородников А.П. Обмотка трёхфазной линейной индукционной машины с числом полюсов не менее шести.// Авторское свидетельство № 1295980, Бюллетень ОИПОТЗ, № 28, 1991.

142. Огородников А.П., Преслицкий Г.В. Обмотка трёхфазного линейного индукционного насоса.// Патент РФ № 1648228, Бюллетень ОИПОТЗ, № 3, 1994.