惰性氣體等離子體磁流體發(fā)電機(jī)的純堿金屬種子注入系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種磁流體等離子體發(fā)電機(jī)的純堿金屬種子注入設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流體發(fā)電是一種將熱能直接轉(zhuǎn)換成電能的新型發(fā)電方式，始于20世紀(jì)50年后期，其基本工作原理仍是法拉第電磁感應(yīng)定律。與傳統(tǒng)發(fā)電不同的是采用導(dǎo)電流體代替導(dǎo)電固體導(dǎo)電，并使導(dǎo)電流體工質(zhì)以一定速度通過與流動(dòng)方向相互垂直的磁場(chǎng)，切割磁力線而感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生電能。
[0003]針對(duì)使用導(dǎo)電流體工質(zhì)的不同，磁流體發(fā)電可以分成燃燒氣體等離子體磁流體發(fā)電、惰性氣體等離子體發(fā)電和液態(tài)金屬磁流體發(fā)電。在利用核能源作為熱源時(shí)，釆用惰性氣體等離子體發(fā)電是一種重要的方式。
[0004]惰性氣體等離子體發(fā)電方式中，為了使惰性氣體工質(zhì)獲得足夠高的電導(dǎo)率，需要向工質(zhì)中注入少量堿金屬電離種子，而且要使種子在注入流體工質(zhì)時(shí)均勻分布和迅速受熱，氣化和充分電離。因此注入系統(tǒng)需準(zhǔn)確控制和計(jì)量注入種子的量，還需促使種子均勻地與惰性氣體主流混合，迅速受熱，充分氣化和電離。電離種子可以是堿金屬的化合物或純堿金屬，兩者相比較，由于化合物電離時(shí)需要吸收更多的熱量將化合物分解出單質(zhì)堿金屬，再實(shí)現(xiàn)電離，因此需要更高的溫度和更長(zhǎng)的時(shí)間?；诖耍儔A金屬更適合作為電離的種子，但由于純堿金屬的化學(xué)活性極強(qiáng)，易與大多數(shù)物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)，特別是與水反應(yīng)更加強(qiáng)烈，因此對(duì)其注入系統(tǒng)的要求比較苛刻。目前，國(guó)外也多處于試驗(yàn)階段，進(jìn)展緩慢，我國(guó)在這方面基本處于空白。因此，設(shè)計(jì)一種惰性氣體等離子體磁流體發(fā)電的純堿金屬種子注入系統(tǒng)對(duì)于提高該種磁流體發(fā)電機(jī)的性能和實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種用于惰性氣體等離子體磁流體發(fā)電機(jī)的純堿金屬種子注入系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)純堿金屬種子的恒溫儲(chǔ)存，準(zhǔn)確的計(jì)量和推送。
[0007]本發(fā)明將純堿金屬種子在拉瓦爾噴管預(yù)混合器中與惰性氣體載氣混合、霧化和預(yù)熱，再通過直管形噴嘴注入混合室中，與主氣流逆向均勻混合，同時(shí)迅速受熱氣化和充分電離，形成具有高電導(dǎo)率的惰性氣體等離子體工質(zhì)。
[0008]本發(fā)明純堿金屬種子注入系統(tǒng)包括惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)、拉瓦爾噴管預(yù)混合器、直管形噴嘴，以及堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)。惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)、拉瓦爾噴管預(yù)混合器和直管形噴嘴從左至右依次布置。堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)布置在拉瓦爾噴管預(yù)混合器之前。拉瓦爾噴管預(yù)混合器與直管形噴嘴連通，直管形噴嘴伸入混合室內(nèi)，直管形噴嘴的軸線與混合室內(nèi)通入的惰性氣體主氣流相垂直。惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)輸送的載氣與堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)輸送的種子在拉瓦爾噴管預(yù)混合器混合，形成攜帶種子的混合氣，混合氣經(jīng)直管形噴嘴送入混合室內(nèi)，與惰性氣體工質(zhì)主氣流斜逆向混合，混合氣與惰性氣體工質(zhì)主氣流之間有一夾角。
[0009]所述的堿金屬種子為銫、鉀、銣等。所述的惰性氣體載氣為氬氣或氦氣等。
[0010]所述的惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)包括自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)、加熱器和壓力傳感器。自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)安裝在加熱器之前，加熱器之后連接壓力傳感器。惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)輸送的惰性氣體載氣順序通過自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)、加熱器和壓力傳感器，進(jìn)入拉瓦爾噴管預(yù)混合器，最后經(jīng)直管形噴嘴送入混合室。
[0011]所述的堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)包括恒溫容器、控制閥和堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器。堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器在出口處與控制閥連結(jié)為一體，置于恒溫容器之中。所述的堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器是一種注射計(jì)量器，適用于高精度地傳輸微小流量的液體。堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器吸入液態(tài)的堿金屬密封儲(chǔ)存?zhèn)溆?。由于所采用的堿金屬活性極強(qiáng)，控制閥釆用不銹鋼波紋管密封閥門，堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器釆用不銹鋼注射計(jì)量器。恒溫容器設(shè)置的溫度比堿金屬的熔點(diǎn)高約30度，以保證堿金屬種子注入拉瓦爾噴管預(yù)混合器過程中保持液態(tài)。
[0012]所述的拉瓦爾噴管預(yù)混合器為惰性氣體載氣與堿金屬種子的混合部件，其結(jié)構(gòu)主體為拉瓦爾噴管。拉瓦爾噴管為縮擴(kuò)管，沿軸向順序布置有收縮段、等截面段和擴(kuò)張段。收縮段與等截面段的截面比和擴(kuò)張段與等截面段的截面比相等，約為5?7 ;在拉瓦爾噴管等截面段的垂直方向布有液態(tài)堿金屬種子注入小管，液態(tài)堿金屬種子注入小管連接控制閥，控制閥和堿金屬種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器結(jié)為一體。惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)輸送的惰性氣體載氣進(jìn)入拉瓦爾噴管預(yù)混合器，在收縮段加速，在等截面段達(dá)到最大流速。
[0013]惰性氣體載氣經(jīng)拉瓦爾噴管預(yù)混合器收縮段加速，在等截面段與堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)經(jīng)液態(tài)堿金屬種子注入小管輸送的堿金屬種子相遇，強(qiáng)大的氣動(dòng)力使得堿金屬種子與惰性氣體載氣均勻混合和霧化。所述惰性氣體載氣經(jīng)過拉瓦爾噴管預(yù)混合器有效提高了速度，有利于種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器送出的種子更好地霧化、受熱和氣化。
[0014]所述的直管形噴嘴沿軸向開有兩排徑向噴口，多個(gè)噴口對(duì)稱均布，孔徑不等。直管形噴嘴管中段的兩個(gè)噴口孔徑最大，以中段噴口為中心，噴口孔徑沿軸向向兩端遞減，兩端噴口的孔徑最小。兩排噴口徑向夾角為60?90度。直管形噴嘴與拉瓦爾噴管預(yù)混合器的擴(kuò)張段連通，伸入混合室內(nèi)。直管形噴嘴中段噴口的中心線與惰性氣體工質(zhì)主氣流的中心軸線相交；兩排噴口分別與惰性氣體工質(zhì)主氣流方向逆向相交，噴口與惰性氣體工質(zhì)主氣流方向的交角為30?45度。
[0015]所述的惰性氣體載氣經(jīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)計(jì)量后，通過加熱器進(jìn)行加熱到一定的溫度，與處于恒溫容器中保溫的種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器送出的液態(tài)種子在拉瓦爾噴管預(yù)混合器進(jìn)行預(yù)混合，使種子受熱和霧化，部分氣化，形成攜帶著種子的混合氣，混合氣由直管形噴嘴噴出，與惰性氣體工質(zhì)主氣流呈斜逆向混合，形成具有高電導(dǎo)率的惰性氣體等離子體工質(zhì)。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
[0017](I)采用拉瓦爾噴管預(yù)混合器，使液態(tài)種子在強(qiáng)大的氣流動(dòng)力作用下實(shí)現(xiàn)良好的霧化、混合、受熱和部分氣化，可顯著縮短種子在主氣流中氣化和電離所需的時(shí)間；
[0018](2)直管形噴嘴布置對(duì)稱均布有不等口徑噴口，可以使攜帶種子的氣流與主氣流充分混合，大大提高了主氣流中種子分布的均勻性；
[0019](3)惰性氣體載氣斜逆向噴入惰性氣體主氣流，可以增加種子與惰性氣體主氣流相互摻合的強(qiáng)度和作用時(shí)間，提高惰性氣體主氣流中種子分布的均勻性，延長(zhǎng)種子電離的時(shí)間，能夠顯著提高主氣流的電導(dǎo)率。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明實(shí)施例系統(tǒng)構(gòu)成示意圖；
[0021]圖2為拉瓦爾噴管預(yù)混合器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖3為直管形噴嘴斜逆向噴入示意圖；
[0023]圖4為直管形噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖中:1惰性氣體載氣、2自動(dòng)調(diào)節(jié)流量計(jì)、3加熱器、4壓力傳感器、5控制閥、6恒溫容器、7種子儲(chǔ)存計(jì)量推送器、8拉瓦爾噴管預(yù)混合器、9直管形噴嘴、10惰性氣體工質(zhì)主氣流、11混合室、12收縮段、13等截面段、14擴(kuò)張段、15液態(tài)堿金屬種子注入小管。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明惰性氣體等離子體磁流體發(fā)電的堿金屬種子注入系統(tǒng)包括惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)、拉瓦爾噴管預(yù)混合器8、直管形噴嘴9，及堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)。惰性氣體載氣輸送及控制系統(tǒng)、拉瓦爾噴管預(yù)混合器8和直管形噴嘴9從左至右依次布置。堿金屬種子恒溫儲(chǔ)存及計(jì)量推送系統(tǒng)布置在拉瓦爾噴管預(yù)混合器8之前。拉瓦爾噴管預(yù)混合