Магнит за три тысячелетия - [69]

Шрифт
Интервал

Подшипники работают при комнатной температуре. Обмотка статора выполнена из

медных проводников (охладитель — вода) и окружена ферромагнитным экраном из

шихтованной стали. Ротор вращается в вакуумированном пространстве внутри

оболочки из изоляционного материала. Сохранение вакуума в оболочке гарантируют

уплотнители.

Опытный генератор КТГ-1000 был в свое время самым крупным по габаритам

криотурбогенератором в мире. Цель его создания — отработка конструкции

вращающихся криостатов больших размеров, устройств подачи гелия к

сверхпроводящей обмотке ротора, исследование тепловой схемы, работы

сверхпроводящей обмотки ротора, его захолаживания.

А перспективы просто завораживают. Машина мощностью 1300 МВт будет иметь длину

около 10 м при массе 280 т, в то время как аналогичная по мощности машина

обычного исполнения имеет длину 20 м при массе 700 т! Наконец, обычную машину

мощностью более 2000 МВт создать трудно, а при использовании сверхпроводников

можно реально достичь единичной мощности 20 000 МВт!

Итак, на выигрыш в материалах приходится примерно три четверти себестоимости.

Облегчаются производственные процессы. Любому машиностроительному заводу проще и

дешевле сделать несколько крупных электрических машин, чем большое количество

мелких: меньше требуется рабочих, не так напряженно загружаются станочный парк и

другое оборудование.

Для установки мощного турбогенератора нужна относительно небольшая площадь

электростанции. Значит, сокращаются расходы на сооружение машинного зала,

станцию можно быстрее ввести в строй. И, наконец, чем крупнее электрическая

машина, тем выше ее КПД.

Однако все эти преимущества не исключают технических трудностей, возникающих при

создании крупных энергетических агрегатов. И, что самое существенное, их

мощность можно увеличивать лишь до определенных пределов. Расчеты показывают,

что перешагнуть верхний предел, ограниченный мощностью турбогенератора 2500 МВт,

ротор которого вращается с частотой 3000 об/мин, не удастся, так как этот предел

определяется, в первую очередь, прочностными характеристиками: напряжения в

механической конструкции машины более высокой мощности возрастают настолько, что

центробежные силы неизбежно вызовут разрушение ротора.

Немало забот возникает при транспортировке. Для перевозки того же

турбогенератора мощностью 1200 МВт пришлось построить сочлененный транспортер

грузоподъемностью 500 т, длиной почти 64 м. Каждая из двух его тележек опиралась

на 16 вагонных осей.

Многие препятствия сами по себе отпадают, если использовать эффект

сверхпроводимости и применить сверхпроводящие материалы. Тогда потери в роторной

обмотке можно практически свести к нулю, так как постоянный ток не будет

встречать в ней сопротивления. А раз так, повышается КПД машины. Протекающий по

сверхпроводящей обмотке возбуждения ток большой силы создает столь сильное

магнитное поле, что уже нет необходимости применять стальной магнитопровод,

традиционный для любой электрической машины. Устранение стали снизит массу

ротора и его инерционность.

Создание криогенных электрических машин — не дань моде, а необходимость,

естественное следствие научно-технического прогресса. И есть все основания

утверждать, что к концу века сверхпроводящие турбогенераторы мощностью более

1000 МВт будут работать в энергосистемах.

Первая в Советском Союзе электрическая машина со сверхпроводниками была

спроектирована в Институте электромеханики в Ленинграде еще в 1962…1963 гг. Это

была машина постоянного тока с обычным ("теплым") якорем и сверхпроводниковой

обмоткой возбуждения. Мощность ее составляла всего несколько ватт.

С тех пор коллектив института (сейчас — ВНИИэлектромаш) работает над созданием

сверхпроводящих турбогенераторов для энергетики. За истекшие годы удалось

построить опытные конструкции мощностью 0,018 и 1 МВт, а затем и 20 МВт…

Каковы же особенности этого детища ВНИИэлектромаша?

Сверхпроводящая обмотка возбуждения находится в гелиевой ванне. Жидкий гелий

поступает во вращающийся ротор по трубе, расположенной в центре полого вала.

Испарившийся газ направляется обратно в конденсационную установку через зазор

между этой трубой и внутренней стенкой вала.

В конструкции трубопровода для гелия, как и в самом роторе, есть вакуумные

полости, создающие хорошую теплоизоляцию. Вращающий момент от первичного

двигателя подается к обмотке возбуждения через "тепловые мосты" — конструкцию,

достаточно прочную механически, но плохо передающую тепло.

В итоге конструкция ротора представляет собой вращающийся криостат со

сверхпроводящей обмоткой возбуждения.

Статор сверхпроводящего турбогенератора, как и в традиционном варианте, имеет

трехфазную обмотку, в которой магнитным полем ротора возбуждается

электродвижущая сила. Исследования показали, что применять сверхпроводящую

обмотку в статоре нецелесообразно, так как на переменном токе в сверхпроводниках

возникают немалые потери. Но в конструкции статора с "обычной" обмоткой есть

свои особенности.

Обмотку оказалось возможным в принципе разместить в воздушном зазоре между

статором и ротором и крепить по-новому, с помощью эпоксидных смол и

конструктивных элементов из стеклопластика. Такая схема позволила разместить


Еще от автора Владимир Петрович Карцев
Приключения великих уравнений

История познания человеком электричества полна неожиданностей и драматизма. Среди «делавших» эту историю мы найдем людей разных профессий: физика, врача, переплетчика, столяра, государственного деятеля. Различны были их судьбы.В книге читатель встретится с участниками первых кругосветных путешествий, узнает об электрических рыбах, об оживлении людей с помощью электричества… Первое и второе издания книги, вышли в издательстве «Знание» в 1970 и 1978 гг.Книга рассчитана на массового читателя.


Максвелл

Когда нескольких видных ученых попросили назвать, каковы, по их мнению, три величайших физика всех времен, мнения разделились, но ни один не забыл Максвелла.И действительно, трудно переоценить значение работ этого поистине гениального человека, чьи исследования не только легли в основу современной радио- и телевизионной техники, но и стали краеугольным камнем современного понимания материи.


Ньютон

Книга известного советского учёного и писателя В. П. Карцева представляет собой первое на русском языке научно-художественное жизнеописание одного из величайших мыслителей мира — английского математика, физика, механика и астронома Исаака Ньютона, оказавшего воздействие на всё развитие науки вплоть до нашего времени. Книга построена на обширном документальном материале, отечественном и зарубежном. Она содержит также широкое полотно общественной и научной жизни Англии конца XVII — первой половины XVIII века.Рецензенты: доктор физико-математических наук, профессор В. В. Толмачёв, кандидат филологических наук, член СП СССР Б. Н. Тарасов.


Кржижановский

Среди тех, кто рядом с Лениным прошел весь путь борьбы, ссылки и революции, был его ближайший друг Глеб Максимилианович Кржижановский. Инженер по образованию и поэт в душе, автор «Варшавянки», после победы Октября Г. М. Кржижановский весь пыл революционера, знания и талант отдал созданию единого Государственного плана развития страны. В осуществлении плана ГОЭЛРО, «второй программы партии», весь мир впервые зримо увидел социализм. Став вице-президентом Академии наук СССР, Г. М. Кржижановский активно боролся за то чтобы повернуть академию лицом к жизни, промышленности, сельскому хозяйству, к построению нового общества.


Рекомендуем почитать
Покоренный электрон

В книге рассказывается история главного героя, который сталкивается с различными проблемами и препятствиями на протяжении всего своего путешествия. По пути он встречает множество второстепенных персонажей, которые играют важные роли в истории. Благодаря опыту главного героя книга исследует такие темы, как любовь, потеря, надежда и стойкость. По мере того, как главный герой преодолевает свои трудности, он усваивает ценные уроки жизни и растет как личность.


Играют ли коты в кости? Эйнштейн и Шрёдингер в поисках единой теории мироздания

Многие физики всю свою жизнь посвящают исследованию конкретных аспектов физического мира и поэтому не видят общей картины. Эйнштейн и Шрёдингер стремились к большему. Поиски привели их к важным открытиям: Эйнштейна — к теории относительности, а Шрёдингера — к волновому уравнению. Раздразненные найденной частью решения, они надеялись завершить дело всей жизни, создав теорию, объясняющую всё.Эта книга рассказывает о двух великих физиках, о «газетной» войне 1947 года, разрушившей их многолетнюю дружбу, о хрупкой природе сотрудничества и открытий в науке.Пол Хэлперн — знаменитый физик и писатель — написал 14 научно-популярных книг.


Квантовая модель атома. Нильс Бор. Квантовый загранпаспорт

Нильс Бор — одна из ключевых фигур квантовой революции, охватившей науку в XX веке. Его модель атома предполагала трансформацию пределов знания, она вытеснила механистическую модель классической физики. Этот выдающийся сторонник новой теории защищал ее самые глубокие физические и философские следствия от скептиков вроде Альберта Эйнштейна. Он превратил родной Копенгаген в мировой центр теоретической физики, хотя с приходом к власти нацистов был вынужден покинуть Данию и обосноваться в США. В конце войны Бор активно выступал за разоружение, за интернационализацию науки и мирное использование ядерной энергии.


Магнетизм высокого напряжения. Максвелл. Электромагнитный синтез

Джеймс Клерк Максвелл был одним из самых блестящих умов XIX века. Его работы легли в основу двух революционных концепций следующего столетия — теории относительности и квантовой теории. Максвелл объединил электричество и магнетизм в коротком ряду элегантных уравнений, представляющих собой настоящую вершину физики всех времен на уровне достижений Галилея, Ньютона и Эйнштейна. Несмотря на всю революционность его идей, Максвелл, будучи очень религиозным человеком, всегда считал, что научное знание должно иметь некие пределы — пределы, которые, как ни парадоксально, он превзошел как никто другой.


Охотники за нейтрино. Захватывающая погоня за призрачной элементарной частицей

Эта книга – захватывающий триллер, где действующие лица – охотники-ученые и ускользающие нейтрино. Крошечные частички, которые мы называем нейтрино, дают ответ на глобальные вопросы: почему так сложно обнаружить антиматерию, как взрываются звезды, превращаясь в сверхновые, что происходило во Вселенной в первые секунды ее жизни и даже что происходит в недрах нашей планеты? Книга известного астрофизика Рэя Джаявардхана посвящена не только истории исследований нейтрино. Она увлекательно рассказывает о людях, которые раздвигают горизонты человеческих знаний.


Климатическая наука: наблюдения и модели

Ричард МурКлиматическая наука: наблюдения и модели.21.01.2010Источник: Richard K. Moore, Gglobal ResearchClimate Science: Observations versus ModelsПеревод: Арвид Хоглунд, специально для сайта "Война и Мир".Теория парниковых газов якобы ответственных за катастрофическое глобальное потепление не согласуется с фактами и является политической спекуляцией на реальной науке. Рассматривается фактическая картина современного климата по доступным данным.