Разработка тепловыделяющего элемента на основе высокометаллизированного безгазового топлива

Рис. 6. Канал подачи кислорода в

зоне частичного расплавления

Рис. 7. Микроструктура частично выго-

ревшего элемента

степени выгорания более 40% значительно затрудняет резку образцов

и подготовку шлифов.

Анализ вариантов преобразования тепловой энергии в механиче-

скую показал, что в настоящее время практически осуществим толь-

ко вариант использования турбины-электрогенератора. Двигатель с

внешним подводом теплоты (Стирлинга) был изобретен раньше двига-

теля внутреннего сгорания, и в настоящее время двигатели Стирлинга

ограниченно применяются в различных отраслях, в том числе и в ка-

честве ВНЭУ ПЛ. Однако в РФ распространения данные двигатели не

получили, хотя предлагаются различными компаниями.

По этой причине в качестве вариантов электрогенератора прораба-

тываются два основных варианта: использование высокотемператур-

ной паровой турбины и паротурбинной установки с низкокипящим те-

плоносителем (Organic Rankine Cycle — ORC), который является при-

мером конденсационного цикла, с использованием вместо водяного

пара смеси органических соединений. Преимуществом данного цикла

является то, что при температуре порядка 200. . . 300

◦

C рабочее тело

удерживается в жидком состоянии при более низком давлении, чем во-

да, турбины могут иметь более высокий внутренний КПД (

= 0

)

по сравнению с паровыми мощностью менее 1,5МВт (

= 0

)

[8, 9]. В ORC объемный расход теплоносителя через последнюю сту-

пень турбины, например в случае применения бутана вместо водяного

пара, уменьшается на два порядка и для пропуска в конденсатор 30 т/ч

водяного пара длина рабочей лопатки последней ступени составит

∼

350

мм, а для пропуска равного по тепловой мощности массового

расхода бутанового пара необходима лопатка длиной менее 50 мм.

Выбор ORC также обусловлен тем, что после окончания горе-

ния топливный элемент работает как аккумулятор теплоты. В част-

ности, удельная теплоемкость оксида алюминия составляет поряд-

ка 830. . . 1000 Дж/(моль

∙

K) в диапазоне 20. . . 500

◦

С, или порядка

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 6 79