также пропорциональна квадрату его диаметра, то мощность униполярного генердач)ра оказывается пропорциональной четвертой степени.

Таким образом

I Dl, esDl, PD\. (ПО)

Относительный вес машины на единицу мощности с учетом (109) составит

G \ ё = -г

(111)

Величина предельного тока 1т по условию сохранения устойчивого положения жидкометаллического слоя в первом приближении оказывается также пропорциональной квадрату диаметра ротора. Это можно показать следующим образом. Оптимальный зазор между токосъемными кольцами (54)

0,182

Приближенно можно принять, что длина средней линии жидкометаллического слоя {Sa) пропорциональна диаметру внутреннего кольца (Dk). Имея в виду выражение (98), получим

Поскольку рабочий ток пропорционален квадрату диаметра ротора, то для принятых выше условий получаем, что униполярный генератор будет обладать постоянством перегрузочной способности по току А,= - независимо от диаметра ротора.

В табл. 9 приведены в зависимости от диаметра ротора некоторые характерные данные для униполярного генератора (включая потери в контактных устройствах Рк и общие потери Mauiii-ны Pj, ) при скорости вращения 50 об/сек.

ь Т а в лица 9

Основные данные ряда униполярных генераторов

Расчет был выполнен по приведенным выше соотношениям при условии: п = 50 об/мин, ; = 4,8- 10 а/м, В, =1,5 тл.

Обращает внимание сильная зависимость параметров униполярного генератора от диаметра ротора за исключением коэффициента полезного действия.

ВЫБОР РАЗМЕРОВ ТОКОСЪЕМНЫХ УСТРОЙСТВ

От рационального выбора геометрических размеров токосъемных устройств в значительной мере зависит количество тепловой энергии, которое будет выделяться в зоне жидкометаллического контакта. Имея в виду известные трудности охлаждения контактной зоны и желание повысить коэффициент полезного действия машины, целесообразно стремление к уменьшению (насколько это возможно) потерь в токосъемных устройствах. К этим потерям можно отнести потери механического трения жидкометаллической среды и потери при прохождении электрического тока через жидкометаллический слой, контактные поверхности жидкость-металл, токосъемное кольцо ротора.

Анализ показывает, что с уменьшением площади контактной (смачиваемой) поверхности потери трения снижаются, а потери, обусловленные протеканием электрического тока, возрастают. Следовательно, должна иметь место некоторая оптимальная (по условию наименьших потерь) плогцадь контактной поверхности, величину которой удобно определить по графику.

С этой целью рассмотрим зависимость потерь в активной зоне токосъемного устройства от указанной площади или какого-либо характерного геометрического размера этой зоны. Для токосъемного устройства кольцевого типа, поперечное сечение которого было показано на рис. 66, таким размеро.м является ширина кольца ротора /к. Наиболее удобно рассматривать не сами потери, а соответствующие им эквивалентные сопротивления. Необходимо ранее полученные выражения для потерь разделить на квадрат номинального тока нагрузки. В результате получаются следующие выражения эквивалентных сопротивлений для:

жидкометаллическо!! среды от трения (51, 58) г, = 6,55

жидкометаллического слоя (66)

переходного контакта металл-жидкость-металл (68)

2е

г =

(112)

(ИЗ)

(114)

1% t

токосъемного кольца ротора (79)

При расчете приходится также дополнительно пользоваться рядом соотношений, полученных ранее (57, 55, 54, 48), а именно

1,036/ + 0,224 -,2-

/к-0,0168

a = 0,108 + 0,008U,

.0,182

= (0,842 + 0,295 X, - 0,0223 X) 10- .

С достаточной для анализа точностью можно принять

Dk= 1,025 Dp.

Расстояние от поверхности ротора до края жидкометаллической щетки находится из условия

(116)

которое предусматривает возможность полного переливания контактной жидкости в крайнее положение при предельной перегрузке по току (см. раздел VI и рис. 79).

Покажем иа примере выбор размеров активной зоны токосъемного устройства для униполярного генератора на ток 150 ка, скорость вращения 50 об/сек при диаметре ротора 0,8 м. Полный электромагнитный расчет дан в этом разделе ниже.

В качестве жидкометаллической среды выбран эвтектический сплав натрия (257о) с калием (75%). Рабочая температура сплава за счет соответствующей его циркуляции поддерживается иа уровне 200° С. Наружное токосъемное кольцо - медное, внутреннее - стальное, но покрытое слоем меди. При указанных условиях имеем

Рж = 42,6-10-8 ОЛ ж, тж = 828 кг/м\ 8к=3,2-10-9 еж2/а.

Удельное сопротивление стали токосъемного кольца ротора при 100°С составляет рсШ-Ю- ом-м.

После подстановки в формулы (112-115) приведенных данных получим

г = 9,3-10-4 А/! ,

г; = 5,26-10-8 1п 1 Гп = 7,91-10-10 г = 7,37-10-8

2Дк \

/к+Ак

iL + 9 4 /

Результаты расчета даны в табл. 12 и 13*.

На рис. 81 показаны зависимости эквивалентных сопротивлений контактной зоны от ширины токосъемного кольца ротора /к-

Аналогичные расчеты были проведены для варианта при меньшем диаметре ротора Dp = 0,4 м и тока нагрузки 37,5 ка

Рис. 81. Зависимости эквивалентных сопротивлений от ширины токосъемного кольца

(диаметр ротора 0,8 м) I - электрическое сопротивление; 2 - сопротивление трения жидкости; 3 - общее сопротивленне

(см. табл. 11). Соответствующие данные приведены в табл. 12 и на рис. 82.

Рис. 81 и 82 позволяют сделать практически важные для проектирования токосъемного устройства выводы:

1. Минимальная величина эквивалентного сопротивления зависит от ширины токосъемного кольца ротора 4 и тока нагрузки /н; или в более общей формулировке: минимум потерь в контактной зоне-зависит от площади смачиваемой жидкометаллической средой поверхности токосъемного кольца и тока нагрузки.

* Для случая Df = Qfi м величины кс и Дк, можно находить по кривым, которые были рассчитаны в разделе V (см. рис. 69, 70).

8 Зак. 1618 из

Таблица 10

К расчету оптимальных размеров контактной зоны токосъемного устройства (1р=0,8 м)

Таблица 12

Эквивалентные сопротивления участков контактной зоны в омах (приведгнные данные следует умножить на 10-)

К расчету оптимальных размеров контактной зоны токосъемного устройства (Z)p=0,4 м)

Г ом

Рис. 82. Зависимости эквивалентных сопротивлении от ширины токосъемного кольца (диаметр ротора 0.4 м) Обозначения кривых см. на рис. &1

2. Для рассмотренных конкретных случаев Dp = 0,8 м. /н=150 ка и Dp = 0,4 ж, /н = 37,5 ка имеет место относительно слабо выраженная зависимость потерь от /к- В связи с этим целесообразно выбирать площадь контактной поверхности значительно больше экстремальной, так как в этом случае может быть существенно снижена плотность тока в контакте /к (см. табл. 10). Кроме того, увеличивается объем жидкометаллического сплава в кольцевом канале токосъемного устройства, что способствует эффективности охлаждения контактной зоны.

3. При увеличении тока нагрузки минимум потерь смещается ;в сторону меньших значений /к (из-за того, что кривая /, I рис. 81, опускается вниз) и все большую долю полных потерь в контактном устройстве составляют потери механического трения жидкости. С уменьшением тока, наоборот, минимум потерь ; смещается в сторону повышенных-значений /к, а доля электрических потерь относительно возрастает.

18* 115