发电机工作原理

发电机工作原理
09-09-20  匿名提问 发布
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    hellomydram20

    发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛的用途。

    发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。

    <二>发电机的分类可归纳如下:

    发电机分:直流发电机和交流发电机
    交流发电机分:同步发电机和异步发电机(很少采用)
    交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

    <三>发电机结构及工作原理

    发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

    定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

    转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

    由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。

    柴油发电机工作原理

    柴油机驱动发电机运转,将柴油的能量转化为电能。

    在柴油机汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。

    将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装,就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子,利用‘电磁感应’原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。

    这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出,还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。

    汽油机驱动发电机运转,将汽油的能量转化为电能。

    在汽油机汽缸内,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行作功。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装,就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子,利用‘电磁感应’原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。

    · 主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。

    · 载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。

    · 切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

    · 交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。

    直流发电机的工作原理

    直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

    电刷上不加直流电压,用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动,线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线,而在其中感应产生电动势,电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转,,因此,必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线,虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的.线圈内的感应电动势是一种交变电动势,而在电刷A,B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些,是一种方向不变的脉振电动势)。因为,电枢在转动过程中,无论电枢转到什么位置,由于换向器配合电刷的换向作用,电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势,因此,电刷A始终有正极性。同样道理,电刷B始终有负极性,所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多,可使脉振程度减小,就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

    从基本电磁情况来看,一台直流电机原则上既可工作为电动机运行,也可以作为发电机运行,只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上,加上直流电压,将电能输入电枢,机械能从电机轴上输出,拖动生产机械,将电能转换成机械能而成为电动机,如用原动机拖动直流电机的电枢,而电刷上不加直流电压,则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源,可输出电能,电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机,能作电动机或作发电机运行的这种原理.在电机理论中称为可逆原理。

    汽轮发电机原理

    蒸汽机利用高温高压的蒸汽膨胀做功,通过连杆、曲柄将活塞的往复运动转变为主轴的旋转运动,带动发电机发电。

    蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的,它运转的基本原理和常见的风车相似,蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时,轮机就转动起来,蒸汽速度越大,轮机转动得越快(也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能,它的动能又转变为机轴旋转的机械能)。

    水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:

    1)卧式结构 卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。

    2)立式结构 国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

    3)贯流式结构贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。

    风能发电机的原理

    新型水冷式交流发电机原理和应用

    水冷式交流发电机利用水来代替风扇进行冷却。交流发电机主要的发热部位是定子,水冷式交流发电机重点冷却部分就是定子及线圈绕组。发电机的前端盖和后端盖用铝材制造,开有水道槽。定子及线圈绕组用合成树脂固定密封,定子与转子之间有铝质围板与水道隔离。水道与进水管和出水管连通,进水管和出水管分别与发动机冷却水系统连通。

    这样,当发动机运转时,冷却水在发动机水泵的带动下循环流动,通过发电机壳体,可以有效地冷却定子线圈绕组、定子铁芯,同时也冷却转子、内藏式调节器和轴承等其它发热零部件。

    水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比,内部构造复杂了,防漏密封要求提高了,成本也会增加。同时因联接水管的问题,安装布置也受到诸多限制,自由度减少了。但是,水冷式交流发电机的发电及低噪声性能,是风冷式交流发电机无法比拟的。

    首先,水冷式交流发电机具有良好的低速充电特性。我们知道,在交流发电机的电流特性曲线上有一个“拐点”,即超过所谓“0安培速度”之后才会有电流产生,电流上升到一定程度才能充电。在哪个转速以上才出现“拐点”和达到可充电电流与励磁电流的大小相关。

    由于水冷式交流发电机大幅度抑制了定子、转子及调节器的温升,可以相应提高励磁电流,励磁电流越大输出电压也越高,因此当水冷式交流发电机低速转动时也会有良好的充电表现,这种低速充电性能对城市用车的正常使用相当重要。

    第二,水冷式交流发电机具有低噪声。由于省略了风扇,所以不存在发电机风扇发出的噪声。据介绍在3500转/分时,水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比,噪声要低15分贝。

    水冷式交流发电机的优点被看好,认为是汽车发电机的发展方向。有人认为在12伏特汽车中,2500瓦以下适宜用风冷式交流发电机,2500瓦以上或者42伏特电系适宜用水冷式交流发电

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    380433

    发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。发电机在工农业生产,国防,科技及日常生活中有广泛的用途。

    发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此,其构造的一般原则是:用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。

    <二>发电机的分类可归纳如下:

    发电机分:直流发电机和交流发电机
    交流发电机分:同步发电机和异步发电机(很少采用)
    交流发电机还可分为单相发电机与三相发电机。

    <三>发电机结构及工作原理

    发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。

    定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。

    转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。

    由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。

    柴油发电机工作原理

    柴油机驱动发电机运转,将柴油的能量转化为电能。

    在柴油机汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为‘作功’。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。

    将无刷同步交流发电机与柴油机曲轴同轴安装,就可以利用柴油机的旋转带动发电机的转子,利用‘电磁感应’原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。

    这里只描述发电机组最基本的工作原理。要想得到可使用的、稳定的电力输出,还需要一系列的柴油机和发电机控制、保护器件和回路。

    汽油机驱动发电机运转,将汽油的能量转化为电能。

    在汽油机汽缸内,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行作功。各汽缸按一定顺序依次作功,作用在活塞上的推力经过连杆变成了推动曲轴转动的力量,从而带动曲轴旋转。将无刷同步交流发电机与汽油机曲轴同轴安装,就可以利用汽油机的旋转带动发电机的转子,利用‘电磁感应’原理,发电机就会输出感应电动势,经闭合的负载回路就能产生电流。

    · 主磁场的建立:励磁绕组通以直流励磁电流,建立极性相间的励磁磁场,即建立起主磁场。

    · 载流导体:三相对称的电枢绕组充当功率绕组,成为感应电势或者感应电流的载体。

    · 切割运动:原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能),极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

    · 交变电势的产生:由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动,电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线,即可提供交流电源。

    直流发电机的工作原理

    直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

    电刷上不加直流电压,用原动机拖动电枢使之逆时针方向恒速转动,线圈两边就分别切割不同极性磁极下的磁力线,而在其中感应产生电动势,电动势方向按右手定则确定。这种电磁情况表示在图上。由于电枢连续地旋转,,因此,必须使载流导体在磁场中所受到线圈边ab和cd交替地切割N极和S极下的磁力线,虽然每个线圈边和整个线圈中的感应电动势的方向是交变的.线圈内的感应电动势是一种交变电动势,而在电刷A,B端的电动势却为直流电动势(说得确切一些,是一种方向不变的脉振电动势)。因为,电枢在转动过程中,无论电枢转到什么位置,由于换向器配合电刷的换向作用,电刷A通过换向片所引出的电动势始终是切割N极磁力线的线圈边中的电动势,因此,电刷A始终有正极性。同样道理,电刷B始终有负极性,所以电刷端能引出方向不变的但大小变化的脉振电动势。如每极下的线圈数增多,可使脉振程度减小,就可获得直流电动势。这就是直流发电机的工作原理。同时也说明子直流发电机实质上是带有换向器的交流发电机。

    从基本电磁情况来看,一台直流电机原则上既可工作为电动机运行,也可以作为发电机运行,只是约束的条件不同而已。在直流电机的两电刷端上,加上直流电压,将电能输入电枢,机械能从电机轴上输出,拖动生产机械,将电能转换成机械能而成为电动机,如用原动机拖动直流电机的电枢,而电刷上不加直流电压,则电刷端可以引出直流电动势作为直流电源,可输出电能,电机将机械能转换成电能而成为发电机。同一台电机,能作电动机或作发电机运行的这种原理.在电机理论中称为可逆原理。

    汽轮发电机原理

    蒸汽机利用高温高压的蒸汽膨胀做功,通过连杆、曲柄将活塞的往复运动转变为主轴的旋转运动,带动发电机发电。

    蒸汽轮机是用蒸汽来推动轮机转动的,它运转的基本原理和常见的风车相似,蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘及钢盘外沿有很多密排的叶片组成的主体结构。从锅炉里出来的高压过热蒸汽从喷嘴喷到叶片上时,轮机就转动起来,蒸汽速度越大,轮机转动得越快(也就是蒸汽的内能在喷射中变成蒸汽的动能,它的动能又转变为机轴旋转的机械能)。

    水轮发电机的安装结构形式通常由水轮机的型式确定。主要有以下几种型式:

    1)卧式结构 卧式结构的水轮发电机通常有冲击式水轮机驱动。

    2)立式结构 国产水轮发电机组广泛采用立式结构。立式水轮发电机组通常由混流式或轴流式水轮机驱动。立式结构又可分为悬式和伞式。发电机推力轴承位于转子上部的统称为悬式,位于转子下部的统称为伞式。

    3)贯流式结构贯流式水轮发电机组由贯流式水轮机驱动。贯流式水轮机是一种带有固定或可调转轮叶片的轴流式水轮机的特殊型式。它的主要特征是转轮轴线采取水平或倾斜布置,并与水轮机进水管和出水管水流方向一致。贯流式水轮发电机具有结构紧凑,重量轻的优点,广泛用于低水头的电站中。

    风能发电机的原理

    新型水冷式交流发电机原理和应用

    水冷式交流发电机利用水来代替风扇进行冷却。交流发电机主要的发热部位是定子,水冷式交流发电机重点冷却部分就是定子及线圈绕组。发电机的前端盖和后端盖用铝材制造,开有水道槽。定子及线圈绕组用合成树脂固定密封,定子与转子之间有铝质围板与水道隔离。水道与进水管和出水管连通,进水管和出水管分别与发动机冷却水系统连通。

    这样,当发动机运转时,冷却水在发动机水泵的带动下循环流动,通过发电机壳体,可以有效地冷却定子线圈绕组、定子铁芯,同时也冷却转子、内藏式调节器和轴承等其它发热零部件。

    水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比,内部构造复杂了,防漏密封要求提高了,成本也会增加。同时因联接水管的问题,安装布置也受到诸多限制,自由度减少了。但是,水冷式交流发电机的发电及低噪声性能,是风冷式交流发电机无法比拟的。

    首先,水冷式交流发电机具有良好的低速充电特性。我们知道,在交流发电机的电流特性曲线上有一个“拐点”,即超过所谓“0安培速度”之后才会有电流产生,电流上升到一定程度才能充电。在哪个转速以上才出现“拐点”和达到可充电电流与励磁电流的大小相关。

    由于水冷式交流发电机大幅度抑制了定子、转子及调节器的温升,可以相应提高励磁电流,励磁电流越大输出电压也越高,因此当水冷式交流发电机低速转动时也会有良好的充电表现,这种低速充电性能对城市用车的正常使用相当重要。

    第二,水冷式交流发电机具有低噪声。由于省略了风扇,所以不存在发电机风扇发出的噪声。据介绍在3500转/分时,水冷式交流发电机与风冷式交流发电机相比,噪声要低15分贝。

    水冷式交流发电机的优点被看好,认为是汽车发电机的发展方向。有人认为在12伏特汽车中,2500瓦以下适宜用风冷式交流发电机,2500瓦以上或者42伏特电系适宜用水冷式交流发电

    09-09-20 | 添加评论 | 打赏

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    发电机工作原理热堆的概念   中子打入铀-235的原于核以后,原子核就变得不稳定,会分裂成两个较小质量的新原子核,这是核的裂变反应,放出的能量叫裂变能;产生巨大能量的同时,还会放出2~3个中子和其它射线。   这些中子再打入别的铀-235核,引起新的核裂变,新的裂变又产生新的中子和裂变能,如此不断持续下去,就形成了链式反应   利用原子核反应原理建造的反应堆需将裂变时释放出的中子减速后,再引起新的核裂变,由于中子的运动速度与分子的热运动达到平衡状态,这种中子被称为热中子。堆内主要由热中子引起裂变的反应堆叫做热中子反应堆(简称热堆)。   热中子反应堆,它是用慢化剂把快中子速度降低,使之成为热中子(或称慢中子),再利用热中子来进行链式反应的一种装置。由于热中子更容易引起铀-235等裂变,这样,用少量裂变物质就可获得链式裂变反应。慢化剂是一些含轻元素而又吸收中子少的物质,如重水、铍、石墨、水等。热中子堆一般都是把燃料元件有规则地排列在慢化剂中,组成堆芯。链式反应就是在堆芯中进行的。   反应堆必须用冷却剂把裂变能带出堆芯。冷却剂也是吸收中子很少的物质。热中子堆最常用的冷却剂是轻水(普通水)、重水、二氧化碳和氦气。   核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反应堆是核电站的核心。反应堆工作时放出的热能,由一回路系统的冷却剂带出,用以产生蒸汽。因此,整个一回路系统被称为“核供汽系统”,它相当于火电厂的锅炉系统。为了确保安全,整个一回路系统装在一个被称为安全壳的密闭厂房内,这样,无论在正常运行或发生事故时都不会影响安全。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统,与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。   轻水堆――压水堆电站   自从核电站问世以来,在工业上成熟的发电堆主要有以下三种:轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中,形成了现代核发电的主体。   目前,热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。   压水堆核电站   压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开,它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为:主泵将高压冷却剂送入反应堆,一般冷却剂保持在120~160个大气压。在高压情况下,冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆,并进入蒸汽发生器,通过数以千计的传热管,把热量传给管外的二回路水,使水沸腾产生蒸汽;冷却剂流经蒸汽发生器后,再由主泵送入反应堆,这样来回循环,不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽,推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水,再由凝结给水泵送入加热器,重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。   压水堆由压力容器和堆芯两部分组成。压力容器是一个密封的、又厚又重的、高达数十米的圆筒形大钢壳,所用的钢材耐高温高压、耐腐蚀,用来推动汽轮机转动的高温高压蒸汽就在这里产生的。在容器的顶部设置有控制棒驱动机构,用以驱动控制棒在堆芯内上下移动。   堆芯是反应堆的心脏,装在压力容器中间。它是燃料组件构成的。正如锅炉烧的煤块一样,燃料芯块是核电站“原子锅炉”燃烧的基本单元。这种芯块是由二氧化铀烧结而成的,含有2~4%的铀-235,呈小圆柱形,直径为9.3毫米。把这种芯块装在两端密封的锆合金包壳管中,成为一根长约4米、直径约10毫米的燃料元件棒。把   200多根燃料棒按正方形排列,用定位格架固定,组成燃料组件。每个堆芯一般由121个到193个组件组成。这样,一座压水堆所需燃料棒几万根,二氧化铀芯块1千多万块堆芯。此外,这种反应堆的堆芯还有控制棒和含硼的冷却水(冷却剂)。控制棒用银铟镉材料制成,外面套有不锈钢包壳,可以吸收反应堆中的中子,它的粗细与燃料棒差不多。把多根控制棒组成棒束型,用来控制反应堆核反应的快慢。如果反应堆发生故障,立即把足够多的控制棒插入堆芯,在很短时间内反应堆就会停止工作,这就保证了反应堆运行的安全。   轻水堆――沸水堆电站   沸水堆核电站   沸水堆核电站工作流程是:冷却剂(水)从堆芯下部流进,在沿堆芯上升的过程中,从燃料棒那里得到了热量,使冷却剂变成了蒸汽和水的混合物,经过汽水分离器和蒸汽干燥器,将分离出的蒸汽来推动汽轮发电机组发电。   沸水堆是由压力容器及其中间的燃料元件、十字形控制棒和汽水分离器等组成。汽水分离器在堆芯的上部,它的作用是把蒸汽和水滴分开、防止水进入汽轮机,造成汽轮机叶片损坏。沸水堆所用的燃料和燃料组件与压水堆相同。沸腾水既作慢化剂又作冷却剂。   沸水堆与压水堆不同之处在于冷却水保持在较低的压力(约为70个大气压)下,水通过堆芯变成约285℃的蒸汽,并直接被引入汽轮机。所以,沸水堆只有一个回路,省去了容易发生泄漏的蒸汽发生器,因而显得很简单。   总之,轻水堆核电站的最大优点是结构和运行都比较简单,尺寸较小,造价也低廉,燃料也比较经济,具有良好的安全性、可靠性与经济性。它的缺点是必须使用低浓铀,目前采用轻水堆的国家,在核燃料供应上大多依赖美国和独联体。此外,轻水堆对天然铀的利用率低。如果系列地发展轻水堆要比系列地发展重水堆多用天然铀50%以上。   从维修来看,压水堆因为一回路和蒸汽系统分开,汽轮机未受放射性的沾污,所以,容易维修。而沸水堆是堆内产生的蒸汽直接进入汽轮机,这样,汽轮机会受到放射性的沾污,所以在这方面的设计与维修都比压水堆要麻烦一些。   重水堆核电站   重水堆按其结构型式可分为压力壳式和压力管式两种。压力壳式的冷却剂只用重水,它的内部结构材料比压力管式少,但中子经济性好,生成新燃料钚-239的净产量比较高。这种堆一般用天然铀作燃料,结构类似压水堆,但因栅格节距大,压力壳比同样功率的压水堆要大得多,因此单堆功率最大只能做到30万千瓦。   因为管式重水堆的冷却剂不受限制,可用重水、轻水、气体或有机化合物。它的尺寸也不受限制,虽然压力管带来了伴生吸收中子损失,但由于堆芯大,可使中子的泄漏损失减小。此外,这种堆便于实行不停堆装卸和连续换料,可省去补偿燃耗的控制棒。   压力管式重水堆主要包括重水慢化、重水冷却和重水慢化、沸腾轻水冷却两种反应堆。这两种堆的结构大致相同。   (1)   重水慢化,重水冷却堆核电站   这种反应堆的反应堆容器不承受压力。重水慢化剂充满反应堆容器,有许多容器管贯穿反应堆容器,并与其成为一体。在容器管中,放有锆合金制的压力管。用天然二氧化铀制成的芯块,被装到燃料棒的锆合金包壳管中,然后再组成短棒束型燃料元件。棒束元件就放在压力管中,它借助支承垫可在水平的压力管中来回滑动。在反应堆的两端,各设置有一座遥控定位的装卸料机,可在反应堆运行期间连续地装卸燃料元件。   这种核电站的发电原理是:既作慢化剂又作冷却剂的重水,在压力管中流动,冷却燃料。像压水堆那样,为了不使重水沸腾,必须保持在高压(约90大气压)状态下。这样,流过压力管的高温(约300℃)高压的重水,把裂变产生的热量带出堆芯,在蒸汽发生器内传给二回路的轻水,以产生蒸汽,带动汽轮发电机组发电。   (2)重水慢化、沸腾轻水冷却堆核电站   这种堆是英国在坝杜堆(重水慢化、重水冷却堆)的基础上发展起来的。加拿大所设计的重水慢化重水冷却反应堆的容器和压力管都是水平布置的。而重水慢化沸腾轻水冷却反应堆都是垂直布置的。它的燃料管道内流动的轻水冷却剂,在堆芯内上升的过程中,引起沸腾,所产生的蒸汽直接送进汽轮机,并带动发电机。   因为轻水比重水吸收中子多,堆芯用天然铀作燃料就很难维持稳定的核反应,所以,大多数设计都在燃料中加入了低浓度的铀-235或钚-239。   重水堆的突出优点是能最有效地利用天然铀。由于重水慢化性能好,吸收中子少,这不仅可直接用天然铀作燃料,而且燃料烧得比较透。重水堆比轻水堆消耗天然铀的量要少,如果采用低浓度铀,可节省天然铀38%。在各种热中子堆中,重水堆需要的天然铀量最小。此外,重水堆对燃料的适应性强,能很容易地改用另一种核燃料。它的主要缺点是,体积比轻水堆大。建造费用高,重水昂贵,发电成本也比较高。   石墨气冷堆核电站   所谓石墨气冷堆就是以气体(二氧化碳或氦气)作为冷却剂的反应堆。这种堆经历了三个发展阶段,产生了三种堆型:天然铀石墨气冷堆、改进型气冷堆和高温气冷堆。   (1)天然铀石墨气冷堆核电站   天然铀石墨气冷堆实际上是天然铀作燃料,石墨作慢化剂,二氧化碳作冷却剂的反应堆。这种反应堆是英、法两国为商用发电建造的堆型之一,是在军用钚生产堆的基础上发展起来的,早在1956年英国就建造了净功率为45兆瓦的核电站。因为它是用镁合金作燃料包壳的,英国人又把它称为镁诺克斯堆。   该堆的堆芯大致为圆柱形,是由很多正六角形棱柱的石墨块堆砌而成。在石墨砌体中有许多装有燃料元件的孔道。以便使冷却剂流过将热量带出去。从堆芯出来的热气体,在蒸汽发生器中将热量传给二回路的水,从而产生蒸汽。这些冷却气体借助循环回路回到堆芯。蒸汽发生器产生的蒸汽被送到汽轮机,带动汽轮发电机组发电。这就是天然铀石墨气冷堆核电站的简单工作原理。   这种堆的主要优点是用天然铀作燃料,其缺点是功率密度小、体积大、装料多、造价高,天然铀消耗量远远大于其他堆。现在英、法两国都停止建造这种堆型的核电站。   (2)改进型气冷堆核电站   改进型气冷堆是在天然铀石墨气冷堆的基础上发展起来的。设计的目的是改进蒸汽条件,提高气体冷却剂的最大允许温度。这种堆,石墨仍然为慢化剂,二氧化碳为冷却剂,核燃料用的是低浓度铀(铀-235的浓度为2-3%),出口温度可达670℃。它的蒸汽条件达到了新型火电站的标准,其热效率也可与之相比。   这种堆被称为第二代气冷堆,英国建造了这种堆,由于存在不少工程技术问题,对其经济性多年来争论不休,得不出定论,所以前途暗淡。   (3)高温气冷堆   高温气冷堆被称为第三代气冷堆,它是石墨作为慢化剂,氦气作为冷却剂的堆。   这里所说的高温是指气体的温度达到了较高的程度。因为在这种反应堆中,采用了陶瓷燃料和耐高温的石墨结构材料,并用了惰性的氦气作冷却剂,这样,就把气体的温度提高到750℃以上。同时,由于结构材料石墨吸收中子少,从而加深了燃耗。另外,由于颗粒状燃料的表面积大、氦气的传热性好和堆芯材料耐高温,所以改善了传热性能,提高了功率密度。这样,高温气冷堆成为一种高温、深燃耗和高功率密度的堆型。   它的简单工作过程是,氦气冷却剂流过燃料体之间,变成了高温气体;高温气体通过蒸汽发生器产生蒸汽,蒸汽带动汽轮发电机发电。   高温气冷堆有特殊的优点:由于氦气是惰性气体,因而它不能被活化,在高温下也不腐蚀设备和管道;由于石墨的热容量大,所以发生事故时不会引起温度的迅速增加;由于用混凝土做成压力壳,这样,反应堆没有突然破裂的危险,大大增加了安全性;由于热效率达到40%以上,这样高的热效率减少了热污染。   高温气冷堆有可能为钢铁、燃料、化工等工业部门提供高温热能,实现氢还原炼铁、石油和天然气裂解、煤的气化等新工艺,开辟综合利用核能的新途径。但是高温气冷堆技术较复杂。

    09-09-20 | 添加评论 | 打赏

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    jiangshilei9

    1831年发明了发电机的法拉第 西门子     我们上历史课老师就这么讲的书上也是这么写的不信你看世界历史书1866                     发电机的发明
      在公元1831年,法拉第将一个封闭电路中的导线通过电磁场,导线转动有电流流过电线,法拉第因此了解到电和磁场之间有某种紧密的关连,他建造了第一座发电机原型,其中包括了在磁场中迥转的铜盘,此发电机产生了电力。在此之前,所有的电皆由静电机器和电池所产生,而这二者均无法产生巨大力量。但是,法拉第的发电机终于改变了一切。
      发电机包括一个能在二个或二个以上的磁场间迅速旋转的电磁铁,当二个磁场相互交错,就产生了电,由电线从发电机中导出。电子工程师依发电机线绕的方式和磁铁的安排,而获得交流电(AC)或直流电(DC),大部分发电机都是产生交流电,它比直流电更易由传输线作长距离的传送。



    学过物理课的人都会记得,英国科学家法拉第于1831 年发现了电磁感应原理。这一在人类社会发展过程中起到重要作用的原理是说:“当磁场的磁力线发生变化时,在其周围的导线中就会感应产生电流。”
      法拉第曾煞费苦心,通过研究和反复实验,终于发现了这一影响巨大的科学原理,而且他确信,利用此原理肯定能制造出可以实际发电的发电机。

      就在法拉第发现电磁感应原理的第二年,受法拉第发现的启示,法国人皮克希应用电磁感应原理制成了最初的发电机。

      皮克希的发电机是在靠近可以旋转的U 形磁铁(通过手轮和齿轮使其旋转)的地方,用两根铁芯绕上导线线圈,使其分别对准磁铁的N 极和S 极,并将线圈导线引出。这样,摇动手轮使磁铁旋转时,由于磁力线发生了变化,结果在线圈导线中就产生了电流。

      由这种发电机的装置可以知道,每当磁铁旋转半圈时,线圈所对应的磁铁的磁极就改变一次,从而使电流的方向也跟着改变一次。为了改变这种情况,使电流方向保持不变,皮克希想出了一个巧妙的办法:在磁铁的旋转轴上加装两片相互隔开成圆筒状的金属片,由线圈引出的两条线头,经弹簧片分别与两个金属片相接触。另外,再用两根导线与两个金属片接触,以引出电流。这个装置,就叫做整流子,在后来的发电机上仍得到应用。

      整流子为什么能保持电流方向不变呢?这是因为电流从线圈流入整流子,而整流子是和磁铁一起旋转的。当磁铁转过半圈,线圈中电流方向倒逆过来,整流子也正好转过半周来而掉转了方向,因而输出的电流方向始终是不变的。

      皮克希发明的这种发电机在世界上是首创,当然也有其不足之处。需要对它进行改进的地方,一是转动磁铁不如转动线圈更为方便灵活;二是通过整流子可以得到定向的电流,但是电流强弱还是不断变化的。为改变这种情况,人们采用增加一些磁铁和线圈数量,并稍微错开地将变化的电流一起引出的办法,使输出电流的强度变化控制在一定的范围内。

      从皮克希发明发电机后的30 多年间,虽然有所改进,并出现了一些新发明,但成果不大,始终未能研制出能输出像电池那样大的电流,而且可供实用的发电机。

      1867 年,德国发明家韦纳·冯·西门子对发电机提出了重大改进。他认为,在发电机上不用磁铁(即永久磁铁),而用电磁铁,这样可使磁力增强,产生强大的电流。

      西门子用电磁铁代替永久磁铁发电的原理是,电磁铁的铁芯在不通电流时,也还残存有微弱的磁性。当转动线圈时,利用这一微弱的剩磁发出电流,再反回给电磁铁,促使其磁力增强,于是电磁铁也能产生出强磁性。

      接着,西门子着手研究电磁铁式发电机。很快就制成了这种新型的发电机,它能产生皮克发电机所远不能相比的强大电流。同时,这种发电机比连接一大堆电池来通电要方便得多,因而它作为实用发电机被广泛应用起来。

      西门子的新型发电机问世后不久,意大利物理学家帕其努悌于1865 年发明了环状发电机电枢。这种电枢是以在铁环上绕线圈代替在铁芯棒上绕制的线圈,从而提高了发电机的效率。

      实际上,帕斯努悌早在1860 年就提出了发电机电枢的设想,但未能引起的人们的注意。1865 年,他又在一本杂志上发表了这一独创性的见解,仍未得到社会的公认。

      到了1869 年,比利时学者古拉姆在法国巴黎研究电学时,看到了帕其努悌发表的文章,认为这一发明有其优越性。于是,他就根据帕其努悌的设计方案,兼采纳了西门子的电磁铁式发电机原理进行研制,于1870 年制成了性能优良的发电机。

      在帕其努悌的发明中,对发电机的整流子部分进行了重要改进,使发电机发出的电流强度变化极小。而采用帕其努悌设计方案制成的古拉姆式发电机,其发出的电流强度变化也很小。这是古拉姆发电机的优良性能的表现之一。

      古拉姆发电机的性能好,所以销路很广,他不仅发了财,而且被人们誉为“发电机之父”。

      有些人看到古拉姆发明发电机获得成功,也想对发电机进行改进从而制造出更先进的发电机。在这些人中,就有德国的西门子公司研究发电机的工程师阿特涅。他发明了古拉姆发电机不同的线圈绕线方式,制成了性能良好的发电机。
      古拉姆发电机的电枢是将铁丝绕成环状,在环与环之间夹上纸进行绝缘,然后将环捆在一起作为铁芯,在其上面绕上导线线圈,再由线圈的不同部位引出一些导线,接向带整流子。而阿特涅发电机的电枢,是用许多薄圆铁板以纸绝缘后重叠起来,制成铁芯,然后在上面绕上导线线圈。人们把这种方法叫做“鼓卷”,意思是像鼓一样的形状。经过这种改进后,发电机无论是外观或是性能,都比原来有了很大起色。
      西门子公司由于阿特涅的这项发明而益发驰名。于是,德国以西门子公司为核心,大力研制各种发电机,从而使电力工业得到了迅速的发展。
      随着发电机的逐渐大型化,转动发电机的动力也发生了变化。其中以水力作动力更使人们感兴趣。这是因为用水力转动大型发电机较方便,而且不消耗燃料,成本低。因此,西门子公司又投入水力发电的研究工作。
      利用水力发电与水力发电不同,前者必须将发电机安装在水流湍急的地方,也就是水流落差大的地方。这样,就必须在山中河川的上游发电,然后再输送到远方的城市。
      为了远距离输送电,就要架设很长的输电线。但是,在输电线中通过很强的电流时,电线就要发热,这样,好不容易发出的电能在送向远方的途中,却因为电线发热而损耗掉了。
      为了减少电能在长距离输送中的发热损耗,可以采用的办法有两个:一是增加电压的截面积,即将电线加粗,减小电阻;二是提高电压而减小电流。
      前一个措施因需要大量的金属导线,而且架设很粗的导线有很多困难,因而很难得到采用。比较起来,还是后一个措施有实用价值。然而,对于当时使用的直流电来说,使其电压提高或降低都是难以实现的。于是,人们只得开始考虑利用电压很容易改变的交流电。  看来,将直流发电机改为交流电发电机比较容易,主要是取掉整流子就行了。所以,西门子公司的阿特涅便于1873 年发明了交流发电机。此后,对交流发电机的研究工作便盛行起来,从而使这种发电机得到了迅速的发展 发电机原理的基础是1819年丹麦人奥斯特发现的电流的磁效应以及英国科学家法拉第发现的电磁感应现象。1866年,德国西门子发明了发电机.
    迈克尔·法拉第1791年生于英国新英顿。他出生贫寒,主要靠自学成才。14岁时他跟一位装书兼卖书师傅当学徒,利用此机会博览群书。他在二十岁时听英国著名科学家汉弗利,戴维先生讲课,对此产生了浓厚的兴趣。他给戴维写信,终于得到了为戴维当助手的工作。法拉第在几年之内就做出了自己的重大发现。虽然他的数学基础不好,但是作为一名实验物理学家他是无与伦比的。

    1821年法拉第完成了第一项重大的电发明。在这两年之前,奥斯特已发现如果电路中有电流通过,它附近的普通罗盘的磁针就会发生偏移。法拉第从中得到启发,认为假如磁铁固定,线圈就可能会运动。根据这种设想,他成功地发明了一种简单的装置。在装置内,只要有电流通过线路,线路就会绕着一块磁铁不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机,是第一台使用电流将物体运动的装置。

    虽然装置简陋,但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。
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    这是一项重大的突破。只是它的实际用途还非常有限,因为当时除了用简陋的电池以外别无其它方法发电。

    人们知道静止的磁铁不会使附近的线路内产生电流。1831法拉第发现第一块磁铁穿过一个闭合线路时,线路内就会有电流产生,这个效应叫电磁感应。一般认为法拉第的电磁感应定律是他的一项最伟大的贡献。

    用两个理由足以说明这项发现可以载入史册。第一,法拉第定律对于从理论上认识电磁更为重要。第二,正如法拉第用他发明的第一台发电机(法拉第盘)所演示的那样,电磁感应可以用来产生连续电流。虽然给城镇和工厂供电的现代发电机比法拉第发明的电机要复杂得多,但是它们都是根据同样的电磁感应的原理制成的。

    法拉第对化学也做出了贡献。他发明了使气体液化的方法,发现了多种化学物质,其中包括苯,更主要的是他在电化学方面(对电流所产生的化学效应的研究)所做出的贡献。经过多次精心试验,法拉第总结了两个电解定律,这两个定律均以他的名字命名,构成了电化学的基础。他将化学中的许多重要术语给予了通俗的名称,如阳极、阴极、电极、离子等。

    是法拉第把磁力线和电力线的重要概念引入物理学,通过强调不是磁铁本身而是它们之间的“场”,为当代物理学中的许多进展开拓了道路,其中包括麦克斯韦方程。法拉第还发现如果有偏振光通过磁场,其偏振作用就会发生变化。这一发现具有特殊意义,首次表明了光与磁之间存在某种关系。

    法拉第不仅聪明而且俊美。他是一位颇受欢迎的科学讲演家,然而他谦虚谨慎,把名气金钱荣誉看得十分淡薄。他拒绝接受授予他的爵士身份,还拒绝接受让他担任英国皇家学会主席的请求。他的婚后生活幸福、和谐、持久,只是没有子女。他于1867年在伦敦附近去逝。

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    【摘自】:湖北教育出版社《历史上最有影响的100人》,第28节《迈克尔·法拉第》[美]迈克尔·H·哈特 著 苏世军 周宇 译

    09-10-09 | 添加评论 | 打赏

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