Générateur électrique magnétohydrodynamique comportant des électrodes continues et des moyens d'asservissement de ces électrodes La présente invention a pour objet un généra teur électrique magnétohydrodynamique, compor tant d'une part des électrodes continues constituées par une matière disposée dans des gaines tubulaires et des moyens pour faire avancer cette matière dans ces gaines au fur et à mesure de son usure, et d'autre part des moyens pour asservir ces moyens d'avance à cette usure.
On connaît pour diverses applications, en parti culier dans certains fours électriques, des électrodes continues ou consumables, constituées par une pâte logée dans des tubes. En général, ces tubes sont dis posés verticalement et l'on introduit la pâte à la partie supérieure, le four électrique étant situé en dessous.
La chaleur du four durcit la pâte dans la partie inférieure du tube et il se forme ainsi une électrode solide qui descend d'un mouvement lent et régulier au cours de son usure ou de sa consommation dans le four.
On connaît encore un générateur magnétohydro dynamique à électrodes continues constituées en charbon en poudre. Le charbon progresse entre deux parois planes et parallèles disposées le plus générale ment verticalement et l'on a ainsi une électrode uni que s'étendant sur toute la hauteur du générateur, dont la veine pour le courant gazeux est disposée verticalement. Ce dispositif présente l'inconvénient de ne permettre l'utilisation que d'un nombre limité d'électrodes, alors que dans certains cas il est inté ressant d'en avoir plusieurs dizaines. D'autre part il faut exercer des forces considérables pour faire pro gresser le charbon en poudre.
En outre le charbon contient de la silice qui n'est pas consommée dans le générateur en même temps que le charbon, la silice restant sur les parois réfractaires du générateur. Au fur et à mesure de la consommation du charbon, la silice s'accumule, et même avec un charbon à faible teneur en silice, avec le temps, la quantité de silice devient suffisante pour détruire les parois réfractaires du générateur. En effet, on sait que les gaz, à l'inté rieur du générateur, doivent être à une température très élevée, de l'ordre de 2000 à 30000 C, et pour résister à de telles températures on emploie habituel lement comme matériau réfractaire de l'alumine pure.
Or la silice forme avec l'alumine des composés eutec- toïdes qui fondent à 15001, et à 18000. Le charbon contient également d'autres impuretés comme l'oxyde de fer Fe2 03 qui, avec l'alumine, forme un eutec- toïde qui fond à 1300.
Il existe également d'autres eutectoïdes qui peu vent être formés avec les impuretés que l'on trouve dans le charbon par exemple l'eutectoïde CaO, FeO, alumine et silice, fondant à 1280.
Il est certain qu'avec une évolution lente dans le temps on arrive à former ces différents composés, ce qui entraîne la destruction plus ou moins rapide des parois réfractaires du générateur. Or il est nécessaire de travailler à haute température pour avoir le meil leur rendement. En effet à température assez basse, on appauvrit le plasma vis-à-vis de la semence qui se dépose par exemple entre 1500 et 16000C (tem pérature d'ébullition de la potasse).
Le générateur selon l'invention est caractérisé par le fait que la matière constituant les électrodes est une pâte constituée de graphite et de 30 à 50 % d'une huile jouant le rôle de liant et de lubrifiant et par le fait que les moyens d'asservissement com portent des sondes placées au sein de la pâte. Le dessin représente, à titre d'exemple, un mode d'exécution du générateur objet de l'invention.
La fig. 1 représente schématiquement en coupe perpendiculaire à la direction des filets de la veine gazeuse un générateur magnétohydrodynamique ; la fig. 2 représente, vue de face, une pièce cons titutive du générateur de la fig. 1 ; la fig. 3 montre une disposition possible de plu sieurs électrodes d'un générateur magnétohydrodyna mique ; la fig. 4 montre une autre disposition des élec trodes ;
la fig. 5 montre schématiquement en coupe le principe de fonctionnement d'une canne de mesure de la résistance de la pâte de l'électrode en vue de détecter la position de l'électrode dans le générateur pour l'asservissement du mouvement de la pâte dans la gaine ; la fig. 6 montre une variante d'une canne de détection de la position de l'électrode ; la fig. 7 montre une courbe de la température de l'électrode en fonction de la position de celle-ci par rapport à la chambre du générateur ; la fig. 8 montre une autre variante d'une canne de détection de la position de l'électrode ;
la fig. 9 montre schématiquement en coupe axiale dans une gaine d'électrode un dispositif de contrôle de l'avance de la pâte ; les fig. 10, 11 et 12 représentent différents sché mas d'alimentation des électrodes en pâte de graphite. Dans la forme de réalisation de la fig. 1, l'ins tallation comporte une paire d'électrodes débouchant dans une enceinte 1. Chaque électrode est constituée par un tube 2, 2' et est remplie de pâte conductrice 3 (3') provenant d'un réservoir 4. La pâte est pous sée dans le tube par un piston 5.
Un jeu de clapets 6 et 7 assure le fonctionnement de ce dispositif d'injection suivant un cycle tel que celui des pompes aspirantes et foulantes. Cette pâte est constituée de graphite et de 30 à 50 % d'une huile jouant le rôle de liant et de lubrifiant.
On a représenté en 9 une sonde qui peut servir de prise de courant et/ou d'organe sensible pour le fonctionnement de l'asservissement dont il sera parlé ci-après. Cette sonde 9 peut être fixée de toute façon appropriée, par exemple à une grille 10, comme celle qui est représentée en plan sur la fig. 2.
Le refroidissement de la paroi externe de l'élec trode est-assuré par un serpentin 12 parcouru par exemple par de l'eau. Ceci a pour effet de conserver dans la gaine de l'électrode une couche limite vis queuse, représentée en pointillé en 13, 13'.
La fig. 3, qui montre une coupe par le plan III- III de la fig. 1, représente une disposition et une forme possibles pour les électrodes 15, 16, 17. Les électrodes sont sensiblement dans un même plan parallèle à -l'axe<B>..</B> de .la veine, avec leurs extrémités alignées; de façon à favoriser la création d'_unë zone chaude dans les .parties centrales des électrodes,. pour avoir un -bon rendement pour le générateur.
La fig. 4 montre une disposition analogue, mais dans laquelle les électrodes 25, 26, 27 ont une section sensiblement rectangulaire, les angles étant arrondis pour favoriser le déplacement de la masse visqueuse à l'intérieur des gaines.
La fig. 5 représente le schéma d'une structure possible de canne sondeuse pour permettre l'asser vissement. La canne 9 comporte des contacts élec triques périphériques 31, 32, 33, reliés par des con ducteurs 31a, 32a, 33â, à un appareil approprié, de type quelconque connu, commandant l'asservis sement en fonction par exemple des résistances élec triques mesurées. La fig. 6 représente schématiquement un autre mode d'observation de la position de l'électrode au moyen de deux cannes 35 et 36. Dans ce mode de réalisation, les cannes ne mesurent que la tempéra ture du graphite.
Le graphite de la fig. 7 représente la température mesurée par la canne, en fonction de la position de la face frontale de l'électrode dans la gaine au voisinage de la paroi interne du réacteur magnétohydrodynamique.
On a représenté en A le point correspondant à la position optima de l'électrode dans la gaine au voisinage de la veine magnétohydrodynamique. L'axe horizontal représente la position de la face frontale de la masse de graphite dans la gaine : si l'électrode dépasse l'extrémité de la gaine et pénètre à l'intérieur de la veine, le point représentatif se rapproche de l'origine sur l'axe horizontal. On constate que, quand l'électrode pénètre dans la veine, elle s'échauffe rapi dement jusqu'à une valeur maxima représentée par le palier 13 que la, courbe présente au voisinage de l'axe des températures.
Plus la face frontale tic l'élec trode est située en retrait dans la gaine, plus la tem pérature enregistrée par la canne 35 décroît, puisque la face frontale de l'électrode est plus éloignée de la zone chaude. Mais, au-delà d'une certaine position, la température enregistrée remonte rapidement, à partir du point C par exemple, car il n'y a plus de couche de graphite pour protéger la canne qui est alors exposée directement au rayonnement provenant de la veine. On place le fonctionnement de l'asser vissement autour du point A en utilisant la pente de la courbe, pour éliminer la position incorrecte.
On a représenté en 36 sur la fig. 6 un deuxième thermocouple, légèrement en arrière du thermocou- ple 35 pour corriger les informations du premier thermocouple en fonction du changement de régime dans la combustion. Quand la vitesse du -plasma ou sa température décroît dans la veine, la quantité de chaleur reçue. par l'électrode décroît très vite. Or la position de l'électrode, définie par la température enregistrée par la canne 35, doit être définie indé pendamment de la température du plasma _ et de l'intensité de la circulation- dans<U>-la</U> veine.
Ces influen ces peuvent être -.corrigées- par les. indications fournies par la; canne: 36.- Les _ deux cannes -peuvent par exemple être "montées sur un .pont de Wheatstone. La fig. 8 représente un autre mode de détec tion de la position de l'électrode en vue de la com mande de l'asservissement. Dans ce mode de réali sation, on mesure la résistance de contact de l'élec trode avec le plasma et on compare cette résistance à une tension prise entre deux électrodes plongeant dans le courant gazeux.
A cet effet on mesure la résistance entre l'électrode constituée par la pâte 3, par l'intermédiaire de la canne de mesure 9, et une électrode 41 montée dans la paroi de la veine magnétohydrodynamique, plongeant dans le courant gazeux, c'est-à-dire s'étendant au-delà de la couche limite représentée par la ligne interrompue 42. D'autre part, on mesure la résistance entre l'électrode 41 et une électrode analogue 43. Pour ce faire, on applique une tension entre la canne 9 et l'électrode 41 au moyen d'un transformateur 45, alimenté par une tension alternative appliquée entre les bornes 46, 47. De même, au moyen d'un autre transformateur 48, on applique une tension alternative entre les électrodes 41 et 43.
On dispose sur le circuit de l'électrode de graphite un transformateur d'intensité 49 et sur le circuit reliant les deux électrodes 41 et 43 un autre transformateur d'intensité 50. On prévoit en outre sur les deux circuits précités des facteurs d'atténuation appropriés pour que les deux tensions recueillies dans les transformateurs 49 et 50 soient en opposition pour un fonctionnement correct du générateur magnétohydrodynamique. On dispose entre les bornes 51 et 52 un appareil sensible, tel. qu'un amplificateur alternatif à bande étroite, sensi ble à la phase pour commander l'asservissement.
La fig. 9 représente, à titre d'exemple, un mode de réalisation pratique de l'asservissement des élec trodes. Le dispositif représenté sert à la fois d'étran glement pour limiter le passage de la pâte de gra phite et de joint électrique d'isolement pour séparer la partie de la gaine située au voisinage de l'élec trode proprement dite du reste du circuit de circu lation de la pâte de graphite. Cet isolement est intéressant tout particulièrement dans le cas des électrodes multiples qui doivent être bien entendu isolées les unes des autres.
Sur la figure, la gaine est constituée de deux tronçons 55 et 56 par exemple en tube métallique, séparés par une rondelle 57, de préférence en maté riau isolant comme par exemple du polytétrafluor- éthylène. Un profilé annulaire en matière souple, par exemple en caoutchouc, est constitué d'un fond 59 et de deux ailes 60 et 61. Les ailes 60 et 61 sont serrées de toute manière appropriée entre la rondelle 57 et les éléments 55 et 56 de façon à assurer l'étanchéité.
Une conduite 62 permet d'envoyer de l'air sous pression à l'intérieur du profilé de caoutchouc, entre le profilé et la rondelle 57, ce qui permet selon la pression, de gonfler plus ou moins le profilé en caoutchouc pour étrangler le passage et limiter ainsi le débit de la pâte de graphite, les dimensions des éléments et la pression de l'air comprimé étant bien entendu réglées d'après la pression de la pâte en amont du joint.
Un tel dispositif pneumatique est simple à réali ser et peu encombrant, ce qui est important dans un générateur magnétohydrodynamique où le volume disponible pour les accessoires est extrêmement réduit. Ce dispositif résoud simultanément les deux problè mes : régulation et découplage électrique des électro des. Il permet donc une distribution centralisée pour la pâte de graphite, ladite distribution centralisée étant rejetée hors de l'entrefer, à une certaine dis tance de l'appareil, ce qui diminue l'encombrement au voisinage de celui-ci.
Les fig. 10, 11, 12 représentent trois montages possibles des circuits de.distribution. Les éléments communs aux trois dispositifs sont représentés sur les trois figures avec les mêmes références, à savoir le générateur 70, les électrodes 71, la pompe 72 et les vannes d'asservissement 73. Sur la fig. 10 les électrodes sont alimentées en simple ligne à partir de la pompe. Ce dispositif présente l'inconvénient que les pressions en amont de chaque électrode sont différentes et que les dispositifs d'asservissement doivent être réglés indépendamment pour chaque électrode.
Le dispositif de la fig. 11 comporte une ali mentation individuelle pour chaque électrode. Il per met donc de disposer de la même pression à chaque électrode, en choisissant des canalisations de transport de pâte de graphite de longueurs identiques.
Enfin la fig. 12 représente une alimentation des électrodes en double ligne. Avec cette disposition, si la consommation de graphite dans les électrodes diminue, le graphite non utilisé repart dans la con duite de retour pour aller vers le réservoir d'alimen tation de la pompe. Celle-ci peut donc marcher à régime pratiquement constant sans être influencée par les variations de consommation de graphite, ce qui simplifie l'installation.
Il est encore possible d'effectuer l'asservissement en agissant directement sur la pompe, sans étrangler le débit des canalisations. Celles-ci ne comportent alors que les joints isolants, pour le découplage élec trique, n'ayant pas de fonction de réglage de débit. Toutefois chaque canalisation peut encore comporter un organe de réglage fixe pour compenser les diffé rences de longueur des conduites d'alimentation.