Závislost mezi silou F působící ve vodiči, proudem I a magnetickými siločarami B popisuje například známé Flemingovo pravidlo levé ruky (obr. 1). Novinkou magnetohydrodynamiky je, že síla F zde není vázána na otáčející se závit řidiče, ale na pohybující se vodivý plyn nebo kapalinu. Dodáváme-li do tohoto pokusu energii proudu tekutiny, bude se zařízení chovat jako zdroj proudu - jako tzv. magnetohydrodynamický generátor (MHD-generátor). Pokud naopak elektrický proud přivádíme, vzbudíme sílu, která bude vodivou tekutinu pohánět: podle prostředí vznikne buď magnetohydrodynamické čerpadlo (nebo kompresor), nebo kapalinový proudový motor.
MHD GENERÁTORY
Neotáčejí se a přece vyrábějí elektrický proud s vyšší účinností než dnešní turbogenerátory. Jejich vývojem se zabývají mnohá pracoviště energetiky. Kelvinův pokus dostal novou podobu (obr. 2): zužujícím se ohnivzdorným kanálem se prohánějí žhavé, díky přísadám silné vodivé plyny z upravených spalovacích raketových komor. Sto tunové magnety odchylují ionizované částice plynu podle jejich náboje na protilehlé elektrody, ze kterých lze odvádět elektromotorickou sílu získanou přímo přeměnou tepelné energie, bez pohyblivých mechanických prvků. V současnosti pracuje ve světových laboratořích přes 50 větších pokusných MHD-generátorů, většinou s plynnými spalinami teploty kolem 2500 C. Ověřují však i generátory, ve kterých kanálech proudí horký kov například slitina sodíku a draslíku – ohřátý v jaderném reaktoru. Nejvíce zkušeností s využitím MHD-generátorů má Sovětský svaz. V roce 1970 spustili v Moskvě maličkou MHD-elektrárnu U-02 s výkonem pouhých 200 kW. O dva roky později začala svůj zkušební provoz druhá MHD-elektrárna U-25, která po montáži supravodivého magnetu dosáhla špičkového výkonu 50 MW a dnes už má za sebou 10 000 provozních hodin. V Rjazani dokončují stavbu první průmyslové MHD-elektrárny s celkovým výkonem 500 MW. Z toho méně než polovinu dodá MHD-generátor, předřazený klasické tepelné elektrárně, která využije teplo z jeho výfukových plynů. Celková účinnost elektrárny se zvýší o 10 až 15% oproti běžnému průměru, a to představuje jen v SSSR ročně úsporu tisíců vlaků s uhlím. S MHD-generátory počítají iv projektech budoucí termojaderné elektrárny.
MHD-ČERPADLO OD EINSTEINA
Albert Einstein spolu s Leem Szillardem podali v roce 1931 patent na tzv. . kondukční magneto-hydrodynamické čerpadlo. Jeho princip je v nákresu totožný s MHD-generátorem, jen místo žhavých plynů zde proudí vodivá (přečerpávaná) tekutina a na elektrody je třeba přivádět elektrickou proud. Elektrodynamická síla nutí vodivou kapalinu do pohybu, jehož směr určuje Flemingovo pravidlo. Rychlý vývoj tohoto typu čerpadla si vyžádala potřeba jaderného průmyslu: na oběh tekutých kovů, které musí odvádět uvolněné teplo z aktivního pásma reaktoru, se tradiční čerpadla nehodí. Konduktivní MHD-čerpadlo nemá oběhová kola, nevyžaduje těsnění ložisek a hřídelů. V praxi se však lépe osvědčily tvz. indukční MHD-čerpadla (obr. 3), která zahrnují tekutý kov postupnou magnetickou vinou třífázového statoru, obklopujícího kanál z obou stran. Menší válcovitá indukční čerpadla sdružení NIIEFA o hmotnosti 300 kg se zapojují přímo do cirkulačního okruhu, 10 do 30 t/h.
MHD-ŽLEBY PRO MODERNÍ HUTY
Poprvé začalo tekuté syrové železo stoupat žlabem do výše položeného mísiče v Enakijevském závodě v SSSR před patnácti lety. Induktory pod 30 metrů dlouhým žlabem se žáruvzdornou vyzdívkou hnaly tekutý kov nahoru bez jakýchkoli problémů. Hutníci se naučili využívat MHD princip hned několika způsoby. Například kov vypuštěný z pánve protéká induktorem a podle směru proudu se jeho tok buď urychluje (při souhlasném smyslu), nebo naopak zpomaluje. Tak lze žhavý kov přesně ovládat, dávkovat a zastavovat. Jiná ze sovětských hut využívá MHD induktory k odlévání dutých odlitků. MHD čerpadlo vhání kov do dělené formy, ve které chladne od povrchu. Když tloušťka vrstvy dosáhne požadované hodnoty, propojí se fáze na induktoru a tekutý kov se z jádra odlitku (tj. z jeho dutiny) rychle odčerpá. V jiných případech se induktory používají k odstruskování surového železa. Žlab, kterým protéká kov pokrytý struskou, má v určeném místě nižší stěnu, přes kterou se lehčí struska přelévá. Pod odbočkou je induktor, který zabraňuje, aby stejným způsobem neunikl kov.
BEZKONTAKTNÍ KRYSTALIZÁTOR
Roztavený hliník se nepřetržitě odlévá do pánve krystalizátoru a po průchodu rozdělovačem začíná při výtoku tuhnout. Ze všech stran jej však mačká magnetické pole hlavního a tvarovacího induktoru. Tak vzniká nekonečný slitek, jehož průřez je tvarován magnetickým polem. Elektrodynamická síla způsobuje, že kov je hutnější a homogennější než při lití do kmitajících krystalizátorů. Zařízení vynalezli v Sovětském svazu a licenci zakoupili i zkušené metalurgické závody v Japonsku a Švédsku. Bezkontaktový krystalizátor doslova vyvolal revoluci v metalurgii.
IDEÁLNÍ LODNÝ MHD-MOTOR
Se zájmem si ho prohlíželi návštěvníci Polytechnického muzea v Moskvě. Motor připomíná gondolu reaktivního motoru, ale nemá žádné otáčivé části. Plocha hydrodynamicky příznivě tvarovaného jádra a vnitřního pláště gondoly nese řadu prstencových induktorů. Při napájení cívek elektrickým proudem bude voda v mezerách mezi jádrem a pláštěm urychlována elektrodynamickou silou. Reakce vody, vystřikující ze zadní části lodi, ji uvede do pohybu. Motor má vážný nedostatek v tom, že by pracoval jen v prostředí slané (elektricky vodivé) mořské vody. A vzhledem k její malé vodivosti by účinnost nebyla příliš velká. Představa nehlučných elektrických hydroreaktivních motorů, nezanechávajících na hladině olejové skvrny je však příliš lákavá, než aby odradila konstruktéry. Navíc, pro ponorky by byl tento pohon ještě užitečnější. Jako jádro motoru by posloužil doutníkový trup ponorky, která by například na zádi měla převlečený prstenec gondoly. Takový způsob pohonu jakoby „vypadl“ z Verného popisu legendárního Nautila. Zdrojem proudu by byly jaderné agregáty.
MAGNETOHYDRODYNAMIKA I V "MALÉM"
Zatím jsme si představili magnetohydrodynamiku pouze ve spojitosti s velkými silami a proudy. Její principy však platí také v malých rozměrech, například v měřicích přístrojích. Tallinský závod na výrobu elektrických měřicích přístrojů v SSSR předvedl na nedávné výstavě prototypy ampérmetrů, wattmetrů, průtokoměrů a různých indikátorů založených na principu proudění kapaliny v elektrickém a magnetickém poli. Do praxe se jako první výrobek dostalo magnetohydrodynamické ochranné relé pro asynchronní elektromotory čerpadel a ventilátorů. Na dně reléové skříňky je miniaturní indukční MHD-čerpadlo, které po spuštění motoru přečerpává rtuť mezi dvěma nádržkami uvnitř. Dojde-li k přetížení motoru, vzroste proud iv induktoru čerpadla, hladina rtuti v nádržce při výtlaku prudce stoupne, dotkne se kontaktu a odpojí přívod proudu. Při přerušení některé fáze přestane čerpadlo fungovat, rtuť přetéká vlastní hmotností do nádržky na straně sání, a zde její hladina dokáže kontrolovaný motor zastavit dříve než by se přehřál. Magnetohydrodynamické prvky lze dokonce miniaturizovat. Nejnovější model MHD mikrorelé je velký jako pastilka a spíná až tisíckrát za vteřinu! Řekli jsme si jen o některých možnostech uplatnění silnoproudé a slaboproudé magnetohydrodynamiky. Zájem o tento nadějný obor stále stoupá. Zásluhu na tom mají její příznivé charakteristiky. Symbolem MHD-techniky je totiž přímá přeměna energií s poměrně dobrou účinností, dále bez hlučnost, spolehlivost a vyloučení mechanických systémů se všemi jejich neduhy.
Zdroj:Časopis Elektrón
