Реальная физика Изобретения Никола Тесла FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ

ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОНТАКТНЫХ СРЕД

Под термином контактная среда мы будем понимать жидкие среды, которые могут быть использованы в соответствующих конструкциях для съема тока с вращающихся тел.

Учитывая назначение, отметим, что непременным свойством контактных сред должна являться удовлетворительная электрическая проводимость. Следовательно, в качестве контактной среды могут быть использованы только те металлы и их сплавы, которые при рабочей температуре (порядка 200° С) находятся в жидком состоянии.

В табл. 1 приведены металлы с относительно невысокой температурой плавления (менее 420° С) [35, 31]; в табл. 2 даны некоторые сплавы, у которых температура плавления ниже температуры плавления входящих в сплав компонентов [75].

Таблица 1

	Температура °С			Электрическое сопротивление при температуре. С
Металл			Плотность при	Электрическое сопротивление при температуре. С
Металл	плавления	кипения	17-23 °С г/см3	р х 10^-8 ом м	t, °С
Ртуть	-38,9	356.6	14,19	95,77
Цезий			1,87
Галлий		2100	5,93
Рубидий	38,7		1,53	19,6
Калий	62,5		0,86	13,0	62,3
Натрий	97,5		0,97
Индий		2100	7,28
Литий		1360	0.534
Селен (аморфный) *
Олово		2337		49,0	300 , .
Висмут		1470	9,78
Таллий		1460	11.86
Кадмий	320,9		8,65
Свинец	327,3	1750	11,34	98
Цинк	419,5

* Металлоид.

В табл. 1 и 2 приведены также удельные электрические сопротивления при определенных температурах. Если учесть, что электрическое сопротивление мягкой стали при 20° С равно 15 х 10^-8 ом м, то можно отметить, что ртуть и указанные сплавы являются относительно хорошими проводниками. Например, удельные сопротивления ртути и NaK соответственно только в 6,38 и 3,34 раза превосходят сопротивление стали. Несколько большие значения получаются при сравнении с медью, удельное сопротивление которой равно 1,72 10^-8 ом-м.

Отметим, что удельное электрическое сопротивление сплава NaK мало зависит от состава компонентов. Сопротивление с увеличением температуры сплава заметно возрастает (см. табл. 3).

Для успешной работы токосъемного устройства необходимо, чтобы контактная среда удовлетворяла ряду требований, основными из которых являются:

стабильность физико-химических свойств;

относительно низкая температура плавления и повышенная температура кипения;

низкая удельная плотность и вязкость;

хорошее смачивание контактной поверхности;

высокие удельная теплоемкость и теплопроводность;

повышенная удельная электрическая проводимость;

низкое переходное сопротивление между жидкой средой и металлической поверхностью контактных колец;

отсутствие токсичности паров жидкости.

Смысл указанных требований в основном сводится к обеспечению малых механических и электрических потерь, стабильности работы контакта и возможности эффективного его охлаждения.

Таблица 2

Примечание. Температура кипения сплава NaK (эвтектика) 760° С.

Таблица 3. Зависимость удельного электрического сопротивления от температуры [6]

Сплав	Состав сплава, %	Удельное электрическое сопротивление, ом-м, при температуре
Сплав	Состав сплава, %	20°C	400°C	600°C
Натрий..... Калий .....	28-72	50·10^-6	66·10^-6	82·10^-6
Натрий..... Калий .....	44-56	50·10^-6	61,7·10^-6	78·10^-6

В настоящее время еще не найдена такая контактная среда, которая удовлетворяла бы одновременно всем приведенным условиям. Для токосъемных устройств униполярных машин практическое применение получили только ртуть и сплав натрия с калием, поэтому целесообразно сопоставить некоторые данные именно этих контактных сред.

Удельное сопротивление сплава NaK в 1,9 раза меньше, чем ртути.

Удельная плотность сплава NaK примерно в 16 раз меньше плотности ртути, что позволяет снизить потери механического трения жидкости пропорционально соотношению удельных плотностей (при прочих одинаковых условиях).

Следует отметить, что весьма низкую удельную плотность имеют также такие металлы, как литий, цезий и рубидий.

Уменьшению потерь механического трения способствует (правда, значительно в меньшей мере, чем величина плотности) низкое значение кинематической вязкости v, которая определяется отношением вязкости к удельной плотности. В табл. 4 приведены, в зависимости от температуры, соответствующие данные для ртути, а в табл. 5 - для сплава NaK [21]. Здесь же даны удельная теплоемкость °C и коэффициент теплопроводности λ. При температуре 100° С вязкость сплава NaK в 2,36 раза меньше, чем у ртути (соответственно 51,7-10~ и 122-10-5 н-сек/м); однако величина кинематической вязкости сплава в 6,64 раза больше, чем для ртути (соответственно 60,7-10^-8 и 9,15-10^-8 м²/сек). Последнее объясняется высокой Удельной плотностью ртути (γ).

В разделе V будет показано, что механические потери в контактном устройстве пропорциональны величине γ ν. Если произвести соответствующие расчеты с учетом указанных выше количественных соотношений, то получим, что потери в случае применения сплава NaK будут в 10,5 раза меньше, чем при использовании ртути.

Необходимо отметить высокие значения удельной теплоемкости и коэффициента теплопроводности для сплава NaK по сравнению с ртутью. Например, при 20° С для NaK С = 0,310 ккаЛ/кг- град, а для ртути только 0,0333 ккал/кг град; соответственно для NaK λ=22,1 вт/м-град, а для ртути 8 вт/м-град. Правда, если учесть большую удельную плотность ртути, то для одинаковых расходов жидкости при циркуляции сравниваемых контактных сред получим, что относительная способность отвода тепла у ртути будет выше. Эту способность можно оценить следующим отношением:

Таблица 4. Параметры ртути

Таблица 5. Параметры сплава NaK (натрий 25%, калий 75%)

Данные по сплаву NaK с несколько отличным от рассмотренного выше составом компонентов, а именно 44% Na и 56% К, приведены иже. Они взяты из [47]. Сплав указанного состава используется в униполярных генераторах, построенных фирмой Allis Chalmers.

Свойства сплава NaK

Плотность при 100° С, кг/м³......... 887

Температура плавления, °С.......... -7

Тел/пература кипения, °С........... 784

Электрическое сопротивление при 100 °С, ом м . 41,61-10^-8

Теплоемкость, ккал/кг град.......... 0,269

Вязкость, н c/м².............. 54,6 10^-5

Теплопроводность, вт/м град......... 24,9

Если принять константы NaK за единицу, то для соответствующих констант ртути приводятся следующие относительные значения: удельная плотность - 21: вязкость - 2,6; удельное электрическое сопротивление - 2,5; удельная теплоемкость - 0,143.

При выборе контактной среды следует иметь в виду ее химическую активность по отношению к окружающей среде. С этой точки зрения NaK имеет существенный недостаток - активно взаимодействует с кислородом воздуха и парами влаги. Применение активных контактных сред связано с необходимостью герметизации машины и заполнения ее внутренней полости соответствующим неактивным газом. В случае использования сплава NaK одним из таких газов является сухой азот. За счет небольшого избыточного внутреннего давления газа над атмосферным давлением устраняется подсасывание воздуха в машину снаружи.

Из рассмотренных выше свойств контактных сред ртути и сплава NaK можно сделать следующие заключения относительно областей их применения.

Для токосъемных устройств с высокими линейными скоростями контактной поверхности (до 200 м/сек) бесспорны преимущества сплава NaK. Зарубежный опыт эксплуатации позволяет заключить о достаточной стабильности работы подобных токосъемных устройств.

Ртуть целесообразно применять в токосъемных устройствах со скользящим контактом при относительно невысоких линейных скоростях контактной поверхности (примерно до 50 м/сек). В токосъемном устройстве со струйным контактом ртуть может быть использована для значительно больших линейных скоростей, так как в этом случае механические потери значительно уменьшаются.

к оглавлению

Реальная физика Изобретения Никола Тесла FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ

Знаете ли Вы, что "гравитационное линзирование" якобы наблюдаемое вблизи далеких галактик (но не в масштабе звезд, где оно должно быть по формулам ОТО!), на самом деле является термическим линзированием, связанным с изменениями плотности эфира от нагрева мириадами звезд. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира