Особенно перспективным является применение сверхпроводящих электрических машин в морском транспорте.
При проектировании электрического привода для кораблей редко удавалось преодолеть трудности, связанные с габаритами и стоимостью. На современных судах мощность на валу нередко превышает 30 миллионов ватт, что намного превосходит возможности обычных двигателей постоянного тока.
Сверхпроводящие машины постоянного тока обладают достаточной мощностью для непосредственного привода винта, а также для приведения в действие всех вспомогательных установок корабля, нуждающихся в электрическом питании. Подсчитано, что применение на танкерах и контейнеровозах сверхпроводящих электродвигателей даст возможность увеличить пространство, занимаемое грузом, на 10–20 %.
А знаете ли вы, что такое магнитогидродинамический генератор, или сокращенно МГД — генератор?
Уже его внешний вид ломает традиционное представление об электрических машинах. В нем нет вращающихся частей.
Принцип действия МГД — генератора заключается вкратце в следующем. Газ нагревается, например, путем сжигания какого‑либо горючего до температуры порядка 3000К. Для повышения степени ионизации в газ добавляется небольшое количество щелочных металлов. В результате газ становится электропроводным: он превращается в так называемую низкотемпературную плазму.
Поток такой плазмы пропускается с большой скоростью через канал, помещенный в сильное магнитное поле, которое может создаваться, например, сверхпроводящими магнитами. При этом отклоняемые магнитным полем ионы и электроны создают на специально введенных электродах электрическое напряжение.
Плазма покидает МГД — генератор при относительно высокой температуре. Следовательно, она уносит с собой часть тепла. Для его использования плазма после выхода из канала МГД — генератора попадает в парогенератор, где ее достаточно высокий запас тепла расходуется для получения пара.
Таким образом, плазма работает как бы дважды: в канале МГД — генератора из нее непосредственно извлекают электрическую энергию, а затем, несколько охладившись и превратившись в обычный неэлектропроводный газ, она отдает оставшееся тепло пару, который вращает турбину и сидящий с ней на валу электрический генератор.
У нас в стране сооружается первый промышленный гидродинамический энергетический блок мощностью 550 миллионов ватт. Он состоит из МГД — генератора мощностью 250 миллионов ватт и стандартной паровой турбины мощностью 300 миллионов ватт.
Главное преимущество МГД — метода преобразования энергии — высокий коэффициент полезного действия. По расчетам специалистов, относительное увеличение коэффициента полезного действия МГД — электростанции по сравнению с тепловой может составить около 25 %.
При сегодняшнем уровне выработки электроэнергии увеличение коэффициента полезного действия тепловых электростанций на такую величину сэкономило бы в нашей стране 75 миллионов тонн топлива (в пересчете на условное) в год или позволило при том же расходе выработать дополнительно 250 миллиардов киловатт — часов энергии.
МГД — генераторы со сверхпроводящими магнитами отличаются относительно малой массой. Поэтому их особенно разумно использовать в авиации или при космических полетах.
Читатель, наверное, помнит «гроб Магомета», о котором шла речь в главе четвертой. Такое шутливое название получил проведенный в 1945 году эффектный эксперимент московского профессора с небольшим постоянным магнитом, который парил над сверхпроводящей чашей.
Теперь мы в силах заставить парить в воздухе не только «гроб Магомета», но целый железнодорожный состав.
…В наш век больших скоростей тон задают космические ракеты и сверхзвуковые самолеты. Но и «старушка» железная дорога старается не отставать от требований века. Ведь и сегодня большая часть людей и грузов перевозится железнодорожным транспортом.
Люди старшего поколения помнят время, когда поезд преодолевал расстояние от Москвы до Ленинграда чуть ли не за сутки. Сегодня поезд, отправляющийся из Москвы поздно вечером, прибывает в город на Неве рано утром.
Можно ли увеличивать скорость обычного поезда беспредельно?
С повышением скорости увеличиваются вибрации, обусловленные неровностями пути и колес. При чрезвычайно большой скорости горизонтальные вибрации (рыскание) становятся столь большими, что они могут привести к катастрофе. При чрезмерной скорости вследствие больших вибраций нарушается нормальное функционирование системы подвески контактного провода.
Специалисты считают, что предельная скорость обычного железнодорожного состава не должна превышать 250 километров в час.
Сегодня мы уже подходим к этому пределу. Для того чтобы его перешагнуть, надо оторвать поезд от поверхности земли. А это возможно только с помощью магнитного подвеса, или, как его часто называют, магнитной подушки.
Представьте себе поезд, снабженный рядом сверхпроводящих магнитов, расположенных у основания вагонов. Необычный вид имеет и железнодорожное полотно. Оно содержит множество последовательно расположенных петель из хорошего проводника, например из алюминия.
Когда поезд стоит на месте, не возникает никакого взаимодействия между постоянными магнитами, расположенными в поезде, и железнодорожным полотном. Поезд необходимо сначала привести в движение и сообщить ему определенную скорость.
В этом смысле поезд на магнитной подушке можно уподобить самолету. Для того чтобы воздушный лайнер мог оторваться от земли, ему надо дать разгон, то есть он должен пробежать определенное расстояние на колесах по земле, как и обычное средство наземного транспорта. Очевидно, по этой аналогии поезд на магнитной подушке называется магнитопланом.
При движении сверхпроводящих магнитов вместе с поездом в проводящих петлях железнодорожного полотна возбуждаются вихревые токи, которые по правилу Ленца создают магнитное поле, направленное навстречу вызвавшему их полю сверхпроводящих магнитов поезда. Это поле создает силу отталкивания, или подъемную силу, и поезд отрывается от земли.
Какая же сила заставляет его устремиться вперед с немыслимой ранее скоростью?
На первый взгляд может показаться логичным использовать с этой целью реактивный двигатель, как в современных самолетах. Но эти двигатели слишком шумные, и, кроме того, они вызывают загрязнение окружающей среды.
Значит, электрический двигатель?
Как известно, любой электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижной — статора и подвижной — ротора. Мы привыкли к тому, что обе части составляют единое целое.
Иное дело линейный электродвигатель магнитоплана. Он как бы состоит из двух самостоятельных, пространственно разделенных частей. Статор находится на земле, а ротор в «парящем» над землей поезде. В статоре возбуждается электромагнитная волна, которая увлекает за собой магнитоплан.
Магниты выполняют двойную функцию: как средство подвеса и средство тяги. При этом отпадает необходимость подводить электрическую энергию к движущемуся поезду извне с помощью контактного провода, что, как читатель уже знает, является одной из причин, ограничивающей скорость движения обычного поезда.
По сообщениям иностранной прессы, в Японии создан магнитоплан Малев (магнитная «левитация»), развивающий скорость 517 километров в час.
Примерно на таком же принципе, как магнитоплан, основан разработанный в Японии проект магнитного судна.
Представьте себе сверхпроводящий магнит, установленный на борту корабля, создающий мощное магнитное поле. С помощью электродов, установленных под дном судна, соединенных с бортовым источником электричества, через воду пропускается электрический ток. Электромагнитное поле, порождаемое током, отталкивается от поля магнита, и судно отрывается от поверхности воды.
Действующая модель магнитного судна разработана в Университете торгового флота в Кобе. Японские специалисты надеются построить 100–тонное магнитосудно уже в ближайшие годы.
