Waterstofkoeling van 'n synchrone generator

Waterstofkoeling van synchrone generatiewe

Waterstofgas word as 'n koelmedium binne generatorbeskermings gebruik weens sy uitsonderlike koelleidende eienskappe. Dit is egter belangrik om te let op dat sekere mengsels van waterstof en lug hoogs ontplofbare is. 'n Ontploffing kan plaasvind wanneer die waterstof-lugmengsel enigiets van 6% waterstof en 94% lug tot 71% waterstof en 29% lug bevat. Mengsels met meer as 71% waterstof is nie-ontbrandbaar. In praktiese toepassings word 'n 9:1-verhouding van waterstof tot lug algemeen in baie groot turbo-alternators gebruik.

Kernaspekte van Waterstofkoeling

Voordelige Aspekte oor Lugkoeling

• Verhoogde Koelvermoë: Waterstofgas het 'n beduidend hoër termiese geleidbaarheid as lug. Dit het 1,5 keer die warmteoorgangvermoë van lug, wat baie vinniger koeling van die generatorkomponente moontlik maak. Hierdie snelle warmteafvoer help om optimale werkingstemperature te handhaaf en verminder die risiko van oorkoeling.

• Verbeterde Windweerstand, Effektiwiteit en Vermindering van Lawaai: By dieselfde temperatuur en druk is die digtheid van waterstof ongeveer 1/14 van dié van lug. Wanneer die roterende dele van die generator in hierdie lae-digtheid waterstofgasomgewing werk, word windweerstand-minimisering behaal. Daarby neem die algehele effektiwiteit van die masjien toe, en die lawaai wat tydens operasie gegenereer word, word verminder, wat lei tot 'n meer effektiewe en stille generator.

• Vernietiging van Korona: Wanneer lug as 'n koelmedium gebruik word, kan korona-ontlaaiing binne die generator voorkom. Hierdie ontlaaiing produseer stowwe soos ozon, stikstofoxide en salpetersuur, wat die insulasie van die generator ernstig kan beskadig. Inteendeel, waterstofkoeling verhoed effektief die korona-effek, wat die leeftyd van die insulasie verleng en die noodsaak vir gereelde instandhouding en vervanging verminder.

Beperkings

• Dure Konstruksie: Waterstof-gekoelde alternators vereis duurder raamwerk. Dit is as gevolg van die noodsaak om ontploffingsbestendige konstruksie en gasdichte assiegsele te implementeer om waterstoflekke en potensiële ontploffings te verhoed. Hierdie bykomende veiligheidskenmerke voeg by die algehele vervaardigingskoste van die generator.

• Komplekse Gas-toelatingsproses: Spesiale voorbereidings moet geneem word wanneer waterstof in die alternator geïntroduceer word om ontploffingsmengsels te vermy. Twee algemene metodes word gebruik:

• Gasvervanging: Eerstens word die lug binne die alternator met koolstofdioksied (CO2) vervang, en dan word waterstof geïntroduseer. Hierdie stap-vir-stap proses verseker dat die ontploffingsbereik van waterstof-lugmengsels vermy word.

• Vakuum pomp: Die alternatoreenheid word geëvakueer tot 1/5 van atmosferiese druk voordat waterstof toegelaat word. Dit verminder die teenwoordigheid van lug en minimiseer die risiko van 'n ontploffingsreaksie tydens die waterstoftoevoer.

• Bykomende Koelvereistes: Om effektief warmte uit die waterstof te trek, moet koilings wat olie of water dra, binne die generatorbeskerming geïnstalleer word. Hierdie koilings is essensieel om die regte temperatuur van die waterstof te handhaaf terwyl dit deur die masjien sirkuleer.

• Kapasiteitsbeperkings: Ten spyte van sy vele voordele, is waterstofkoeling onvoldoende vir groot alternators met kapasiteite wat 500 MW oorskry. Die warmte wat deur hierdie hoë-mag masjiene gegenereer word, vereis meer gevorderde koeloplossings, soos direkte waterkoeling, om betroubare operasie te verseker.

Operasionele Besonderhede

Om die vorming van ontploffingswaterstof-lugmengsels te verhoed, word die waterstofgas binne die generator by 'n druk gehou wat hoër is as atmosferiese druk. Hierdie positiewe druk verhoed die binne-in seep van lug, wat die waterstof kan besmet en 'n gevaarlike situasie kan skep. Waterstofkoeling by druk 1, 2, en 3 keer atmosferiese druk kan die generator se rating met 15%, 30%, en 40% onderskeidelik verhoog, in vergelyking met sy lug-gekoelde rating.

Waterstofkoelsisteme vereis 'n volledig geslote en doeltreffende sirkulasiesisteem. Spesiale olie-geslote glande word tussen die as en die beskerming geïnstalleer. Hierdie glande speel 'n kritiese rol in die verhoeding van waterstoflekke en luginval. Aangesien die olie in hierdie glande beide lekkende waterstof en ingaande lug absorbeer, moet dit gereeld geheelig word om sy effektiwiteit te handhaaf.

Die waterstofgas word deur blowers en waaiers deur die rotor en stator van die generator gesirkuleer. Nadat dit deur die generatorkomponente gegaan het, word die verhitte waterstof oor koilings geleid wat binne die beskerming geplaas is. Hierdie koilings, wat met olie of water gevul kan word, absorbeer die warmte van die waterstof, koel dit af voordat dit terug deur die generator sirkuleer.

Algemeen gesproke bied waterstofkoeling verskeie beduidende voordele bo lugkoeling, insluitend verbeterde kooleffektiwiteit, verbeterde masjieneffektiwiteit, en verlengde insulasieleeftyd. Dit kom egter ook met sy eie set uitdagings en beperkings mee wat varsig bestuur moet word om veilige en betroubare operasie van die generator te verseker.