Υδρογόνος Ψύξη ενός Συνχρόνου Γεννήτρια
Υδρογενική Ψύξη Συνδυασμένων Γεννήτριων
Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως ψυκτικό μέσο μέσα στα κάλυμμα των γεννήτριων λόγω των εξαιρετικών του ψυκτικών ιδιοτήτων. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι ορισμένες μίγνυματα υδρογόνου και αέρα είναι εξαιρετικά εκρηκτικά. Μια εκρηκτική αντίδραση μπορεί να προκύψει όταν το μίγμα υδρογόνου - αέρα περιέχει από 6% υδρογόνο και 94% αέρα έως 71% υδρογόνο και 29% αέρα. Τα μίγνυματα με περισσότερο από 71% υδρογόνο δεν είναι καύσιμα. Στις πρακτικές εφαρμογές, ένα λόγο 9:1 υδρογόνου προς αέρα χρησιμοποιείται συνήθως σε πολύ μεγάλες τουρμπο-αλτερνάτορες.
Κύρια Στοιχεία της Υδρογενικής Ψύξης
Πλεονεκτήματα Σε Σχέση με την Αερική Ψύξη
Ενισχυμένη Απόδοση Ψύξης: Το υδρογόνο έχει σημαντικά υψηλότερη θερμοηλεκτρική διαθεσιμότητα σε σύγκριση με τον αέρα. Διαθέτει 1,5 φορές την ικανότητα μεταφοράς θερμότητας του αέρα, επιτρέποντας την πολύ γρηγορότερη ψύξη των συστατικών της γεννήτριας. Αυτή η γρήγορη διάθεση θερμότητας βοηθά στη διατήρηση των βέλτιστων θερμοκρασιών λειτουργίας και μειώνει τον κίνδυνο υπερθέρμανσης.
Βελτιωμένη Αντίσταση, Απόδοση και Μειωμένος Θόρυβος: Στην ίδια θερμοκρασία και πίεση, η πυκνότητα του υδρογόνου είναι περίπου 1/14η της πυκνότητας του αέρα. Όταν τα περιστρεφόμενα μέρη της γεννήτριας λειτουργούν σε αυτό το περιβάλλον χαμηλής πυκνότητας υδρογόνου, οι απώλειες αντίστασης ελαχιστοποιούνται. Συνεπώς, η συνολική απόδοση του μηχανήματος αυξάνεται και ο θόρυβος που παράγεται κατά τη λειτουργία μειώνεται, οδηγώντας σε πιο αποδοτική και ήρεμη γεννήτρια.
Πρόληψη Κορωνής: Όταν χρησιμοποιείται αέρας ως ψυκτικό μέσο, μπορεί να παρατηρηθεί η έκταση της κορωνής μέσα στη γεννήτρια. Αυτή η έκταση παράγει ουσίες όπως οζώνιο, οξείδια του αζώτου και νιτρικό οξύ, που μπορούν να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στην απομόνωση της γεννήτριας. Σε αντίθεση, η υδρογενική ψύξη αποτελεσματικά προλαμβάνει την εμφάνιση της κορωνής, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής της απομόνωσης και μειώνοντας την ανάγκη συχνής συντήρησης και αντικατάστασης.
Περιορισμοί
Ακριβής Κατασκευή: Οι υδρογενικά ψυγμένες αλτερνάτορες απαιτούν πιο ακριβά πλαίσια. Αυτό οφείλεται στην ανάγκη να εφαρμοστεί η κατασκευή εκρηκτικών και σφραγισμένων διαμεθυλίων για να αποτραπεί η διαρροή υδρογόνου και οι πιθανές εκρήξεις. Αυτά τα επιπλέον μέτρα ασφαλείας αυξάνουν το συνολικό κόστος κατασκευής της γεννήτριας.
Περίπλοκη Διαδικασία Εισαγωγής Υδρογόνου: Πρέπει να ληφθούν ειδικά μέτρα κατά την εισαγωγή υδρογόνου στην αλτερνάτορα για να αποφευχθεί η δημιουργία εκρηκτικών μιγμάτων. Δύο κοινές μέθοδοι είναι:
Αντικατάσταση Αέρα: Πρώτα, ο αέρας μέσα στην αλτερνάτορα αντικαθίσταται από διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και στη συνέχεια εισάγεται το υδρογόνο. Αυτή η βήμα προς βήμα διαδικασία εξασφαλίζει ότι αποφεύγεται το εκρηκτικό εύρος των μιγμάτων υδρογόνου - αέρα.
Συμπίεση Σε Πνευματικό Κενό: Η μονάδα της αλτερνάτορα συμπίεται σε 1/5 της ατμοσφαιρικής πίεσης πριν από την εισαγωγή του υδρογόνου. Αυτό μειώνει την παρουσία αέρα και μειώνει τον κίνδυνο εκρηκτικής αντίδρασης κατά την εισαγωγή του υδρογόνου.
Επιπλέον Απαιτήσεις Ψύξης: Για την αποτελεσματική εξαγωγή θερμότητας από το υδρογόνο, πρέπει να εγκατασταθούν εσωτερικά καλύμματα που φέρουν πετρέλαιο ή νερό μέσα στο κάλυμμα της γεννήτριας. Αυτά τα καλύμματα είναι απαραίτητα για τη διατήρηση της κατάλληλης θερμοκρασίας του υδρογόνου καθώς κυκλοφορεί μέσα στο μηχανήμα.
Οριακές Ικανότητες: Παρά τα πολλά πλεονεκτήματα, η υδρογενική ψύξη είναι ανεπαρκής για μεγάλες αλτερνάτορες με ικανότητα άνω των 500 MW. Η θερμότητα που παράγεται από αυτά τα μηχανήματα υψηλής ισχύος απαιτεί πιο προηγμένες λύσεις ψύξης, όπως την άμεση ψύξη με νερό, για να εξασφαλίσει την αξιόπιστη λειτουργία.
Λεπτομέρειες Λειτουργίας
Για να προληφθεί η δημιουργία εκρηκτικών μιγμάτων υδρογόνου - αέρα, το υδρογόνο μέσα στη γεννήτρια διατηρείται σε πίεση υψηλότερη από την ατμοσφαιρική. Αυτή η θετική πίεση εμποδίζει την εσωτερική εισροή αέρα, η οποία θα μπορούσε να μολύνει το υδρογόνο και να δημιουργήσει μια επικίνδυνη κατάσταση. Η υδρογενική ψύξη σε πίεση 1, 2 και 3 φορές την ατμοσφαιρική πίεση μπορεί να αυξήσει την ικανότητα της γεννήτριας κατά 15%, 30% και 40% αντιστοίχως, σε σύγκριση με την ικανότητα αερικής ψύξης.
Τα συστήματα υδρογενικής ψύξης απαιτούν ένα πλήρως σφραγισμένο και αποτελεσματικό σύστημα κυκλοφορίας. Ειδικά σφραγίσματα με πετρέλαιο εγκαταστάνται μεταξύ του πίνακα και του κάλυμμα. Αυτά τα σφραγίσματα παίζουν κρίσιμο ρόλο στην πρόληψη της διαρροής υδρογόνου και της εισροής αέρα. Καθώς το πετρέλαιο σε αυτά τα σφραγίσματα απορροφά και το διαρρέον υδρογόνο και τον εισερχόμενο αέρα, χρειάζεται να καθαρίζεται συστηματικά για να διατηρηθεί η αποτελεσματικότητά του.
Το υδρογόνο κυκλοφορεί μέσα στον ρότορα και το στάτορ της γεννήτριας με τη χρήση ανεμοστρόβιλων και ανεμογεννητών. Μετά τη διέλευση των συστατικών της γεννήτριας, το θερμανμένο υδρογόνο κατευθύνεται πάνω σε καλύμματα ψύξης που βρίσκονται μέσα στο κάλυμμα. Αυτά τα καλύμματα, που μπορούν να είναι γεμάτα με πετρέλαιο ή νερό, απορροφούν τη θερμότητα από το υδρογόνο, ψύχοντάς το πριν από την επανακύκλωση μέσα στη γεννήτρια.
Συνολικά, η υδρογενική ψύξη παρέχει αρκετά σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με την αερική ψύξη, περιλαμβανομένης της βελτιωμένης απόδοσης ψύξης, της ενισχυμένης απόδοσης του μηχανήματος και της επικεντρωμένης ζωής της απομόνωσης. Ωστόσο, έρχεται και με το δικό της σύνολο προκλήσεων και περιορισμών που πρέπει να διαχειριστούνται προσεκτικά για να εξασφαλιστεί η ασφαλής και αξιόπιστη λειτουργία της γεννήτριας.
