سیستم خنک‌سازی هیدروژن ژنراتور سنکرون
خنک‌سازی هیدروژن در ژنراتورهای همگام
گاز هیدروژن به عنوان یک ماده خنک‌کننده درون پوسته ژنراتورها استفاده می‌شود که دارای ویژگی‌های استثنایی خنک‌سازی است. با این حال، باید توجه داشت که برخی ترکیبات هیدروژن و هوا بسیار انفجارپذیر هستند. واکنش انفجاری می‌تواند زمانی رخ دهد که ترکیب هیدروژن - هوا شامل ۶٪ هیدروژن و ۹۴٪ هوا تا ۷۱٪ هیدروژن و ۲۹٪ هوا باشد. ترکیبات با بیش از ۷۱٪ هیدروژن قابل احتراق نیستند. در کاربردهای عملی، نسبت ۹ به ۱ هیدروژن به هوا در چرخ‌آلات بزرگ بسیار معمول است.
نقاط کلیدی خنک‌سازی هیدروژن
مزایای خنک‌سازی هیدروژن نسبت به خنک‌سازی هوا
بهبود عملکرد خنک‌سازی: گاز هیدروژن دارای رسانایی حرارتی بسیار بالاتری نسبت به هوا است. این گاز ۱.۵ برابر توانایی انتقال گرمایی هوا را دارد که به خنک‌سازی سریع‌تر مولفه‌های ژنراتور منجر می‌شود. این تشعشع گرما به طور سریع کمک می‌کند تا دمای بهینه عملکردی حفظ شود و خطر گرم شدن بیش از حد کاهش یابد.
بهبود ضربه باد، کارایی و کاهش صدا: در دمای یکسان و فشار یکسان، چگالی هیدروژن تقریباً یک چهاردهم چگالی هوا است. هنگامی که قطعات چرخان ژنراتور در محیط گاز هیدروژن با چگالی پایین کار می‌کنند، ضربه باد کاهش می‌یابد. در نتیجه، کارایی کلی ماشین افزایش می‌یابد و صدای تولید شده در طول عملیات کاهش می‌یابد، که منجر به یک ژنراتور کاراتر و آرام‌تر می‌شود.
جلوگیری از کرون: هنگامی که هوا به عنوان ماده خنک‌کننده استفاده می‌شود، جریان کرون در ژنراتور ممکن است رخ دهد. این جریان موادی مانند ازن، اکسیدهای نیتروژن و اسید نیتریک را تولید می‌کند که می‌توانند عایق ژنراتور را به شدت آسیب برسانند. در مقایسه، خنک‌سازی هیدروژن به طور مؤثر جلوگیری از اثر کرون را فراهم می‌کند و بنابراین عمر عایق را افزایش می‌دهد و نیاز به تعمیرات و تعویض مکرر را کاهش می‌دهد.
محدودیت‌ها
ساخت و ساز گران‌قیمت: ژنراتورهای خنک‌شده با هیدروژن نیاز به قاب‌های گران‌قیمت‌تری دارند. این به دلیل لزوم پیاده‌سازی ساخت و ساز ضد انفجار و مهرهای محکم روی محور برای جلوگیری از نشت هیدروژن و انفجارهای احتمالی است. این ویژگی‌های ایمنی اضافی به هزینه کلی تولید ژنراتور اضافه می‌کنند.
فرآیند پیچیده ورود گاز: احتیاط‌های خاصی باید در هنگام معرفی هیدروژن به ژنراتور اتخاذ شود تا تشکیل ترکیبات انفجاری جلوگیری شود. دو روش رایج وجود دارد:
جایگزینی گاز: ابتدا هوا درون ژنراتور با دی اکسید کربن (CO2) جایگزین می‌شود و سپس هیدروژن معرفی می‌شود. این فرآیند مرحله به مرحله مطمئن می‌کند که محدوده انفجاری ترکیبات هیدروژن - هوا اجتناب شود.
پمپ‌های خلاء: واحد ژنراتور به یک پنجم فشار جوی خلاء می‌شود قبل از ورود هیدروژن. این کار حضور هوا را کاهش می‌دهد و خطر واکنش انفجاری در زمان معرفی هیدروژن را کاهش می‌دهد.
نیازهای خنک‌سازی اضافی: برای استخراج موثر گرما از هیدروژن، لوله‌های خنک‌کننده حاوی روغن یا آب باید درون پوسته ژنراتور نصب شوند. این لوله‌ها برای حفظ دمای مناسب هیدروژن در حین گردش آن درون ماشین ضروری هستند.
محدودیت‌های ظرفیت: با وجود مزایای بسیاری، خنک‌سازی هیدروژن برای ژنراتورهای بزرگ با ظرفیت بیش از ۵۰۰ MW کافی نیست. گرما تولید شده توسط این دستگاه‌های با قدرت بالا نیاز به راه‌حل‌های خنک‌سازی پیشرفته‌تری مانند خنک‌سازی مستقیم با آب دارد تا عملکرد مطمئن آنها تضمین شود.
جزئیات عملیاتی
برای جلوگیری از تشکیل ترکیبات انفجاری هیدروژن - هوا، گاز هیدروژن درون ژنراتور در فشار بالاتر از فشار جوی حفظ می‌شود. این فشار مثبت جلوگیری می‌کند از نشت داخلی هوا که می‌تواند هیدروژن را آلوده کند و وضعیت خطرناکی ایجاد کند. خنک‌سازی هیدروژن در فشار ۱، ۲ و ۳ برابر فشار جو می‌تواند ظرفیت ژنراتور را به ترتیب ۱۵٪، ۳۰٪ و ۴۰٪ نسبت به ظرفیت خنک‌سازی با هوا افزایش دهد.
سیستم‌های خنک‌سازی هیدروژن نیاز به یک سیستم چرخان کاملاً محکم و کارآمد دارند. مهرهای روغنی خاص بین محور و پوسته نصب می‌شوند. این مهرها نقش مهمی در جلوگیری از نشت هیدروژن و ورود هوا دارند. چون روغن در این مهرها هم هیدروژن نشتی و هم هوا ورودی را جذب می‌کند، باید به طور منظم تمیز شود تا کارایی خود را حفظ کند.
گاز هیدروژن با استفاده از پنکه‌ها و موتورهای بادکنکی از طریق روتور و استاتور ژنراتور چرخانده می‌شود. پس از عبور از مولفه‌های ژنراتور، هیدروژن گرم شده به سمت لوله‌های خنک‌کننده واقع درون پوسته هدایت می‌شود. این لوله‌ها که می‌توانند با روغن یا آب پر شوند، گرما را از هیدروژن جذب می‌کنند و آن را خنک می‌کنند قبل از اینکه دوباره از طریق ژنراتور چرخانده شود.
به طور کلی، خنک‌سازی هیدروژن چندین مزیت قابل توجه نسبت به خنک‌سازی هوا ارائه می‌دهد، از جمله بهبود کارایی خنک‌سازی، بهبود عملکرد ماشین و افزایش عمر عایق. با این حال، این روش نیز با چالش‌ها و محدودیت‌های خود مواجه است که باید به دقت مدیریت شوند تا عملکرد ایمن و قابل اعتماد ژنراتور تضمین شود.
