Vedynjänkytys synkronisessa generaattorissa

Synkronisten generaattoreiden vetyjäähdytys

Vetyä käytetään generaattorien koteloiden sisällä jäädytysvälineenä sen erinomaisten jäädytysominaisuuksien vuoksi. On kuitenkin tärkeää huomioida, että tietyt vety- ja ilmaseoksut ovat erittäin räjähtäviä. Räjähdys voi tapahtua, kun vety-ilmaseoksessa on 6–71 prosenttia vetyä ja 29–94 prosenttia ilmaa. Seoksia, joissa on yli 71 prosenttia vetyä, ei ole palamiskelpoja. Käytännössä hyvin suurissa turbo-alternatorissa sovelletaan usein 9:1-suhdetta vetyn ja ilman välillä.

Vetyjäähdytyksen keskeiset näkökohdat

Elinkelpoisuuserot ilmajäähdytykseen nähden

• Parannettu jähdytystehoste: Vetykaasulla on merkittävästi parempi lämpöjohtavuus kuin ilmalla. Sillä on 1,5 kertaa parempi lämmön siirtymiskyky kuin ilmalla, mikä mahdollistaa generatoryn komponenttien nopeamman jähdytyksen. Tämä nopea lämmön siirtyminen auttaa ylläpitämään optimaalisia toimintalämpötiloja ja vähentää ylikuumenemisen riskiä.

• Parannettu tuulilukujen vaikutus, tehokkuus ja pienennetty melutaso: Samassa lämpötilassa ja paineessa vety on noin 1/14 osa ilman tiheyttä. Kun generatorin pyöreät osat toimivat tässä alatiheyden vetykaasuympäristössä, tuulilukuvahingot vähenevät. Tämän seurauksena koneen kokonaisvaikuttavuus paranee, ja toiminnan aikana aiheutuva melu vähenee, mikä johtaa tehokkaampaan ja hiljaisempaan generatoriin.

• Koronan estäminen: Kun ilmaa käytetään jähdytysvälineenä, generatoryn sisällä voi tapahtua korona-ilmiö. Tämä ilmiö tuottaa ainesteita, kuten oksidi, typin oksidit ja salpurihappo, jotka voivat vakavasti vahingoittaa generatorin eristyksen. Vetyjäähdytys puolestaan estää tehokkaasti koronailmiön, mikä pidentää erityksen käyttöikää ja vähentää säännöllisen huollon ja vaihdon tarvetta.

Rajoitteet

• Kalliit rakenteet: Vetyjäähdytettyihin alternatoriin vaaditaan kalliimpia kehyksiä. Tämä johtuu räjähteiden torjumiseen tarkoitettujen rakenteiden ja kaasutiivaiden toteuttamisen välttämättömyydestä, jotta voidaan estää vetyvuodot ja mahdolliset räjähdykset. Nämä lisävarovuudet lisäävät generatorin valmistuskustannuksia.

• Monimutkainen kaasuveden prosessi: Vetyä vedetessä alternatoriin on otettava erityisiä varotoimenpiteitä, jotta voidaan välttää räjähtävien sekoitusten muodostuminen. Kaksi yleistä menetelmää ovat:

• Kaasuveden vaihto: Ensiksi alternatorin sisällä oleva ilma korvataan hiilidioksidilla (CO2), ja sitten vety vedetään. Tämä vaiheittainen prosessi varmistaa, että vety-ilmaseosten räjähtävä raja vältetään.

• Tyhjiöpumpaus: Alternatoriyksikkö tyhjennetään viidesosa atmosfäärin paineesta ennen vetyveden aloittamista. Tämä vähentää ilmaa ja minimoi räjähdysriskin vetyveden aikana.

• Lisäjäähdytystarpeet: Vetyä tehokkaasti jähdyttääkseen generatorin koteloon on asennettava öljy- tai vesiä kuljettavat jähdytysputket. Nämä putket ovat olennaisia vetyjen sopivan lämpötilan ylläpitämiseksi, kun ne liikkuvat laitteen läpi.

• Kapasiteettirajoitukset: Huolimatta monista etuista vetyjäähdytys ei riitä suureille alternatoreille, joiden kapasiteetti ylittää 500 MW. Nämä suurytön laitteet tuottamat lämmönmäärät vaativat edistyneempiä jähdytysratkaisuja, kuten suoran vesijäähdytys, luotettavan toiminnan takaamiseksi.

Toimintayksityiskohdat

Räjähtävien vety-ilmaseosten muodostumisen estämiseksi generatorin sisällä oleva vety ylläpidetään paineessa, joka on korkeampi kuin ilmakehän paine. Tämä positiivinen paine estää ilmaa syntyä ulkopuolelta, mikä voisi saastuttaa vetyä ja luoda vaarallisen tilanteen. Vetyjäähdytys paineissa, jotka ovat 1, 2 ja 3 kertaa ilmakehän paine, voi nostaa generatorin arvoa 15, 30 ja 40 prosenttia verrattuna ilmajäähdytettyyn arvoon.

Vetyjäähdytysjärjestelmät vaativat täysin suljetun ja tehokkaan kierrätysjärjestelmän. Erityisiä öljytiiveitä on asennettu vaipan ja kotelon välille. Nämä tiivet ovat olennaisia vetyvuodon ja ilman sisääntulon estämiseksi. Koska nämä tiivet absorboivat sekä vuodatun vetyä että tulevan ilman, niiden tehokkuuden ylläpitämiseksi niitä on puhdistettava säännöllisesti.

Vetykaasu kierrätetään generatorin rotoriin ja statoriin tuuletuslaite- ja tuuletinsa avulla. Generatoryn komponenttien läpi kulkiessaan lämpenemä vety ohjataan jähdytysputkien yli, jotka sijaitsevat kotelon sisällä. Nämä putket, jotka voivat olla täynnä joko öljyä tai vettä, imaisevat lämpöä vetyästä, jolloin se jäähtyy ennen kuin se kierrätetään takaisin generatorin läpi.

Yhteenvetona vetyjäähdytys tarjoaa useita merkittäviä etuja ilmajäähdytystä nähden, mukaan lukien parannettu jähdytystehoste, parannettu laitemuototeho ja pidennetty erityksen elinkaari. Siitä huolimatta sillä on myös omat haasteensa ja rajoitteensa, jotka on harkittava huolellisesti, jotta generatorin turvallinen ja luotettava toiminta voidaan taata.