Enfríamento de hidróxeno dun xerador síncrono

Enfríamento de xeradores síncronos con hidróxeno

O gas de hidróxeno empégase como medio de enfríamento dentro das carcasa dos xeradores debido ás súas excepcionais propiedades de enfríamento. No obstante, é fundamental ter en conta que certas mezclas de hidróxeno e aire son altamente explosivas. Pode ocorrer unha reacción explosiva cando a mezcla de hidróxeno - aire contén entre o 6% de hidróxeno e o 94% de aire ao 71% de hidróxeno e o 29% de aire. As mezclas con máis do 71% de hidróxeno non son combustibles. Nas aplicacións prácticas, unha relación de 9:1 de hidróxeno a aire é comúnmente empregada en turboalternadores moi grandes.

Aspectos clave do enfríamento con hidróxeno

Vantaxes sobre o enfríamento con aire

• Melhor rendemento de enfríamento: O gas de hidróxeno ten unha conductividade térmica significativamente maior que o aire. Ten 1,5 veces a capacidade de transferencia de calor do aire, permitindo un enfríamento moito máis rápido das compoñentes do xerador. Esta rápida dissipación de calor axuda a manter as temperaturas óptimas de funcionamento e reduce o risco de sobrecalentamento.

• Melhora do rendemento, eficiencia e redución do ruído: A mesma temperatura e presión, a densidade do hidróxeno é aproximadamente 1/14 da do aire. Cando as partes rotativas do xerador operan neste ambiente de gas de hidróxeno de baixa densidade, as perdas por ventilação son minimizadas. Como resultado, a eficiencia global da máquina aumenta, e o ruído xerado durante a operación diminúe, levando a un xerador máis eficiente e silencioso.

• Prevención da coroa: Cando se usa o aire como medio de enfríamento, pode ocorrer unha descarga de coroa dentro do xerador. Esta descarga produce substancias como ozono, óxidos de nitróxeno e ácido nítrico, que poden danar gravemente o aislamento do xerador. En contraste, o enfríamento con hidróxeno prevén eficazmente o efecto de coroa, prolongando así a vida útil do aislamento e reducindo a necesidade de manutención e substitución frecuentes.

Limitacións

• Construción cara: Os alternadores enfríados con hidróxeno requiren marcos máis caros. Isto é debido á necesidade de implementar construción antexplosión e selos de eixo herméticos para evitar fugas de hidróxeno e potenciais explosións. Estas características de seguridade adicionais engaden ao custo de fabricación global do xerador.

• Proceso complexo de admisión de gas: Deben tomarse precaucións especiais cando se introduce o hidróxeno no alternador para evitar crear mezclas explosivas. Dúas métodos comúns son usados:

• Sustitución de gas: Primeiro, o aire dentro do alternador substitúese con dióxido de carbono (CO2), e despois introduce o hidróxeno. Este proceso paso a paso asegura que se evite o rango explosivo de mezclas de hidróxeno - aire.

• Bombaxe de vácuo: A unidade do alternador vacía ata 1/5 da presión atmosférica antes de admitir o hidróxeno. Isto reduce a presenza de aire e minimiza o risco de reacción explosiva durante a introdución do hidróxeno.

• Requisitos de enfríamento adicionais: Para extraer eficazmente o calor do hidróxeno, deben instalarse bobinas de enfríamento que transporten aceite ou auga dentro da carcasa do xerador. Estas bobinas son esenciais para manter a temperatura adecuada do hidróxeno mentres circula pola máquina.

• Limitacións de capacidade: A pesar das súas múltiples vantaxes, o enfríamento con hidróxeno non é suficiente para alternadores grandes con capacidades superiores aos 500 MW. O calor xerado por estas máquinas de alta potencia require solucions de enfríamento máis avanzadas, como o enfríamento directo con auga, para garantir un funcionamento fiable.

Detalles operativos

Para prevenir a formación de mezclas de hidróxeno - aire explosivas, o gas de hidróxeno dentro do xerador mantéñese a unha presión superior á presión atmosférica. Esta presión positiva evita a infiltración de aire, que podería contaminar o hidróxeno e crear unha situación peligrosa. O enfríamento con hidróxeno a presións 1, 2 e 3 veces a presión atmosférica pode aumentar a clasificación do xerador en un 15%, 30% e 40% respectivamente, en comparación coa súa clasificación enfríada con aire.

Os sistemas de enfríamento con hidróxeno requiren un sistema de circulación totalmente hermético e eficiente. Instálanse glándulas seladas con aceite entre o eixo e a carcasa. Estas glándulas teñen un papel crucial na prevención de fugas de hidróxeno e entrada de aire. Xa que o aceite nestas glándulas absorbe tanto o hidróxeno que fuga como o aire que entra, debe purificarse regularmente para manter a súa eficacia.

O gas de hidróxeno circula polo rotor e estator do xerador usando ventiladores e abans. Despois de pasar polas compoñentes do xerador, o hidróxeno calentado dirixese sobre bobinas de enfríamento situadas dentro da carcasa. Estas bobinas, que poden estar cheas de aceite ou auga, absorben o calor do hidróxeno, enfríándoo antes de ser recirculado de novo polo xerador.

En xeral, o enfríamento con hidróxeno ofrece varias ventajas significativas sobre o enfríamento con aire, incluíndo unha mellor eficiencia de enfríamento, un rendemento máis elevado da máquina e unha vida útil do aislamento máis longa. No entanto, tamén trae consigo o seu propio conxunto de desafíos e limitacións que deben xestionarse con cuidado para garantir un funcionamento seguro e fiable do xerador.