Szinkronos generátor hidrogénhűtése

Szinkronos generátorok hidrogén hűtése

A hidrogéngáz kiemelkedő hűtési tulajdonságai miatt használják a generátorkamrákban hűtőközegként. Fontos azonban megjegyezni, hogy bizonyos hidrogén- és levegő-keverékek nagyon robbanók. Robbanás történhet, ha a hidrogén-levegő keverék 6%-os hidrogén és 94%-os levegőtól 71%-os hidrogén és 29%-os levegőig terjed. A 71%-nál magasabb hidrogéntartalmú keverékek nem égnek fel. Gyakorlati alkalmazásokban nagy turbogenerátorok esetén gyakran használnak 9:1-es arányú hidrogén-levegő keveréket.

A hidrogén hűtés főbb aspektusai

Előnyök az levegő hűtéshez képest

• Javított hűtési teljesítmény: A hidrogéngáz jelentősen nagyobb hővezető képességgel rendelkezik, mint a levegő. 1,5-szeres hőátadási képessége van a levegőhez képest, ami sokkal gyorsabb hűtést tesz lehetővé a generátor alkatrészeire. Ez a gyors hőleadás segít fenntartani a legmegfelelőbb működési hőmérsékleteket, és csökkenti az túlhőtést kockázatát.

• Javított szárnyalódási veszteség, hatékonyság, és csökkent zaj: Ugyanazon hőmérsékleten és nyomáson a hidrogén sűrűsége körülbelül 1/14-ed része a levegő sűrűségének. Amikor a generátor forgó részei ebben a alacsony sűrűségű hidrogéngáz környezetben működnek, a szárnyalódási veszteségek minimalizálódnak. Ennek eredményeként a gép teljes hatékonysága növekszik, és a működés során kevesebb zaj keletkezik, ami egy hatékonyabb és csendesebb generátort eredményez.

• Korona effektus megelőzése: Ha levegőt használnak hűtési közegként, korona elengedés történhet a generátorban. Ez az elengedés olyan anyagokat, mint például az ozont, a nitroxidokat és a nitrik savat termel, amelyek súlyosan károsíthatják a generátor izolációját. Ellenben a hidrogén hűtés hatékonyan megelőzi a korona effektust, így meghosszabbítva az izoláció élettartamát, és csökkentve a gyakori karbantartás és cserélés szükségességét.

Korlátozások

• Költséges szerkezet: A hidrogén-hűtett alternátorok drágább keretekre igényelnek. Ez azért szükséges, mert robbanásbiztos szerkezet és gázszoros tengelyszeléd beépítése szükséges, hogy elkerülje a hidrogén szivárgást és a potenciális robbanásokat. Ezek a további biztonsági funkciók hozzájárulnak a generátor gyártási költségeinek növekedéséhez.

• Összetett gáz beviteli folyamat: Különleges elővigyázatosságot kell tanúsítani a hidrogén bevezetésekor, hogy elkerülje a robbanó keverékek kialakulását. Két gyakori módszer használatos:

• Gázcsere: Először a levegőt a széndioxid (CO2) helyettesíti, majd bevezetik a hidrogént. Ez a lépésről-lépésre végrehajtott folyamat biztosítja, hogy a hidrogén-levegő keverékek robbanó tartományát elkerüljék.

• Vakuumpompázás: Az alternátor egységet 1/5-atmoszféri nyomásra evakuálják, mielőtt bevezetnék hidrogént. Ez csökkenti a levegő jelenlétét, és minimalizálja a robbanás kockázatát a hidrogén bevezetése során.

• További hűtési követelmények: A hidrogén hatékony hővezetéséhez olaj vagy vízzel töltött hűtőcsavarokat kell telepíteni a generátor kamrájába. Ezek a csavarok létfontosságúak a hidrogén megfelelő hőmérsékletének fenntartása érdekében, ahogy a gépen keresztül kering.

• Kapacitási korlátozások: Bár sok előnye van, a hidrogén hűtés nem elegendő 500 MW-nál nagyobb kapacitású alternátorokhoz. Ezek a nagy teljesítményű gépek által generált hőt továbbfejlesztett hűtési megoldások, mint például a közvetlen víz hűtés, szükségesek, hogy megbízható működést biztosítsanak.

Működési részletek

Az explozív hidrogén-levegő keverékek kialakulásának megelőzése érdekében a generátorban lévő hidrogéngázot magasabb nyomásra tartják, mint az atmoszféri nyomás. Ez a pozitív nyomás megakadályozza a levegő belső beszivárgását, ami kontaminálni tudná a hidrogént, és veszélyes helyzetet hozna létre. A hidrogén hűtés 1, 2, és 3-szer az atmoszféri nyomásnál 15%, 30%, és 40%-kal emeli a generátor teljesítményét, a levegővel hűtett esethez képest.

A hidrogén hűtési rendszerek teljesen zárt és hatékony keringő rendszert igényelnek. Különleges olajszigetelte szellőzőket telepítenek a tengely és a kamra között. Ezek a szellőzők kulcsszerepet játszanak a hidrogén szivárgásának és a levegő belépésének megakadályozásában. Mivel a szellőzőkben lévő olaj mind a szivárgó hidrogént, mind a belépő levegőt felveszi, rendszeresen tiszta kell tartani, hogy hatékonyságát fenntartsa.

A hidrogéngáz ventilátorok és szellőzők segítségével kering a generátor rotorán és statorán. Miután áthaladt a generátor alkatrészein, a melegedett hidrogént hűtőcsavarok felé irányítják, amelyek a kamrában találhatók. Ezek a csavarok, amelyek olaj vagy vízzel is töltődhetnek, a hidrogénből levonnak a hőt, és lehűtik, mielőtt újra a generátoron keresztül keringjenek.

Összességében a hidrogén hűtés számos jelentős előnyt kínál a levegő hűtéshez képest, beleértve a javított hűtési hatékonyságot, a gép teljesítményének növekedését, és az izoláció élettartamának meghosszabbítását. Azonban saját kihívásai és korlátai is vannak, amelyeket óvatosan kezelni kell, hogy biztosítsák a generátor biztonságos és megbízható működését.