Sinhrona dzinēja ūdeņraža dzesēšana

Sinhronās ģeneratoru hidroģena dzesēšana

Hidroģenu izmanto kā dzesēšanas vidu ģeneratoru korpusos tās izcils dzesēšanas īpašību dēļ. Tomēr, ir svarīgi atzīmēt, ka dažas hidroģena un gaisa maisījumi ir ļoti eksplozīvi. Eksplozīva reakcija var notikt, ja hidroģena - gaisa maisījums satur no 6% hidroģena un 94% gaisa līdz 71% hidroģena un 29% gaisa. Maisījumi ar vairāk nekā 71% hidroģena nav degami. Praktiskajā lietojumā ļoti lielos turboalternatoros bieži tiek izmantots 9:1 attiecība starp hidroģenu un gaisu.

Hidroģena dzesēšanas galvenie aspekti

Pareizumi salīdzinājumā ar gaisa dzesēšanu

• Paaugstināta dzesēšanas efektivitāte: Hidroģena gāzei ir būtiski augstāka termiskā vedamība salīdzinājumā ar gaisu. Tā spēj nodot karstumu 1,5 reizes labāk nekā gaisu, kas ļauj ātrāk dzest ģeneratora sastāvdaļas. Šis ātrāks karstuma novāde palīdz uzturēt optimālas darbības temperatūras un samazina pārkarstīšanās risku.

• Uzlabota vēja zudējumu, efektivitāte un samazināts troksnis: Vienādā temperatūrā un spiedienā hidroģena blīvums ir aptuveni 1/14 no gaisa blīvuma. Kad ģeneratora rotājošās daļas strādā šajā zemblīvuma hidroģena gāzes vide, vēja zudējumi tiek minimizēti. Tā rezultātā iekārta kopumā kļūst efektīvāka, un trokšņa daudzums darbības laikā samazinās, veicinot efektīvāku un mierīgāku ģeneratoru.

• Koronas efekta novēršana: Ja kā dzesēšanas vidu tiek izmantots gaisu, korona emisija var notikt ģeneratora iekšpusē. Šī emisija radīto vielu, piemēram, ozons, skābekļa oksīdi un skābe, var smagi kaitēt ģeneratora izolācijai. Savukārt, hidroģena dzesēšana efektīvi novērš koronas efektu, tādējādi pagarinot izolācijas ilgumu un samazinot regulāras uzturēšanas un aizvietošanas nepieciešamību.

Ierobežojumi

• Dārga konstrukcija: Hidroģena dzesējamām alternātorām ir nepieciešami dārgāki korpusi. Tas ir saistīts ar nepieciešamību ieviest eksploziju nedarbojošu konstrukciju un gāzu ciešus čaulus, lai novērstu hidroģena izplūšanu un potenciālas eksplozijas. Šie papildu drošības elementi pieaug iekārtes ražošanas izmaksas.

• Sarežģīts gāzas pievienošanas process: Ieviešot hidroģenu alternātorā, jāievēro īpašas drošības pasākumi, lai izvairītos no eksplozīvu maisījumu radīšanas. Divas bieži izmantotās metodes ir:

• Gāzu aizvietošana: Sākumā alternātorā esošais gaisu tiek aizvietots ar oglekļa dioksīdu (CO2), un tad tiek ievadīts hidroģens. Šis soļu procesa nodrošina, ka tiek izvairīties no hidroģena - gaisa maisījumu eksplozīvas robežas.

• Vakuumu izveidošana: Alternātora vienībai tiek izveidots vakuum, samazinot spiedienu līdz 1/5 atmosfēras spiediena, pirms tiek ievadīts hidroģens. Tas samazina gaisa klātbūtni un minimizē eksplozīvas reakcijas risku hidroģena ievades laikā.

• Papildu dzesēšanas prasības: Lai efektīvi izvadītu karstumu no hidroģena, ģeneratora korpusā ir jāinstalē dzesēšanas spirāles, kas pārnes naftu vai ūdeni. Šīs spirāles ir būtiskas, lai uzturētu pareizo temperatūru hidroģenam, kad tas cirkulē caur iekārtu.

• Jaudas ierobežojumi: Neraugoties uz daudziem priekšrocībām, hidroģena dzesēšana ir nepietiekama lieliem alternātoriem ar jaudu virs 500 MW. Augstspējīgu mašīnu radītais karstums prasa vēl sarežģītākas dzesēšanas risinājumus, piemēram, tiešu ūdens dzesēšanu, lai nodrošinātu uzticamu darbību.

Darbības detaļas

Lai novērstu eksplozīvu hidroģena - gaisa maisījumu veidošanos, hidroģena gāze ģeneratorā tiek uzturēta ar spiedienu, kas augstāks par atmosfēras spiedienu. Šis pozitīvais spiediens novērš gaisa ielekošanu, kas varētu piesārņot hidroģenu un radīt bīstamu situāciju. Hidroģena dzesēšana ar spiedienu, kas ir 1, 2 un 3 reizes lielāks nekā atmosfēras spiediens, var palielināt ģeneratora jaudu par 15%, 30% un 40% attiecīgi, salīdzinājumā ar gaisa dzesēšanu.

Hidroģena dzesēšanas sistēmai ir nepieciešama pilnībā nomazgāta un efektīva cirkulācijas sistēma. Starp ass un korpusu tiek instalētas īpašas eļļas ciešie čauli. Šie čauli spēlē būtisku lomu, lai novērstu hidroģena izplūšanu un gaisa ielekošanu. Jo eļļa šajos čaulos absorbu gan izplūstošo hidroģenu, gan ieplūstošo gaisu, tai jātiek regulāri tīrīt, lai uzturētu to efektivitāti.

Hidroģena gāze tiek cirkulēta cauri ģeneratora rotoram un statoram, izmantojot blāzerus un ventilatorus. Pēc tā, kad hidroģens ir nonācis caur ģeneratora sastāvdaļām, apkarstītais hidroģens tiek novirzīts pāri dzesēšanas spirālēm, kas atrodas korpusa iekšpusē. Šīs spirāles, kurās var būt vai nu nafta, vai ūdens, absorbē karstumu no hidroģena, dzesot to pirms tā atkal tiek cirkulēts cauri ģeneratoram.

Kopumā hidroģena dzesēšana piedāvā vairākas nozīmīgas priekšrocības salīdzinājumā ar gaisa dzesēšanu, tostarp uzlabotu dzesēšanas efektivitāti, uzlabotu iekārtes veiktspēju un pagarinātu izolācijas ilgumu. Tomēr, tai ir arī savas problēmas un ierobežojumi, kas jāpārvalda, lai nodrošinātu drošu un uzticamu ģeneratora darbību.