Vodikovo hlajenje sinhronnega generatorja

Hidrogensko hlajenje sinhronih generatorjev

Hidrogen se uporablja kot hladilno sredstvo znotraj ohišja generatorja zaradi svojih izjemnih hladilnih lastnosti. Ključno je opozoriti, da so določene mešanice hidrogena in zraka zelo eksplozivne. Eksplozivna reakcija se lahko zgodi, če mešanica hidrogen - zrak vsebuje od 6% hidrogena in 94% zraka do 71% hidrogena in 29% zraka. Mešanice z več kot 71% hidrogenom niso goreljive. V praktični uporabi se pogosto uporablja razmerje 9:1 med hidrogenom in zrakom pri zelo velikih turboalternatorjih.

Ključni vidiki hidrogenskega hlajenja

Prednosti pred zrakovim hlajenjem

• Povečana učinkovitost hlajenja: Hidrogen ima znatno višjo toplotno prevodnost glede na zrak. Njegova sposobnost prenosa toplote je 1,5-krat večja od zraka, kar omogoča hitrejše hlajenje komponent generatorja. Hitro disipiranje toplote pomaga ohranjati optimalne delovne temperature in zmanjša tveganje prehujšanja.

• Izboljšani strmi gubitki, učinkovitost in zmanjšan šum: Pri isti temperaturi in tlaku je gostota hidrogena približno 1/14 gostote zraka. Ko se vrteči deli generatorja gibljejo v okolju z nizko gostoto hidrogena, so strmi gubitki minimalizirani. Tako se poveča splošna učinkovitost stroja in zmanjša šum pri delovanju, kar vodi do bolj učinkovitega in tihejšega generatorja.

• Preprečevanje koronskega pojava: Ko se za hladilo uporablja zrak, se lahko v generatorju pojavi koronski pojav. Ta pojav ustvarja snovi, kot so ozon, dušikovi oksidi in azenova kislina, ki lahko zelo poškodujejo izolacijo generatorja. Na drugi strani hidrogensko hlajenje učinkovito preprečuje koronski pojav, s tem podaljša življenjski čas izolacije in zmanjša potrebo po pogostem vzdrževanju in zamenjavi.

Omejitve

• Drago gradnje: Hidrogensko hlajeni alternatorji zahtevajo dražje okvirje. To je zaradi potrebe po implementaciji eksplozivoodpornih konstrukcij in gasnotih zapornih prstnov za preprečevanje utrka hidrogena in možnih eksplozij. Ti dodatni varnostni elementi povečajo skupno proizvodnjo stroškov generatorja.

• Kompleksen postopek vpeljave plina: Pri vpeljavi hidrogena v alternator morajo biti sprejeti posebni ukrepi, da se izogne ustvarjanju eksplozivnih mešanic. Dva pogosta metoda sta:

• Zamenjava plinov: Najprej se zrak znotraj alternatorja zamenja z ogljikovim dioksidom (CO2), nato pa se vpelje hidrogen. Ta stopnjev postopek zagotavlja, da se izogibamo eksplozivnemu obsegu mešanic hidrogen - zrak.

• Evakuacija z vakuumskim pumpom: Enota alternatorja se evakuira na 1/5 atmosferskega tlaka, preden se vpelje hidrogen. S tem se zmanjša prisotnost zraka in minimizira tveganje eksplozivne reakcije med vpeljavo hidrogena.

• Dodatni zahtevi za hlajenje: Za učinkovito odvzem toplote iz hidrogena morajo biti nameščeni hlajilni bobniki, napolnjeni s solventom ali vodo, znotraj ohišja generatorja. Ti bobniki so ključni za ohranjanje pravilne temperature hidrogena med cirkulacijo skozi stroj.

• Omejitve kapacitete: Čeprav ima hidrogensko hlajenje mnogo prednosti, ni zadostno za velike alternatorje z kapaciteto, ki presega 500 MW. Toplota, ki jo te visoko močne naprave generirajo, zahteva naprednejše sisteme hlajenja, kot je direktno vodno hlajenje, za zagotovitev zanesljivega delovanja.

Operativni podrobnosti

Za preprečevanje nastanka eksplozivnih mešanic hidrogen - zrak se hidrogen znotraj generatorja ohranja pod tlakom, ki je višji od atmosferskega. Ta pozitiven tlak preprečuje notranje pretakanje zraka, ki bi lahko kontaminiral hidrogen in ustvaril nevarno situacijo. Hidrogensko hlajenje pod tlakom, ki je 1, 2 in 3-krat večji od atmosferskega, lahko poveča oceno generatorja za 15%, 30% in 40% glede na njegovo zrakovinsko oceno.

Sistemi za hidrogensko hlajenje zahtevajo popolnoma zagočrt in učinkovit cirkulacijski sistem. Med vratcem in ohišjem so nameščeni posebni masnotrgni prstnovi. Ti prstnovi igrajo ključno vlogo pri preprečevanju utrka hidrogena in vhoda zraka. Ker masna absorbira tako utrčen hidrogen kot tudi vhodni zrak, mora biti redno čiščena, da ohrani svojo učinkovitost.

Hidrogen se cirkulira skozi rotor in stator generatorja z uporabo ventilatorjev in fanov. Po preteklosti skozi komponente generatorja je segrevan hidrogen usmerjen preko hlajilnih bobnikov, ki so nameščeni znotraj ohišja. Ti bobniki, ki jih lahko napolnimo s solventom ali vodo, absorbirajo toploto iz hidrogena, ga ohladijo, preden se ponovno cirkulira skozi generator.

Skupaj ponuja hidrogensko hlajenje več pomembnih prednosti glede na zrakovinsko hlajenje, vključno z izboljšano učinkovitostjo hlajenja, izboljšanim delovanjem stroja in podaljšanim življenjskim časom izolacije. Vendar pa prinaša tudi svoje izzive in omejitve, ki jih je treba skrbno upravljati, da se zagotovi varno in zanesljivo delovanje generatorja.