تبريد المولد المتزامن

تبريد المولدات المتزامنة: الطرق والمزايا والقيود

أهمية التبريد

التبريد هو جانب حاسم في تشغيل المولدات المتزامنة. آليات التبريد الطبيعية غير كافية للتخلص من الحرارة الكبيرة التي تنتج داخل المولدات. لحل هذه المشكلة، يتم استخدام أنظمة تبريد الهواء القسري. في مثل هذه الأنظمة، يتم دفع الهواء نشطاً إلى داخل المولد، مما يضمن مرور كمية أكبر من الهواء عبر سطوحه، مما يؤدي إلى إزالة كمية كبيرة من الحرارة. نظام التهوية ذو الدائرة المغلقة يعتبر فعالاً بشكل خاص لتعزيز تبريد المولدات المتزامنة. في هذا التصميم، يتم تبريد الهواء الساخن النظيف القادم من المولد بواسطة مبادل حراري مبرد بالماء ثم يتم تدويره مرة أخرى عبر المولد باستخدام المراوح.

لزيادة مساحة السطح الملامسة للهواء المبرد، يتم دمج قنوات في قلب الستاتور والروتور، وكذلك في ملفات المجال للمولد. يمكن تكوين هذه القنوات في اتجاه عرضي أو محوري، حسب النمط المرغوب لتدفق الهواء.

نظام التهوية ذو التدفق العرضي

الوصف

في نظام التهوية ذو التدفق العرضي، يدخل الهواء المبرد القنوات عبر الفجوة الهوائية في الستاتور ويتدفق عرضياً نحو الخلف من الستاتور، حيث يتم إزالته بعد ذلك.

المزايا

• انخفاض فقدان الطاقة: الطاقة اللازمة للتهوية تكون في الحد الأدنى، مما يساهم في كفاءة النظام بشكل عام.

• التنوع: يمكن تطبيق هذا النظام على الآلات الصغيرة والكبيرة، مما يجعله خياراً مرنًا لمختلف أحجام المولدات.

القيود

الحجم والترابط: وجود قنوات التهوية، والتي يمكن أن تحتل حوالي 20% من طول الأرموتيور، يجعل الجهاز أقل ترابطاً.

توزيع الحرارة: مقارنة بأنظمة التبريد الأخرى، يقدم نظام التدفق العرضي توزيع حراري أدنى. في بعض الحالات، يمكن أن يتعرض استقرار النظام للخطر بسبب التقلبات في كمية الهواء المبرد المتدفقة عبر الجهاز.

نظام التهوية ذو التدفق المحوري

الوصف

في هذه الطريقة، يتم دفع الهواء ليتدفق محورياً عبر المسارات التي تم إنشاؤها بواسطة الثقوب في الستاتور والروتور.

الأداء والقيود

يعتبر نظام التهوية ذو التدفق المحوري فعالاً للغاية، باستثناء الأجهزة ذات الأطوال المحورية الكبيرة. أحد أهم عيوبه هو عدم توزيع الحرارة بشكل متساوٍ. الجزء الخارجي من الجهاز يميل إلى تلقي تبريد أقل لأن الهواء يسخن أثناء مروره عبر القنوات المحورية.

التهوية الدائرية

الوصف

في التهوية الدائرية، يتم تزويد الهواء في نقطة أو عدة نقاط على المحيط الخارجي لقلب الستاتور ثم يتم دفعه ليتدفق دائرياً عبر القنوات بين اللواصق إلى المنافذ المحددة. تسمح هذه الطريقة بزيادة مساحة القنوات.

المجموعات والاعتبارات

في بعض الحالات، يتم الجمع بين التهوية الدائرية ونظام التدفق العرضي. ومع ذلك، يجب الحذر لتجنب التداخل بين تدفقات الهواء المختلفة. لمنع هذا التداخل، يتم عادة إغلاق الأسطح الخارجية للقنوات العرضية المتبادلة.

متطلبات الهواء المبرد

للتفعيل الفعال للتبريد، يجب أن يكون الهواء المستخدم نظيفاً وخالياً من الغبار. جسيمات الغبار يمكن أن تسد القنوات، مما يقلل من مساحتها العرضية وبالتالي يقلل من كفاءة نقل الحرارة بالتوصل. لضمان نظافة الهواء، يتم استخدام فلاتر الهواء وفلاتر القماش بشكل شائع. في بعض الحالات، يتم غسل الهواء في غرفة رذاذ. بالإضافة إلى ذلك، في معظم الحالات، يتم تبريد الهواء بواسطة مبردات المياه ثم إعادة تدويره لإعادة الاستخدام.

قيود تبريد الهواء

المعدات والتكلفة: بالنسبة للأجهزة ذات السعة الكبيرة، تصبح المراوح المطلوبة لتوزيع الهواء أكبر وتستهلك كميات كبيرة من الطاقة. وهذا يتطلب استخدام معدات مساعدة، والتي يمكن أن تكون باهظة الثمن.

قيود السعة: هناك تصنيف مثالي للأجهزة بعد ذلك يكون تبريد الهواء غير كافٍ للحفاظ على درجة الحرارة ضمن حدود التشغيل الآمنة.

تبريد المولدات المتزامنة بالهيدروجين

في نظام التبريد بالهيدروجين، يعمل غاز الهيدروجين كوسط التبريد. يمكن العثور على استكشاف أكثر عمقاً لهذه الطريقة في المقال "تبريد المولد المتزامن بالهيدروجين."

تبريد المولدات المتزامنة بالماء مباشرة

التطبيق

يثبت تبريد الهيدروجين بأنه غير كافٍ لاستخراج الحرارة من التوربينات الكهربائية ذات السعات الكبيرة البالغة 500 ميجاوات أو أكثر. حجم غاز الهيدروجين الكبير المطلوب لهذه الأجهزة يمكن أن يجعل استخدامه اقتصادياً غير مجد. في هذه الحالات، يتم استخدام تبريد الماء المباشر. في التوربينات الكهربائية الكبيرة جداً، غالبًا ما يتم تبريد الروتور بواسطة الهيدروجين بينما يتم تبريد ملفات الستاتور بواسطة الماء المعذب مباشرة. يتم تدوير الماء باستخدام مضخة مركزية تعمل بواسطة محرك كهربائي، ويتم استخدام فلاتر كرتونية لإزالة الشوائب. تم تصميم هذه الفلاتر خصيصاً لمنع الجسيمات المعدنية المؤكسدة التي تتشكل في ملفات الرياح والأنابيب من دخول الموصلات الفارغة لملفات الرياح.

المزايا على تبريد الهيدروجين

• الكفاءة: أنظمة التبريد بالماء أسرع وأكثر كفاءة بسبب قابلية الماء أعلى للوصول الحراري مقارنة بالهيدروجين.

• تحسين المساحة: المساحة الأصغر المطلوبة للقنوات المائية تسمح بوجود مساحة أكبر لاستيعاب الموصلات داخل الفتحات، مما يحسن تصميم المولد.

العيوب

• متطلبات التطهير: يجب أن يكون الماء المستخدم للتبريد مطهراً بشكل كبير لمنع زيادة في قابليته للتوصيل، مما قد يؤدي إلى مشاكل كهربائية.

• التكلفة: تبريد الماء عادة ما يكون أغلى من تبريد الهيدروجين، مما يجعله خياراً أكثر تكلفة لتبريد المولد.

باختصار، يتضمن تبريد المولدات المتزامنة مجموعة من الطرق، كل منها مع مجموعة خاصة من المزايا والقيود. اختيار الطريقة المناسبة للتبريد يعتمد على عوامل مثل حجم المولد وسعته ومتطلبات التشغيل.