Охлаждане на синхронен генератор

Охлаждение синхронни генератори: методи, предимства и ограничения

Важността на охлаждението

Охлаждението е критичен аспект от операцията на синхронния генератор. Природните механизми за охлаждение са недостатъчни, за да разсейват значителното количество топлина, генерирано в алтернаторите. За справяне с това, се използват системи за принудително въздушно охлаждане. В такива системи, въздухът активно се подава в алтернатора, осигурявайки по-голям обем въздух, който преминава през повърхностите му, ефективно премахвайки значително количество топлина. Затворена вентилационна система е особено ефективна за подобряване на охлаждението на синхронните генератори. В тази конфигурация, горещият, чист въздух от алтернатора се охлажда чрез воден теплообменник и след това се циркулира обратно през алтернатора с помощта на вентилатори.

За максимизиране на площта, в съприкосновение с охлаждащия въздух, в статора и ротора, както и в полевите катушки на генератора, се инкорпорират дукти. Тези дукти могат да бъдат конфигурирани в радиална или аксиална насока, в зависимост от желания модел на поток на въздуха.

Радиална вентилационна система

Описание

В радиалната вентилационна система, охлаждащият въздух влиза в дуктите чрез въздушната зона в статора и се движи радиално към задната част на статора, откъдето се изважда.

Предимства

• Ниска загуба на енергия: Енергията, необходима за вентилация, е минимизирана, което допринася за общата ефективност.

• Многофункционалност: Тази система може да бъде приложена както на малки, така и на големи машини, правейки я гъвкава опция за различни размери на генератори.

Ограничения

Размер и компактност: Наличието на вентилационни дукти, които могат да заемат около 20% от дължината на арматурата, прави машината по-малко компактна.

Разпръскване на топлина: В сравнение с други системи за охлаждане, радиалната система предлага относително по-ниско разпръскване на топлина. В някои случаи, стабилността на системата може да бъде компрометирана поради колебания в обема на охлаждащия въздух, който преминава през машината.

Аксиална вентилационна система

Описание

В този метод, въздухът се принуждава да тече аксиално през пасажи, създадени от отвори в статора и ротора.

Ефективност и ограничения

Аксиалната вентилационна система е много ефективна, освен за машини с значителна аксиална дължина. Един от основните й недостатъци е неравномерната трансфер на топлина. Изходната секция на машината, която получава въздуха, обикновено получава по-малко охлаждане, тъй като въздухът се затопля, докато се движи през аксиалните дукти.

Обиколна вентилация

Описание

При обиколната вентилация, въздухът се подава в една или повече точки на външната периферия на статора и след това се принуждава да тече обиколно през дуктите между ламинациите до определени изходи. Този метод позволява увеличаване на площта на дуктите.

Комбинации и преценки

В някои случаи, обиколната вентилация се комбинира с радиалната вентилационна система. Обаче, трябва да се внимава, за да се избегне интерференция между двете потоци на въздуха. За предотвратяване на такава интерференция, външните повърхности на чередващите се радиални дукти обикновено са затворени.

Изисквания към охлаждащия въздух

За ефективно охлаждане, използваните въздух трябва да бъде чист и без прах. Частички от праха могат да заблъскат дуктите, намалявайки техния поперечен сечение и, следователно, намалявайки ефективността на трансфера на топлина чрез проводимост. За осигуряване на чист въздух, обикновено се използват филтри за въздух и филтри от марля. В някои ситуации, въздухът се мие в спрей камера. Освен това, в повечето случаи, въздухът се охлажда чрез водни охладители и след това се рециклира за повторно използване.

Ограничения на въздушното охлаждане

Оборудване и разходи: За машини с голяма капацитет, вентилаторите, необходими за циркулиране на въздуха, стават по-големи и използват значително количество енергия. Това налага използването на допълнително оборудване, което може да бъде скъпо.

Ограничения на капацитета: Има оптимална оценка за машини, след която въздушното охлаждане вече не е достатъчно, за да се поддържа температурата в безопасни граници на експлоатация.

Водородно охлаждане на синхронни генератори

В системата за водородно охлаждане, водородът служи като охлаждаща среда. По-задълбочено изследване на този метод може да се намери в статията "Водородно охлаждане на синхронен генератор."

Директно водно охлаждане на синхронни генератори

Приложение

Водородното охлаждане се оказва недостатъчно за извличане на топлина от големи турбо-алтернатори с капацитет 500 МВ или повече. Голямото количество водород, необходимо за такива машини, може да направи неговото използване икономически невъзможно. В тези случаи, се използва директно водно охлаждане. В много големи турбо-генератори, роторите често се охлаждат с водород, докато обмотките на статора се охлаждат с директна деминерализирана вода. Водата се циркулира с помощта на центробежен помп, приведен в действие от AC двигател, и картриджни филтри се използват за премахване на примеси. Тези филтри са специално проектирани, за да предотвратят метални коррозивни частици, генериращи се в обмотките и тръбопроводите, от влизане в празните проводници на обмотките.

Предимства над водородното охлаждане

• Ефективност: Системите с водно охлаждане са по-бързи и ефективни, благодарение на по-високата термална проводимост на водата в сравнение с водорода.

• Оптимизация на пространството: По-малката площ на дуктите, необходима за водата, позволява по-голямо пространство за разполагане на проводници в слотовете, оптимизирайки дизайна на генератора.

Недостатъци

• Изискване за очистване: Водата, използвана за охлаждане, трябва да бъде силно очистена, за да се предотврати увеличаване на нейната проводимост, което може да доведе до електрически проблеми.

• Разходи: Водното охлаждане обикновено е по-скъпо от водородното охлаждане, правейки го по-скъпа опция за охлаждане на генераторите.

В заключение, охлаждението на синхронните генератори включва редица методи, всеки от които има свои предимства и ограничения. Изборът на подходящия метод за охлаждане зависи от фактори като размера, капацитета и оперативните изисквания на генератора.