Chlazení synchronního generátoru

Chlazení synchronních generátorů: Metody, výhody a omezení

Důležitost chlazení

Chlazení je klíčovým aspektem provozu synchronních generátorů. Přirozené chlazicí mechanismy jsou nedostatečné k odvodu významného množství tepla vygenerovaného u alternátorů. Pro řešení tohoto problému se používají systémy s nuceným vzduchovým chlazením. V těchto systémech se vzduch aktivně vtlačuje do alternátoru, což zajišťuje, že větší objem vzduchu prochází jeho povrchem, efektivně odvádějíc velké množství tepla. Zavřený obvodový ventilační systém je zejména efektivní pro zlepšení chlazení synchronních generátorů. V tomto nastavení se horký, čistý vzduch z alternátoru ochladí pomocí vodou chlazeného teplovodníku a pak se opětovně proudí zpět do alternátoru pomocí ventilátorů.

Pro maximalizaci plochy v kontaktu s chladicím vzduchem jsou do statoru a rotoru, stejně jako do poleových cívek generátoru, začleněny kanály. Tyto kanály lze konfigurovat buď radiálně, nebo axiálně, v závislosti na požadovaném vzduchovém toku.

Radiální proudění ventilačního systému

Popis

V radiálním ventilačním systému vstupuje chladicí vzduch do kanálů přes vzduchovou mezeru ve statoru a proudí radiálně směrem ke zadní části statoru, odkud je následně odveden.

Výhody

• Nízké ztráty energie: Energie potřebná pro ventilaci je minimalizována, což přispívá k celkové efektivitě.

• Univerzálnost: Tento systém lze použít jak u malých, tak i velkých strojů, což z něj dělá flexibilní možnost pro různé velikosti generátorů.

Omezení

Velikost a kompaktnost: Přítomnost ventilujících kanálů, které mohou zabírat přibližně 20 % délky armatury, stroj činí méně kompaktním.

Odvod tepla: V porovnání s jinými chlazicími systémy nabízí radiální systém relativně nižší odvod tepla. V některých případech může být stabilita systému narušena kvůli fluktuacím objemu chladicího vzduchu procházejícího strojem.

Axiální proudění ventilačního systému

Popis

Tímto způsobem je vzduch nucen protékat axiálně skrze průchody vytvořené otvory ve statoru a rotoru.

Výkon a omezení

Axiální ventilační systém je velmi efektivní, až na stroje s významnou axiální délkou. Jedním z jeho hlavních nedostatků je nerovnoměrný přenos tepla. Odvodová část stroje má tendenci dostávat méně chlazení, protože vzduch se zahřívá během své cesty skrz axiální kanály.

Obvodové chlazení

Popis

Při obvodovém chlazení se vzduch dodává v jednom nebo více místech na vnějším okraji jádra statoru a je nucen proudit obvodově skrze kanály mezi laminacemi do určených vývodů. Tento způsob umožňuje zvýšení plochy kanálů.

Kombinace a ohledy

V některých případech se obvodové chlazení kombinuje s radiálním systémem. Je však třeba dbát, aby nedošlo k rušení mezi dvěma vzduchovými toky. K prevenci takového rušení jsou obvykle uzavřeny vnější povrchy střídajících se radiálních kanálů.

Požadavky na chladicí vzduch

Pro efektivní chlazení musí být použitý vzduch čistý a bez prachu. Prachové částice mohou zablokovat kanály, snižují jejich plochu průřezu a tedy i efektivitu přenosu tepla vedením. Pro zajištění čistého vzduchu se často používají vzduchové filtry a filtrace pomocí měkkého plátna. V některých situacích se vzduch myje v spray komoře. Kromě toho se v mnoha případech vzduch chladí pomocí vodních chladičů a pak se recirkuluje pro opětovné použití.

Omezení vzduchového chlazení

Vybavení a náklady: Pro velké stroje se ventilátory potřebné k cirkulaci vzduchu stávají většími a spotřebovávají významné množství energie. To vyžaduje použití pomocného vybavení, což může být nákladné.

Omezení kapacity: Existuje optimální hodnota pro stroje, překročí-li se která, vzduchové chlazení již nestačí k udržení teploty v bezpečných provozních mezích.

Hydrgenové chlazení synchronních generátorů

V hydrgenovém chlazicím systému slouží hydrgenový plyn jako chladicí médium. Podrobnější zkoumání tohoto způsobu lze nalézt v článku "Hydrgenové chlazení synchronních generátorů."

Přímé vodní chlazení synchronních generátorů

Aplikace

Hydrgenové chlazení je nedostačující pro odvod tepla u velkých turbogenerátorů s výkonem 500 MW a více. Velké množství hydrgenu potřebné pro takové stroje může jeho použití ekonomicky nevýhodným. V těchto případech se používá přímé vodní chlazení. U velmi velkých turbogenerátorů se rotory často chladí hydrgenem, zatímco cívek statoru se chladí přímo demineralizovanou vodou. Voda se cirkuluje pomocí AC motorově poháněného odstředivého čerpadla a kartáčové filtry se používají k odstranění nečistot. Tyto filtry jsou speciálně navrženy tak, aby bránily vniknutí korozi způsobených kovových částic vygenerovaných v cívkách a trubkách do dutých vodičů civek.

Výhody oproti hydrgenovému chlazení

• Efektivita: Vodní systémy jsou rychlejší a efektivnější díky vyšší tepelné vodivosti vody oproti hydrgenu.

• Optimalizace prostoru: Menší plocha kanálů potřebná pro vodu umožňuje více místa pro umístění vodičů v štěrbinách, což optimalizuje návrh generátoru.

Nevýhody

• Požadavek na čistotu: Voda používaná pro chlazení musí být vysokou měrou čistá, aby se zabránilo zvýšení její elektrické vodivosti, což by mohlo vést k elektrotechnickým problémům.

• Náklady: Vodní chlazení je obecně dražší než hydrgenové chlazení, což ho činí nákladnější volbou pro chlazení generátoru.

Zkrátka, chlazení synchronních generátorů zahrnuje širokou škálu metod, každá se svým vlastním sadou výhod a omezení. Výběr vhodné chlazicí metody závisí na faktorech jako jsou rozměry, kapacita a operační požadavky generátoru.