خنک کردن یک ژنراتور همگام

سرمايشي ژنراتورهای همزمان: روش‌ها، مزایا و محدودیت‌ها

اهمیت سرمايش

سرمايش جنبه حیاتی در عملکرد ژنراتورهای همزمان است. مکانیزم‌های سرمايش طبیعی برای تخلیه مقدار زیادی از گرما که درون آلت‌های متناوب تولید می‌شود، کافی نیستند. برای رفع این مشکل، سیستم‌های سرمايش هوا با فشار استفاده می‌شوند. در این سیستم‌ها، هوا به طور فعال به داخل آلت متناوب تزریق می‌شود که موجب عبور حجم بیشتری از هوا از روی سطوح آن شده و به طور موثر مقدار قابل توجهی از گرما را تخلیه می‌کند. یک سیستم تهویه با مدار بسته به خصوص برای افزایش سرمايش ژنراتورهای همزمان مؤثر است. در این تنظیمات، هوا گرم و پاک از ژنراتور توسط یک مبدل حرارتی سرمایشی آبی خنک می‌شود و سپس با استفاده از مراوح دوباره از طریق ژنراتور دوباره جریان می‌یابد.

برای بیشینه‌سازی سطح تماس با هوا ی سرمايش، لوله‌های هوا در هسته‌های استاتور و روتور و همچنین سیم‌پیچ‌های میدان ژنراتور تعبیه می‌شوند. این لوله‌ها می‌توانند در جهت شعاعی یا محوری، به طوری که الگوی جریان هوا مورد نظر باشد، تنظیم شوند.

سیستم تهویه جریان شعاعی

توضیح

در سیستم تهویه جریان شعاعی، هوا ی سرمايش از طریق فاصله هوا در استاتور وارد لوله‌ها می‌شود و به صورت شعاعی به سمت پشت استاتور حرکت می‌کند، از آنجا که سپس خارج می‌شود.

مزایا

• کاهش افت انرژی: انرژی مورد نیاز برای تهویه به حداقل می‌رسد که به کارایی کلی کمک می‌کند.

• چند منظوره بودن: این سیستم می‌تواند به هر دو ماشین کوچک و بزرگ اعمال شود، که آن را گزینه‌ای انعطاف‌پذیر در اندازه‌های مختلف ژنراتورها می‌کند.

محدودیت‌ها

اندازه و فشردگی: وجود لوله‌های تهویه که می‌توانند تقریباً ۲۰٪ از طول آرماتور را اشغال کنند، ماشین را کمتر فشرده می‌کند.

تخلیه گرما: در مقایسه با سایر سیستم‌های سرمايش، سیستم جریان شعاعی تخلیه گرما کمتری ارائه می‌دهد. در برخی موارد، پایداری سیستم ممکن است به دلیل نوسانات در حجم هوا ی سرمايش که از طریق ماشین می‌گذرد، مختل شود.

سیستم تهویه جریان محوری

توضیح

در این روش، هوا به طور فعال از طریق مسیرهایی که توسط سوراخ‌های موجود در استاتور و روتور ایجاد شده‌اند، به صورت محوری جریان می‌یابد.

عملکرد و محدودیت‌ها

سیستم تهویه جریان محوری بسیار موثر است، به جز برای ماشین‌هایی با طول‌های محوری قابل توجه. یکی از معایب اصلی آن انتقال گرما غیریکنواخت است. بخش خروجی هوا از ماشین معمولاً کمتر سرمايش می‌شود چون هوا در طول مسیر عبور از لوله‌های محوری گرم می‌شود.

تهویه محیطی

توضیح

در تهویه محیطی، هوا در یک یا چند نقطه از محیط خارج هسته استاتور تأمین می‌شود و سپس به صورت محیطی از طریق لوله‌های موجود بین لایه‌ها به محل‌های خروج تعیین شده جریان می‌یابد. این روش موجب افزایش مساحت لوله‌ها می‌شود.

ترکیبات و ملاحظات

در برخی موارد، تهویه محیطی با سیستم جریان شعاعی ترکیب می‌شود. با این حال، باید دقت کرد تا از تداخل بین دو جریان هوا جلوگیری شود. برای جلوگیری از چنین تداخلی، سطوح بیرونی لوله‌های شعاعی متناوب معمولاً بسته می‌شوند.

نیازهای هوا ی سرمايش

برای سرمايش مؤثر، هوا باید پاک و بدون گرد و غبار باشد. ذرات گرد و غبار می‌توانند لوله‌ها را مسدود کنند، مساحت مقطعی آنها را کاهش دهند و در نتیجه کارایی انتقال گرما توسط هدایت را کاهش دهند. برای تضمین هوا ی پاک، معمولاً از فیلترهای هوا و فیلترهای پارچه‌ای استفاده می‌شود. در برخی مواقع، هوا در یک کامره پاششی شسته می‌شود. علاوه بر این، در اغلب موارد، هوا توسط سرمایش‌کننده‌های آب سرمایش می‌یابد و سپس برای استفاده مجدد دوباره جریان می‌یابد.

محدودیت‌های سرمايش هوا

تجهیزات و هزینه: برای ماشین‌های ظرفیت بالا، مراوح مورد نیاز برای جریان دادن هوا بزرگتر می‌شوند و مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می‌کنند. این امر استفاده از تجهیزات کمکی را ضروری می‌کند که می‌تواند گران‌قیمت باشد.

محدودیت‌های ظرفیت: برای ماشین‌هایی با رتبه‌بندی بهینه، سرمايش هوا دیگر برای حفظ دمای ماشین در محدوده عملیاتی ایمن کافی نیست.

سرمايش ژنراتورهای همزمان با هیدروژن

در یک سیستم سرمايش هیدروژن، گاز هیدروژن به عنوان مedium سرمايش عمل می‌کند. بررسی بیشتر این روش می‌تواند در مقاله "سرمايش ژنراتور همزمان با هیدروژن" یافت شود.

سرمايش مستقیم با آب در ژنراتورهای همزمان

کاربرد

سرمايش هیدروژن برای تخلیه گرما از توربو-آلت‌های متناوب با ظرفیت ۵۰۰ مگاوات یا بیشتر کافی نیست. حجم زیاد گاز هیدروژن مورد نیاز برای چنین ماشین‌هایی می‌تواند استفاده از آن را اقتصادی نکند. در این موارد، از سرمايش مستقیم با آب استفاده می‌شود. در توربو-ژنراتورهای بسیار بزرگ، روتورها معمولاً با هیدروژن سرمايش می‌شوند، در حالی که سیم‌پیچ‌های استاتور با آب دی‌مینرال شده سرمايش می‌شوند. آب با استفاده از پمپ مرکزی محرکه با موتور AC جریان می‌یابد و از فیلترهای کارتریج برای حذف آلاینده‌ها استفاده می‌شود. این فیلترها به طور خاص طراحی شده‌اند تا ذرات فرسایشی فلزی که در سیم‌پیچ‌ها و لوله‌ها تولید می‌شوند از ورود به رساناهای توخالی سیم‌پیچ‌ها جلوگیری کنند.

مزایا نسبت به سرمايش هیدروژن

• کارایی: سیستم‌های سرمايش با آب سریع‌تر و کاراتر هستند به دلیل هدایت حرارتی بالاتر آب نسبت به هیدروژن.

• بهینه‌سازی فضا: مساحت کمتر لوله‌های مورد نیاز برای آب امکان ایجاد فضای بیشتر برای جایگذاری رساناهای در قسمت‌های خالی را می‌دهد، که طراحی ژنراتور را بهینه می‌کند.

معایب

• نیاز به پاک‌سازی: آب مورد استفاده برای سرمايش باید به شدت پاک‌سازی شود تا افزایش هدایت‌پذیری آن که می‌تواند منجر به مشکلات الکتریکی شود، جلوگیری شود.

• هزینه: سرمايش با آب عموماً گران‌تر از سرمايش با هیدروژن است و آن را گزینه‌ای گران‌قیمت‌تر برای سرمايش ژنراتور می‌کند.

به طور خلاصه، سرمايش ژنراتورهای همزمان شامل مجموعه‌ای از روش‌ها است که هر یک دارای مزایا و محدودیت‌های خود است. انتخاب روش سرمايش مناسب به عواملی مانند اندازه، ظرفیت و نیازهای عملیاتی ژنراتور بستگی دارد.