Enfríamento dun xerador síncrono

Refrixado de xeradores síncronos: métodos vantaxes e limitacións

Importancia do refrizado

O refrizado é un aspecto crítico na operación dos xeradores síncronos. Os mecanismos de refrizado natural son insuficientes para disipar a cantidade substancial de calor xerada dentro dos alternadores. Para abordar isto empreganse sistemas de refrizado forzado de aire. Neses sistemas o aire é activamente introducido no alternador asegurando que un volume maior de aire pase sobre as súas superficies eliminando así unha cantidade significativa de calor. Un sistema de ventilación en circuito pechado é particularmente eficaz para mellorar o refrizado dos xeradores síncronos. Nesta configuración o aire quente e limpo do alternador é refrixado por un intercambiador de calor refrigerado con auga e despois circula de novo polo alternador usando ventiladores.

Para maximizar a área de superficie en contacto co aire de refrizado incorpóranse ductos nos núcleos do estator e rotor así como nas bobinas de campo do xerador. Estes ductos poden estar configurados en dirección radial ou axial dependendo do patrón de fluxo de aire desexado.

Sistema de ventilación de fluxo radial

Descrición

Nun sistema de ventilación de fluxo radial o aire de refrizado entra nos ductos a través da fenda de aire no estator e fluye radialmente cara á parte traseira do estator desde onde é posteriormente extraído.

Vantaxes

• Baixa perda de enerxía: A enerxía necesaria para a ventilación é minimizada contribuíndo á eficiencia global.

• Versatilidade: Este sistema pode aplicarse tanto a máquinas pequenas como grandes facendo que sexa unha opción flexible para diferentes tamaños de xeradores.

Limitacións

Tamaño e compacidade: A presenza de ductos de ventilación que poden ocupar aproximadamente o 20% da lonxitude do armadura fai que a máquina sexa menos compacta.

Dissipación de calor: En comparación con outros sistemas de refrizado o sistema de fluxo radial ofrece unha dissipación de calor relativamente menor. En algúns casos a estabilidade do sistema pode verse comprometida debido a fluctuacións no volume de aire de refrizado que fluye a través da máquina.

Sistema de ventilación de fluxo axial

Descrición

Neste método o aire é forzado a fluir axilmente a través de pasaxes creadas por orificios no estator e rotor.

Rendemento e limitacións

O sistema de ventilación de fluxo axial é moi eficaz excepto para máquinas con lonxitudes axiais significativas. Unha das súas principais desvantaxes é a transferencia de calor non uniforme. A sección de saída de aire da máquina tende a recibir menos refrizado porque o aire esquenta mentres viaxa a través dos ductos axiais.

Ventilación circumferencial

Descrición

Na ventilación circumferencial o aire é suministrado nun ou máis puntos na periferia externa do núcleo do estator e despois forzado a fluir circumferencialmente a través dos ductos entre as laminacións ata salidas designadas. Este método permite aumentar a área dos ductos.

Combinacións e consideracións

En certos casos a ventilación circumferencial combínase co sistema de fluxo radial. Pero debe terse coidado para evitar interferencias entre os dous fluxos de aire. Para prevenir tales interferencias as superfícies externas dos ductos radiais alternativos suelen estar pechadas.

Requisitos do aire de refrizado

Para un refrizado efectivo o aire usado debe ser limpo e libre de polvo. As partículas de polvo poden obstruír os ductos reducindo a súa sección transversal e consecuentemente diminuíndo a eficiencia da transferencia de calor por conducción. Para asegurar aire limpo comunmente úsanse filtros de aire e filtros de tecido de algodón. En algúns casos o aire é lavado nunha cámara de pulverización. Ademais en moitas situacións o aire é refrixado por refrigeradores de auga e despois recirculado para reutilización.

Limitacións do refrizado por aire

Equipo e custo: Para máquinas de gran capacidade os ventiladores necesarios para circular o aire tornan-se maiores e consumen cantidades significativas de enerxía. Isto exige o uso de equipo auxiliar que pode ser caro.

Restriccións de capacidade: Hai unha clasificación óptima para as máquinas máis alá da cal o refrizado por aire xa non é suficiente para manter a temperatura dentro dos límites de funcionamento seguros.

Refrizado por hidróxeno de xeradores síncronos

Nun sistema de refrizado por hidróxeno o gas de hidróxeno serve como medio de refrizado. Unha exploración máis a fondo deste método pode atoparse no artigo "Refrizado por Hidróxeno de Xeradores Síncronos."

Refrizado directo por auga en xeradores síncronos

Aplicación

O refrizado por hidróxeno demostrase inadecuado para extraer calor de turboalternadores de gran capacidade de 500 MW ou máis. O gran volume de gas de hidróxeno necesario para estas máquinas pode facer que o seu uso sexa económicamente inviable. Nestes casos emprega-se o refrizado directo por auga. Nos turboxeradores moi grandes os rotores adoitan ser refrixados por hidróxeno mentres que as bobinas do estator son refrixadas por auga desmineralizada directamente. O auga circula usando unha bomba centrífuga accionada por motor AC e usan-se filtros de cartuxo para eliminar impurezas. Estes filtros están deseñados específicamente para evitar que as partículas corrosivas metálicas xeradas nas bobinas e tuberías entren nos conductores ocos das bobinas.

Vantaxes sobre o refrizado por hidróxeno

• Eficiencia: Os sistemas refrixados por auga son máis rápidos e eficaces debido á maior conductividade térmica do auga en comparación co hidróxeno.

• Optimización do espazo: A menor área de ducto requireida para o auga permite máis espazo para acomodar os conductores dentro dos ranuras optimizando así o deseño do xerador.

Desvantaxes

• Requisito de purificación: O auga usado para o refrizado debe estar altamente purificado para evitar un aumento da súa conductividad que podería levar a problemas eléctricos.

• Custo: O refrizado por auga é xeralmente máis caro que o refrizado por hidróxeno facendo que sexa unha opción máis cara para o refrizado de xeradores.

En resumo o refrizado de xeradores síncronos implica un rango de métodos cada un co seu propio conxunto de vantaxes e limitacións. A selección do método de refrizado axeitado depende de factores como o tamaño a capacidade e os requisitos operativos do xerador.