קירור של גנרטור סינכרוני
הקרנה של גנרטורים סינכרוניים: שיטות, יתרונות וגבילויות
חשיבות ההקרנה
הקרנה היא אספקט קריטי בהפעלת גנרטור סינכרוני. מנגנונים טבעיים של הקרנה אינם מספיקים להפיג את כמות החום המרובה שנוצרת בתוך גנרטורים חליפיים. כדי להתמודד עם זה, משתמשים במערכות קירור אוויר מאולץ. במערכות כאלה, האוויר נדחף פעיל לתוך הגנרטור, מה שמאפשר מעבר של כמות גדולה יותר של אוויר מעל פני השטח שלו, ומפיג כמות משמעותית של חום. מערכת אוורור סגורה היא במיוחד יעילה לחיזוק ההקרנה של גנרטורים סינכרוניים. בסיסמה זו, האוויר החם והנקה מהגנרטור מופג על ידי חילוף חום מוגן במים ולאחר מכן מוזרם חזרה דרך הגנרטור באמצעות מערביים.
כדי להגדיל את שטח הפנים הנוגע לאוויר ההקרנה, מוסיפים צינורות ללב הבסיס וללב הרוטור, כמו גם לקוים מגנטיים של הגנרטור. ניתן לתכנן את הצינורות בכיוון רדיאלי או אקסיאלי, בהתאם למצב הנדרש לנשיפה.
מערכת אוורור זרימה רדיאלית
תיאור
במערכת אוורור זרימה רדיאלית, האוויר ההקרנה נכנס לצינורות דרך הפער האווירי בבסיס ומגיע רדיאלית לעבר אחורי הבסיס, משם הוא מופג.
יתרונות
איבוד אנרגיה נמוך: האנרגיה הנדרשת עבור האוורור מזערית, תורמת ליעילות כללית.
הגיוניות: המערכת יכולה להיות מיושמת הן במכונות קטנות והן גדולות, מה שהופך אותה לאפשרות גמישה לגנרטורים שונים בגודלם.
גבולות
גודל וקומפקטיות: הימצאות הצינורות להקרנה, שיכולים להחזיק בערך 20% מהאורך של הארמור, גורמת למכונה להיות פחות קומפקטית.
הפיגה חום: בהשוואה למערכות אחרות, מערכת הזרימה הרדיאלית מציעה פיגה חום יחסית נמוכה. במקרים מסוימים, יציבות המערכת יכולה להתערער עקב התנודות בנפח האוויר ההקרנה הזורם דרך המכונה.
מערכת אוורור זרימה אקסיאלית
תיאור
בשיטה זו, האוויר מוחזק לזרום אקסיאלית דרך מעברים שנוצרים על ידי חורים בבסיס והרוטור.
ביצועים וגבלות
מערכת האוורור זרימה אקסיאלית היא מאוד יעילה, פרט למכונות באורך אקסיאלי משמעותי. אחת מהחסרונות העיקריים שלה היא העברה לא אחידה של חום. החלק המוצא של המכונה נוטה לקבל פחות הקרנה כי האוויר מת erwärmt sich, während er durch die axiale Leitungen fließt.
Umfangskühlung
Beschreibung
Bei der Umfangskühlung wird Luft an einem oder mehreren Punkten am äußeren Rand des Statorkerns zugeführt und dann gezwungen, umfänglich durch die Leitungen zwischen den Laminaten zu den vorgesehenen Ausgängen zu strömen. Diese Methode ermöglicht eine Erhöhung des Leitungsbereichs.
Kombinationen und Überlegungen
In bestimmten Fällen wird die Umfangskühlung mit dem radialen Strömungssystem kombiniert. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass es keine Interferenz zwischen den beiden Luftströmen gibt. Um solche Interferenzen zu vermeiden, sind in der Regel die äußeren Oberflächen der wechselnden radialen Leitungen geschlossen.
Anforderungen an die Kühlungsluft
Für eine effektive Kühlung muss die verwendete Luft sauber und staubfrei sein. Staubpartikel können die Leitungen verstopfen, was ihren Querschnitt reduziert und folglich die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung verringert. Um saubere Luft zu gewährleisten, werden häufig Luftfilter und Käsestofffilter verwendet. In einigen Situationen wird die Luft in einer Sprühkammer gewaschen. Darüber hinaus wird in den meisten Fällen die Luft durch Wasserkühler gekühlt und dann für die Wiederverwendung zirkuliert.
Einschränkungen der Luftkühlung
Ausrüstung und Kosten: Für Maschinen mit großer Kapazität werden die Ventilatoren, die erforderlich sind, um die Luft zu zirkulieren, größer und verbrauchen signifikante Mengen an Energie. Dies erfordert die Verwendung von Hilfsausrüstung, die teuer sein kann.
Kapazitätsbeschränkungen: Es gibt eine optimale Leistungsrating für Maschinen, über die hinaus die Luftkühlung nicht mehr ausreicht, um die Temperatur innerhalb sicherer Betriebsgrenzen zu halten.
Wasserstoffkühlung von Synchronmaschinen
In einem Wasserstoffgekühltem System dient Wasserstoffgas als Kühlmedium. Eine detailliertere Untersuchung dieser Methode finden Sie im Artikel "Wasserstoffkühlung von Synchronmaschinen."
Direkte Wasserkühlung in Synchronmaschinen
Anwendung
Die Wasserstoffkühlung ist unzureichend, um Wärme von großen Turbogeneratoren mit Kapazitäten von 500 MW oder mehr abzuführen. Die große Menge an Wasserstoffgas, die für solche Maschinen erforderlich ist, kann deren Nutzung wirtschaftlich unrentabel machen. In diesen Fällen wird direkte Wasserkühlung eingesetzt. Bei sehr großen Turbogeneratoren werden oft die Rotoren durch Wasserstoff gekühlt, während die Statorwicklungen durch direkt entmineralisiertes Wasser gekühlt werden. Das Wasser wird mithilfe eines Wechselstrommotorgetriebenen Zentrifugalpumpen zirkuliert, und Patronenfilter werden verwendet, um Verunreinigungen zu entfernen. Diese Filter sind speziell konzipiert, um korrosive Metallpartikel, die in den Wicklungen und Rohrleitungen erzeugt werden, daran zu hindern, in die Hohlleiter der Wicklungen einzudringen.
Vorteile gegenüber der Wasserstoffkühlung
Effizienz: Wassergekühlte Systeme sind schneller und effizienter aufgrund der höheren thermischen Leitfähigkeit von Wasser im Vergleich zu Wasserstoff.
Raumoptimierung: Der kleinere Leitungsbereich, der für Wasser erforderlich ist, ermöglicht es, mehr Raum für Leiter in den Schlitzen bereitzustellen, was das Design des Generators optimiert.
Nachteile
Reinigungsvoraussetzung: Das zur Kühlung verwendete Wasser muss hochgereinigt sein, um ein Ansteigen seiner Leitfähigkeit zu verhindern, was zu elektrischen Problemen führen könnte.
Kosten: Wasserkühlung ist in der Regel teurer als Wasserstoffkühlung, was sie zu einer kostspieligeren Option für die Generatorkühlung macht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kühlung von Synchronmaschinen eine Reihe von Methoden beinhaltet, jede mit ihren eigenen Vorteilen und Grenzen. Die Auswahl der geeigneten Kühlungsmethode hängt von Faktoren wie der Größe, Kapazität und den Betriebsanforderungen des Generators ab.
