Hlađenje sinhronog generatora

Hlađenje sinhronih generatora: metode prednosti i ograničenja

Važnost hlađenja

Hlađenje je ključni aspekt rada sinhronog generatora. Prirodni mehanizmi hlađenja nisu dovoljni za disipaciju značajne količine toplote generirane unutar alternatora. Da bi se ovo riješilo, koriste se sistemi prisilnog hlađenja zrakom. U ovim sustavima, zrak se aktivno gura u alternator, osiguravajući da veća količina zraka prođe preko njegovih površina, efektivno uklanjajući značajnu količinu toplote. Zatvoreni ventilacijski sustav posebno je učinkovit za poboljšanje hlađenja sinhronih generatora. U tom postavljanju, vrući, čisti zrak iz alternatora hlađen je vodeniom razmjennikom toplote, a zatim se cirkulira natrag kroz alternator pomoću ventilatora.

Da bi se maksimizirala površina u kontaktu s hladiocnim zrakom, kanali su ugrađeni u jezgre statora i rotora, kao i u poljačke bobine generatora. Ovi kanali mogu biti konfigurirani u radijalnom ili aksijalnom smjeru, ovisno o željenom uzorku protoka zraka.

Radijalni sustav ventilacije

Opis

U radijalnom sustavu ventilacije, hladiocni zrak ulazi u kanale putem prijelaznog prostora u statoru i teče radijalno prema pozadi statora, odakle se zatim uklanja.

Prednosti

• Niska potrošnja energije: Energija potrebna za ventilaciju je minimizirana, doprinoseći ukupnoj učinkovitosti.

• Spremnost: Ovaj sustav može se primijeniti na male i velike strojeve, što ga čini fleksibilnom opcijom za različite veličine generatora.

Ograničenja

Veličina i kompaktnost: Prisutnost ventilacijskih kanala, koji mogu zauzeti otprilike 20% duljine armature, čini stroj manje kompaktnim.

Disipacija toplote: U usporedbi s drugim sustavima hlađenja, radijalni sustav ventilacije nudi relativno nižu disipaciju toplote. U nekim slučajevima, stabilnost sustava može biti kompromitirana zbog fluktuacija u volumenu hladiocnog zraka koji teče kroz stroj.

Aksijalni sustav ventilacije

Opis

U ovoj metodi, zrak se prisilno teče aksijalno kroz prolaze stvorenim otvorima u statoru i rotoru.

Performanse i ograničenja

Aksijalni sustav ventilacije vrlo je učinkovit, osim za strojeve s značajnom aksijalnom duljinom. Jedan od glavnih nedostataka je neuniformna prenosa toplote. Izlazni dio stroja obično prima manje hlađenja jer se zrak zagrijava dok teče kroz aksijalne kanale.

Cirkumferencijalna ventilacija

Opis

U cirkumferencijalnoj ventilaciji, zrak se isporučuje u jednu ili više točaka na vanjskom periferijskom dijelu jezgre statora, a zatim se prisilno teče cirkumferencijalno kroz kanale između lamine do određenih izlaza. Ova metoda omogućuje povećanje površine kanala.

Kombinacije i razmatranja

U određenim slučajevima, cirkumferencijalna ventilacija kombinira se s radijalnim sustavom ventilacije. Međutim, treba paziti da se spriječi interferencija između dva strujanja zraka. Da bi se spriječila takva interferencija, vanjske površine alternativnih radijalnih kanala obično su zatvorene.

Zahtjevi za hladiocnim zrakom

Za učinkovito hlađenje, zrak mora biti čist i slobodan od prljavštine. Čestice prašine mogu zagušiti kanale, smanjujući njihovu presječnu površinu i, posljedično, smanjujući učinkovitost prenosa toplote kondukcijskim putem. Da bi se osiguralo čisto zrak, često se koriste filteri zraka i filteri od sirovaca. U nekim situacijama, zrak se pera u spraj kameri. Također, u većini slučajeva, zrak se hlađe vodeniom hladnjacima, a zatim se reciklira za ponovnu upotrebu.

Ograničenja hlađenja zrakom

Oprema i troškovi: Za velike strojeve, ventilatori potrebni za cirkulaciju zraka postaju veći i potrošnja energije je značajna. To zahtijeva upotrebu pomoćne opreme, koja može biti skupa.

Ograničenja kapaciteta: Postoji optimalna ocjena strojeva, izvan koje hlađenje zrakom više nije dovoljno za održavanje temperature unutar sigurnih granica rada.

Hlađenje sinhronih generatora vodikom

U sustavu hlađenja vodikom, vodik sluzi kao sredstvo hlađenja. Više detaljna istraživanja ovoj metodi može se pronaći u članku "Hlađenje sinhronog generatora vodikom."

Direktno hlađenje vodom u sinhronim generatorima

Primjena

Hlađenje vodikom pokazuje se neadekvatnim za ekstrakciju toplote iz velikih turboalternatora kapaciteta od 500 MW ili više. Velika količina vodika potrebna za takve strojeve može ga činiti ekonomski nevrijednim. U tim slučajevima, koristi se direktno hlađenje vodom. U vrlo velikim turbo-generatorima, rotori se često hlađu vodikom, dok se vijci statora hlađu direktno demineraliziranom vodom. Voda se cirkulira pomoću centrifugalnog pumpa pogonjenog AC motorom, a kartusni filtri se koriste za uklanjanje nečistoća. Ovi filtri su specifično dizajnirani kako bi spriječili da korozijske kovinske čestice generirane u vijcima i cjevovodima uđu u prazne provodnike vijaka.

Prednosti nad hlađenjem vodikom

• Učinkovitost: Sustavi hlađenja vodom brži su i učinkovitiji zbog veće toplotne provodljivosti vode u usporedbi s vodikom.

• Optimizacija prostora: Manja površina kanala potrebna za vodu omogućuje više prostora za smještanje provodnika unutar jazbina, optimizirajući dizajn generatora.

Nedostaci

• Potreba za čišćenjem: Voda koja se koristi za hlađenje mora biti visoko čista kako bi se spriječilo povećanje njene provodnosti, što bi moglo dovesti do električnih problema.

• Troškovi: Hlađenje vodom je općenito skuplje od hlađenja vodikom, čineći ga skupljom opcijom za hlađenje generatora.

Ukratko, hlađenje sinhronih generatora uključuje niz metoda, svaka s vlastitim setom prednosti i ograničenja. Odabir odgovarajuće metode hlađenja ovisi o faktorima poput veličine, kapaciteta i operativnih zahtjeva generatora.