Szinkronos generátor hűtése

Szinkron generátorok hűtése: Módszerek előnyei és korlátai

A hűtés fontossága

A hűtés kritikus szempontja a szinkron generátor működésének. A természetes hűtési mechanizmusok nem elegendőek az alternátorokban keletkező jelentős mennyiségű hő felszórásához. Ennek megoldására használják a kényszerített levegőhűtést. Ebben a rendszerben a levegő aktívan be van nyomva az alternátorba, ami biztosítja, hogy nagyobb mennyiségű levegő éri el felületeit, így hatékonyan eltávolítja a jelentős hőmennyiséget. Különösen hatékony a zárt áramkörű szellőztetési rendszer a szinkron generátorok hűtésének javítására. Ebben a beállításban az alternátorból származó forró, tiszta levegő vízhűtött hőcserélővel hűtik le, majd szárnyak segítségével visszaáramolnak az alternátoron.

A hűtő levegővel kapcsolatban álló felület maximálása érdekében csatornákat integrálnak a generátor státora és rotor magjába, valamint a mezőkörbe. Ezek a csatornák radiális vagy axiális irányú lehetnek, a kívánt levegőáram mintától függően.

Radiális áramú szellőztetési rendszer

Leírás

Egy radiális áramú szellőztetési rendszerben a hűtő levegő a státor és a rotor közötti rést használva lép be a csatornákba, és radiálisan halad a státor hátsó részéig, onnan távolítják el.

Előnyök

• Alacsony energiafogyasztás: A szellőztetéshez szükséges energia minimalizálása hozzájárul az általános hatékonysághoz.

• Versenyképesség: Ez a rendszer kicsi és nagy gépekre is alkalmazható, ami különböző generátor méretek esetén rugalmasságot kínál.

Korlátok

Méret és kompaktság: A szellőztető csatornák, amelyek körülbelül 20%-ot foglalhatnak el a rotormag hosszából, kevésbé kompaktává teszik a gépet.

Hőledés: Más hűtési rendszerekkel összevetve a radiális áramú rendszer relatíve alacsonyabb hőledést kínál. Néha a gépen áthaladó hűtő levegő mennyisége változásai miatt a rendszer stabilitása sérülhet.

Axiális áramú szellőztetési rendszer

Leírás

Ebben a módszerben a levegő axiálisan halad a státor és a rotor lyukainak által kialakított úton.

Teljesítmény és korlátok

Az axiális áramú szellőztetési rendszer nagyon hatékony, kivéve a jelentős axiális hosszúságú gépeket. Az egyik fő hátránya a nem egyenletes hőátadás. A gép levegőkiadói része kevesebb hűtést kap, mert a levegő melegszik, ahogy az axiális csatornákon halad.

Körüljárási szellőztetés

Leírás

A körüljárási szellőztetésben a levegőt egy vagy több ponton adják a státor mag külső peremén, majd kényszerítik, hogy körüljárjon a laminált rétegek közötti csatornákon a megfelelő kimenetekig. Ez a módszer lehetővé teszi a csatorna területének növelését.

Kombinációk és szempontok

Néhány esetben a körüljárási szellőztetést kombinálják a radiális áramú rendszerrel. Fontos odafigyelni, hogy a két levegőáram ne zavarja egymást. A két levegőáram közötti interferencia elkerüléséhez tipikusan bezárják a váltakozó radiális csatornák külső felületeit.

A hűtő levegő követelményei

A hatékony hűtéshez a használt levegő tiszta és pormentesnek kell lennie. A porrészecskék betakarhatják a csatornákat, csökkentve a kereteik keresztmetszetét, és ennek eredményeként csökkentve a hővezetés hatékonyságát. A tiszta levegő biztosításához általában levegőszűrőket és sajt szűrőket használnak. Néhány esetben a levegőt porszórókamrában mosogatják. Továbbá, a legtöbb esetben a levegőt vízihűtőkkel hűtik, majd újraforgatják.

A levegőhűtés korlátai

Berendezések és költségek: A nagy teljesítményű gépek esetében a levegő cirkulálásához szükséges szárnyak nagyobbá válnak, és jelentős mennyiségű energiát fogyasztanak. Ez kiegészítő berendezések használatát teszi szükségessé, ami drágábbá teheti a rendszert.

Kapacitási korlátok: Van egy optimális besorolás, amelynél a levegőhűtés már nem elegendő a biztonságos működési hőmérséklet fenntartásához.

Szinkron generátorok hidrogénhűtése

A hidrogénhűtési rendszerben a hidrogén gáz szolgál hűtőanyagként. Erről a módszerről részletesebben olvashat a "Szinkron generátorok hidrogénhűtése" című cikkben.

Szinkron generátorok közvetlen vízhűtése

Alkalmazás

A hidrogénhűtés nem elegendő a 500 MW-nál nagyobb teljesítményű turbó-alternátorok hőt kivonásához. Ilyen gépek hűtéséhez szükséges hidrogén mennyisége gazdaságilag nem indokolt. Ilyen esetekben alkalmazzák a közvetlen vízhűtést. Nagyon nagy turbó-generátorok esetén a rotorokat gyakran hidrogénnel, a státor tekercseket pedig közvetlen demineralizált vízzel hűtik. A vízt AC motorral meghajtott centrífugális pumpával cirkulálják, és kartuszsűrőket használnak tisztításra. Ezek a sűrők specifikusan készültek arra, hogy a tekercsekben és csövekben keletkező fémrövidléti részecskék ne kerüljenek a tekercsek üres vezetőibe.

Előnyök a hidrogénhűtéshez képest

• Hatékonyság: A vízhűtés gyorsabb és hatékonyabb, mivel a víz hővezetési képessége a hidrogénéhez képest magasabb.

• Térhasznosítás: A vízhez szükséges kisebb csatorna terület lehetővé teszi, hogy több vezetőt helyezzenek a szótályokban, optimalizálva a generátor tervezését.

Hátrányok

• Tisztítási igény: A hűtéshez használt víznek nagyon tiszta kell lennie, hogy elkerülje a vezetősség növekedését, ami elektromos problémákat okozhat.

• Költség: A vízhűtés általában drágább, mint a hidrogénhűtés, ami drágábbá teheti a generátor hűtését.

Összefoglalva, a szinkron generátorok hűtése számos módszert tartalmaz, mindegyiknek vannak előnyei és korlátai. A megfelelő hűtési módszer kiválasztása a generátor méretét, teljesítményét és működési követelményeitől függ.