Chłodzenie synchronicznego generatora

Chłodzenie synchronicznych generatorów: metody, zalety i ograniczenia

Znaczenie chłodzenia

Chłodzenie jest kluczowym aspektem działania synchronicznych generatorów. Naturalne mechanizmy chłodzenia są niewystarczające do rozproszenia znacznej ilości ciepła generowanego w alternatorach. Aby to rozwiązać, stosowane są systemy zmuszanego powietrza. W takich systemach powietrze jest aktywnie wpompowywane do alternatora, zapewniając, że większa ilość powietrza przepływa przez jego powierzchnie, efektywnie usuwając znaczną ilość ciepła. Zamknięty system wentylacji jest szczególnie skuteczny w wzmacnianiu chłodzenia synchronicznych generatorów. W tym układzie gorące, czyste powietrze z alternatora jest ochładzane przez wymiennik ciepła chłodzony wodą, a następnie cyrkuluje z powrotem przez alternator za pomocą wentylatorów.

Aby maksymalizować powierzchnię stykającą się z chłodzącym powietrzem, kanały są wprowadzane do rdzeni statora i rotora, jak również do cewek polowych generatora. Te kanały mogą być skonfigurowane w radialnym lub osiowym kierunku, w zależności od pożądanego wzorca przepływu powietrza.

System wentylacji przepływem radialnym

Opis

W systemie wentylacji przepływem radialnym, chłodzące powietrze wchodzi do kanałów przez szczelinę powietrzną w statorze i przepływa radialnie w kierunku tyłu statora, gdzie jest następnie usunięte.

Zalety

• Niska utrata energii: Energia potrzebna do wentylacji jest minimalizowana, co przyczynia się do ogólnej wydajności.

• Wielofunkcyjność: Ten system może być stosowany zarówno do małych, jak i dużych maszyn, co sprawia, że jest elastycznym rozwiązaniem dla różnych rozmiarów generatorów.

Ograniczenia

Rozmiar i zwartość: Obecność wentylacyjnych kanałów, które mogą zajmować około 20% długości armatury, sprawia, że maszyna jest mniej zwarte.

Dyspersja ciepła: W porównaniu do innych systemów chłodzenia, system przepływu radialnego oferuje względnie niższą dyspersję ciepła. W niektórych przypadkach stabilność systemu może być naruszona ze względu na fluktuacje objętości chłodzącego powietrza przepływającego przez maszynę.

System wentylacji przepływem osiowym

Opis

W tej metodzie powietrze jest zmuszane do przepływu osiowo przez przejścia utworzone przez otwory w statorze i rotorze.

Wydajność i ograniczenia

System wentylacji przepływem osiowym jest bardzo skuteczny, z wyjątkiem maszyn o znacznej długości osiowej. Jednym z głównych wad jest nierównomierna wymiana ciepła. Sekcja wyjściowa powietrza maszyny tendencjonuje do otrzymywania mniejszego chłodzenia, ponieważ powietrze nagrzewa się podczas przepływu przez osiowe kanały.

Okólne wentylacja

Opis

W okólnej wentylacji powietrze jest dostarczane w jednym lub kilku punktach na zewnętrznej obwódce rdzenia statora, a następnie zmuszane do przepływu okólnie przez kanały między laminacjami do wyznaczonych ujść. Ta metoda pozwala na zwiększenie powierzchni kanałów.

Kombinacje i uwagi

W niektórych przypadkach, okólne wentylacja jest łączone z systemem przepływu radialnego. Należy jednak zachować ostrożność, aby uniknąć interferencji między dwoma strumieniami powietrza. Aby zapobiec takiej interferencji, zewnętrzne powierzchnie naprzemiennych kanałów radialnych są zazwyczaj zamknięte.

Wymagania dotyczące chłodzącego powietrza

Aby uzyskać skuteczne chłodzenie, używane powietrze musi być czyste i wolne od kurzu. Cząstki kurzu mogą zatkować kanały, zmniejszając ich przekrój poprzeczny i, w konsekwencji, obniżając wydajność wymiany ciepła przez przewodzenie. Aby zapewnić czyste powietrze, powszechnie stosowane są filtry powietrza i filtry z serwet. W niektórych sytuacjach powietrze jest myte w komorze spryskowej. Ponadto, w większości przypadków, powietrze jest chłodzone przez chłodnice wodne, a następnie ponownie cyrkulowane do ponownego użytku.

Ograniczenia chłodzenia powietrzem

Sprzęt i koszty: Dla maszyn o dużej pojemności, wentylatory potrzebne do cyrkulacji powietrza stają się większe i zużywają znaczną ilość energii. To wymaga użycia sprzętu pomocniczego, który może być drogi.

Ograniczenia pojemności: Istnieje optymalna ocena maszyn, po której chłodzenie powietrzem nie jest już wystarczające, aby utrzymać temperaturę w bezpiecznych granicach pracy.

Chłodzenie synchronicznych generatorów wodorem

W systemie chłodzenia wodorem, wodor jest medium chłodzącym. Więcej szczegółowego omówienia tej metody można znaleźć w artykule "Chłodzenie synchronicznego generatora wodorem."

Bezpośrednie chłodzenie wodą synchronicznych generatorów

Zastosowanie

Chłodzenie wodorem okazuje się niewystarczające do usuwania ciepła z dużych turboalternatorów o pojemności 500 MW lub więcej. Duża ilość gazu wodorowego potrzebna do takich maszyn może sprawić, że jej użycie stanie się ekonomicznie nieopłacalne. W tych przypadkach stosuje się bezpośrednie chłodzenie wodą. W bardzo dużych turbogeneratorach, rotory są często chłodzone wodorem, podczas gdy cewki statora są chłodzone bezpośrednio demineralizowaną wodą. Woda jest cyrkulowana za pomocą pomp odśrodkowych napędzanych silnikami prądu przemiennego, a filtry patrone są używane do usuwania zanieczyszczeń. Te filtry są specjalnie zaprojektowane, aby zapobiec wprowadzeniu korodujących cząstek metalicznych generowanych w cewkach i rurach do pustych przewodników cewek.

Zalety nad chłodzeniem wodorem

• Efektywność: Systemy chłodzone wodą są szybsze i bardziej efektywne dzięki wyższej przewodności cieplnej wody w porównaniu do wodoru.

• Optymalizacja przestrzeni: Mniejsza powierzchnia kanałów wymagana dla wody pozwala na więcej miejsca na umieszczenie przewodników w slotach, optymalizując projekt generatora.

Wady

• Wymóg oczyszczania: Woda używana do chłodzenia musi być wysokiej czystości, aby zapobiec zwiększeniu jej przewodności, co mogłoby prowadzić do problemów elektrycznych.

• Koszt: Chłodzenie wodą jest ogólnie droższe niż chłodzenie wodorem, co czyni go kosztowniejszym rozwiązaniem do chłodzenia generatorów.

Podsumowując, chłodzenie synchronicznych generatorów obejmuje szereg metod, każda z własnym zestawem zalet i ograniczeń. Wybór odpowiedniej metody chłodzenia zależy od czynników takich jak rozmiar, pojemność i wymagania operacyjne generatora.