Охлаждение синхронного генератора
Охлаждение синхронных генераторов: методы, преимущества и ограничения
Важность охлаждения
Охлаждение является критически важным аспектом работы синхронных генераторов. Естественные механизмы охлаждения недостаточны для рассеивания значительного количества тепла, выделяемого в альтернаторах. Для решения этой проблемы используются системы принудительного воздушного охлаждения. В таких системах воздух активно подается в альтернатор, обеспечивая прохождение большего объема воздуха через его поверхности, что эффективно удаляет значительное количество тепла. Замкнутая система вентиляции особенно эффективна для усиления охлаждения синхронных генераторов. В этом устройстве горячий, чистый воздух из альтернатора охлаждается водяным теплообменником, а затем циркулирует обратно через альтернатор с помощью вентиляторов.
Для максимизации площади контакта с охлаждающим воздухом в статорном и роторном сердечниках, а также в обмотках возбуждения генератора встраиваются каналы. Эти каналы могут быть ориентированы в радиальном или осевом направлении, в зависимости от желаемого паттерна потока воздуха.
Система радиального потока вентиляции
Описание
В системе радиального потока вентиляции охлаждающий воздух поступает в каналы через воздушный зазор в статоре и движется радиально к задней части статора, откуда он затем удаляется.
Преимущества
Низкие потери энергии: Энергия, необходимая для вентиляции, минимизируется, что способствует общей эффективности.
Универсальность: Эта система может применяться как на малых, так и на крупных машинах, что делает ее гибким вариантом для различных размеров генераторов.
Ограничения
Размер и компактность: Присутствие вентиляционных каналов, которые могут занимать около 20% длины якоря, делает машину менее компактной.
Отведение тепла: По сравнению с другими системами охлаждения, система радиального потока обеспечивает относительно меньшее отведение тепла. В некоторых случаях стабильность системы может быть нарушена из-за колебаний объема охлаждающего воздуха, проходящего через машину.
Система осевого потока вентиляции
Описание
В этом методе воздух принудительно продувается осевым образом через каналы, созданные отверстиями в статоре и роторе.
Производительность и ограничения
Система осевого потока вентиляции высокоэффективна, за исключением машин с значительными осевыми размерами. Одним из основных недостатков является неравномерный теплообмен. Выходная секция машины, через которую выходит воздух, получает меньше охлаждения, так как воздух нагревается, проходя через осевые каналы.
Кольцевая вентиляция
Описание
В кольцевой вентиляции воздух подается в одной или нескольких точках на внешней периферии статорного сердечника и затем принудительно продувается кольцевым образом через каналы между ламелями к назначенным выходам. Этот метод позволяет увеличить площадь каналов.
Комбинации и соображения
В некоторых случаях кольцевая вентиляция комбинируется с системой радиального потока. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать взаимодействия двух потоков воздуха. Чтобы предотвратить такое взаимодействие, внешние поверхности чередующихся радиальных каналов обычно закрываются.
Требования к охлаждающему воздуху
Для эффективного охлаждения воздух должен быть чистым и свободным от пыли. Частицы пыли могут забивать каналы, уменьшая их сечение и, следовательно, снижая эффективность теплопередачи путем кондукции. Для обеспечения чистоты воздуха обычно используются воздушные фильтры и фильтры из марли. В некоторых ситуациях воздух промывается в распылительной камере. Кроме того, в большинстве случаев воздух охлаждается водяными холодильниками и затем рециркулируется для повторного использования.
Ограничения воздушного охлаждения
Оборудование и стоимость: Для машин большой мощности вентиляторы, необходимые для циркуляции воздуха, становятся больше и потребляют значительное количество энергии. Это требует использования вспомогательного оборудования, которое может быть дорогостоящим.
Ограничения по мощности: Существует оптимальная мощность машин, за пределами которой воздушное охлаждение уже не достаточно для поддержания температуры в безопасных пределах эксплуатации.
Охлаждение синхронных генераторов водородом
В системе охлаждения водородом в качестве охлаждающей среды используется водородный газ. Более подробное исследование этого метода можно найти в статье "Охлаждение синхронного генератора водородом."
Прямое водяное охлаждение синхронных генераторов
Применение
Охлаждение водородом оказывается недостаточным для отвода тепла от крупных турбо-генераторов мощностью 500 МВт и более. Большой объем водорода, необходимый для таких машин, может сделать его использование экономически невыгодным. В этих случаях применяется прямое водяное охлаждение. В очень крупных турбо-генераторах роторы часто охлаждаются водородом, а обмотки статора — прямым деминерализованным водой. Вода циркулирует с помощью центробежного насоса, приводимого в действие электродвигателем переменного тока, а картриджные фильтры используются для удаления примесей. Эти фильтры специально разработаны, чтобы предотвратить попадание коррозионных металлических частиц, образующихся в обмотках и трубопроводах, в полые проводники обмоток.
Преимущества перед охлаждением водородом
Эффективность: Водяные системы охлаждения быстрее и эффективнее благодаря высокой теплопроводности воды по сравнению с водородом.
Оптимизация пространства: Меньшая площадь каналов, необходимых для воды, позволяет разместить больше проводников в пазах, оптимизируя конструкцию генератора.
Недостатки
Требование к очистке: Вода, используемая для охлаждения, должна быть высокоочищенной, чтобы предотвратить увеличение ее проводимости, что может привести к электрическим проблемам.
Стоимость: Водяное охлаждение, как правило, дороже, чем охлаждение водородом, что делает его более дорогим вариантом для охлаждения генераторов.
В заключение, охлаждение синхронных генераторов включает ряд методов, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Выбор подходящего метода охлаждения зависит от таких факторов, как размер, мощность и эксплуатационные требования генератора.
