Hlačenje sinhronnega generatorja

Hlajenje sinhronih generatorjev: Metode, prednosti in omejitve

Pomembnost hlajenja

Hlajenje je ključni vidik delovanja sinhronih generatorjev. Naravne mehanizme hlajenja ni dovolj za odvzemanje velike količine toplote, ki jo generatorji ustvarijo. Za reševanje tega problema se uporabljajo sistemi prisilnega zračnega hlajenja. V takšnih sistemih se zrak aktivno vdira v alternator, kar zagotavlja, da večja količina zraka prehaja čez njegove površine, učinkovito odvzemajoč veliko količino toplote. Zaprta zračna ventilacijska naprava je še posebej učinkovita za izboljšanje hlajenja sinhronih generatorjev. V tej nastavitvi se topel, čist zrak iz alternatorja ohladi s vodnimi hladilniki in nato z uporabo ventilatorjev cirkulira nazaj skozi alternator.

Za maksimalizacijo površine v stiku s hladilnim zrakom so v stator in rotor ter v poljske bobnine generatorja vključeni kanali. Ti kanali lahko sledijo radialnemu ali osnemu smeri, odvisno od želenega vzorca pretoka zraka.

Radialni pretok v sistemu ventilacije

Opis

V sistemu radialne ventilacije hladilni zrak vstopi v kanale preko zračnega prostore v statorju in teče radialno proti zadnji strani statorja, od koder je nato odstranjen.

Prednosti

• Nizek energijski izgubi: Energijski potrebi za ventilacijo so minimalizirane, kar prispeva k celotni učinkovitosti.

• Veščost: Ta sistem se lahko uporablja na običajnih in velikih strojih, kar ga naredi prilagodljivo možnost za različne velikosti generatorjev.

Omejitve

Velikost in kompaktnost: Prisotnost ventilacijskih kanalov, ki lahko zasede približno 20% dolžine armature, stroj naredi manj kompakten.

Odvedanje toplote: V primerjavi z drugimi sistemi hlajenja radialni sistem ponuja relativno nižjo stopnjo odvoda toplote. V nekaterih primerih se lahko stabilnost sistema zaradi fluktuacij v količini hladilnega zraka, ki teče skozi stroj, kompromitira.

Oseni pretok v sistemu ventilacije

Opis

Pri tem metodu se zrak prisilno teče osno skozi prehode, ustvarjene s kopali v statorju in rotorju.

Učinkovitost in omejitve

Sistem osnega pretoka je zelo učinkovit, razen za stroje z velikimi osnimi dolžinami. Eden izmed glavnih nedostatkov je neravnomerna prenos toplote. Izletna sekacija stroja ima tendenco do prejemanja manj hlajenja, ker se zrak segreva, ko teče skozi osne kanale.

Obvodna ventilacija

Opis

Pri obvodni ventilaciji se zrak poda na enem ali več mestih na zunanji periferiji statorskega jedra in nato prisilno teče obvodno skozi kanale med lamenicami do določenih izletov. Ta metoda omogoča povečanje površine kanala.

Kombinacije in razmatranja

V nekaterih primerih se obvodna ventilacija kombinira z radialnim sistemom pretoka. Vendar mora biti poskrbljeno, da se izogne motnjam med dvema tokoma zraka. Za preprečevanje takšnih motenj so običajno zaprti zunanji površine nadomestnih radialnih kanalov.

Zahtevi glede hladilnega zraka

Za učinkovito hlajenje mora biti zrak čist in brez prahu. Dečki prah lahko zaprte kanale, zmanjšajo njihovo presečno ploščino in tako zmanjšajo učinkovitost prenosa toplote s kondukcijo. Za zagotavljanje čistega zraka se običajno uporabljajo zračni filtri in pladnati filtri. V nekaterih situacijah se zrak očisti v sprajalnici. Poleg tega se v večini primerov zrak ohladi s vodnimi hladili in nato recirkulira za ponovno uporabo.

Omejitve zračnega hlajenja

Oprema in stroški: Za velike stroje postanejo ventilatorji, potrebni za cirkulacijo zraka, večji in porabljajo veliko energije. To zahteva uporabo pomožne opreme, ki je lahko draga.

Omejitve kapacitete: Obstaja optimalna ocena za stroje, za katere zračno hlajenje ni več dovolj za vzdrževanje temperature znotraj varnih operativnih mej.

Hlajenje sinhronih generatorjev z vodikom

V sistemu hlajenja z vodikom služi vodik kot hladilna sredstvo. Boljši vpogled v to metodo lahko najdete v članku "Hlajenje sinhronih generatorjev z vodikom."

Neposredno vodno hlajenje sinhronih generatorjev

Uporaba

Hlajenje z vodikom je nedostatočno za odvzemanje toplote iz velikih turboalternatorjev z kapaciteto 500 MW ali več. Velika količina vodika, ki bi bila potrebna za take stroje, lahko naredi njegovo uporabo ekonomsko neučinkovito. V teh primerih se uporablja neposredno vodno hlajenje. V zelo velikih turbogeneratorjih so rotori pogosto hladeni z vodikom, medtem ko so statorske viti hladene z neposrednim demineraliziranim vodo. Voda se cirkulira z centrifugalnim črpalko, pogonjeno s strani AC motorja, in kartužni filtri se uporabljajo za odstranjevanje nečistoč. Ti filtri so specifično oblikovani, da preprečujejo, da bi korozijski kovinski dečki, generirani v vitkah in cevnih vodih, vstopili v prazne prevodičke v vitkah.

Prednosti pred hladenjem z vodikom

• Učinkovitost: Sistemi z vodnim hlajenjem so hitrejši in bolj učinkoviti zaradi višje termalne provodnosti vode v primerjavi z vodikom.

• Optimizacija prostora: Manjša površina kanala, potrebna za vodo, omogoča več prostora za smeho prevodičke v slotih, optimizirajoč obliko generatorja.

Nedostatki

• Zahteva po čiščenju: Voda, uporabljena za hlajenje, mora biti visoko čista, da se prepreči povečanje njenega vodivosti, kar bi lahko vodilo do električnih problemov.

• Stroški: Hlajenje z vodo je običajno dražje od hlajenja z vodikom, kar ga naredi dražjo opcijo za hlajenje generatorjev.

V zaključku, hlajenje sinhronih generatorjev vključuje vrsto metod, vsaka z lastno množico prednosti in omejitev. Izbira ustrezne metode hlajenja je odvisna od dejavnikov, kot so velikost, kapaciteta in operativne zahteve generatorja.