Hlađenje sinhronog generatora

Hlađenje sinkronih generatora: Metode, prednosti i ograničenja

Važnost hlađenja

Hlađenje je ključan aspekt rada sinkronih generatora. Prirodni mehanizmi hlađenja nisu dovoljni za disipaciju značajne količine toplote generisane unutar alternatora. Da bi se to rešilo, koriste se sistemi s prisilnim hlađenjem zrakom. U ovim sistemima, zrak se aktivno ubacuje u alternator, čime se osigurava da veći volumen zraka prođe preko njegovih površina, efektivno uklanjajući značajnu količinu toplote. Zatvoreni ventilacioni sistem posebno je efikasan za poboljšanje hlađenja sinkronih generatora. U ovom postavljanju, vrući, čist zrak iz alternatora se hlađe pomoću vodnog hladnjaka i zatim se ponovo cirkulira kroz alternator pomoću ventilatora.

Da bi se maksimizirala površina u kontaktu sa hladiocnim zrakom, kanali su ugrađeni u stator i rotor jezgre, kao i u polje generatora. Ovi kanali mogu biti konfigurisani u radijalnom ili aksijalnom pravcu, u zavisnosti od željenog uzorka strujanja zraka.

Radijalni sistemi ventilacije

Opis

U radijalnom sistemu ventilacije, hladiocni zrak ulazi u kanale preko praznine u statoru i teče radijalno prema pozadi statora, odakle se zatim uklanja.

Prednosti

• Niska gubitna energija: Energija potrebna za ventilaciju je minimizovana, doprinoseći ukupnoj efikasnosti.

• Svetlost: Ovaj sistem može se primeniti na mali i velike mašine, što ga čini fleksibilnom opcijom za različite veličine generatora.

Ograničenja

Veličina i kompaktnost: Prisustvo ventilacionih kanala, koji mogu zauzeti oko 20% dužine armature, čini mašinu manje kompaktnom.

Disipacija toplote: U poređenju sa drugim sistemima hlađenja, radijalni sistem pruža relativno nižu disipaciju toplote. U nekim slučajevima, stabilnost sistema može biti kompromitovana zbog fluktuacija volumena hladiocnog zraka koji prolazi kroz mašinu.

Aksijalni sistem ventilacije

Opis

U ovoj metodi, zrak se prisilno protiče aksijalno kroz prozore stvorene otvorima u statoru i rotoru.

Performanse i ograničenja

Aksijalni sistem ventilacije je izuzetno efikasan, osim za mašine sa značajnim aksijalnim dužinama. Jedan od glavnih nedostataka je neuniformna transfera toplote. Izlazni deo mašine ima tendenciju da prima manje hlađenje jer se zrak zagrijava dok se kreće kroz aksijalne kanale.

Obodna ventilacija

Opis

U obodnoj ventilaciji, zrak se dostavlja na jednu ili više tačaka na spoljnoj periferiji jezgre statora i zatim se prisilno protiče obodno kroz kanale između lamenata do određenih izlaza. Ova metoda omogućava povećanje površine kanala.

Kombinacije i razmatranja

U određenim slučajevima, obodna ventilacija se kombinuje sa radijalnim sistemom strujanja. Međutim, treba paziti da se izbegne interferencija između dva toka zraka. Da bi se sprečila takva interferencija, spoljne površine alternativnih radijalnih kanala su tipično zatvorene.

Zahtevi za hladiocnim zrakom

Za efikasno hlađenje, zrak mora biti čist i bez prašine. Čestice prašine mogu zagušiti kanale, smanjujući njihovu poprečnu površinu i, posledično, smanjujući efikasnost transfera toplote preko provodnosti. Da bi se osigurala čista atmosfera, često se koriste vazdušni filtri i filteri od sirovine. U nekim situacijama, zrak se ispira u spraj kamerni. Takođe, u većini slučajeva, zrak se hlađe pomoću vodnih hladnjaka i zatim se reciklira za ponovnu upotrebu.

Ograničenja hlađenja zrakom

Oprema i troškovi: Za velike mašine, ventilatori potrebni za cirkulaciju zraka postaju veći i potrošni, što zahteva upotrebu pomoćne opreme, koja može biti skupa.

Ograničenja kapaciteta: Postoji optimalna ocena mašina, iznad koje hlađenje zrakom više nije dovoljno da održi temperaturu unutar sigurnih granica rada.

Hlađenje sinkronih generatora vodonikom

U sistemu hlađenja vodonikom, vodonik služi kao sredstvo za hlađenje. Dublji pregled ove metode može se pronaći u članku "Hlađenje sinkronog generatora vodonikom."

Direktno hlađenje vodom sinkronih generatora

Primena

Hlađenje vodonikom se pokazalo nedovoljnim za odsiv toplote iz velikih turbo-alternatora sa kapacitetom od 500 MW ili više. Veliki volumen vodonika potreban za takve mašine može činiti njegovu upotrebu ekonomski nepraktičnom. U tim slučajevima, koristi se direktno hlađenje vodom. U veoma velikim turbo-generatorima, rotori se često hlađu vodonikom, dok se navojnice statora hlađu direktno demineralizovanom vodom. Voda se cirkulira pomoću centrifugalnog pumpa pogonjenog AC motorom, a kartušni filtri se koriste za uklanjanje impuriteta. Ovi filtri su specifično dizajnirani da sprečavaju metalne korozivne čestice generisane u navojnicama i cevovodu da uđu u prazne provodnike navojnice.

Prednosti nad hlađenjem vodonikom

• Efikasnost: Sistemi hlađenja vodom su brži i efikasniji zbog veće termalne provodnosti vode u poređenju sa vodonikom.

• Optimizacija prostora: Manja površina kanala potrebna za vodu omogućava više prostora za smestanje provodnika unutar slotova, optimizujući dizajn generatora.

Nedostaci

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

• Troškovi: Hlađenje vodom je općenito skuplje nego hlađenje vodonikom, što ga čini skupljom opcijom za hlađenje generatora.

Kao rezime, hlađenje sinkronih generatora uključuje niz metoda, svaka sa svojim setom prednosti i ograničenja. Odabir odgovarajuće metode hlađenja zavisi od faktora kao što su veličina, kapacitet i operativni zahtevi generatora.