Kylning av en synkron generator

Kylning av synkrona generatorer: Metoder, fördelar och begränsningar

Betydelsen av kylning

Kylning är en viktig aspekt av drift av synkrona generatorer. Naturliga kylningsmekanismer räcker inte för att avleda den stora mängden värme som genereras inuti alternatorerna. För att hantera detta används tvingad luftkylningsystem. I dessa system drivs luft aktivt in i alternatorn, vilket säkerställer att en större volym luft passerar över dess ytor, vilket effektivt bortför en betydande mängd värme. Ett slutet ventilationscircuit är särskilt effektivt för att förbättra kylningen av synkrona generatorer. I detta uppdrag kyls den varma, rena luften från alternatorn av en vattenkyld växlare och cirkuleras sedan tillbaka genom alternatorn med hjälp av fläktar.

För att maximera den yta som kommer i kontakt med kylningsluften integreras kanaler i stator- och rotorjärnet, samt i fältspolarvindningarna på generatorn. Dessa kanaler kan konfigureras antingen radie- eller axiellt, beroende på det önskade luftflödesmönstret.

Radieflödesventilationsystem

Beskrivning

I ett radieflödesventilationsystem går kylningsluften in i kanalerna genom luftgapet i statorn och flyter radiellt mot baksidan av statorn, därifrån den därefter tas bort.

Fördelar

• Låg energiförlust: Den energi som krävs för ventilation minimeras, vilket bidrar till den totala effektiviteten.

• Mångsidighet: Detta system kan användas för både små och stora maskiner, vilket gör det till ett flexibelt val för olika generatorstorlekar.

Begränsningar

Storlek och kompakthet: Närvaron av ventilationskanaler, som kan uppta ungefär 20% av armaturens längd, gör maskinen mindre kompakt.

Värmeförspridning: Jämfört med andra kylningsystem erbjuder radieflödessystemet relativt lägre värmeförspridning. I vissa fall kan systemets stabilitet bli ifrågasatt på grund av variationer i volymen av kylningsluft som passerar igenom maskinen.

Axiell flödesventilationsystem

Beskrivning

I denna metod tvingas luften att flyta axiellt genom passager skapade av hål i statorn och rotorn.

Prestanda och begränsningar

Det axiella flödesventilationsystemet är mycket effektivt, förutom för maskiner med betydande axiell längd. En av dess huvudsakliga nackdelar är ojämn värmeöverföring. Maskinens luftutsläppsdel tenderar att få mindre kylning eftersom luften värms upp när den passerar genom de axiella kanalerna.

Cirkulär ventilation

Beskrivning

Vid cirkulär ventilation tillförs luft vid en eller flera punkter på statorjärnets yttre periferi och tvingas sedan att flyta cirkulärt genom kanalerna mellan lamineringarna till angivna utsläpp. Denna metod tillåter en ökning av kanalytan.

Kombinationer och överväganden

I vissa fall kombineras cirkulär ventilation med radieflödessystemet. Dock måste man vara försiktig för att undvika interferens mellan de två luftströmmarna. För att förhindra sådan interferens är de yttre ytor av de alternerande radiekanalerna vanligtvis stängda.

Krav på kylningsluft

För effektiv kylning måste den använda luften vara ren och fri från damm. Dammpartiklar kan blockera kanalerna, vilket minskar deras tvärsnittsarea och därmed minskar effektiviteten av värmeöverföring genom konduktion. För att säkerställa ren luft används vanligtvis luftfilter och ostfilter. I vissa situationer tvättas luften i en sprutsal. Dessutom kyls luften i de flesta fall av vattenkylare och återanvänds sedan.

Begränsningar för luftkylning

Utrustning och kostnad: För maskiner med stor kapacitet blir fläktarna som cirkulerar luften större och använder betydande mängder energi. Detta kräver användandet av hjälputrustning, vilket kan vara dyrt.

Kapacitetsbegränsningar: Det finns en optimal effektfaktor för maskiner, utanför vilken luftkylning inte längre räcker för att hålla temperaturen inom säkra driftgränser.

Hydrogenkylning av synkrona generatorer

I ett hydrogenkyld system fungerar hydrogen gas som kylningsmedium. En mer ingående undersökning av denna metod kan hittas i artikeln "Hydrogenkylning av synkrona generatorer."

Direkt vattenkylning i synkrona generatorer

Användning

Hydrogenkylning visar sig otillräcklig för att extrahera värme från stora turbogeneratorsystem med kapaciteter på 500 MW eller mer. Den stora mängden hydrogen gas som krävs för sådana maskiner kan göra dess användning ekonomiskt omöjlig. I dessa fall används direkt vattenkylning. I mycket stora turbogeneratorer kyls roterarna ofta med hydrogen, medan statorvindningarna kyls med direkt demineraliserat vatten. Vattnet cirkuleras med en AC-motorstyrd centrifugalpump, och patronfilter används för att ta bort orenheter. Dessa filter är specifikt utformade för att förhindra att metalliska korrosiva partiklar som genereras i vindningarna och rören når de hulte ledarna i vindningarna.

Fördelar jämfört med hydrogenkylning

• Effektivitet: Vattenkylda system är snabbare och mer effektiva tack vare vattnets högre termiska ledningsförmåga jämfört med hydrogen.

• Rumsoptimering: Den mindre kanalyta som krävs för vatten tillåter mer utrymme för ledare inuti spår, vilket optimerar generatorns design.

Nackdelar

• Renhetskrav: Det vatten som används för kylning måste vara mycket rent för att förhindra en ökning av dess ledningsförmåga, vilket skulle kunna leda till elektriska problem.

• Kostnad: Vattenkylning är generellt mer dyr än hydrogenkylning, vilket gör det till ett mer kostsamt alternativ för generatornkyling.

Sammanfattningsvis involverar kylningen av synkrona generatorer en rad metoder, var och en med sina egna fördelar och begränsningar. Valet av lämplig kylningsmetod beror på faktorer som generatorns storlek, kapacitet och driftskrav.