การทำความเย็นของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส

การระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส: วิธีการ ข้อดี และข้อจำกัด

ความสำคัญของการระบายความร้อน

การระบายความร้อนเป็นส่วนสำคัญในการทำงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส กลไกการระบายความร้อนโดยธรรมชาติไม่เพียงพอที่จะกำจัดความร้อนที่เกิดขึ้นภายในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าสลับ เพื่อแก้ปัญหานี้ ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับถูกนำมาใช้ ในระบบดังกล่าว อากาศถูกผลักเข้าไปในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้มีปริมาณอากาศผ่านผิวหน้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามากขึ้น ช่วยกำจัดความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ ระบบระบายอากาศแบบวงจรป้อนกลับเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเพิ่มการระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส ในระบบดังกล่าว อากาศร้อนและสะอาดจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะถูกทำความเย็นโดยแลกเปลี่ยนความร้อนที่ใช้น้ำเป็นตัวกลาง จากนั้นจะถูกส่งกลับเข้าไปในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าโดยใช้พัดลม

เพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวที่สัมผัสกับอากาศสำหรับการระบายความร้อน ท่อระบายอากาศถูกติดตั้งในแกนสเตเตอร์และโรเตอร์ รวมถึงขดลวดสนามของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ท่อเหล่านี้สามารถกำหนดทิศทางได้ทั้งแบบเรเดียลและแบบแอคเซียล ขึ้นอยู่กับรูปแบบการไหลของอากาศที่ต้องการ

ระบบระบายความร้อนแบบการไหลเรเดียล

คำอธิบาย

ในระบบระบายความร้อนแบบการไหลเรเดียล อากาศสำหรับการระบายความร้อนจะเข้าสู่ท่อผ่านช่องว่างในสเตเตอร์และไหลออกไปทางด้านหลังของสเตเตอร์ จากนั้นจะถูกนำออก

ข้อดี

• การสูญเสียพลังงานต่ำ: พลังงานที่ต้องการสำหรับการระบายอากาศถูกลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพโดยรวมสูงขึ้น

• ความยืดหยุ่น: ระบบนี้สามารถใช้ได้กับเครื่องขนาดเล็กและใหญ่ ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยืดหยุ่นสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลายขนาด

ข้อจำกัด

ขนาดและความกะทัดรัด: การมีท่อระบายอากาศ ซึ่งอาจครอบคลุมประมาณ 20% ของความยาวอาร์เมเจอร์ ทำให้เครื่องมีขนาดไม่กะทัดรัดเท่าที่ควร

การกระจายความร้อน: เมื่อเทียบกับระบบระบายความร้อนอื่น ๆ ระบบการไหลเรเดียลให้การกระจายความร้อนที่ต่ำกว่า ในบางกรณี ความมั่นคงของระบบอาจถูกกระทบจากการเปลี่ยนแปลงในปริมาณอากาศที่ไหลผ่านเครื่อง

ระบบระบายความร้อนแบบการไหลแอคเซียล

คำอธิบาย

ในวิธีนี้ อากาศถูกบังคับให้ไหลผ่านทางผ่านที่สร้างขึ้นโดยรูในสเตเตอร์และโรเตอร์

ประสิทธิภาพและข้อจำกัด

ระบบระบายความร้อนแบบการไหลแอคเซียลมีประสิทธิภาพสูง ยกเว้นสำหรับเครื่องที่มีความยาวตามแนวแกนสูง ข้อเสียหลักคือการถ่ายเทความร้อนไม่สม่ำเสมอ ส่วนปลายของเครื่องที่เป็นทางออกของอากาศมักจะได้รับความเย็นน้อยลง เนื่องจากอากาศร้อนขึ้นขณะที่ไหลผ่านทางผ่านแอคเซียล

ระบบระบายความร้อนแบบรอบวง

คำอธิบาย

ในการระบายความร้อนแบบรอบวง อากาศจะถูกส่งที่หนึ่งหรือหลายจุดบนขอบนอกของแกนสเตเตอร์ จากนั้นถูกบังคับให้ไหลรอบวงผ่านท่อระหว่างแผ่นเหล็กจนถึงทางออกที่กำหนด วิธีนี้ช่วยเพิ่มพื้นที่ท่อ

การผสมผสานและการพิจารณา

ในบางกรณี การระบายความร้อนแบบรอบวงจะผสมผสานกับระบบการไหลเรเดียล แต่ต้องระวังไม่ให้เกิดการขัดแย้งระหว่างกระแสอากาศสองทาง ในการป้องกันการขัดแย้ง ผิวภายนอกของท่อเรเดียลที่สลับกันมักจะถูกปิด

ความต้องการของอากาศสำหรับการระบายความร้อน

เพื่อการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ อากาศที่ใช้ต้องสะอาดและปราศจากฝุ่น อนุภาคฝุ่นสามารถอุดตันท่อ ทำให้พื้นที่ขวางลดลง และส่งผลให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนโดยการนำลดลง ในการรับรองอากาศที่สะอาด มักใช้กรองอากาศและผ้ากรอง เช่น ผ้าเชสโคล นอกจากนี้ ในบางกรณี อากาศจะถูกล้างในห้องสเปรย์ นอกจากนี้ ในกรณีส่วนใหญ่ อากาศจะถูกทำความเย็นโดยใช้เครื่องทำความเย็นน้ำและนำไปใช้ใหม่

ข้อจำกัดของการระบายความร้อนด้วยอากาศ

อุปกรณ์และค่าใช้จ่าย: สำหรับเครื่องที่มีความจุสูง พัดลมที่ใช้ในการหมุนเวียนอากาศจะมีขนาดใหญ่และใช้พลังงานมาก ทำให้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เสริมซึ่งอาจมีราคาแพง

ข้อจำกัดของความจุ: มีอัตราที่เหมาะสมสำหรับเครื่อง หากเกินอัตรานั้น การระบายความร้อนด้วยอากาศอาจไม่เพียงพอในการรักษาอุณหภูมิให้อยู่ในขีดจำกัดการปฏิบัติงานที่ปลอดภัย

การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส

ในระบบระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน แก๊สไฮโดรเจนจะใช้เป็นตัวกลางในการระบายความร้อน การสำรวจวิธีนี้อย่างละเอียดสามารถพบได้ในบทความ "Hydrogen Cooling of Synchronous Generator."

การระบายความร้อนด้วยน้ำโดยตรงในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัส

การประยุกต์ใช้

การระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนไม่เพียงพอในการสกัดความร้อนออกจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบขนาดใหญ่ที่มีความจุ 500 MW หรือมากกว่า ปริมาณแก๊สไฮโดรเจนที่ต้องการสำหรับเครื่องเหล่านี้อาจทำให้การใช้งานไม่คุ้มค่า ในกรณีเหล่านี้ จะใช้การระบายความร้อนด้วยน้ำโดยตรง ในการกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โบขนาดใหญ่มาก โรเตอร์มักจะถูกทำความเย็นด้วยไฮโดรเจน ในขณะที่ขดลวดสเตเตอร์ถูกทำความเย็นด้วยน้ำที่ถูกทำให้ปราศจากแร่ธาตุ น้ำจะถูกหมุนเวียนโดยใช้ปั๊มเหวี่ยงที่ขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ AC และใช้ตัวกรองคาร์ทริดจ์เพื่อขจัดสิ่งปนเปื้อน ตัวกรองเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันอนุภาคโลหะที่กัดกร่อนซึ่งเกิดขึ้นในขดลวดและท่อจากการเข้าสู่ท่อว่างของขดลวด

ข้อดีเหนือการระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน

• ประสิทธิภาพ: ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมีความรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากกว่า เนื่องจากความนำความร้อนของน้ำสูงกว่าไฮโดรเจน

• การใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ: พื้นที่ท่อที่ต้องการสำหรับน้ำน้อยกว่า ทำให้มีพื้นที่มากขึ้นในการบรรจุขดลวดภายในช่อง ทำให้การออกแบบเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากขึ้น

ข้อเสีย

• ความต้องการการทำความสะอาด: น้ำที่ใช้สำหรับการระบายความร้อนต้องมีความบริสุทธิ์สูงเพื่อป้องกันการเพิ่มขึ้นของความนำไฟฟ้า ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหาทางไฟฟ้า

• ค่าใช้จ่าย: การระบายความร้อนด้วยน้ำมักจะมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าการระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจน ทำให้เป็นตัวเลือกที่แพงกว่าสำหรับการระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า

สรุป การระบายความร้อนของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครนัสมีหลากหลายวิธี แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อจำกัดของตนเอง การเลือกวิธีการระบายความร้อนที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับปัจจัยต่าง ๆ อาทิ ขนาด ความจุ และข้อกำหนดในการปฏิบัติงานของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า