Bir Senkron Jeneratörün Soğutulması
Senkron Jeneratörlerin Soğutulması: Yöntemler, Avantajlar ve Sınırlamalar
Soğutmanın Önemi
Soğutma, senkron jeneratörlerin çalışmasında kritik bir aspektir. Alternatörler içinde üretilen önemli miktarda ısıyı dağıtmak için doğal soğutma mekanizmaları yetersizdir. Bu sorunu çözmek için zorlanmış hava soğutma sistemleri kullanılır. Bu sistemlerde, hava aktif olarak alternatöre itilir, böylece daha büyük hacimde hava yüzeylerinden geçerek etkili bir şekilde önemli miktarda ısıyı uzaklaştırır. Kapalı devre havalandırma sistemi, senkron jeneratörlerin soğutmasını artırmada özellikle etkilidir. Bu yapıda, alternatörden gelen sıcak, temiz hava suyla soğutulan bir ısıtıcı ile soğutulur ve ardından fanlar kullanılarak alternatöre geri dolaştırılır.
Soğutma hava ile temas eden yüzey alanını maksimize etmek için, stator ve rotor çekirdeklerine, ayrıca jeneratörün manyetik bobinlerine kanallar eklenir. Bu kanallar, istenen hava akış desenine bağlı olarak radyal veya eksenel yönde yapılandırılabilir.
Radyal Akış Havalandırma Sistemi
Tanım
Radyal akış havalandırma sisteminde, soğutma hava, statorun hava boşluğu aracılığıyla kanallara girer ve statorun arkasına doğru radyal olarak akar, buradan da çıkarılır.
Avantajlar
Düşük Enerji Kaybı: Havalandırma için gereken enerji en aza indirgenir, bu genel verimliliğe katkıda bulunur.
Çok yönlülük: Bu sistem hem küçük hem de büyük makinelere uygulanabilir, bu nedenle farklı jeneratör boyutları için esnek bir seçenektir.
Sınırlamalar
Boyut ve Kompaklık: Ventilasyon kanalları, armatur uzunluğunun yaklaşık %20'sini kaplayabilir, bu da makinenin daha az kompak hale gelmesine neden olur.
Isının Uzaklaştırılması: Diğer soğutma sistemlerine kıyasla, radyal akış sistemi nispeten daha düşük ısı uzaklatım sunar. Bazı durumlarda, makineden geçen soğutma hava hacminin dalgalanmaları nedeniyle sistemin istikrarı tehlikeye girebilir.
Eksenel Akış Havalandırma Sistemi
Tanım
Bu yöntemde, hava, stator ve rotor üzerinde açılan delikler yoluyla eksenel olarak itilir.
Performans ve Sınırlamalar
Eksenel akış havalandırma sistemi, eksenel uzunluğu belirgin olan makineler dışında oldukça etkilidir. Bunun ana dezavantajlarından biri, homojen olmayan ısı transferidir. Hava çıkış bölümü, hava eksenel kanallardan ilerlerken ısındığından, makinelerin bu bölümünde daha az soğuma gerçekleşir.
Dairesel Havalandırma
Tanım
Dairesel havalandırma, hava, stator çekirdeğinin dış periferisinde bir veya daha fazla noktadan sağlanır ve ardından laminasyonlar arasındaki kanallardan dairesel olarak belirlenmiş çıkışlara yönlendirilir. Bu yöntem, kanal alanını artırmasına imkan tanır.
Birleşimler ve Dikkat Edilecek Hususlar
Belirli durumlarda, dairesel havalandırma radyal akış sistemiyle birleştirilir. Ancak, iki hava akışı arasında müdahale yaşanmaması için dikkat gösterilmelidir. Bu interferansın önlenmesi için, alterne radyal kanalların dış yüzeyleri genellikle kapatılır.
Soğutma Havanın Gereklilikleri
Etkili soğutma için kullanılan hava, tozdan arınmış ve temiz olmalıdır. Toz parçacıkları, kanalları tıkayarak kesit alanlarını azaltabilir ve bu da iletkenlik yoluyla ısı transferinin verimliliğini azaltır. Temiz hava sağlamak için, hava filtreleri ve peynir bezleri genellikle kullanılır. Bazı durumlarda, hava, püskürtme odasında yıkanır. Ayrıca, çoğu durumda, hava su soğutucuları ile soğutulup yeniden kullanılmak üzere dolaştırılır.
Hava Soğutmanın Sınırlamaları
Ekipman ve Maliyet: Büyük kapasiteli makineler için, hava dolaştırmak için gereken fanlar büyüklüğünü alır ve önemli miktarda güç tüketir. Bu, pahalı yardımcı ekipmanların kullanılmasını gerektirir.
Kapasite Sınırlamaları: Makineler için optimal bir derecelendirme vardır, bu sınır ötesinde hava soğutması, sıcaklığın güvenli işletme sınırları içinde tutmak için yeterli olmaz.
Senkron Jeneratörlerin Hidrojen Soğutması
Hidrojen soğutma sisteminde, hidrojen gazı soğutma ortamı olarak görev yapar. Bu yöntemin daha ayrıntılı bir incelemesi, "Senkron Jeneratörlerin Hidrojen Soğutması" başlıklı makalede bulunabilir.
Senkron Jeneratörlerde Doğrudan Su Soğutması
Uygulama
500 MW veya daha yüksek kapasiteli büyük turbo-alternatörlerden ısıyı uzaklaştırmak için hidrojen soğutması yetersiz kalır. Bu makinalar için gerekli olan hidrojen gazının büyük hacmi, kullanımını ekonomik açıdan uygun hale getirmez. Bu durumlarda, doğrudan su soğutması kullanılır. Çok büyük turbo-jeneratörlerde, rotörler genellikle hidrojen ile, stator sarımları ise doğrudan deminerallerize su ile soğutulur. Su, AC motorlu merkezi çekme pompa ile dolaştırılır ve kartric filtreler, impüriteleri kaldırmak için kullanılır. Bu filtreler, sarımlar ve borularda oluşan metalik korrodici parçacıkların sarımların boş iletkenlerine girmesini önlemek için özel olarak tasarlanmıştır.
Hidrojen Soğutmasına Göre Avantajlar
Verimlilik: Su-soğutma sistemleri, suyun hidrojene kıyasla daha yüksek termal iletkenliğine sahip olması nedeniyle daha hızlı ve verimlidir.
Alan Optimizasyonu: Su için gereken daha küçük kanal alanı, yuvalarda iletkenlerin daha fazla yer kaplamasına imkan tanır, bu da jeneratörün tasarımını optimize eder.
Dezavantajlar
Arındırma Gereksinimi: Soğutma için kullanılan su, elektriksel sorunlara neden olabilecek iletkenliğinin artmasını önlemek için çok yüksek düzeyde arındırılmalıdır.
Maliyet: Su soğutması genellikle hidrojen soğutmasına göre daha pahalıdır, bu nedenle jeneratör soğutması için daha pahalı bir seçenek haline gelir.
Sonuç olarak, senkron jeneratörlerin soğutulması, her birinin kendi avantajları ve sınırlamalarıyla çeşitli yöntemleri içerir. Uygun soğutma yönteminin seçilmesi, jeneratörün boyutu, kapasitesi ve işletme gereksinimlerine bağlıdır.
