Охолодження синхронного генератора

Охолодження синхронних генераторів: методи, переваги та обмеження

Важливість охолодження

Охолодження є критичним аспектом роботи синхронного генератора. Природні механізми охолодження недостатні для відведення значної кількості тепла, що генерується в альтернаторах. Для вирішення цього питання використовуються системи з примусового повітрування. В таких системах повітря активно нагнітається в альтернатор, забезпечуючи проходження більшої кількості повітря по його поверхнях, що ефективно відводить значну кількість тепла. Закрита система вентиляції особливо ефективна для підвищення охолодження синхронних генераторів. У такому випадку гаряче, чисте повітря з альтернатора охолоджується водяним теплообмінником, а потім циркулює назад через альтернатор за допомогою вентиляторів.

Для максимальної площі контакту з охолоджувальним повітрям в статорі і роторі, а також у полях катушок генератора вбудовані каналі. Ці канали можуть бути налаштовані радіально або осьово, залежно від бажаного шаблону потоку повітря.

Радіальна система вентиляції

Опис

У радіальній системі вентиляції охолоджувальне повітря входить до каналів через повітряний проміжок у статорі і потім рухається радіально до задньої частини статора, звідки його подальше вилучають.

Переваги

• Низький втрати енергії: Енергія, необхідна для вентиляції, мінімізована, що сприяє загальній ефективності.

• Універсальність: Ця система може бути застосована як до маленьких, так і до великих машин, що робить її гнучким варіантом для різних розмірів генераторів.

Обмеження

Розмір та компактність: Наявність вентилювальних каналів, які можуть займати приблизно 20% довжини арматури, робить машину менш компактною.

Тепловіддача: Порівняно з іншими системами охолодження, радіальна система пропонує відносно нижчу тепловіддачу. У деяких випадках стабільність системи може бути підривана через коливання об'єму охолоджувального повітря, що проходить через машину.

Осевий потік системи вентиляції

Опис

У цьому методі повітря примушують рухатися осьово через проходи, створені отворами у статорі та роторі.

Ефективність та обмеження

Осева система вентиляції є дуже ефективною, крім машин з значними осьовими довжинами. Одним з її основних недоліків є нерівномірна теплопередача. Вихідна секція машини зазвичай отримує менше охолодження, оскільки повітря нагрівається, рухаючись через осьові каналі.

Окружна вентиляція

Опис

У окружній вентиляції повітря підводиться до одного або кількох точок на зовнішній периферії серцевини статора, а потім примушується рухатися окружно через канали між ламелями до визначених виходів. Цей метод дозволяє збільшити площу каналів.

Комбінації та розгляди

У деяких випадках, окружна вентиляція поєднується з радіальною системою. Проте, слід бути обережним, щоб уникнути взаємодії між двома потоками повітря. Для запобігання такій взаємодії, зовнішні поверхні чергових радіальних каналів зазвичай закриваються.

Вимоги до охолоджувального повітря

Для ефективного охолодження повітря має бути чистим і без пилу. Частинки пилу можуть заблокувати канали, зменшуючи їхню поперечну площу, а, відповідно, знижуючи ефективність теплопередачі за допомогою проводження. Для забезпечення чистого повітря зазвичай використовуються фільтри повітря та марлеві фільтри. У деяких випадках повітря промивають у камері розпилення. Крім того, у більшості випадків повітря охолоджується водяними холодильниками, а потім циркулює для повторного використання.

Обмеження повітряного охолодження

Обладнання та вартість: Для великих машин вентилятори, необхідні для циркуляції повітря, стають більшими і споживають значну кількість енергії. Це потребує використання допоміжного обладнання, яке може бути дорогим.

Обмеження щодо потужності: Існує оптимальний рейтинг машин, за межами якого повітряне охолодження більше не достатньо для підтримання температури в межах безпечних параметрів роботи.

Гелієве охолодження синхронних генераторів

У системі з гелієвим охолодженням гелій служить як охолоджувальна речовина. Більш детальне розгляд цього методу можна знайти у статті "Гелієве охолодження синхронного генератора."

Прямое водяное охлаждение синхронных генераторов

Застосування

Гелієве охолодження не достатньо для відведення тепла від великих турбо-генераторів з потужністю 500 МВт або більше. Велика кількість гелію, необхідна для таких машин, може зробити його використання економічно невигідним. У таких випадках використовується пряме водяне охолодження. У дуже великих турбогенераторах ротори часто охолоджуються гелієм, а вітрина статора - прямо демінералізованою водою. Вода циркулює за допомогою центробіжного насоса, приводимого в рух асинхронним двигуном, а картриджні фільтри використовуються для видалення забруднень. Ці фільтри спеціально розроблені, щоб запобігти попаданню металевих корозійних частинок, що утворюються в вітринах та трубопроводах, у порожні провідники вітрина.

Переваги над гелієвим охолодженням

• Ефективність: Водяні системи швидші та ефективніші завдяки вищій теплопровідності води порівняно з гелієм.

• Оптимізація простору: Менша площа каналів, необхідна для води, дозволяє більше простору для розміщення провідників у пазах, оптимізуючи конструкцію генератора.

Недоліки

• Потреба у очищенні: Вода, яка використовується для охолодження, повинна бути високоочищеною, щоб запобігти збільшенню її провідності, що може призвести до електричних проблем.

• Вартість: Водяне охолодження зазвичай дорожче, ніж гелієве, що робить його більш затратним варіантом для охолодження генераторів.

В результаті, охолодження синхронних генераторів включає ряд методів, кожен з яких має власні переваги та обмеження. Вибір правильного методу охолодження залежить від факторів, таких як розмір, потужність та оперативні вимоги генератора.