Làm mát của Máy phát điện Đồng bộ

Làm Mát Máy Phát Đồng Bộ: Phương Pháp, Ưu Điểm và Hạn Chế

Tầm Quan Trọng của Làm Mát

Làm mát là một khía cạnh quan trọng trong hoạt động của máy phát đồng bộ. Các cơ chế làm mát tự nhiên không đủ để giải nhiệt lượng lớn được sinh ra bên trong máy phát. Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống làm mát bằng không khí ép được sử dụng. Trong các hệ thống như vậy, không khí được đẩy vào máy phát, đảm bảo một lượng lớn không khí đi qua bề mặt của nó, hiệu quả loại bỏ một lượng nhiệt đáng kể. Hệ thống thông gió kín mạch đặc biệt hiệu quả trong việc tăng cường làm mát cho máy phát đồng bộ. Trong cấu hình này, không khí nóng và sạch từ máy phát được làm mát bởi bộ trao đổi nhiệt bằng nước và sau đó được tuần hoàn trở lại máy phát bằng quạt.

Để tối đa hóa diện tích tiếp xúc với không khí làm mát, các ống dẫn được kết hợp vào lõi stator và rotor, cũng như cuộn dây từ trường của máy phát. Các ống dẫn này có thể được định cấu hình theo hướng kính hoặc hướng trục, tùy thuộc vào mô hình luồng không khí mong muốn.

Hệ Thống Thông Gió Hướng Kính

Mô Tả

Trong hệ thống thông gió hướng kính, không khí làm mát đi vào các ống dẫn thông qua khe hở ở stator và chảy theo hướng kính về phía sau của stator, nơi nó sau đó được loại bỏ.

Ưu Điểm

• Tiêu Thụ Năng Lượng Thấp: Năng lượng cần thiết cho thông gió được giảm thiểu, góp phần vào hiệu suất tổng thể.

• Đa Dạng: Hệ thống này có thể áp dụng cho cả máy nhỏ và lớn, làm cho nó trở thành một lựa chọn linh hoạt cho các kích thước máy phát khác nhau.

Hạn Chế

Kích Thước và Sức Chứa: Sự hiện diện của các ống dẫn thông gió, chiếm khoảng 20% chiều dài của armature, làm cho máy ít gọn gàng hơn.

Giải Nhiệt: So với các hệ thống làm mát khác, hệ thống hướng kính cung cấp khả năng giải nhiệt tương đối thấp hơn. Trong một số trường hợp, độ ổn định của hệ thống có thể bị ảnh hưởng do sự dao động trong lưu lượng không khí làm mát đi qua máy.

Hệ Thống Thông Gió Hướng Trục

Mô Tả

Trong phương pháp này, không khí được ép đi theo hướng trục thông qua các lỗ tạo ra trong stator và rotor.

Hiệu Suất và Hạn Chế

Hệ thống thông gió hướng trục rất hiệu quả, ngoại trừ cho các máy có chiều dài trục lớn. Một trong những nhược điểm chính của nó là truyền nhiệt không đều. Phần đầu ra không khí của máy thường nhận ít làm mát hơn vì không khí nóng lên khi di chuyển qua các ống dẫn trục.

Thông Gió Xung Quanh

Mô Tả

Trong thông gió xung quanh, không khí được cung cấp tại một hoặc nhiều điểm trên ngoại vi của lõi stator và sau đó được ép đi theo hướng xung quanh thông qua các ống dẫn giữa các lớp thép đến các điểm thoát được chỉ định. Phương pháp này cho phép tăng diện tích ống dẫn.

Kết Hợp và Xem Xét

Trong một số trường hợp, thông gió xung quanh được kết hợp với hệ thống thông gió hướng kính. Tuy nhiên, cần phải cẩn thận để tránh sự can thiệp giữa hai dòng không khí. Để ngăn chặn sự can thiệp, bề mặt ngoài của các ống dẫn hướng kính thay phiên nhau thường được đóng kín.

Yêu Cầu về Không Khí Làm Mát

Để làm mát hiệu quả, không khí sử dụng phải sạch và không có bụi. Các hạt bụi có thể làm tắc nghẽn các ống dẫn, giảm diện tích tiết diện ngang và do đó giảm hiệu suất truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt. Để đảm bảo không khí sạch, các bộ lọc không khí và bộ lọc vải sợi thường được sử dụng. Trong một số trường hợp, không khí được rửa trong buồng phun. Ngoài ra, trong hầu hết các trường hợp, không khí được làm mát bằng bộ làm mát nước và sau đó được tái sử dụng.

Hạn Chế của Làm Mát Bằng Không Khí

Thiết Bị và Chi Phí: Đối với các máy có công suất lớn, quạt cần thiết để tuần hoàn không khí trở nên lớn hơn và tiêu thụ lượng điện đáng kể. Điều này đòi hỏi sử dụng thiết bị phụ trợ, có thể đắt đỏ.

Ràng Buộc về Công Suất: Có một mức định mức tối ưu cho các máy, vượt quá mức này, làm mát bằng không khí không còn đủ để duy trì nhiệt độ trong giới hạn an toàn.

Làm Mát Máy Phát Đồng Bộ Bằng Hydro

Trong hệ thống làm mát bằng hydro, khí hydro đóng vai trò là chất làm mát. Một khám phá sâu hơn về phương pháp này có thể tìm thấy trong bài viết "Làm Mát Máy Phát Đồng Bộ Bằng Hydro."

Làm Mát Trực Tiếp Bằng Nước Trong Máy Phát Đồng Bộ

Ứng Dụng

Làm mát bằng hydro không đủ để lấy nhiệt từ các tua-bin-alternator có công suất 500 MW hoặc hơn. Thể tích lớn của khí hydro cần thiết cho các máy như vậy có thể khiến việc sử dụng nó không kinh tế. Trong các trường hợp này, làm mát trực tiếp bằng nước được sử dụng. Trong các tua-bin cực lớn, rotor thường được làm mát bằng hydro, trong khi cuộn dây stator được làm mát bằng nước tinh khiết. Nước được tuần hoàn bằng bơm ly tâm chạy bằng động cơ AC, và các bộ lọc hộp được sử dụng để loại bỏ tạp chất. Các bộ lọc này được thiết kế đặc biệt để ngăn chặn các hạt kim loại ăn mòn sinh ra trong cuộn dây và đường ống từ việc đi vào các dẫn thể rỗng của cuộn dây.

Ưu Điểm so với Làm Mát Bằng Hydro

• Hiệu Suất: Các hệ thống làm mát bằng nước nhanh hơn và hiệu quả hơn do nhiệt độ dẫn nhiệt của nước cao hơn so với hydro.

• Tối Ưu Hóa Không Gian: Diện tích ống dẫn nhỏ hơn cần thiết cho nước cho phép có thêm không gian để chứa các dẫn thể trong các rãnh, tối ưu hóa thiết kế của máy phát.

Nhược Điểm

• Yêu Cầu về Tinh Khiết: Nước dùng để làm mát phải được tinh khiết cao để ngăn chặn sự tăng cường độ dẫn điện, có thể dẫn đến các vấn đề điện.

• Chi Phí: Làm mát bằng nước thường đắt hơn so với làm mát bằng hydro, làm cho nó trở thành một lựa chọn đắt tiền hơn cho việc làm mát máy phát.

Tóm lại, làm mát máy phát đồng bộ liên quan đến một loạt các phương pháp, mỗi phương pháp có một tập hợp các ưu điểm và hạn chế riêng. Việc chọn phương pháp làm mát phù hợp phụ thuộc vào các yếu tố như kích thước, công suất và yêu cầu hoạt động của máy phát.