کولر ژنراتور عملکرد کارآمد و پایدار واحد را تضمین می کند

1، علت اصلی گرمایش ژنراتور و لزوم سرمایش
گرمای تولید شده در حین کار ژنراتور عمدتاً از سه نوع تلفات ناشی می شود که در میان آنها تلفات مس و آهن منابع اصلی گرما هستند و تلفات مکانیکی نسبت نسبتاً کمی را به خود اختصاص می دهد. آنها با هم پایه بار حرارتی را تشکیل می دهند که سیستم خنک کننده برای مقابله با آن نیاز دارد.

تلفات مس منبع اصلی گرما است که بیش از 50 درصد از کل تلفات را تشکیل می دهد. این به گرمای ژول تولید شده توسط مقاومت هادی هنگام عبور جریان از هادی های سیم پیچ استاتور و روتور ژنراتور اشاره دارد. تلفات توان متناسب با مجذور جریان و مقاومت هادی است. هنگامی که بار افزایش می یابد، تلفات مس به طور قابل توجهی افزایش می یابد. این نوع گرما نه تنها بازده تولید برق را کاهش می‌دهد، بلکه مستقیماً منجر به افزایش دمای سیم‌پیچ، آسیب به مواد عایق و تأثیر بر عمر تجهیزات می‌شود.

تلفات آهن دومین منبع گرمایی بزرگ است که در هسته استاتور و روتور رخ می دهد. این اتلاف انرژی است که توسط هسته‌ها تحت تأثیر میدان‌های مغناطیسی متناوب، عمدتاً از دست دادن جریان گردابی و کاهش هیسترزیس، ایجاد می‌شود. اتلاف جریان گردابی گرمای تولید شده توسط جریان حلقوی القا شده در هنگام عبور میدان مغناطیسی متناوب از هسته آهنی است. برای کاهش این نوع تلفات، هسته آهنی ژنراتور معمولاً از ورق های فولادی سیلیکونی نازک عایق شده ساخته می شود. اتلاف هیسترزیس به گرمای تولید شده از تبدیل انرژی مصرف شده توسط نیروهای بین مولکولی داخلی، زمانی که جهت حوزه های مغناطیسی در مواد فرومغناطیسی با یک میدان مغناطیسی متناوب تغییر می کند، اطلاق می شود. انتخاب مواد با نفوذپذیری بالا و اجبار کم می تواند به طور موثری تلفات را کاهش دهد.

تلفات مکانیکی عمدتاً از مقاومت در برابر اصطکاک و باد قطعات متحرک داخلی، از جمله اصطکاک یاتاقان، اصطکاک تماس بین ژورنال و پوسته یاتاقان، و تلفات باد ناشی از سرعت بالای چرخش روتور و گازهای اطراف ناشی می‌شود. اگرچه این نسبت زیاد نیست،-انباشت طولانی مدت نیز می‌تواند گرمایش تجهیزات را تشدید کند.

آسیب دمای بالا برای ژنراتورها بسیار قابل توجه است: به ازای هر 8-10 درجه افزایش، عمر مفید مواد عایق به نصف کاهش می یابد. هنگامی که دما از نقطه بحرانی فراتر رود، می تواند باعث پیری سریع، ترک خوردن و کربن شدن مواد عایق شده و منجر به خطاهای اتصال کوتاه شود. در عین حال، افزایش دما مقاومت هادی را افزایش می‌دهد و اتلاف انرژی را بیشتر تشدید می‌کند و چرخه معیوب "افت افزایش دما افزایش بیشتر دما را افزایش می‌دهد" تشکیل می‌دهد. بنابراین، یک سیستم خنک کننده کارآمد و قابل اعتماد، کلید به حداکثر رساندن عملکرد و افزایش طول عمر یک ژنراتور است. مطالعات نشان داده اند که به ازای هر 10 درجه کاهش در دمای عملیاتی، طول عمر مورد انتظار ژنراتور را می توان دو برابر کرد و در عین حال راندمان تولید برق را بهبود بخشید و از بیش از 95 درصد خرابی های حرارتی جلوگیری کرد.

2، انواع اصلی و ویژگی های کولرهای ژنراتور
با توسعه مداوم فناوری تولید برق، کولرهای ژنراتور مسیرهای فنی مختلفی را برای پاسخگویی به نیازهای توان و سناریوهای مختلف مجموعه ژنراتورها تشکیل داده اند. در میان آنها، خنک کننده هوا، خنک کننده آبی و خنک کننده هیدروژنی سه نوع جریان اصلی هستند. در سال‌های اخیر، فناوری‌های ترکیبی جدید مانند خنک‌کننده تبخیری و خنک‌کننده تغییر فاز نیز نفوذ خود را تسریع کرده‌اند و روند توسعه متنوعی را نشان می‌دهند.

(1) کولر هوا: یک انتخاب اساسی اقتصادی و راحت

کولرهای هوا از هوا به عنوان وسیله خنک کننده برای حذف گرمای داخلی ژنراتورها از طریق جریان هوا استفاده می کنند. آنها سنتی ترین و پرکاربردترین روش خنک کننده هستند که در حال حاضر حدود 50 درصد از سهم بازار را در ژنراتورهای کوچک و متوسط- و میدان های برق بادی به خود اختصاص داده اند. آنها عمدتاً برای واحدهای کوچک و متوسط- زیر 200MVA مناسب هستند. مزایای اصلی آن در ساختار ساده، هزینه کم، ایمنی بالا، تعمیر و نگهداری آسان، عدم نیاز به رسانه های خاص است و می تواند با سناریوهایی مانند محیط های صنعتی معمولی، منابع برق پشتیبان و تجهیزات تولید برق سیار سازگار شود.

با توجه به روش گردش هوا، خنک کننده هوا را می توان به دو نوع تهویه باز و تهویه بسته تقسیم کرد. تهویه باز مستقیماً هوا را از بیرون می کشد، در داخل ژنراتور جریان می یابد و به راحتی تحت تأثیر محیط قرار می گیرد. گرد و غبار و رطوبت ممکن است به داخل تجهیزات وارد شود و باید یک فیلتر در ورودی هوا نصب شود. تهویه بسته یک جریان هوای چرخه بسته را اتخاذ می کند، که می تواند به طور موثر ناخالصی های خارجی را جدا کند، داخل ژنراتور را تمیز نگه دارد و نیازهای تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. با این حال، ساختار نسبتاً پیچیده است و هزینه و نیازهای نگهداری بالاتر است.

محدودیت‌های کولرهای هوا نیز کاملاً آشکار است، با راندمان خنک‌کننده نسبتاً کم، تلفات باد زیاد، دقت کنترل دما محدود و نویز زیاد در حین کار، که آنها را برای مجموعه‌های- ژنراتورهای با توان و بار بالا نامناسب می‌کند.

(2) کولر آبی: یک انتخاب متوسط-کارآمد و پایدار
کولرهای آبی از ویژگی‌های ظرفیت گرمایی ویژه آب برای حذف مقدار زیادی گرما از طریق گردش آب خنک‌کننده استفاده می‌کنند که بازده خنک‌کننده بسیار بالاتر از خنک‌کننده هوا است. آنها عمدتاً برای ژنراتورهای متوسط ​​و بزرگ مناسب هستند و در حال حاضر حدود 35 درصد از سهم بازار را به خود اختصاص داده اند. آنها به طور گسترده در ژنراتورهای صنعتی بزرگ، واحدهای انرژی هسته ای و سناریوهای دیگر استفاده می شوند. مزیت اصلی آن، راندمان اتلاف حرارت بالا است، که می تواند بارهای حرارتی بزرگتر را تحمل کند و به مجموعه ژنراتور کمک کند تا در چگالی توان بالاتر به طور ایمن کار کند و به طور قابل توجهی توان خروجی را در واحد حجم افزایش دهد.

کلید یک کولر آبی در طراحی حلقه بسته آن نهفته است، جایی که آب خنک کننده از طریق یک خط لوله بسته جریان می یابد، گرما را با اجزای گرمایش داخلی ژنراتور مبادله می کند و سپس خنک می شود و از طریق یک برج خنک کننده به گردش در می آید. این طراحی نه تنها اثر خنک کننده پایدار را فراهم می کند، بلکه به طور موثر از آسیب به اجزای الکتریکی داخلی ژنراتور ناشی از نشت آب خنک کننده جلوگیری می کند. با این حال، ساختار سیستم خنک کننده آب پیچیده است و به قطعاتی مانند پمپ های آب، رادیاتورها و خطوط لوله نیاز دارد که خطر یخ زدگی و خوردگی را به همراه دارد. نیازهای بالایی برای کیفیت آب دارد و به تصفیه منظم رسوب نیاز دارد. هزینه های نگهداری نسبتاً زیاد است و باید اقدامات ضد یخ زدگی در محیط های{5}}در دمای پایین انجام شود.

(3) خنک کننده هیدروژنی: یک انتخاب ویژه با کیفیت بالا و کارآمد

خنک کننده های هیدروژنی از هیدروژن به عنوان محیط خنک کننده استفاده می کنند و از هدایت حرارتی بالا و چگالی کم آن برای دستیابی به اتلاف گرمای کارآمد استفاده می کنند. آنها عمدتاً برای ژنراتورهای بزرگ و فوق‌العاده بزرگ مناسب هستند، به‌ویژه در زمینه‌های پیشرفته-مانند انرژی هسته‌ای و توان حرارتی با ظرفیت بالا. در حال حاضر سهم آنها از بازار حدود 15 درصد است. راندمان خنک کننده آن بسیار بالا است که می تواند ظرفیت ژنراتور را به میزان قابل توجهی افزایش دهد و چگالی هیدروژن کم می تواند به طور موثری از دست دادن باد در طول چرخش روتور را کاهش دهد و راندمان تولید برق را بیشتر بهبود بخشد.

با توجه به ویژگی‌های قابل اشتعال و انفجاری هیدروژن، سیستم‌های خنک‌کننده هیدروژنی به آب‌بندی و الزامات ایمنی بسیار بالایی نیاز دارند که به نظارت کامل بر خلوص هیدروژن، تشخیص نشت، محافظت در برابر انفجار- و سایر تجهیزات نیاز دارند. پیچیدگی سیستم و سرمایه گذاری اولیه بسیار بیشتر از خنک کننده هوا و خنک کننده آبی است و سختی تعمیر و نگهداری نیز بیشتر است. این عمدتا در نیروگاه های بزرگ با نیازهای بسیار بالا برای راندمان خنک کننده و ظرفیت تولید برق استفاده می شود.

اگرچه خنک کننده ژنراتور جزء اصلی تولید کننده مجموعه ژنراتور نیست، اما "خط نجات" است که عملکرد ایمن و پایدار واحد را تضمین می کند. از خنک‌سازی سنتی هوا گرفته تا خنک‌سازی کارآمد هیدروژن و آب، و سپس به فناوری‌های خنک‌کننده کامپوزیت نوظهور، توسعه کولرها همیشه با ارتقای فناوری تولید برق طنین‌انداز بوده است. آنها نه تنها وظیفه اصلی اتلاف گرما را بر عهده دارند، بلکه ماموریت مهم بهبود بهره وری تولید برق، افزایش عمر تجهیزات و ترویج تحول انرژی سبز را نیز بر عهده دارند.
در تقاضای رو به رشد امروزی برای برق و توسعه سریع انرژی پاک، اهمیت کولرهای ژنراتور به طور فزاینده ای برجسته می شود. در آینده، با نوآوری مداوم تکنولوژیکی و ارتقای صنعتی، خنک کننده ها به سمت راندمان بالاتر، هوشمندی و سازگاری با محیط زیست توسعه می یابند که تضمین محکم تری برای پایداری و پایداری منبع تغذیه جهانی فراهم می کند و به صنعت انرژی کمک می کند تا به توسعه با کیفیت بالا- دست یابد.