47. Косвенные системы охлаждения генераторов и синхронних компенсаторов.
При косвенном охлаждении охлаждающий газ (воздух или водород) с помощью вентиляторов, встроенных в торцы ротора, подается внутри генератора, где циркулирует в зазоре между статором и ротором, а также вентиляционных каналах сердечника статора.
Охлаждающий газ на соприкасается
с проводниками обмотки статора и ротора,
поэтому выделяемое в проводниках тепло
поглощается охлаждающим газом лишь
после того, как оно пройдет через пазовую
изоляцию и сталь ротора и статора.
Превышением температуры обмотки над
температурой охлаждающей среды
определяются
допустимые потери мощности в машине.
Сумма перепадов температуры в изоляции,
в активной стали и на поверхности каналов
равна
.
При косвенной системе охлаждения
основная доля превышения температур
приходится на изоляцию. Поэтому мощность
генератора заданных размеров в
значительной степени ограничена
тепловыми характеристиками изоляции.
Косвенная система охлаждения.
Существуют две системы воздушного охлаждения – проточная и замкнутая. В проточной системе охлаждения воздух через очистительные фильтры поступает в закрытую машину, охлаждает ее, а затем выбрасывается наружу. Проточная система охлаждения применяется редко, только для генераторов небольшой мощности. При этом машину с воздухом, несмотря на наличие фильтров, попадает пыль из машинного зала, что приводит к загрязнению изоляции обмоток статора и ротора.
В более мощных машинах, где требуется большое количество воздуха для охлаждения, для избегания загрязнения применяют замкнутую систему охлаждения.
При замкнутой системе охлаждения в машине циркулирует одно и тоже количество воздуха по замкнутому контуру. Нагретый воздух охлаждается в воздухоохладителях, по трубам которого циркулирует вода, а затем снова поступает к активным частям генератора. Холодный воздух нагнетается в машину одним или двумя
встроенными вентиляторами с торцов.
Для генераторов, у которых длина активной части особенно велика, а воздушный зазор мал в целях повышения эффективности охлаждения, используется радиальная система вентиляции.
Генератор с замкнутой системой охлаждения имеет мощность до 12 МВт включено, а синхронные компенсаторы – до 16 МВт. У гидрогенераторов замкнутая система косвенного охлаждения используется значительно шире. В СНГ наиболее крупный генератор с такой системой охлаждения имеет мощность 264,7 МВА.
Более широкое применение этой системы охлаждения у гидрогенераторов объясняется следующим. У турбогенераторов ротор гладкий и в данном случае он охлаждается только со стороны воздушного зазора. В гидрогенераторах ротор явнополюсный и, благодаря наличию межполюсных промежутков и большим поверхностным охлаждением ротора, эффективность данного способа высока.
Косвенная система охлаждения водородом
Увеличение мощности генераторов и связанное с этим увеличение электромагнитных нагрузок потребовало повышения интенсивности охлаждения. Воздуха уже не может обеспечить необходимый отвод тепла. По этой причине для крупных турбогенераторов и синхронных компенсаторов в качестве охлаждающей среды вместо воздуха используется водород. Для охлаждения гидрогенераторов водород не применяется из-за его больших размеров и сложностью создания надежных уплотнений.
Кроме увеличения единичной мощности при переходе на водород были получены следующие преимущества:
водород имеет приметно в 14 раз меньшую мощность, в 1,44 больший коэффициент теплоотдачи с поверхности. Более эффективное охлаждения позволяет при тех же размерах увеличить мощность турбогенераторов и синхронных компенсаторов на 15-30%. С увеличением давления водорода его теплопроводность остается неизменный, а теплоотдача с поверхности растет, что приводит к уменьшению превышения температуры в изоляции и стали, а, следовательно, и мощность генератора в единице.
потери на трение ротора о водород и на вентиляцию снижаются в 10 раз, так как плотность водорода в 14 раз меньше плотности воздуха. Это привело к повышению К.П.Д. турбогенератора примерно на 0,7-1%.
3) срок службы изоляции увеличился, повысилась ее надежность, так как при коронировании не возникает озона, вызывающего интенсивное окисление изоляции и вредные азотные соединения;
4) при повреждениях внутри машины снижается вероятность пожара, так как водород не поддерживает горение;
5) значительно уменьшается поверхность газоохладителей, которые могут быть встроены в корпус турбогенератора.
Применение водородного охлаждения создает и ряд трудностей, связанных с возможностью образования взрывоопасной смеси при высокой температуре и определенном содержании кислорода и водорода. Для избежания взрыва, необходимо обеспечить содержание водорода более 70% (обычно оно составляет 97-99%) . Во избежание проникновения воздуха внутрь машины, давление водорода должно быть не менее 0,103-0,107 Мпа, корпус генератора должен быть газонепроницаемым и механически прочным.
В настоящее время косвенное водородное охлаждение сохранилось и турбогенераторах мощностью от 32 до 110 МВт и синхронных компенсаторах мощностью 32 МВт и более.