Generatorkoeler zorgt voor een efficiënte en stabiele werking van de unit

1, De hoofdoorzaak van generatorverwarming en de noodzaak van koeling
De warmte die wordt gegenereerd tijdens de werking van de generator is voornamelijk afkomstig van drie soorten verliezen, waarvan koperverlies en ijzerverlies de belangrijkste warmtebronnen zijn, en mechanisch verlies is verantwoordelijk voor een relatief klein deel. Samen vormen ze de thermische belastingbasis waar het koelsysteem mee om moet gaan.

Koperverlies is de belangrijkste warmtebron en vertegenwoordigt meer dan 50% van het totale verlies. Het verwijst naar de Joule-warmte die wordt gegenereerd door de weerstand van de geleider wanneer de stroom door de stator- en rotorwikkelingsgeleiders van de generator gaat. Het vermogensverlies is evenredig met het kwadraat van de stroom en de weerstand van de geleider. Wanneer de belasting toeneemt, zal het koperverlies aanzienlijk toenemen. Dit soort warmte vermindert niet alleen de efficiëntie van de energieopwekking, maar leidt ook direct tot een verhoging van de wikkelingstemperatuur, beschadigt isolatiematerialen en beïnvloedt de levensduur van de apparatuur.

IJzerverlies is de op één na grootste warmtebron en treedt op in de stator- en rotorkernen. Het is het energieverlies dat door de kernen wordt gegenereerd onder invloed van wisselende magnetische velden, waaronder voornamelijk wervelstroomverlies en hysteresisverlies. Wervelstroomverlies is de warmte die wordt gegenereerd door de ringvormige stroom die wordt geïnduceerd wanneer een magnetisch wisselveld door de ijzeren kern gaat. Om dit soort verliezen te verminderen, is de ijzeren kern van de generator meestal gemaakt van geïsoleerde dunne platen van siliciumstaal die op elkaar zijn gestapeld; Hystereseverlies verwijst naar de warmte die wordt gegenereerd door de omzetting van energie die wordt verbruikt door interne intermoleculaire krachten wanneer de richting van magnetische domeinen in ferromagnetische materialen verandert met een wisselend magnetisch veld. Het kiezen van materialen met een hoge permeabiliteit en lage coërciviteit kan verliezen effectief verminderen.

Mechanische verliezen zijn voornamelijk het gevolg van de wrijving en windweerstand van interne bewegende delen, waaronder lagerwrijving, contactwrijving tussen de tap en de lagerschaal, en windverliezen veroorzaakt door de hoge- rotatiesnelheid van de rotor en omringende gassen. Hoewel het aandeel niet groot is, kan accumulatie op lange termijn-ook de opwarming van de apparatuur verergeren.

De schade van hoge temperaturen aan generatoren is buitengewoon aanzienlijk: voor elke stijging van 8-10 graden wordt de levensduur van isolatiematerialen met de helft verkort; Wanneer de temperatuur het kritieke punt overschrijdt, kan dit snelle veroudering, barsten en carbonisatie van isolatiematerialen veroorzaken, wat tot kortsluitingsfouten kan leiden; Tegelijkertijd zal een temperatuurstijging de weerstand van de geleider vergroten, waardoor het energieverlies verder wordt verergerd en een vicieuze cirkel ontstaat van "temperatuurstijgingsverlies, verdere temperatuurstijging". Daarom is een efficiënt en betrouwbaar koelsysteem de sleutel tot het maximaliseren van de prestaties en het verlengen van de levensduur van een generator. Studies hebben aangetoond dat voor elke 10 graden daling van de bedrijfstemperatuur de verwachte levensduur van de generator kan worden verdubbeld, terwijl ook de efficiëntie van de energieopwekking wordt verbeterd en meer dan 95% van de thermische storingen wordt voorkomen.

2, Belangrijkste typen en kenmerken van generatorkoelers
Met de voortdurende ontwikkeling van energieopwekkingstechnologie hebben generatorkoelers verschillende technische routes gevormd om te voldoen aan de behoeften van verschillende energiebronnen en scenario's van generatorsets. Onder hen zijn luchtkoeling, waterkoeling en waterstofkoeling de drie reguliere typen. De afgelopen jaren hebben nieuwe composiettechnologieën zoals verdampingskoeling en faseveranderingskoeling ook hun penetratie versneld, wat een gediversifieerde ontwikkelingstrend laat zien.

(1) Luchtkoeler: een voordelige en handige basiskeuze

Luchtkoelers gebruiken lucht als koelmedium om de interne warmte van generatoren via de luchtstroom te verwijderen. Ze zijn de meest traditionele en meest gebruikte koelmethode en nemen momenteel ongeveer 50% van het marktaandeel in kleine en middelgrote- generatoren en windenergievelden in beslag. Ze zijn vooral geschikt voor kleine en middelgrote-eenheden onder de 200MVA. De belangrijkste voordelen liggen in de eenvoudige structuur, lage kosten, hoge veiligheid, eenvoudig onderhoud, geen behoefte aan speciale media, en kunnen worden aangepast aan scenario's zoals gewone industriële omgevingen, back-upstroombronnen en mobiele apparatuur voor energieopwekking.

Volgens de luchtcirculatiemethode kan luchtkoeling in twee soorten worden verdeeld: open ventilatie en gesloten ventilatie. Open ventilatie zuigt rechtstreeks lucht van buiten aan, stroomt door de binnenkant van de generator en wordt gemakkelijk beïnvloed door de omgeving. Stof en vocht kunnen de binnenkant van de apparatuur binnendringen en er moet een filter bij de luchtinlaat worden geïnstalleerd; Gesloten ventilatie maakt gebruik van een gesloten luchtstroom, die externe onzuiverheden effectief kan isoleren, de binnenkant van de generator schoon kan houden en de onderhoudsvereisten kan verminderen. De structuur is echter relatief complex en de kosten en onderhoudsvereisten zijn hoger.

De beperkingen van luchtkoelers liggen ook duidelijk voor de hand, met een relatief laag koelrendement, groot windverlies, beperkte nauwkeurigheid van de temperatuurregeling en veel geluid tijdens bedrijf, waardoor ze ongeschikt zijn voor generatorsets met hoog-vermogen en hoge belasting.

(2) Waterkoeler: een efficiënte en stabiele keuze uit het middensegment.-
Waterkoelers maken gebruik van de hoge specifieke warmtecapaciteitseigenschappen van water om een ​​grote hoeveelheid warmte te verwijderen via de koelwatercirculatie, waarbij de koelefficiëntie veel hoger is dan bij luchtkoeling. Ze zijn vooral geschikt voor middelgrote en grote generatoren en nemen momenteel ongeveer 35% van het marktaandeel in beslag. Ze worden veel gebruikt in grote industriële generatoren, kerncentrales en andere scenario's. Het belangrijkste voordeel is de hoge efficiëntie van de warmteafvoer, die grotere warmtebelastingen aankan en de generatorset helpt veilig te werken bij hogere vermogensdichtheden, waardoor het uitgangsvermogen per volume-eenheid aanzienlijk toeneemt.

De sleutel tot een waterkoeler ligt in het gesloten-lusontwerp, waarbij het koelwater door een gesloten pijpleiding stroomt, warmte uitwisselt met de interne verwarmingscomponenten van de generator en vervolgens wordt gekoeld en door een koeltoren circuleert. Dit ontwerp zorgt niet alleen voor een stabiel koeleffect, maar voorkomt ook effectief schade aan de interne elektrische componenten van de generator, veroorzaakt door lekkage van koelwater. De structuur van het waterkoelsysteem is echter complex en vereist componenten zoals waterpompen, radiatoren en pijpleidingen, die risico's op bevriezing en corrosie met zich meebrengen. Het stelt hoge eisen aan de waterkwaliteit en vereist een regelmatige kalkbehandeling. De onderhoudskosten zijn relatief hoog en er moeten antivriesmaatregelen worden genomen in omgevingen met lage- temperaturen.

(3) Waterstofkoeler: een hoogwaardige-en efficiënte speciale keuze

Waterstofkoelers gebruiken waterstof als koelmedium en maken gebruik van de hoge thermische geleidbaarheid en lage dichtheid om een ​​efficiënte warmteafvoer te bereiken. Ze zijn vooral geschikt voor grote en ultragrote generatoren, vooral in hoogwaardige- velden zoals kernenergie en thermische energie met grote capaciteit. Momenteel bedraagt ​​hun marktaandeel ongeveer 15%. De koelefficiëntie is extreem hoog, wat de capaciteit van de generator aanzienlijk kan vergroten, en de lage waterstofdichtheid kan windverlies tijdens de rotorrotatie effectief verminderen, waardoor de efficiëntie van de energieopwekking verder wordt verbeterd.

Vanwege de ontvlambare en explosieve eigenschappen van waterstof vereisen waterstofkoelsystemen extreem hoge afdichtings- en veiligheidseisen, waarbij volledige monitoring van de waterstofzuiverheid, lekdetectie, explosie-veilige bescherming en andere apparatuur vereist zijn. De systeemcomplexiteit en initiële investering zijn veel hoger dan bij luchtkoeling en waterkoeling, en de onderhoudsproblemen zijn ook groter. Het wordt voornamelijk gebruikt in grote energiecentrales met extreem hoge eisen aan koelefficiëntie en energieopwekkingscapaciteit.

Hoewel de generatorkoeler niet het belangrijkste genererende onderdeel van de generatorset is, is het wel de ‘levenslijn’ die de veilige en stabiele werking van de unit garandeert. Van traditionele luchtkoeling tot efficiënte waterstof- en waterkoeling, en vervolgens tot opkomende composietkoelingstechnologieën: de ontwikkeling van koelers heeft altijd weerklank gevonden in de modernisering van de energieopwekkingstechnologie. Ze vervullen niet alleen de basisfunctie van warmteafvoer, maar vervullen ook de belangrijke missie van het verbeteren van de efficiëntie van de energieopwekking, het verlengen van de levensduur van apparatuur en het bevorderen van de transformatie van groene energie.
In de huidige voortdurend groeiende vraag naar elektriciteit en de snelle ontwikkeling van schone energie wordt het belang van generatorkoelers steeds prominenter. In de toekomst zullen koelers zich, met voortdurende technologische innovatie en industriële modernisering, ontwikkelen in de richting van een hogere efficiëntie, intelligentie en milieuvriendelijkheid, waardoor een solidere garantie wordt geboden voor de stabiliteit en duurzaamheid van de mondiale energievoorziening en de energie-industrie wordt geholpen een ontwikkeling van hoge-kwaliteit te bereiken.