فایل ورد کامل مقاله سیستم خنک‌کنندگی ژنراتور؛ بررسی علمی طراحی، عملکرد و نقش آن در افزایش کارایی تجهیزات برقی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله سیستم خنک‌کنندگی ژنراتور؛ بررسی علمی طراحی، عملکرد و نقش آن در افزایش کارایی تجهیزات برقی دارای ۲۸ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله سیستم خنک‌کنندگی ژنراتور؛ بررسی علمی طراحی، عملکرد و نقش آن در افزایش کارایی تجهیزات برقی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله سیستم خنک‌کنندگی ژنراتور؛ بررسی علمی طراحی، عملکرد و نقش آن در افزایش کارایی تجهیزات برقی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله سیستم خنک‌کنندگی ژنراتور؛ بررسی علمی طراحی، عملکرد و نقش آن در افزایش کارایی تجهیزات برقی :

سیستم خنک کنندگی ژنراتور

مقدمه
قبل از این سیستم خنک کنندگی ژنراتور را بررسی کنیم ، چگونگی به وجود آمدن افت‌های در ژنراتور را مطالعه می‌کنیم .
افت کلی ژنراتور از سه افت جداگانه تشکیل می‌شود که عبارتند از : افت اصطکاک سیال ، افت مسی و افت آهنی .

الف ) افت اصطکاک سیال خنک کننده :
این افت ، در اثر گردش سیال خنک کننده در داخل ژنرتور به وجود می‌آید و عامل آن ، اصطکاک سیال در هنگام جریان آن در میان سیم پیچ‌های استاتور و روتور در حال گردش است .

ب ) افت مسی :
این افت ، ناشی از عبور جریان از سیم‌پیچ‌های روتور و استاتور است که از سیم پیچ‌های استاتور ، جریان متناوب ، و از سیم پیچ‌های روتور ، جریان dc عبور می‌کند .

ج ) افت آهنی :
افت آهنی ، عبارت از افت در هسته آهنی ژنراتور ، به هنگامی است که تحت تأثیر میدان مغناطیسی متناوب قرار می‌گیرد . به طور تقریبی می‌توان گفت که در هر ژنراتوری ، افت اصطکاک سیال خنک کننده در حدود ۸ /۰ % ، افت مسی در حدود ۴ /۰ % ، و افت آهن در حدود ۴/۰% است .برای این که درجه حرارت ژنراتور از حد مجاز تجاوز نکند ، برای تمام ژنراتورهایی که در نیروگاه به کار گرفته می‌شوند ، سیستم خنک کنندگی اجباری در نظر گرفته می‌شود .

به همین جهت افت اصطکاک سیال خنک کننده در همه ژنراتورهای قدرت اجتناب ناپذیر است .
روش زدودن گرمای ایجاد شده در داخل سیم پیچی روتور و استاتور به دو روش تماس غیر مستقیم و مستقیم انجام می‌شود .
در روش خنک کنندگی تماس غیر مستقیم ، گاز ( هوا یا هیدروژن ) به کمک پره‌های نصب شده در دو طرف روتور به سمت داخل ژنراتور فرستاده می‌شود و از طریق فاصله هوایی بین روتور استاتور و کانال‌های ونتیلاسیون به حرکت در می‌آید .

در این روش خنک کنندگی ، گاز خنک کننده با سیم پیچی روتور و استاتور تماسی ندارد و گرمای گرفته شده توسط گاز از طریق سد یا مانع حرارتی ایزولاسیون سیم پیچی صورت می‌گیرد .
در روش خنک کنندگی مستقیم یا بدون واسطه ، عامل خنک کننده ( گاز یا مایع ) مستقیماً با فلز سیم پیچی ژنراتور ( یعنی شمش مس ) در تماس است تا گرما را از شمش بگیرد ؛ بدون آنکه تجهیزات عایق کاری یا دندانه‌های روتور در مسیر انتقال گرما نقشی داشته باشند .

– خنک کردن به وسیله هوا
با وجود این که بازده ژنراتورهایی که با آب خنک می‌شوند نسبتاً بالاست و افت آنها به حدود ۵/۱ % می‌رسد ، ولی در ژنراتورهای بزرگ ، چون قدرت خروجی آنها زیاد است ؛ حتی این مقدار درصد کم افت انرژی نیز مقدار قابل ملاحظه‌ای از کل انرژی می‌باشد .

برای مثال برای یک ژنراتور MW 60 و با بازده ۵/ ۹۸ % افت قدرت به مقدار زیر است :
= افت قدرت
بدیهی است که این افت قدرت ( که در حدود KW 900 است ) به حرارت تبدیل می‌شود . در این صورت یک سیستم خنک کننده مؤثر برای نگهداشتن درجه حرارت ژنراتور در حد مناسب لازم است .
در ژنراتورهای قدیمی به وسیله گردش هوا در داخل ژنراتور ، عمل خنک کردن انجام می‌شد . برای این کار ، هوا از محیط اطراف گرفته یا کشیده می‌شد و پس از عبور از ژنراتور دوباره در محیط اطراف تخلیه می‌گردید . به این سیستم خنک کنندگی ، سیستم خنک کنندگی باز می‌گویند . با این که این سیستم از جهت خنک کردن ، کاملاً مؤثر و مفید و مفید بود ولی معایب زیادی از جمله موارد زیر داشت :

۱ ـ بررسی سیم پیچی‌ها مقدار زیادی گرد و خاک می‌نشست و در نتیجه ، سیم پیچ‌ها خیلی کثیف می‌شدند .
۲ ـ در هنگام کار ، سرو صدای زیادی تولید می‌شد .
۳ ـ احتمال آتش سوزی زیاد بود ؛ چون هر گونه آتش سوزی در داخل ژنراتور به وسیله جریان مداوم هوای تازه تشدید می‌شد .

با قرار دادن فیلترهایی در محل ورود هوا ، از ورود گرد و خاک جلوگیری می‌شد ، ولی معایب قسمت ۲ و ۳ باقی می‌ماند . امروز با به کار بردن یک سیستم جدیدتری ، این عمل را انجام می‌دهند ؛ به طوری که همان مقدار هوای مورد لزوم در یک مدار بسته به طور پیوسته گردش می‌کند و ضمن خنک کردن ژنراتور خود نیز به وسیله خنک کنند‌ه‌هایی به طور مداوم خنک می‌گردد .

به این روش ، سیستم خنک کنندگی بسته می‌گویند . برای به جریان انداختن هوا از بادبزن‌هایی که به روتور چسبیده ، یا بادبزن‌هایی که به طور جداگانه از روتور یا با وسیله دیگری م‌چرخد ، استفاده می‌شود . این سیستم خنک کنندگی از سیستم قبلی تمزیز است و خیلی آرامتر و بی‌سر و صداتر کار می‌کند و خطرات آتش سوزی هم در آن کمتر می‌شود . شکل زیر

سیستم خنک کنندگی بسته با سیال هوا را برای یک ژنراتور و به منظور خنک نمودن روتور و استاتور آن نشانمی‌دهد . همچنین در شکل زیر مسیر عبور هوا در داخل ژنراتور با جرئیات بیشتری مشخص شده است .
مقدار هوای خنک کنندگی برای هر کیلو وات تلفات ، تقریباً حدود m3 /min 84/1 ( ft3 /min 65 ) می‌باشد . به عنوان مثال ، برای یک ژنراتور ۶۰ مگاواتی ( ذکر شده در این قسمت که دارای تلفات در حدود kw 900 بود ) نیاز به هوای خنک کنندگی m3 /min 165 (ft3 /min 58500 ) در دقیقه خواهد داشت تا دمای هسته و سیم پیچ‌های ژنراتور در محدوده مجاز خود باقی بماند . نمونه‌ای از این نوع سیستم خنک کنندگی بسته با سیال هوا را می‌توان در ژنراتورهای نیروگاه‌های چرخه ترکیبی قم و گیلان مشاهده نمود .

خنک کردن به وسیله هیدروژن و به طور غیر مستقیم
با توجه به مقدار افت اصطکاک سیال خنک کننده ( مثل هوایی که در قسمت قبلی مشخص شده است ) ، اگر این افت کمتر شود ( افت فشار جریان سیال در داخل سوراخ‌های ژنراتور ) بازده کلی ژنراتور به مقدار قابل ملاحظه‌ای اضافه می‌گردد.

برای این منظور از سیال سبکتری به نام هیدروژن ( برای عمل خنک کردن ) استفاده می‌شود . با مقایسه هوا و هیدورژن در می‌یابیم که در فشار اتمسفر ، چگالی هیدروژن تقریباً چگالی هوا است و در شرایطی که فشار هوا به مقدار atm 034/0 ( یا kg/cm2 035 /0 ) می‌باشد چگالی آن ، چگالی هوا است .

علاوه بر آن هیدورژن دارای ضریب هدایت گرمایی و ظرفیت حرارتی بالاتری است . با توجه به این که افت اصطکاک سیال خنک کننده ، متناسب با چگالی سیال خنک کننده است ، در نتیجه خواص خنک کنندگی هیدروژن شرایط ایده آلی را مهیا می‌کند .
با استفاده از هیدروژن در فشار atm 034/0 ( یا psi 5 /0 ) و با توجه این که چگالی آن ، چگالی هوا می‌باشد در نتیجه افت اصطکام سیال به تقلیل می‌یابد . به عنوان مثال برای یک ژنراتور mw 60 داریم .

= افت در سیم پیچ‌ها با سیال خنک کننده هوا
= افت در سیم پیچ‌ها با سیال خنک کن هیدروژن
kw 432 = 48 – ۴۸۰ = مقدار قدرت صرفه جویی شده

دین ترتیب ملاحظه می‌شود که مقداری از تلفات ، کاسته می‌شود . ضمناص استفاده از هیدروژن دارای مزایای دیگری به قرار زیر است:
۱ ـ چون قدرت خنک کنندگی هیدروژن نسبت به هوا زیاد است ، در نتیجه می‌توان ژنراتورهای سنگین‌تر و با قدرت بیشتری ساخت . همچنین با توجه به عدم نیاز به خنک کننده‌های خنک کنندگی ، فونداسیون کوچکتر می‌شود . لازم به ذکر است که قابلیت هدایت گرمایی هیدروژن تقریباً ۷ برابر هوا است .
۲ ـ چون در منافذ داخل ژنراتورها اکسیژن وجود ندارد ( به علت پر بودن ژنراتور از گاز ازت یا گاز کربنیک ) عمر قسمت‌های عایق کاری سیم پیچ‌ها اضافه می‌شود .همچنین به علت عدم وجود هوا در هنگام ایجاد قوس الکتریکی ، امکان به وجود آمدن اسیدنیتریک وجود ندارد . در نتیجه ، استفاده از هیدروژن ، ضریب اطمینان کار کرد ژنراتور را افزایش می‌دهد .

۳ ـ خطر آتش سوزی کاهش می‌یابد ، زیرا هیدروژن خالص غیر قابل انفجار است ؛ در نتیجه در ژنراتورهایی که توسط گاز هیدروژن خنک می‌شوند ، استفاده دستگاه اطفاء حریق الزامی نیست .
۴ ـ به علت استفاده از هیدروژن ، محفظه‌های ورود هیدورژن کاملاً آب بندی می‌شوند و امکان ورود گرد و خاک و رطوبت وجود ندارد . در نتیجه تعمیرات ژنراتور کم می‌شود .
۵ ـ وزن مخصوص هیدروژن در مقایسه با هوا بسیار کم است ( حدود ۱۴ برابر سبکتر از هوا است ) و این امر باعث می‌شود که تلفات ناشی از اصطکاک ژنراتور ، ۸ الی ۱۰ % کاهش یابد و ضریب بهره ژنرانورهایی که با هیدروژن خنک می‌شوند ، سر و صدای ژنراتور نسبت به ژنراتورهای با سیال خنک کننده هوا کمتر می‌گردد .

هیدروژنی که توسط آن ، پوسته ژنراتور پر می‌شود ، در صورتی که به شکل مخلوط با هوا در آید ( به نسبت ۱ به ۴ تا ۷۴ % ) و در صورت وجود بخار روغن ( به نسبت ۲ به ۳ تا ۵/۸۱ % ) مخلوط قابل انفجاری ایجاد می‌شود .

بنابراین در ژنراتورهایی که توسط هیدروژن خنک می‌شوند ، باید بدنه آن از فولاد غیر قابل نفوذ ساخته شود و مسیر گاز خنک کننده در داخل ژنراتور کاملاً آب بندی شود . همچنین آب بندی شین‌های خروجی ژنراتور و آب بندی در پوش‌های سردکن گاز و آب بندی دریچه‌ها و قسمت‌های مجزا که به هم وصل می‌شود ، نیز باید کاملاً تأمین گردند .
اما مشکل اصلی در آب بندی ژنراتور ، محلی در بین محور روتور و محافظ‌های انتهایی استاتور می‌باشد .

برای این منظور ، از گلندهای آب بندی شونده به وسیله روغن استفاده می‌شود . این گلندها در هر طرف انتهای روتور واقع است . یک پمپ کوچک برای برقراری آب بندی در مواقعی که توربین کار نمی‌کند ، تدارک دیده می‌شود که روغن آن از سیستم روغن کاری توربین تأمین می‌گردد . به عنوان نمونه در نیروگاه شهید محمد منتظر قائم ، روتور و استاتور به وسیله هیدروژن خنک می‌شوند ، و هیدروژن هم توسط چهار خنک کننده آبی که در چهار گوشه استاتور قرار دارند ، خنک می‌شود . در طرف روتور نیز فن‌های سیرکولاسیون گاز هیدروژن نصب شده است . همچنین برای آب بندی گاز هیدروژن در دو طرف ژنراتور از آب بندی به وسیله روغن استفاده می‌شود .
نخستین ژنراتورهای خنک شده به وسیله هیدروژن با فشار هیدروژن معادل atm 34% ( یا psi 5 /0 ) کار می‌کردند ، ولی در ژنراتورهای جدیدتر این مقدار تا بالاتر از aim 1 / 4 ( یا psi 60 ) افزایش یافته است .

حرارت گاز هیدروژن به وسیله خنک کننده‌هایی که شامل یک دسته لوله می‌باشد ، جذب می‌شوند . در داخل این لوله‌ها ، آب جریان دارد که حرارت گاز را خارج می‌کند . این خنک کننده‌ها در بدنه استاتور ( قاب ژنراتور ) قرار دارند .

باید گفت ژنراتورهایی که به صورت غیر مستقیم با هیدروژن خنک می‌شوند ، در صورت لزوم می‌توانند توسط هوا خنک شوند ؛ ولی این نوع عملکرد به شرطی است که قدرت گرفته شده از ژنراتور به نسبت زیادی کاهش داده شود .

خنک کردن به روش مستقیم توسط هیدروژن
یکی از اشکالات سیستم خنک کننده غیر مستقیم ژنراتورها پایین بودن ضریب هدایت عایق های الکتریکی سیم پیچ های روتور و استاتور است .این عایق ها مانند یک عایق حرارتی عمل می کنند و در نتیجه. اختلاف درجه حرارتی بین سیم پیچ مسی و گاز خنک کننده به وجود می آید.

امروزه در ژنراتورهای جدید. هیدروژن با سیم پیچ های مسی تماس مستقیم دارد. بنابر این با به کار بردون این روش. خنک کنندگی ژنراتورها توسط هیدورژن. موثرتر از روش قبل است” زیرا در این طریق. هیدورژن می تواند گرما را مستقیماَ از شمش سیم پیچی روتور یا استاتور دریافت کند.
در این سیستم. در داخل شمش مسی سیم پیچی های استاتور و روتور. لوله ای از فولاد غیر

مغناطیسی قرار می گیرد تا هیدروژن در داخل این لوله به حرکت درآید.
گفتنی است که ژنراتورهایی را که مستقیماَ توسط هیدورژن خنک می شوند. نمی توان به وسیله هوا خنک نمود” زیرا سیم پیچ های استاتور و روتور براساس خنک شدن اجباری محاسبه شده اند و در صورتی که به جای هیدروژن توسط هوا خنک شوند. درجه حرارت زیاد می شود که خود باعث صدمه به ژنراتور می گردد.

بنابراین به محض پیدا شدن نشتی زیاد هیدروژن از این ژنراتورها ( که باعث کاهش زیاد فشار هیدروژن می گردد. باید بلافاصله ژنراتور را بی بار نمود تا از شبکه جدا گردد. وصل مجدد چنین ژنراتوری به شبکه فقط در صورت رفع نشتی امکان پذیر خواهد بود.

خنک کردن مستقیم ژنراتور توسط مایعات
در ژنراتورهای با قدرت بسیار بالا به منظور خنک کردن مستقیم ژنراتورهای توسط مایعات. از روغن یا آب مقطر استفاده می شود” زیرا گرما زدایی به هنگام استفاده از آب با روغن در مقایسه با هیدورژن خیلی زیاد است.

به عبارت دیگر. ضریب انتقال حرارت آب و روغن بیشتر از گاز هیدورژن می باشد. به عنوان نمونه در فشار atm 04/2(psi30) ضریب انتقال حرارت آب. تقریباَ ۱۴ برابر ضریب انتقال حرارت گاز هیدورژن است.

در نتیجه با استفاده از روش خنک کنندگی مستقیم توسط مایعات. ژنراتورهایی با قدرت بیشتر و حجم کمتری می توان ساخت.
البته استفاده از آب مقطر به عنوان مایع خنک کننده در مقایسه با روغن بهتر است” زیرا اولاَ خاصیت گرمازدایی آب. بیشتر از روغن است. در ثانی از نقطه نظر خطر آتش سوزی. آب داراری ایمنی بیشتری است.

بنابراین در بسیاری از ژنراتورهای پرقدرت( به خصوص ژنراتورهای پرقدرت ساخته شده توسط شوروی سابق از قدرت ۱۶۵ تا ۸۰۰ مگاوات) از آب مقطر برای خنک کنندگی سیم پیچ های روتور و استاتور استفاده می شود. البته خنک کنندگی مستقیم آب برای ژنراتورهای کاربردی در نیروگاه های آبی هم استفاده می شود.رها می توان از آب و هیدروژن برای خنک کنندگی استفاده نمود” به این صورت که سیم پیچ های روتور و استاتور توسط آب مقطر و فولاد مغناطیسی( مسیر عبور فوران مغناطیسی) توسط هیدورژن خنک شود.

البته در بعضی از ژنراتورها. آب خنک کننده فقط از شمش های استاتور عبور می کند و بقیه ژنراتورها. آب خنک می گردد. آب گرم خارج شده از ژنراتور توسط دستگاه سردکن( که از خارج ژنراتور می باشد) خنک می شود تا دوباره توسط پمپ به ژنراتور برگردانده شود.
همچنین گردش هیدروژن داخل ژنراتور.( به منظور خنک کردن مدار مغناطیسی ژنراتور) توسط پره های نصب شده بر روی محور روتور امکان پذیر خواهد بود.

البته برای هیدورژن هم یک سیستم خنک کنندگی مجزا در نظر گرفته می شود. نمونه ای از این نوع سیستم خنک کنندگی را می توان در واحدهای ۳۲۰ مگاواتی نیروگاه اسلام آباد و نیروگاه های تبریز. نکا و رامین مشاهده نمود.
در این نیروگاه ها برای خنک کردن شمش های استاتور ژنراتور از سیستم آب خنک کن مدار بسته با آب بدون یون استفاده می شود. در ژنراتورهای نیروگاه نکا. سیم پیچ های استاتور از نوع تسمه های توخالی ساخته شده اند که به وسیله عبور آب خالص و به دور از هر گونه یون. خنک می شوند.

همچنینی روتور ژنراتور هم به وسیله عبور گاز هیدروژن از میان شیارها و سطح روتور خنک می شود. فشار لازم برای به گردش درآوردن گاز هیدروژن گرم شده توسط دو پروانه که در دو انتهای روتور تعبیه شده. تامین می گردد .
گاز هیدروژن گرم شده در خارج از ژنراتور به وسیله چهار خنک کننده خنک می گردد تا دوباره در ژنراتور مورد استفاده قرار گیرد. البته خنک کننده های جداگانه ای برای خنک کردن آب عبوری از سیم پیچ های استاتور وجود دارد.
ضمناَ برای جلوگیری از نشت هیدروژن به خارج از ژنراتور و همچنین ممانعت از اتلاف آن. از سیستم آب بندی روغنی استفاده می شود.
در واحدهای ۳۲۰ مگاواتی نیروگاه اسلام آباد( مشابه با نیروگاه نکا) و برای خنک کردن شمش های استاتور ژنراتور از سیستم آب خنک کردن مدار بسته استفاده می شود.
در این سیستم. آب گرم خارج شده از شمش های استاتور وارد یک تانک انبساط می شود که حداکثر درجه حرارت آب خروجی از استاتور c 850 می باشد.

سپس توسط یک پمپ گریز از مرکز. آب ذخیره شده در تانک پس از عبور از خنک کننده. فیلتر و یک دیونیزر( که وظیفه کنترل قابلیت هدایت آب را بر عهده دارد) دوباره وارد سیم پیچ های استاتور می شود.
البته با توجه به اهمیت خنک کنندگی ژنراتور. تعداد پمپ. خنک کننده و فیلتر این سیستم. دو عدد می باشد که در حالت عادی . یکی از آنها در حال بهره برداری و دیگری به صورت ذخیره می باشند.