El enfriador del generador garantiza un funcionamiento eficiente y estable de la unidad
1, La causa fundamental del calentamiento del generador y la necesidad de enfriamiento.
El calor generado durante el funcionamiento del generador proviene principalmente de tres tipos de pérdidas, entre las cuales las pérdidas de cobre y de hierro son las principales fuentes de calor, y las pérdidas mecánicas representan una proporción relativamente pequeña. Juntos, forman la base de la carga térmica que el sistema de refrigeración debe afrontar.
La pérdida de cobre es la principal fuente de calor y representa más del 50% de la pérdida total. Se refiere al calor Joule generado por la resistencia del conductor cuando la corriente pasa a través de los conductores del devanado del estator y del rotor del generador. La pérdida de potencia es proporcional al cuadrado de la corriente y la resistencia del conductor. Cuando aumenta la carga, la pérdida de cobre aumentará significativamente. Este tipo de calor no sólo reduce la eficiencia de la generación de energía, sino que también conduce directamente a un aumento en la temperatura del devanado, daña los materiales aislantes y afecta la vida útil del equipo.
La pérdida de hierro es la segunda fuente de calor más importante y se produce en los núcleos del estator y del rotor. Es la pérdida de energía generada por los núcleos bajo la acción de campos magnéticos alternos, incluyendo principalmente la pérdida por corrientes parásitas y la pérdida por histéresis. La pérdida por corrientes parásitas es el calor generado por la corriente anular inducida cuando un campo magnético alterno pasa a través del núcleo de hierro. Para reducir este tipo de pérdida, el núcleo de hierro del generador suele estar hecho de finas láminas aisladas de acero al silicio apiladas entre sí; La pérdida por histéresis se refiere al calor generado por la conversión de la energía consumida por las fuerzas intermoleculares internas cuando la dirección de los dominios magnéticos en materiales ferromagnéticos cambia con un campo magnético alterno. La elección de materiales con alta permeabilidad y baja coercitividad puede reducir eficazmente las pérdidas.
Las pérdidas mecánicas provienen principalmente de la fricción y la resistencia al viento de las piezas móviles internas, incluida la fricción del rodamiento, la fricción de contacto entre el muñón y el casquillo del rodamiento y las pérdidas por viento causadas por la rotación a alta-velocidad del rotor y los gases circundantes. Aunque la proporción no es grande,-la acumulación a largo plazo también puede exacerbar el calentamiento del equipo.
El daño de las altas temperaturas a los generadores es extremadamente significativo: por cada aumento de 8 a 10 grados, la vida útil de los materiales aislantes se reducirá a la mitad; Cuando la temperatura excede el punto crítico, puede provocar un rápido envejecimiento, agrietamiento y carbonización de los materiales aislantes, lo que provoca fallas de cortocircuito; Al mismo tiempo, un aumento de temperatura aumentará la resistencia del conductor, exacerbando aún más la pérdida de energía y formando un círculo vicioso de "aumento de temperatura, pérdida, aumento de temperatura adicional". Por lo tanto, un sistema de refrigeración eficiente y confiable es la clave para maximizar el rendimiento y extender la vida útil de un generador. Los estudios han demostrado que por cada disminución de 10 grados en la temperatura de funcionamiento, la vida útil esperada del generador se puede duplicar, al mismo tiempo que se mejora la eficiencia de la generación de energía y se previenen más del 95 % de las fallas relacionadas con la temperatura.
2, principales tipos y características de los refrigeradores de generadores.
Con el desarrollo continuo de la tecnología de generación de energía, los refrigeradores de generadores han formado varias rutas técnicas para satisfacer las necesidades de diferentes potencias y escenarios de los grupos electrógenos. Entre ellos, el enfriamiento por aire, el enfriamiento por agua y el enfriamiento por hidrógeno son los tres tipos principales. En los últimos años, nuevas tecnologías compuestas, como el enfriamiento por evaporación y el enfriamiento por cambio de fase, también han acelerado su penetración, mostrando una tendencia de desarrollo diversificada.
(1) Enfriador de aire: una opción básica económica y conveniente
Los enfriadores de aire utilizan aire como medio de enfriamiento para eliminar el calor interno de los generadores a través del flujo de aire. Son el método de refrigeración más tradicional y más utilizado y actualmente ocupan alrededor del 50 % de la cuota de mercado en generadores pequeños y medianos-y campos de energía eólica. Son principalmente adecuados para unidades pequeñas y medianas-de menos de 200 MVA. Sus principales ventajas radican en su estructura simple, bajo costo, alta seguridad, fácil mantenimiento, sin necesidad de medios especiales y puede adaptarse a escenarios como entornos industriales comunes, fuentes de energía de respaldo y equipos móviles de generación de energía.
Según el método de circulación del aire, la refrigeración por aire se puede dividir en dos tipos: ventilación abierta y ventilación cerrada. La ventilación abierta aspira directamente aire del exterior, fluye a través del interior del generador y se ve fácilmente afectada por el medio ambiente. El polvo y la humedad pueden ingresar al interior del equipo y es necesario instalar un filtro en la entrada de aire; La ventilación cerrada adopta un flujo de aire de ciclo cerrado, que puede aislar eficazmente las impurezas externas, mantener limpio el interior del generador y reducir los requisitos de mantenimiento. Sin embargo, la estructura es relativamente compleja y los requisitos de costo y mantenimiento son mayores.
Las limitaciones de los enfriadores de aire también son bastante obvias, con una eficiencia de enfriamiento relativamente baja, una gran pérdida de viento, una precisión de control de temperatura limitada y un alto nivel de ruido durante el funcionamiento, lo que los hace inadecuados para grupos electrógenos de alta-potencia y carga elevada.
(2) Enfriador de agua: una opción eficiente y estable de gama media-
Los enfriadores de agua utilizan las características de alta capacidad calorífica específica del agua para eliminar una gran cantidad de calor a través de la circulación del agua de refrigeración, con una eficiencia de refrigeración mucho mayor que la refrigeración por aire. Son principalmente adecuados para generadores medianos y grandes y actualmente ocupan alrededor del 35% de la cuota de mercado. Se utilizan ampliamente en grandes generadores industriales, unidades de energía nuclear y otros escenarios. Su principal ventaja es la alta eficiencia de disipación de calor, que puede manejar cargas de calor más grandes y ayudar a que el grupo electrógeno funcione de manera segura con densidades de energía más altas, lo que aumenta significativamente la potencia de salida por unidad de volumen.
La clave de un enfriador de agua radica en su diseño de circuito cerrado-, donde el agua de refrigeración fluye a través de una tubería cerrada, intercambia calor con los componentes de calentamiento internos del generador y luego se enfría y circula a través de una torre de enfriamiento. Este diseño no sólo proporciona un efecto de enfriamiento estable, sino que también evita eficazmente daños a los componentes eléctricos internos del generador causados por fugas de agua de enfriamiento. Sin embargo, la estructura del sistema de refrigeración por agua es compleja y requiere componentes como bombas de agua, radiadores y tuberías, que plantean riesgos de congelación y corrosión. Tiene altos requisitos de calidad del agua y requiere un tratamiento regular de incrustaciones. Los costos de mantenimiento son relativamente altos y es necesario tomar medidas anticongelantes en entornos de baja-temperatura.
(3) Enfriador de hidrógeno: una opción especial-eficiente y de alta gama
Los enfriadores de hidrógeno utilizan hidrógeno como medio de enfriamiento y aprovechan su alta conductividad térmica y baja densidad para lograr una disipación de calor eficiente. Son principalmente adecuados para generadores grandes y ultragrandes, especialmente en campos de alto nivel-como la energía nuclear y la energía térmica de gran capacidad. Actualmente, su cuota de mercado es de alrededor del 15%. Su eficiencia de enfriamiento es extremadamente alta, lo que puede aumentar significativamente la capacidad del generador, y la baja densidad de hidrógeno puede reducir efectivamente la pérdida de viento durante la rotación del rotor, mejorando aún más la eficiencia de generación de energía.
Debido a las propiedades inflamables y explosivas del hidrógeno, los sistemas de enfriamiento de hidrógeno requieren requisitos de seguridad y sellado extremadamente altos, lo que requiere un control completo de la pureza del hidrógeno, detección de fugas, protección-a prueba de explosiones y otros equipos. La complejidad del sistema y la inversión inicial son mucho mayores que las de la refrigeración por aire y la refrigeración por agua, y la dificultad de mantenimiento también es mayor. Se utiliza principalmente en grandes centrales eléctricas con requisitos extremadamente altos de eficiencia de refrigeración y capacidad de generación de energía.
Aunque el refrigerador del generador no es el componente generador principal del grupo electrógeno, es el "salvavidas" que garantiza el funcionamiento seguro y estable de la unidad. Desde el enfriamiento por aire tradicional hasta el enfriamiento eficiente por hidrógeno y agua, y luego hasta las tecnologías emergentes de enfriamiento compuesto, el desarrollo de refrigeradores siempre ha estado relacionado con la mejora de la tecnología de generación de energía. No solo cumplen la función básica de disipar el calor, sino que también asumen la importante misión de mejorar la eficiencia de la generación de energía, extender la vida útil de los equipos y promover la transformación de la energía verde.
En la actual demanda de electricidad en constante crecimiento y el rápido desarrollo de la energía limpia, la importancia de los refrigeradores de generadores es cada vez más importante. En el futuro, con la innovación tecnológica continua y la mejora industrial, los refrigeradores evolucionarán hacia una mayor eficiencia, inteligencia y respeto al medio ambiente, proporcionando una garantía más sólida para la estabilidad y sostenibilidad del suministro de energía global y ayudando a la industria energética a lograr un desarrollo de alta-calidad.
