دلايل گرم شدن ژنراتور

دلایل گرم شده ژنراتور

علل گرم شدن ژنراتور

اگر ژنراتور شروع به گرم شدن بیش از حد کند سیم پیچ ها را می سوزاند که بر خواص عایق بودن آنها تأثیر می گذارد. عایق سیم پیچ شروع به نرم شدن می کند و سپس آنها می توانند ذوب شوند یا آتش بگیرند. وقتی حلقه‌های لغزنده و براشها در معرض چنین دمای بالایی قرار می‌گیرند، می‌توانند  از حالت نرمال خارج شوند. 

مشکلات دیگری که ممکن است با آن مواجه شوید عبارتند از:

• تاب برداشتن روتور.

• خرابی و تغییر شکل یاتاقانها.

• اخلال در سیستم خنک کاری و روانکاری

گرم شدن بیش از حد ژنراتور می تواند منجر به آسیب به قسمت های مختلف ژنراتور شود که نیاز به تعمیر یا تعویض دارند. همچنین شایان ذکر است که هزینه های تعمیر گاهی اوقات می تواند از هزینه خرید یک ژنراتور جدید بیشتر باشد. 

اگر ژنراتور خاموش شود، باید با از دست دادن برق مقابله کنید که می تواند به معنی تلفات مرتبط با خرابی باشد. گرمای بیش از حد نیز می تواند طول عمر ژنراتور را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

0 دلایل گرم شده ژنراتور

اکنون که می دانید گرمای بیش از حد می تواند به یک ژنراتور آسیب برساند، ممکن است بخواهید دلایل گرم شدن بیش از حد ژنراتور را بدانید. آنها عبارتند از؛

1. سطوح پایین مایع خنک کننده که می تواند به معنای نشتی مایع خنک کننده در داخل یا خارج باشد.

2. گردش ضعیف مایع خنک کننده که می تواند ناشی از گرفتگی مسیر باشد که منجر به محدودیت می شود.

3. تجمع سنگین چربی و کثیفی روی سطح ژنراتور مانع از تبادل طبیعی گرما می شود.

4. خرابی فن خنک کننده روتور و یا فن های کمکی.

5. افزایش دمای گازهای خروجی توربین

6. اضافه بار ژنراتور.

7. سطح روغن پایین.

1 دلایل گرم شده ژنراتور
2 دلایل گرم شده ژنراتور

تلفات انرژی

تلفات انرژي كه در ژنراتورها صورت ميگيرد به چند دليل ايجاد ميشوند.

الف: عبور جريان از سيم پيچ (WINDING) آرميچر(ARMATURE) ايجاد حرارت ميكند. اگر R مقاومت الكتريكي آرميچر (كه شامل سيم پيچ هاي سري و موازي ميباشد) و I جريان الكتريكي كه از آن عبور ميكند باشد مقدار حرارت توليد شده برابر با RI² خواهد بود.

این تلفات انرژي اصطلاحا افت اهمي ناميده ميشود .

ب: افت انرژي در زغالها (BRUSH) بخاطر جمع شدن جريان مساوي VI است كه I جريان الكتريكي و V كل افت ولتاژ در زغالهاي مثبت و منفي ميباشد .

علاوه بر افتهاي بالا اتلاف انرژي به صورتهاي ديگر نيز در ژنراتور بوجود مي آيد كه به بررسي آنها ميپردازيم.

دو نوع اصطكاك بخاطر حركت آرماتور درون ژنراتور وجود دارد : 
1. اصطكاك روغني (friction Lubricated)
2. اصطكاك خشك ( friction Dry)
كه اصطكاك روغني درون ياتاقانها (Bearings )و اصطكاك خشك بين زغالها و تغيير دهنده جريان (Commutator) بوجود ميايد.

سرعت چرخش ژنراتور بستگي به باري(load)دارد كه از آن كشيده ميشود ولي در ژنراتور مولد جريان AC بخاطر ثابت بودن فركانس شبكه نبايد تغييراتي در سرعت آن وجود داشته باشد .


معمولا باري كه برروي ياتاقانها و زغالها وجود دارد بستگي به شدت جريان عبوري ندارد بنابراين در حالت بار كامل ( FULL LOAD) و حالت بدون بار بودن ( NO LOAD) افتهاي ناشي از اصطكاك در ژنراتور با هم فرق چنداني ندارند.پس براي ژنراتورهاي مولد(AC) ميتوان فرض كرد كه افتهاي ناشي از اصطكاك ثابت ميباشند.

افتهايي نيز در هسته آهني آرماتور بخاطر جريان هاي ادي ( EDDY CURRENTS ) و هيسترزيس (HYSTERESIS) بوجود ميايند.

اگرچه هسته لايه لايه اي و فلزي ترانسفورماتور كه از فولاد سيليكوني با مقاومت بالا ساخته شده است اين افتها را در استاتور كاهش ميدهد ولي حرارت ناشي از اين افتها قابل توجه است.

افتهاي هيسترزيس به خاطر عوض شدن جهت ممان مغناطيسي در فولاد بدليل تغييرات شار ايجاد مي شوند و حرارت زيادي را هم در روتور و هم در استاتور ايجاد مي كنند ثابت شده است كه اين دو نوع افت بستگي چنداني با بار اعمال شده ندارند.

با توجه به مطالب بالا اگر كه اختلاف پتانسيل دو سر پايانه ژنراتور برابر V و شدت جريان عبوري از آن I باشد راندمان عملكرد ژنراتور برابر است با:

ŋ=VI/ VI+RI²+VI+W

كه در معادله بالا W جمع افتهاي ناشي از اصطكاك “هيسترزيس و جريان هاي ادي” ميباشد .

طبق معادله بالا افتهاي ذكر شده نقش مهمي را در راندمان ژنراتور بازي ميكنند لازم به توضيح است كه اين افتها خود را به صورت حرارت اضافي در ژنراتور بروز ميدهند.تقليل اين افتها يكي از اهداف طراحان صنعتي ميباشد.

از طرف ديگر حرارت ايجاد شده بايد به طريق مناسبي از سيم پيچهاي روتور”استاتور و ياتاقانها دفع شود.در ژنراتورهاي مدرن استاتور به نحوي ساخته ميشود كه نصف يا تعداد بيشتري از ميله هاي مسي تشكيل دهنده سيم پيچ هاي استاتور توخالي باشند با عبور دادن يك جريان مايع خنك كننده ميتوان موجب خنك شدن استاتور گرديد.

سيستم هاي مختلف خنك سازي ژنراتور

ژنراتورهاي مدرن راندماني حدود 98.5% .دارند اگرچه در اين گونه ژنراتورها مقدار افت حرارتي پايين است ولي همين مقدار كم نسبت به ميزان توان خروجي مقدار زيادي ميشود كه اين افتها بايستي بطور مناسب از ژنراتور خارج گردند.بعضي از روشهاي مناسب جهت خنك نمودن ژنراتور ها به قرار زير است :

الف) سيستم خنك سازي هيدروژني Hydrogen Cooling System

1 دلایل گرم شده ژنراتور

يكي از سيستم هاي متداول براي خارج كردن حرارت اضافي در ژنراتورها سيستم خنك كاري هيدروژني ميباشد .


در اين نوع سيستم ها محفظه اصلي زنراتور را از هيدروژن پر كرده و محفظه را آب بندي ميكنند هيدروژن درون محفظه توسط پره هايي كه بروي روتور ژنراتور نصب شده اند عمل خنك سازي را انجام ميدهد.

generator coolinh

هيدروژن درون محفظه توسط يك مبدل حرارتي كه بوسيله آب خنك ميشود و به صورت افقي يا عمودي با محفظه در تماس است خنك ميگردد.مبدل حرارتي معمولا شامل تعداد بسيار زيادي لوله غير آهني ميباشد كه احتمالا پرده هايي بر روي لوله ها نصب ميشوداين سيستم معمولا داراي سيستم چرخش آب دوطرفه ميباشد.

 بطوريكه درگاه ورودي و خروجي آب در يك طرف قرار دارند آب استفاده شده درون مبدل خود در يك كولر هوايي يا يك برج خنك كن حرارت خود را به محيط پس ميدهد.انواع ديگر مبدل نيز كه با هوا كار ميكنند نيز در صنعت استفاده ميشود.

هيدروژن به عنوان سيال كاري نسبت به هوا و گازهاي ديگر مزاياي بسياري دارد كه عبارتند از: 

مزایای هیدروژن

الف) چگالي هيدروژن در مقايسه با ساير گازها پايين ترين است و چيزي حدود 1/14 هوا ميباشد. حتي در فشارهاي چند برابر شده (4 تا 5 ) بار همراه با ناخالصيهاي مجاز گازها چگالي هيدروژن حدود نصف چگالي هوا در دما و فشار معمولي است.

ب) قابليت انتقال حرارت هيدروژن در شرايط يكسان تقريبا دو برابر هوا ميباشد و با افزايش فشار نيز مانند تمام گازها اين قابليت افزايش مي يابد.مقدار ضريب هدايت گرمايي بالا و حرارت مخصوص بالاي هيدروژن باعث ميشود تا ميزان دفع حرارت تا ده مرتبه افزايش پيدا كند در نتيجه مقدار كاهش دماي ژنراتور افزايش مي يابد و اندازه سيستم هاي خنك سازي مربوطه نيز كاهش مي يابد.

ج) فروسايي Degradation : سيستم آب بندي توسط فرايند اكسيداسيون توسط هيدروژن اتفاق نمی افتد.

معایب هیدروژن

1) بدليل اينكه غلظت حدود %76 – %4 هيدروژن در هوا احتمال انفجار دارد بايستي كه بطريقي از فرار هيدروژن از محفظه اصلي جلوگيري كرد .
بدين منظور محفظه كاملا آب بندي ميشود تا از نشت هيدروزن جلوگيري بعمل آيد اين مهم احتياج به تكنيكهاي جوشكاري مدرن دارد.اتصالات خارجي از جمله شافت اصلي روتور نيز احتياج به يك سيستم آب بندي فوق العاده پيچيده دارد .


2) بدليل صد در صد نبودن سيستم آب بندي نشت هيدروژن به محيط صورت ميگيرداين مقدار جرم خروجي احتياج به جبران شدن (make up) دارد بدين منظور در محل بايستي كه از يك سيستم توليد هيدروژن بهره جست.

ب) خنك سازي سيم پيچ هاي استاتور توسط آب

آب توسط تماس مستقيم با سيم پيچ هاي استاتور ميتواند حرارت توليد شده را دفع كند .
ولي براي اين منظور بايستي كه مقدمات زير فراهم شود:

1.مقدار ضريب هدايت گرمايي آب را بايستي بسيار پايين آورد تا از هدايت كردن جريان الكتريكي جلوگيري بعمل آيد .
2.كانالهايي كه براي هدايت آب به طرف استاتور استفاده ميشوند بايستي كه كاملا آب بندي باشند.
3.سرعت آب را تا حد امكان بايد پايين آورد تا از فرسايش تجهيزات مورد استفاده جلوگيري شود.
4.بدليل بخار شدن آب در مورد دماي ژنراتور محدوديت وجود دارد.البته در بعضي از سيستم هاي مدرن ميتوان با افزايش فشار سطح دماي بخار شدن آب را بالا برد.

ج) سيستم هاي خنك سازي توسط هوا

در اين روش از هوا بعنوان سيال خنك كننده استفا .ده ميشودهوا توسط مكنده هايي برروي سيستم سيم پيچ هاي روتور و استاتور حركت ميكند و عمل دفع حرارت را انجام ميدهد اين سيستم ها به دو صورت باز و بسته موجود ميباشند.در سيستم باز هواي محيط از طريق مكنده هايي مكيده ميشود و پس از طي مسير به محيط باز گردانده ميشود كه داراي مشكلات زير است :

1. بدليل استفاده از هواي محيط براي فرايند خنك سازي مقداري از ذرات گرد و غبار وارد سيستم شده كه براي سيم پيچ هاي روتور و استاتور مشكل فراهم ميكند .
2. كنترل دما در اين نوع سيستم ها بدليل ثابت نبودن دماي هواي ورودي به طور كامل صورت نميگیرد. نوع ديگر سيستم هاي هوايي سيستم بسته ميباشد كه هوا پس از طي مسير حرارت خود را به يك سيال خنك كننده در يك مبدل حرارتي پس ميدهد و دوباره به سيستم باز ميگردد سيال خنك كننده كه معمولا آب ميباشد پس از گرفتن حرارت از هوا مقدار انرژي گرفته شده را در يك برج خنك كن تر و يا يك كولر هوايي به محيط باز ميگرداند.

جهت تبديل مدار باز به سيكل مداربسته موارد زر در نظر گرفته ميشود :
1. استفاده از برج خنك كننده تر به همراه مبدل حرارتي فشرده .
2. استفاده از كولر هوايي به همراه مبدل حرارتي فشرده.
در هر دو مورد با توجه به اينكه استفاده از مبدل حرارتي فشرده در سيستم مدار بسته موجب افت فشار ميگردد دو حالت زير مورد بررسي قرار گرفتند:

الف) استفاده از قدرت پروانه هاي موجود بروي روتور دستگاه ژنراتور كه هم اكنون در سيستم باز موجب مكش هوا به داخل محفظه ژنراتور و خارج ساختن آن از كانال خروجي سيستم ميگردد.
ب) استفاده از يك دمنده كمكي كه ميزان جريان هوا را به مقدار افت فشار ايجاد شده به حد معين برساند.

تاثير پارامترهاي گوناگون در طراحي

از بين پارامترهاي گوناگوني كه بر روي عملكرد سيستم مدار بسته موثرند ميتوان به موارد زير اشاره كرد :
1. تغييرات دماي خشك هواي محيط
2. تغييرات رطوبت نسبي هواي محيط
3. نوع برج خنك كن بكار رفته در سيستم
4. مقدار شار جرمي دمنده كمكي
5. استفاده از كولر هوايي
6. نوع مبدل حرارتي فشرده استفاده شده در طراحي
7. مقدار سطح انتقال حرارت مبدل حرارتي فشرده
از بين پارامترهاي فوق سطح مبدل حرارتي بدليل ثابت بودن كانال خروجي هوا و نوع مبدل بدليل محدوديت در ساخت ثابت ميباشند.

تاثير تغييرات شار جرمي دمنده اضافي

همانطور كه انتظار داريم با افزايش شار جرمي دمنده در يك ساعت بخصوص مقدار دماي هواي خروجي از ژنراتور كاهش مي يابد.

جمع بندي

نتايج بدست آمده نشان ميدهد كه استفاده از برج خنك كننده ميتواند راه حل مناسبي براي خنك كردن ژنراتور باشد.گرچه بدون استفاده از سيستم دمنده كمكي ميتوان در قسمتي از طول شبانه روز با نيروي پروانه هاي نصب شده بر روي ژنراتور ميتوان آنرا خنك نمود اما براي ساعات گرم شبانه روز سيستم موجود جوابگو نميباشد .
براي حصول اطمينان از عملكرد سيستم در ماههاي گرم سال استفاده از يك سيستم دمنده كمكي در داخل كانال بسته سيستم خنك كننده پيشنهاد ميشوددر اين حالت دم. اي هواي خروجي از ژنراتور در تمام اوقات شبانه روز زير حد مجاز است.

سيستم انتخابي بايد بر اساس عوامل زير مورد استفاده قرار گيرد :

1 :فضا- بديهي است كه انتخاب سيستم مناسب بايد بر اساس در نظر داشتن محدوديت فضا در مكان سيستم صورت گيرد .
2 :سروصدا- طراحي و ساخت سيستم كانال بندي جديد بايد به منظور كاهش ميزان سروصداي توليدي باشد.
3 :هزينه اوليه- انتخاب سيستم جديد بايد بر اساس كاهش سرمايه و هزينه باشد.

4 :هزينه نگهداري- هزينه نگهداري اجزاي مختلف سيستم جديد از قبيل برج خنك كن”كولر هوايي”مبدل حرارتي و دمنده ها عامل مهمي در انتخاب ميباشد
5 :مقدار آب مصرفي برج :با توجه به محدوديت ذخاير منابع آبي استفاده از برج كوچكتر باعث كاهش ميزان آب مصرفي ميگردد.

 

مقاله کامل در مورد “راهکارهای افزایش راندمان توربو ژنراتور” را می توانید از اینجا دانلود کنید.

فرزین رضاقلی وب‌سایت
0 0 رای ها
امتیازدهی به مقاله
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
تازه‌ترین
قدیمی‌ترین بیشترین رأی
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها
0
افکار شما را دوست داریم، لطفا نظر دهید.x