Что такое воздушное принудительное охлаждение генератора

Чем отличаются генераторы с воздушным и водяным охлаждением?

От типа охлаждения зависит область применения генератора, в качестве основного или резервного источника электроэнергии он будет использован. Давайте разберемся, когда какой тип охлаждения лучше использовать?

Не считая особенностей конструкции, системы воздушного и водяного охлаждения электрогенераторов различаются периодом безостановочной эксплуатации. От типа охлаждения зависит область применения генератора, в качестве основного или резервного источника электроэнергии он будет использован.

Зачем охлаждать генератор?

Любой генератор состоит из двух основных компонентов: двигателя внутреннего сгорания и генератора электрического толка или альтернатора. В процессе работы генератора выделяется большое количество тепла, которое необходимо вовремя отводить, чтобы предотвратит перегрев оборудования. Последствием перегрева может стать поломка и выход устройства из строя. Особенность генераторов заключается в том, что может перегреться не только сам двигатель, но и альтернатор – при повышенных температурах существенно сокращается срок эксплуатации изоляции проводки и обмоток генератора. Для предотвращения перегрева, в генераторах предусмотрены системы охлаждения. По типу охлаждения генераторы делятся на: генераторы с воздушной системой охлаждения и генераторы с жидкостной системой.

Система воздушного охлаждения:

Системы воздушного охлаждения бываю двух типов – проточная и замкнутая. Принцип работы таких систем: тепло от нагревающего компонента передается на радиатор, радиатор получает тепло и отдает его в окружающее пространство с помощью вентилятора. Проточная система использует воздух, который заполняет машинный зал. Такая система охлаждения в основном используется для генераторов небольшой мощности, ввиду ее экономичности. В обособленных воздушных системах используется очищенный воздух, циркулирующий по замкнутому контуру.

Преимущества:

Несложная конструкция и, как следствие, невысокая стоимость;
Удобство и экономичность эксплуатации. Отсутствие необходимости в использовании жидкости, ее роль играет воздух;
Низкая стоимость ремонта.

Особенности:

Генераторы такого типа имеют короткий эксплуатационный срок, они не могут непрерывно работать в течении длительного времени;
Необходимость очистки вентиляторов и системного блока;
Шум от работы вентиляторов.

Генераторы с воздушной системой охлаждения

В соответствие с эксплуатационными правилами, оборудование с системой воздушного охлаждения необходимо остужать каждые 6 – 12 часов непрерывной работы на протяжении 1 – 2 часов. Помимо этого, установка генератора с воздушным охлаждением подразумевает постоянный приток свежего воздуха, поэтому при выборе типа генератора необходимо учитывать особенности объекта размещения. Чаще всего воздушное охлаждение применяется в устройства, обладающих невысокой мощностью.

Жидкостная система охлаждения

Конструкция двигателя с жидкостной системой охлаждения значительно сложнее, роль охлаждающего элемента в ней играет вода или иная охлаждающаяся жидкость, обладающая высокой теплопроводящей способностью, обычно используют дистиллированную воду или масло. Стоит отметить, дистиллированная вода в качестве охлаждающего вещества по сравнению с маслом имеет ряд преимуществ, таких как более высокие теплоотводящие свойства и пожаробезопасность. Принцип работы таких систем: радиатор с закрепленным сверху вентилятором устанавливается на генератор. Радиатор представляет собой извилистые тонкостенные, трубки, обеспечивающие максимальную площадь для отвода тепла. Так как, в процессе нагревания жидкость может увеличиваться в объеме, конструкцией предусмотрен расширительный бачок, в который отводятся излишки. Запуск и работу вентилятора осуществляется за счет мощности двигателя по средствам привода с ременной натяжкой. Сверху на радиатор расположен подрывной клапан для отвода излишнего давление от пара. В систему охлаждения для циркуляции жидкости устанавливается насос, иногда он имеет навешанный тип или, если двигатель достаточно мощный, могут использоваться автономные насосы.

Генераторы с жидкостной системой охлаждения

Охлаждение с использованием жидкости намного более эффективна для поддержания оптимальной температуры для работы генератора, система позволяет предотвратить перегрев на протяжении всего периода эксплуатации. Паузы в работе таких систем сопряжены исключительно с необходимостью проведения технического обслуживания, частотность которого регламентировано производителем. Как правило, техническое обслуживание проводится один раз в две-три недели.

Некоторые аспекты принудительного воздушного охлаждения источников питания

Гарри Бокок

Перевод: Виктор Жданкин

Все источники питания в процессе работы выделяют тепловую энергию, которую необходимо отводить для обеспечения их надежного
функционирования. Влияние нагрева проявляется
сильнее при размещении большого количества компонентов в ограниченном объеме. Миниатюризация
приводит к более высокому уровню тепла в кубическом объеме пространства. Компоненты выделяют
тепло, которое поглощается соседними деталями, печатной платой и корпусом оборудования. В результате различные части системы работают при более
высоких температурах, чем изначально ожидалось,
что неблагоприятно воздействует на надежность и
срок службы устройства. Теория гидрогазодинамики
помогает предвидеть потенциальные проблемы, вызываемые рассеиваемым теплом, но в то же время для
достижения оптимальных тепловых характеристик
устройства нет альтернативы опыту и практике.

Существуют два наиболее распространенных способа охлаждения источника питания (ИП) — конвекционный отвод тепла и принудительное воздушное охлаждение. Их технические параметры (какоголибо одного или обоих способов) указываются
в спецификации на источник питания. ИП, обеспечивающий номинальную мощность при конвекционном охлаждении, предназначен для применения
во внешних условиях, где имеется доступ воздуха.
В этом случае необходимо удостовериться, что вокруг модуля достаточно пространства для свободного проникновения конвекционных потоков воздуха,
охлаждающих ИП, и необходимо также обеспечить
регулирование температуры окружающей среды
около источника питания в пределах его диапазона
рабочих температур. ИП c принудительным воздушным охлаждением могут оснащаться охлаждающим
вентилятором либо производитель может указать
в спецификации, что внешний охлаждающий вентилятор требуется для обеспечения работы модуля при
максимальной нагрузке в установленном диапазоне
рабочих температур. Необходимо заблаговременно
тщательно изучить спецификации устройства для
принятия решения о необходимости применения
принудительного охлаждения.

Основное различие между изделиями с конвекционным и принудительным охлаждением состоит
в значении удельной мощности, обеспечиваемой при
данном коэффициенте полезного действия (КПД).
Изделия с конвекционным отводом тепла обычно
обеспечивают более низкую удельную мощность, чем
изделия с принудительным охлаждением, т. е. они занимают больший объем. Например, источник питания
со стандартной площадью основания 3×5″ может иметь
мощность 150 Вт при конвекционном отводе тепла,
тогда как исполнение с принудительным охлаждением
может характеризоваться номинальной мощностью
более 350 Вт. Вентиляторы применяются все чаще
в различных приложениях, так как важно достичь
максимального значения плотности мощности.

Принудительное воздушное охлаждение

Изделия со встроенными охлаждающими вентиляторами относительно легко реализовать конструктивно — просто обеспечить условия, при которых
максимальная заданная температура окружающей
среды не будет превышена для данной номинальной
нагрузки, и не будет препятствия входу и выходу воздуха. Там, где необходимо внешнее охлаждение, оно
должно быть достаточным, так как повышение температуры может негативно отразиться на показателях
надежности и сроках службы ИП и системы в целом.
Интенсивность охлаждения связана с конкретным
применением и зависит от температуры окружающей
среды, подключенной нагрузки, физического расположения источника питания относительно охлаждающего вентилятора и других узлов системы.

Обычно для ИП, которым требуется принудительное воздушное охлаждение, указывается минимальное значение требуемого воздушного потока. Это
объем потока, как правило, для работы при 100%-ной мощности и максимально допустимой температуре окружающей среды. Необходимый воздушный
поток часто задается в кубических футах в минуту
(Cubic Feet per Minute, CFM) и обычно используется
для определения производительности охлаждающих
вентиляторов. Требуется определить производительность охлаждающих вентиляторов, установленных
в корпусах устройств, и необходимо помнить, что
показатель CFM нужен для оценки объема воздуха,
а не скорости воздушного потока, которая также является важным фактором. Принудительное охлаждение обеспечивает диапазон рабочих температур
для используемых компонентов и способствует повышению срока службы устройства.

При указании воздушного потока в CFM предполагается, что источник питания установлен на площади,
которая достаточно близка площади его собственного
поперечного сечения (профиля). Это исключительно
важно, так как ИП обычно используется в качестве
подсистемы внутри корпуса законченного оборудования. Также необходимо учитывать, что поток воздуха
может быть направлен на некорпусированный ИП,
поэтому более достоверным критерием является линейная скорость воздуха (Linear Feet per Minute, LFM).
указываемая в футах в минуту или метрах в секунду.

Там, где необходимо принудительное воздушное
охлаждение, его степень имеет большое значение
при заданных характеристиках окружающей среды
ИП и его срока службы. Охлаждающий вентилятор, по сути, почти всегда является компонентом с наиболее коротким сроком службы,
так как это механическое устройство с изнашиваемыми частями. В случае когда источнику
питания необходимо охлаждение 30 CFM, вентилятор будет работать быстро, изнашиваться относительно быстро, потреблять больше
мощности и производить более сильный акустический шум по сравнению с ИП, которому
необходимо охлаждение 12 CFM. Правильно
спроектированные 100/200-Вт источники питания с лучшей в своем классе плотностью мощности нуждаются в охлаждении не более чем
12 CFM для достижения максимальных параметров, а многим устройствам достаточно охлаждения всего лишь 5 CFM. Тем не менее на рынке все
еще много ИП, которым требуется охлаждение
30 CFM и более для обеспечения необходимых
технических параметров, поэтому при изучении
спецификаций надо обратить внимание на это
обстоятельство.

Пример

В спецификации производителя на источник питания EMA212 (XP Power) (рис. 1)
указано, что ему требуется воздушный поток
12 CFM в направлении, указанном стрелкой
на рис. 2. Площадь поперечного сечения равна
3″×1,34″ = 4 дюйма 2 или 0,028 фута 2 . Поэтому
требуемая скорость воздуха равна 12/0,028 = 429 LFM или 2,17 м/с.

Эту скорость воздуха можно измерить
в определенной точке у источника питания,
чтобы убедиться, что принудительное воздушное охлаждение является достаточным.

Проверка

Существует большая разница в условиях работы ИП в различных приложениях, поэтому
для их проверки можно рекомендовать измерение температуры критичных компонентов
в корпусе источника питания, установленного
внутри законченной системы при наихудших
условиях окружающей среды. Другой вариант — точное моделирование конкретного
применения с использованием соответствующего программного обеспечения.

Критерии безопасной работы определяются
для ИП в конкретном приложении или могут
быть получены от производителя. Для рассмотренного выше примера точные температуры
компонентов при безопасной работе источника питания EMA212 приведены в таблице, они
являются типовыми для ИП подобного типа.

Таблица Максимальные температуры
компонентов источника питания EMA212,
отмеченных на рис. 1.

Значения температуры (окружающая температура ≤+50 °С)
Компонент	Максимальная температура, °С
TR4 корпус	110
С14	105
С42	105
TR11 корпус	110
T7 катушка	120

Несмотря на то, что при этих значениях
обеспечивается безопасное функционирование, они не предоставляют сведений об ожидаемом сроке службы изделия.

Срок службы ИП в значительной степени
обусловлен температурой электролитических
конденсаторов: с ростом температуры увеличиваются емкость, проводимость электролита, ток утечки. Как правило, срок службы
конденсатора может быть увеличен вдвое
при снижении рабочей температуры на 10 °С.
На рис. 3 представлен ожидаемый срок служ-
бы источника питания EMA212, основанный
на измерении температуры двух основных
электролитических конденсаторов.

Необходимо следовать рекомендациям
производителя для достаточного охлаждения ИП, чтобы обеспечить ему безопасное
функционирование и соответствующий срок
службы. Резюмируя, можно сказать, что если
источнику питания требуется конвекционное
охлаждение, то необходимо лишь обеспечить
достаточное пространство около него и убедиться, что температура окружающего воздуха не превышает указанной в спецификации. ИП с вентилятором требуют установки,
обеспечивающей свободное прохождение
воздуха через впускные и вытяжные каналы.
Применение внешнего вентилятора является
более сложным, но можно измерить интенсивность воздушного потока около модуля,
чтобы определить, является ли достаточным
объем поступающего воздушного потока.
В качестве заключительной проверки может
быть измерена температура критичных компонентов ИП, чтобы удостовериться, что она
находится в безопасных пределах. Некоторые
производители, в том числе и XP Power, предлагают услуги по исследованию теплового
режима для определения этих параметров
в реальных условиях, в результате чего можно
получить достоверные данные.

Понижение рабочих температур этих компонентов ниже максимальных, особенно для
электролитических конденсаторов, может
также заметно улучшить срок службы источника питания.

Принудительное воздушное охлаждение электроники. Матчасть. Воздушное сопротивление РЭА

Принудительное охлаждение электроники это часто применяемая практика. У вас есть мощный элемент на плате? Нет проблем! Поставьте радиатор побольше, да вентилятор помощнее и вот вам решение вашей задачи. Но оказывается не все так просто. Мало того, что мощные вентиляторы создают высокий уровень шума, так ведь и у самого электронного устройства есть сопротивление воздушному потоку. Здесь не работает правило «больше, значит лучше». Почему, будет рассказано в этой статье. Кроме того, на самые крутые из вентиляторов, которые ввозятся из-за рубежа, нужно получать лицензию на импорт.

Постановка проблемы

Скажем, вы нашли мощный вентилятор постоянного тока с объемным расходом воздуха порядка 30фт3мин. Вашей радости нет предела, ведь чем больше расход воздуха, тем больше скорость потока воздуха внутри устройства, что в свою очередь дает возможность лучше охладить элементы. Однако 30фт3мин – это тот расход воздуха, который мы бы получили, если бы на пути потока воздуха не было никаких воздушных сопротивлений, что, скорее всего, не реалистично.

Наверняка вы видели такие (Рис.1) кривые в даташитах на вентиляторы (если вы, конечно, когда-нибудь заглядывали в них. Дует и дует). Попробую объяснить ее значение. По оси ординат отложен гидравлический напор (hydraulic heads в англ. литературе) в мм (или чаще в дюймах) водяного столба, а по оси абсцисс — поток в кубофутах в минуту. Максимальное значение давления можно получить, если закрыть, скажем, ладонью, вентилятор. В этом случае потока воздуха не будет, а вся энергия пойдет на создание давления. Если препятствий воздушному потоку нет, то у нас разовьется максимальный объемный расход, что есть хорошо.

Рис. 1. Типичная кривая производительности вентилятора PMD1204PQB1-A.(2).U.GN.

Реальность же обычно такова, что система имеет конечное воздушное сопротивление и нужно выбрать точку на кривой, чтобы получить реальное значение объемного расхода. Зависимость в системе имеет квадратичный вид.

R – общее воздушное сопротивление системы. G – объемный расход воздуха. Сопротивление обычно складывается из потерь на взаимодействие воздушного потока с печатной платой, корпусом, входными и выходными отверстиями, различными расширениями и сужениями в корпусе. Для всех для таких элементов в специальной литературе имеются приближенные формулы для расчета сопротивления.

Рис. 2. Кривая производительности вентилятора и сопротивление системы.

Способы включения вентиляторов

Часто, для охлаждения системы используются несколько вентиляторов. Есть разница в том, как вы собираетесь их поставить – параллельно или последовательно. Параллельно – это когда вы ставите два вентилятора рядом, а последовательно – это два вентилятора друг за другом. Последовательная установка увеличивает статическое давление и больше подходит к системам с высоким внутренним сопротивлением (например, когда у вас очень плотная установка элементов в корпусе и вентиляционная перфорация не впечатляет)(Рис.3), а параллельная )(Рис.4), наоборот, для систем с низким сопротивлением воздушному потоку и используется для увеличения массового расхода.

Рис. 3. Включение вентиляторов последовательно

Рис. 4. Включение вентиляторов параллельно

На графике (Рис. 4) видно, что при установке в параллель мы увеличиваем объемный расход, чтобы получить конечный результат мы просто должны прибавить к объемному расходу первого вентилятора объемный расход второго и перестроить график. Ситуация для последовательного включения та же самая, но тут мы складываем давления. Хочу отметить, что лучше использовать два одинаковых вентилятора (особенно в случае с последовательном включении). В противном случае, вы можете столкнуться с неприятными явлениями, например с тем, что воздух у вас пойдет в обратную сторону. Замечу, что использование дополнительных вентиляторов не приведет к N-кратной производительности системы охлаждения.

Как описать воздушное сопротивление электронного устройства

Для характеристики отклика устройства на воздушный поток можно воспользоваться аналогией с электрической цепью (тут применяется метод аналогий). Воздушное сопротивление – электрическое сопротивление. Воздушный поток – электрический ток. Падение напряжения – потери в давлении. Есть еще емкости и индуктивности, но они нам не нужны в данном случае. Поэтому для того, чтобы описать систему, нужно выделить отдельные части, которые оказывают существенное влияние на поток воздуха, записать для каждой выражение воздушного сопротивления. Они достаточно просты. Затем, записывается цепь сопротивлений воздушного потока, ищется общее сопротивление и, наконец, строится характеристическая кривая вашего устройства. Этим мы и займемся на основе примера. Но для начала я приведу основные составные элементы, на которые можно разложить ваше устройство, и записать для них воздушные сопротивления.

На следующем рисунке представлено выражение для перфорированной стенки. Или просто для отверстия. Можно описывать входные вентиляционные стенки.

Рис. 5. Перфорированная стенка и выражение для нее.

Часто, в устройстве есть отсеки с разными объемами. Так вот, да, они тоже имеют воздушное сопротивление.

Рис. 6. Расширение объема.

Резкий поворот.

Рис. 7. Поворот.

Взаимодействие между двумя поверхностями будь то ПП или поверхность корпуса.

Рис. 8. Трение

Возникает вопрос, а как нам описать воздушное сопротивление ПП с расположенными на ней элементами? Неужели плату нужно описывать подробно, разбивая ее на подэлементы? Нет, не нужно. В нашем случае умными людьми было проделано множество опытов, расчетов и моделирования. В принципе, все платы можно свести к тому или иному типовому случаю с точки зрения обтекаемости воздухом. Для каждого из них существует более или менее точная эмпирическая формула для расчета. В следующей таблице показаны эти формулы для различных конфигураций и расположений ПП внутри корпуса. Нам нужен случай (a) – одиночная ПП.

Пример расчета

Для примера запишем воздушное сопротивление для следующего корпуса с расположенной в ней ПП.

Рис. 9. Пример устройства, для которого был произведен расчет.

В данном случае присутствуют следующие воздушные сопротивления: входная перфорация, расширение на выходе вентилятора, сопротивление ПП, сопротивление между ПП и верхней крышкой корпуса, сопротивление выходной перфорации. Все эти сопротивления записываются последовательно, и тут нет ничего сложного. Расчет приведен в приложенном файле MathCAD, поэтому кому надо, может заглянуть и воспользоваться наработками. Вам нужно использовать свои геометрические размеры элементов, перфорации. Кроме того в этом файле приводится расчет воздушного сопротивления радиаторов, которые установлены на ЦП1 и ЦП2. Здесь я не привожу их расчет. Все расчеты взяты из книги Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics.
Приведу получившиеся результаты. На графике (Рис. 9) показано красным воздушное сопротивление и включение дополнительного вентилятора последовательно, а на рисунке 10, параллельно.

Рис. 9. Результаты расчета для включенных последовательно вентиляторов

Рис. 10. Результаты расчета для включенных параллельно вентиляторов

Система получилось с низким воздушным сопротивлением, следовательно больший эффект даст параллельное включение вентиляторов. Теперь, зная параметры системы можно приступать к расчету теплового режима Вашего электронного устройства. Как это сделать при помощи инженерных приближений описано здесь, а также подтверждение результата здесь при помощи моделирования в Autodesk CFD.

Данная статья была написана при помощи книги Gordon N. Elison Thermal Calculations for Electronics.

Виды и принцип работы охлаждения дизель-генераторов

Генератор – это электроустановка, которая преобразовывает энергию от горения топлива в электроэнергию. В процессе трансформации выделяется большое количество тепла.

При установке его в небольшом помещении отмечается увеличение температуры воздуха. Высокие отметки температурного режима негативно влияют на производительность, а также долговечность устройства. Таким образом, необходимо как-то устранять излишнее тепло, в случае с помещением достаточно создать вытяжку, а с самой установкой, здесь предусмотрена система охлаждения, о которой и пойдет речь.

Для чего нужно охлаждение

Любой дизель-генератор требует охлаждение, так как сильно нагревается и приводит к нежелательным эффектам. Чем больше установка и ее мощность, тем выше выделение тепла в ходе работы. Это негативно влияет на продуктивность устройства, на долговечность установки, а из-за выжигания кислорода в помещении, как следствие высокой температуры, бывает сложно создавать здоровую обстановку. Каждый дизельный генератор нуждается в системе охлаждения.

Система охлаждения на примере дизель-генератора 18-9ДГ

Если охлаждение отсутствует, оно не справляется с поставленной задачей, тогда происходит перегрев. Металл от температуры расширяется, что приводит к увеличению зазора, трущиеся детали могут испытывать вибрации от этого. Ситуация опасна, так как способна привести к поломке устройства.

Трехмерная модель движения воздуха в дизель-генераторе с закрытым кожухом

Даже самые лучшие двигатели, которые отличаются высокими показателями экономичности, расходуют до 60% тепла от горения на нагрев устройства, а также отдают в атмосферу посредством отработанных газов. Система охлаждения призвана устранить негативное влияние от высоких показателей тепла, поглощая его. Действует закономерность, чем выше мощность установки и больше количество топлива, тем лучше система охлаждения потребуется.

Виды охлаждения ДГУ

Принцип заключается в отводе тепла от мест, где создаются повышенные температурные нагрузки. Для этого создается радиатор с большой площадью, который отдает тепло, выводя его изнутри установки.

Самый простой и распространенный метод охлаждения дизель-генераторов

Для отвода тепла может использоваться несколько основных типов: с воздушным и жидкостным охлаждением. Воздушная система достаточно примитивна и выполняет отвод тепла посредством вентиляционных каналов внутри. Даже довольно сильный поток воздуха не способен снизить высокую температуру. Зато такая система более дешевая. По конструкции генератор с водяным охлаждением будет несколько сложнее, а соответственно и дороже.

Дизельные генераторы с жидкостным охлаждением на 125 и 160 кВА

Для дизельных генераторов с небольшой мощностью достаточно использовать воздушную систему, как более экономичную, если ее мощности будет достаточно. Двигатель с жидкостным охлаждением – это более мощное и сложное устройство. Только охлаждение на основании жидкости способно обеспечить достаточную эффективность отвода тепла и создать атмосферу для нормальной работы устройства.

Структурная схема воздушного охлаждения дизель-генератора

Сравнение характеристик двигателей с жидкостным и воздушным охлаждением:

Компактность. Здесь выигрывает воздушный тип.
Мощность. С жидкостным охлаждением значительно лучше.
Стоимость. Системы, работающие от воздуха более дешевы изначально, а также практически не требуют обслуживания/ремонта.
Долговечность. Конструкция системы с жидкостью немного проигрывает.
Продуктивность. Выше качество отвода тепла, используя жидкость.

В целом для небольших установок подойдет воздух (мощность не более 20 кВт), в качестве охлаждения, для более сложных задач, стоит выбирать водяное охлаждение.

Дизель генератор с жидкостным (водяным) охлаждением

В качестве жидкости может использоваться обычная вода или специальный антифриз. Первый вариант более экономичен, но второй более эффективен, так как не замерзает при низких температурах и лучше поглощает тепло.

Структурная схема дизель-генератора с жидкостным охлаждением

Дизельгенераторы с жидкостным охлаждением помогают устранить проблему с запуском систем в холодное время года. Электростанция содержит систему подогрева охлаждающей жидкости для более просто старта. Электрогенератор аварийного типа всегда оборудуется подогревом антифриза, что выполняется непрерывно, так как в любой ситуации запуск должен произойти на протяжении 30 секунд.

В процессе эксплуатации охлаждающая жидкость также подогревается и нуждается в отводе тепла, что учтено в устройстве. Так на генератор устанавливается радиатор, поверх которого стоит вентилятор. Радиатор представляет собой извилистые тонкостенные, трубки, которые обеспечивают максимальную площадь для отвода тепла. В процессе нагрева жидкость может увеличиваться в объеме, а излишек поступает в расширительный бачок. Для запуска и работы вентилятора используется отбор мощности от двигателя, так устанавливается привод с ременной натяжкой, что и приводит его в действие. Сверху радиатора обычно находится подрывной клапан, который призван отводить излишнее давление от пара. В систему охлаждения для циркуляции жидкости устанавливается насос, иногда он имеет навешанный тип. Если двигатель достаточно мощный, могут использовать автономные насосы.

Как отремонтировать, причины выхода из строя и т.д.

Проблем может быть достаточно много, сейчас самые распространенные вкратце рассмотрим:

Генератор перегревается. Стоит обратить внимание на уровень жидкости для охлаждения в системе, скорее всего она исчерпалась.
Перегрев двигателя, долив жидкости приносит только временный результат. Скорее всего проблема в наличии течи. Часто дыра образуется в радиаторе, так как трубочки с тонкими стенками и при определенных неисправностях или механических проблемах, они пробиваются.
Станция глохнет, когда появляется сигнал о достижении высокой температуры, при этом количество масла и жидкости для охлаждения в порядке. Причина заключается в неисправности радиатора, вероятно он забит мусором, отработкой и т.д. Также стоит осмотреть вентилятор, вероятно он не крутится или после ремонта установлен неправильно.

Охлаждение – это важнейшая система для обеспечения долгой и качественной работы генератора, поэтому ее нужно своевременно обслуживать.

Чем отличаются генераторы с воздушным и водяным охлаждением?

Помимо очевидных принципиальных конструктивных особенностей, системы воздушного и водяного охлаждения электрогенераторов имеют различия, напрямую влияющие на такие эксплуатационно-технические характеристики устройства, как продолжительность безостановочной работы. Именно от типа охлаждения в наибольшей степени зависит возможность применения электрогенератора как основного источника питания, или его использование в качестве резерва в периоды перебоев в электроснабжении.

Согласно правилам эксплуатации, устанавливаемым производителем, электрогенераторное оборудование с воздушным охлаждением требует остановки каждые 6-12 часов беспрерывной работы. Остывание устройства может занимать 1-2 часа, а значит, перебои в электроснабжении объекта на этот срок неизбежны. Кроме того, при выборе места установки электрогенератора этого типа очень важен приток свежего воздуха, поэтому наряду с основной целью использования установки при выборе охлаждающей системы следует руководствоваться и условиями предполагаемой эксплуатации. Наиболее часто воздушное охлаждение применяется в недорогих бытовых устройствах, обладающих невысокой мощностью.

Водяное охлаждение гораздо более эффективно справляется с поддержанием оптимальной температуры работы электрогенератора, не допуская его перегрева на протяжении всего эксплуатационного периода. Остановка в работе может быть вызвана только необходимостью проведения технического обслуживания, регулярность которого также регламентируется производителем, но в большинстве случаев производится 1 раз в 2-3 недели. Следует также учитывать, что система жидкостного охлаждения значительно усложняет конструкцию электрогенератора, напрямую влияя на увеличение его веса и, как следствие, затрудняя транспортировку.

Суть системы охлаждения генератора

Генератор принципиально можно рассматривать, как двигатель, задача которого преобразовать энергию сжигания топлива в электричество. По сути, если генератор установить на шасси, то он сможет двигаться, т.е. станет автомобилем. Конечно, это весьма поверхностное сравнение, но, по сути, так и есть. Точно так же, как и любой автомобиль на бензиновом или дизельном моторе может стать электрогенератором.

Каждый двигатель имеет одну общую черту – ему нужно охлаждение. Последствия перегрева мотора – поломка и выход из строя установки. В генераторе перегреться может не только двигатель, но и его обмотки и другие агрегаты. Чтобы избежать перегрева, в генераторах предусматривается система охлаждения – воздушная или жидкостная. У каждой из этих систем есть свои преимущества и особенности.

Система воздушного охлаждения

Система воздушного охлаждения может быть проточной или замкнутой. Охлаждение двигателя осуществляется вентиляторами, обеспечивающими циркуляцию воздуха в системе. При замкнутой воздушной системе охлаждения используется очищенный воздух, который циркулирует внутри и не обновляется. В проточной системе для охлаждения двигателя используется воздух, который заполняет машинное отделение.

Говоря о системе воздушного охлаждения генератора ни в коем случае нельзя сравнивать ее с системой охлаждения мотоциклов. Транспортное средство движется в потоке воздуха, что и обеспечивает двигателю постоянный обдув. Принцип работы воздушной системы охлаждения генератора больше похож на тот, который применяется в компьютерах или ноутбуках. Такой принцип работы имеет несколько преимуществ:

Простота устройства. Если сравнивать с водяной системой охлаждения, то воздушная намного проще. А значит, ее обслуживание и ремонт также намного проще и дешевле.
Поддерживать работоспособность системы воздушного охлаждения чрезвычайно просто. Нет необходимости в доливке охлаждающей жидкости, ведь роль «хладагента» выполняет доступный и совершенно бесплатный ресурс – воздух.

Но есть в этой системе охлаждения и свои особенности. Самым большим недостатком можно назвать то, что генераторы с воздушной системой охлаждения имеют небольшой срок службы. Дело в том, что в сравнении с жидкостью, воздух нагревается намного быстрей. Это является причиной того, что генераторы с воздушной системой охлаждения не могут работать без остановки длительное время – через несколько часов их необходимо останавливать и давать двигателю время остыть.

Форсированное охлаждение генераторов

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Декабря 2012 в 17:50, реферат

Описание работы

Охлаждение генераторов циркулирующим воздухом в большей степени предохраняет от пыли и понижает опасность возникновения пожара. Применяют два способа охлаждения генераторов: воздушное и водородное.
Сравнительная эффективность различных способов охлаждения генераторов может быть показана путём сопоставления мощностей при одних и тех же габаритах генератора.

Содержание работы

Файлы: 1 файл

Охлаждение генераторов.docx

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Форсированное охлаждение генераторов

1.1 Системы охлаждения генераторов ………..………….…………………….………….……..6

1.2 Применение форсированного охлаждения ……………………………………………. 8

1.3 Генераторы с водородным и водородно-водяным охлаждением …..…….11

Сравнительная эффективность различных способов охлаждения генераторов может быть показана путём сопоставления мощностей при одних и тех же габаритах генератора.

Охлаждение генераторов производится по замкнутому циклу при котором в герметически закрытой машине циркулирует один и тот же объем охлаждающего газа. Генераторы мощностью до 30 Мет охлаждаются воздухом, а при большей мощности используется водород.

Для охлаждения генератора статор разделен на отдельные пакеты, между которыми расположены вентиляционные каналы. Воздух прогоняется вентиляторами укрепленными на роторе. Для охлаждения мощных генераторов требуется прогонять через них огромное количество воздуха достигающее десятков кубических метров в секунду. Если забирать охлаждающий воздух из помещения станции, то при наличии в нем самых ничтожных количеств пыли (несколько миллиграммов в кубическом метре) генератор будет в короткое время загрязнен пылью. Поэтому турбогенераторы строят с замкнутой системой вентиляции. Воздух, который при прохождении через вентиляционные каналы генератора нагревается, поступает в специальные воздухоохладители, расположенные под корпусом турбогенератора. Там нагретый воздух проходит между ребристыми трубками воздухоохладителя, через которые протекает вода, и охлаждается. После этого воздух снова поступает к вентиляторам, которые прогоняют его через вентиляционные каналы. Таким образом, генератор охлаждается непрерывно одним и тем же воздухом и пыль не может попасть внутрь генератора.

Принудительное охлаждение находит применение прежде всего в гидрогенераторах большой мощности, в крупных генераторах с высокими частотами вращения, в капсульных и некоторых обратимых гидрогенераторах. Это прежде всего жидкостные системы непосредственного охлаждения обмоток и сердечников. Внедрение этих систем, характеризующихся большей эффективностью и экономичностью, позволило повысить удельные электромагнитные и тепловые нагрузки машин и их единичную мощность. При этом в гидрогенераторах в качестве охлаждающего агента используется вода.

1.1 Системы охлаждения генераторов

Системы охлаждения генераторов различны. Простейшим является воздушное (проточное) охлаждение, при котором холодный воздух, забираемый извне, проходит через генератор, поглощает выделяющееся в нем тепло и затем выбрасывается в машинный зал или наружу. В случае возникновения пожара в генераторе все задвижки системы охлаждения закрываются, прекращая подачу свежего воздуха в него.

Отличительными особенностями системы охлаждения генератора являются: наличие большого потока охлаждающего воздуха, подаваемого вентиляторами с малыми вентиляционными потерями, установка водяных воздухоохладителей с большой поверхностью охлаждения; подача охлаждающей воды с помощью инжекторов. Преимуществом больших охладителей является их высокая экономичность, являющаяся результатом использования малого количества охлаждающей воды, возможность продолжения работы при выходе нескольких охладителей и повышенная перегрузочная способность в аварийных условиях.

Непосредственное жидкостное охлаждение генераторов. При выполнении непосредственного жидкостного охлаждения генераторов в качестве охлаждающей жидкости применяют дистиллированную воду или масло, которые обладают более высокой теплоотводящей способностью по сравнению с водородом и, следовательно, позволяют еще больше увеличить единичные мощности генераторов при сохранении их размеров..

1.2 Применение форсированного охлаждения.

Во многих случаях выполняются системы охлаждения смешанного типа, в которых для одних, наиболее напряженных в тепловом отношении элементов используется непосредственное водяное охлаждение, для других — воздушное. Примером могут служить крупнейшие гидрогенераторы Саяно- Шушенской и Красноярской ГЭС, в которых обмотки и шины обмотки статора охлаждаются непосредственно водой, обмотки возбуждения выполнены с форсированным воздушным охлаждением, причем форсирование охлаждения достигается выполнением поперечных каналов в витках катушек полюсов, а остальные элементы конструкции имеют традиционное косвенное воздушное охлаждение.

Крупнейшим отечественным гидрогенератором является гидрогенератор для Саяно-Шушенской ГЭС типа СВ 1285/275-42У4 мощностью 711 MB А, частотой вращения 142,8 об/мин (рис 8.6).

Для достижения высоких технико-экономических показателей, снижения габаритов и массы в гидрогенераторе осуществлены непосредственное водяное охлаждение обмотки статора и форсированное воздушное охлаждение обмотки ротора.

На одном валу с главным генератором размещены вспомогательный генератор, который служит для питания независимой системы возбуждения с двумя выпрямительными мостами — рабочим и форсировочным, и регуляторный генератор, являющийся датчиком частоты для электрогидравлического регулятора частоты вращения агрегата.

Охлаждение генераторов производится по замкнутому циклу. В зависимости от их мощностей и исполнения применяются различные системы охлаждения: в генераторах серии СВ, СВО, СГ, ВСГ мощностью 20000-240000 кВ*А — косвенное воздушное охлаждение статора и ротора с радиальной или аксиальной, схемой вентиляции; в генераторах серии СВФ мощностью 28000-530000 кВ*А — непосредственное водяное охлаждение обмотки статора и косвенное форсированное воздушное охлаждение обмотки ротора; в генераторах серии СГК 2ОООО-45ООО кВ*А — непосредственное водяное охлаждение обмоток статора и ротора.

Гидрогенераторы серии СВФ имеют непосредственное водяное охлаждение обмотки статора и косвенное форсированное воздушное охлаждение обмотки ротора. С целью повышения эффективности охлаждения обмотки ротора ее поверхность многократно увеличена путем образования между витками или в самих витках катушек многочисленных каналов, по которым проходит охлаждающий воздух поперек витков катушек. Из радиальных каналов в ободе ротора воздух подается в зазор между сердечниками и катушками полюсов, затем распределяется по параллельным каналам в катушках и выбрасывается в межполюсное пространство.

Капсульные гидрогенераторы мощностью 5670-20 000 кВ*А имеют косвенное воздушное охлаждение с аксиальной схемой независимой вентиляции. Обычная радиальная схема самовентиляции, применяемая в гидрогенераторах, неприемлема для капсульных гидрогенераторов, так как требует значительного увеличения наружного диаметра корпуса статора. В связи с этим принята аксиальная схема независимой вентиляции. Специальный осевой компрессор с электродвигателем прогоняет воздух через охладитель и проходит через активные части гидрогенератора следующими параллельными путями: междуполюсное пространство, воздушный зазор, специальные щели в зубцах или — вентиляционные трубки в стержнях обмотки и отверстия в спинке сердечника статора.

1.3 Турбогенераторы с водородным и водородно-водяным охлаждением.

Турбогенераторы с водородным охлаждением серии ТВФ.

В серию ТВФ входят турбогенераторы мощностью 63, 100 и ПО МВт.

Турбогенераторы имеют непосредственное форсированное охлаждение обмотки ротора водородом и косвенное водородное охлаждение обмотки статора.

Турбогенераторы с водородно-водяным охлаждением серии ТВВ.

В серию ТВВ входят турбогенераторы мощностью 160, 200, 220, 300, 500, 800, 1000 и 1200 МВт на 3000об/мин и турбогенераторы мощностью 1000МВт на 1500об/мин.

Турбогенераторы имеют непосредственное охлаждение обмотки статора дистиллированной водой, непосредственное форсированное охлаждение обмотки ротора водородом, внешней поверхности ротора и сердечника статора – водородом.

В результате изучения форсированного охлаждения современных воздушных генераторов можно сделать следующий вывод:

При малых мощностях генераторов используется охлаждение воздухом, потому что не возникает опасности возгорания, а при более высоких мощностях генераторов применяют водородное охлаждение, для избежания возгорания.

1) Вольдек А. И., Попов В. В. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов. — СПб: Питер, 2008.

2) Брускин, Давид Эмануилович. Генераторы возбуждаемые переменным током : учебное пособие / Д. Э. Брускин. — М. : Высшая школа, 1974. — 1974 : ил. — Библиогр.: с. 127.

3) Овчаренко, Николай Ильич. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем : учебник для вузов / Н. И. Овчаренко. — М. : ЭНАС, 2000.