発電機クーラーによりユニットの効率的かつ安定した動作が保証されます

1、発電機加熱の根本原因と冷却の必要性
発電機の運転時に発生する熱は主に 3 種類の損失から発生しますが、このうち銅損と鉄損が主な熱源であり、機械損失の占める割合は比較的小さいです。これらは一緒になって、冷却システムが対処する必要がある熱負荷の基礎を形成します。

銅損は主な熱源であり、総損失の 50% 以上を占めます。これは、電流が発電機の固定子および回転子の巻線導体を通過するときに導体抵抗によって発生するジュール熱を指します。電力損失は電流の二乗と導体抵抗に比例します。負荷が増加すると銅損が大幅に増加します。このような熱は発電効率を低下させるだけでなく、巻線温度の上昇に直結し、断熱材の損傷や機器の寿命に影響を与えます。

鉄損は 2 番目に大きな熱源であり、ステーター コアとローター コアで発生します。交流磁界の作用下でコアによって発生するエネルギー損失であり、主に渦電流損失とヒステリシス損失が含まれます。渦電流損失は、交流磁場が鉄心を通過するときに誘導される環状電流によって発生する熱です。この種の損失を減らすために、発電機の鉄心は通常、絶縁された薄いケイ素鋼板を積み重ねて作られています。ヒステリシス損失とは、強磁性材料の磁区の方向が交流磁場によって変化するときに、内部分子間力によって消費されるエネルギーの変換によって発生する熱を指します。透磁率が高く保磁力が低い材料を選択すると、損失を効果的に低減できます。

機械的損失は主に、ベアリングの摩擦、ジャーナルとベアリング シェル間の接触摩擦、ローターや周囲のガスの高速回転によって生じる風による損失など、内部可動部品の摩擦と風抵抗によって発生します。{0}その割合は大きくありませんが、長期間蓄積すると機器の発熱が悪化する可能性があります。-

発電機に対する高温の害は非常に重大です。気温が 8 ～ 10 度上昇するごとに、断熱材の耐用年数は半分に短縮されます。温度が臨界点を超えると、絶縁材の急速な劣化、亀裂、炭化が発生し、短絡障害が発生する可能性があります。同時に、温度の上昇により導体の抵抗も増加し、エネルギー損失がさらに増大し、「温度上昇損失が増大し、さらに温度上昇」という悪循環が形成されます。したがって、効率的で信頼性の高い冷却システムは、発電機の性能を最大化し、耐用年数を延ばすための鍵となります。研究によると、動作温度が 10 度低下するごとに、発電機の予想耐用年数が 2 倍になると同時に、発電効率が向上し、熱関連の故障が 95% 以上防止されることが示されています。

2、発電機冷却器の主な種類と特徴
発電技術の継続的な発展に伴い、発電機冷却器はさまざまな電力のニーズと発電機セットのシナリオを満たすためにさまざまな技術的ルートを形成してきました。その中でも空冷、水冷、水素冷却の3種類が主流です。近年では、蒸発冷却や相変化冷却などの新しい複合技術も普及を加速し、開発傾向は多様化しています。

(1) エアクーラー：経済的で便利な基本的な選択肢

空冷器は、冷却媒体として空気を使用し、空気流を通じて発電機の内部熱を除去します。これらは最も伝統的で広く使用されている冷却方法であり、現在、中小規模の発電機と風力発電分野で市場シェアの約 50% を占めています。{2}}これらは主に 200MVA 未満の中小規模のユニットに適しています。-その主な利点は、シンプルな構造、低コスト、高い安全性、メンテナンスの容易さ、特別なメディアの不要さにあり、通常の産業環境、バックアップ電源、移動式発電設備などのシナリオに適応できます。

空冷は空気循環方式により開放換気と密閉換気の2種類に分けられます。オープン換気は外部から空気を直接取り込み、発電機内部を流れるため、環境の影響を受けやすいです。機器内部に塵や湿気が侵入する可能性があるため、吸気口にフィルターを設置する必要があります。密閉換気は密閉サイクルの空気の流れを採用しており、外部の不純物を効果的に隔離し、発電機の内部を清潔に保ち、メンテナンスの必要性を軽減します。ただし、構造が比較的複雑で、コストとメンテナンスの必要性が高くなります。

空冷器の限界も非常に明らかで、冷却効率が比較的低く、風損が大きく、温度制御精度が限られ、動作中の騒音が大きいため、高出力および高負荷の発電機セットには適していません。{0}

(2) 水冷クーラー: 効率的で安定したミッドレンジの選択肢-
水冷却器は、水の高い比熱特性を利用し、冷却水を循環させることで多量の熱を除去し、空冷よりもはるかに高い冷却効率を実現します。主に中型および大型の発電機に適しており、現在市場シェアの約 35% を占めています。これらは、大型産業用発電機、原子力発電ユニット、その他のシナリオで広く使用されています。その主な利点は、高い放熱効率であり、より大きな熱負荷を処理でき、発電機セットがより高い電力密度で安全に動作できるようになり、単位体積あたりの出力電力が大幅に増加します。

冷水器の鍵は閉ループ設計にあります。{0}この閉ループ設計では、冷却水が閉パイプラインを流れ、発電機の内部加熱部品と熱交換し、冷却塔内で冷却されて循環します。この設計により、安定した冷却効果が得られるだけでなく、冷却水の漏れによる発電機の内部電気部品の損傷を効果的に回避できます。しかし、水冷システムは構造が複雑で、ウォーターポンプやラジエーター、パイプラインなどの部品が必要となるため、凍結や腐食の危険性があります。水質に対する要求が高く、スケールの定期的な処理が必要です。メンテナンス費用は比較的高く、低温環境では凍結防止対策を講じる必要があります。-

(3) 水素クーラー: ハイエンドで効率的な特別な選択肢-

水素クーラーは水素を冷却媒体として使用し、その高い熱伝導率と低密度を利用して効率的な放熱を実現します。これらは主に大型および超大型の発電機、特に原子力や大容量火力発電などのハイエンド分野に適しています。-現在、同社の市場シェアは約 15% です。冷却効率が非常に高いため、発電機の容量を大幅に向上させることができ、水素密度が低いため、ローター回転時の風損を効果的に低減でき、発電効率がさらに向上します。

水素は引火性と爆発性があるため、水素冷却システムには非常に高い密閉性と安全性の要件が必要であり、完全な水素純度監視、漏れ検出、防爆保護、その他の機器が必要です。-システムの複雑さと初期投資は空冷や水冷に比べてはるかに高く、メンテナンスの難易度も高くなります。主に、冷却効率と発電容量に対する非常に高い要件が求められる大規模な発電所で使用されます。

発電機冷却器は発電機セットの核となる発電コンポーネントではありませんが、ユニットの安全で安定した動作を保証する「生命線」です。従来の空冷から効率的な水素および水冷却、そして新たな複合冷却技術に至るまで、クーラーの開発は常に発電技術のアップグレードと共鳴してきました。これらは放熱という基本的な機能を担うだけでなく、発電効率の向上、機器寿命の延長、グリーンエネルギー転換の促進という重要な使命も担っています。
今日の電力需要の継続的な増加とクリーン エネルギーの急速な発展において、発電機冷却器の重要性がますます顕著になっています。将来的には、継続的な技術革新と産業のアップグレードにより、クーラーはより高い効率、インテリジェンス、環境への配慮を目指して発展し、世界の電力供給の安定性と持続可能性に対するより強固な保証を提供し、エネルギー業界の高品質な発展を支援します。-