62

62
ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ТЭС
Жуховицкий Д.Л., к.т.н., доцент УлГТУ
Цынаева А.А., аспирант
Для охлаждения электрогенераторов применяется водо-водородное
охлаждение,
использование
которого
приводит
к
высоким
эксплуатационным и капитальным затратам на сооружение и обеспечение
работы устройств, а также на предотвращение пожароопасных ситуаций.
Однако, отвод теплоты от ротора электромашины осуществляется
недостаточно эффективными методами и существует неравномерность
распределения охладителя по длине ротора, что приводит к образованию
зон перегрева, а, следовательно, к аварийным ситуациям из-за ухудшения
изоляции и снижения прочности элементов электрической машины.
Сущность предлагаемой схемы охлаждения заключается в обеспечении
эффективного и равномерного охлаждения электрической машины,
позволяющего отказаться от применения пожароопасного водородного
охлаждения.
Для решения проблемы интенсификации охлаждения при
минимизации энергетических и экономических затрат на реализацию
предложена установка для охлаждения изолированного объекта,
представленная на рис. 1
Рис. 1 Схема установки для охлаждения изолированного объекта: 1 –
источник сжатого воздуха (ИСВ); 2 – напорный трубопровод; 3 – делящая
вихревая труба (ДВТ); 4 – горячая полость вихревой трубы; 5 – холодная
полость вихревой трубы;
6 – изолированный объект (ИО);
7 – тепловая труба (ТТ); 8 – испарительный конец тепловой трубы; 9 –
конденсатный конец тепловой трубы
63
Предлагаемая установка, применяемая для отвода теплоизбытков от
элементов оборудования имеет более высокие показатели эффективности,
чем аналоги, что связано с включением вихревой трубы Ранка и процессов
кипения и конденсации в схему охлаждения электрогенератора.
Работа
установки для охлаждения изолированного объекта
осуществляется следующим образом.
Сжатый газ от источника поступает в вихревую трубу, в которой в
процессе температурного
разделения газа образуются
горячий и
холодный потоки.
Объект охлаждается тепловой трубой, нагреваемый конец которой
помещен непосредственно в объект, а охлаждаемый конец – в область
выхода холодного потока из вихревой трубы. Внутри тепловой трубы
создан вакуум и часть ее заполнена жидкостью.
За счет теплоты охлаждаемого объекта жидкость на нагреваемом
конце тепловой трубы кипит. Образующийся пар поднимается до
охлаждаемого конца тепловой трубы, где конденсируется, отдавая тепло
холодному потоку газа от вихревой трубы. Капли конденсата по стенкам
тепловой трубы стекают вниз к нагреваемому концу тепловой трубы. В
результате описанного процесса теплота передается от изолированного
объекта к холодному потоку газа. Описанный процесс передачи тепла
является весьма интенсивным, так как включает в себя теплоотдачу при
кипении и конденсации.
Конструкция вихревой трубы, используемой для отвода тепла от
конденсационного конца тепловой трубы представлена на рис.2.
Холодный поток
воздуха
Горячий поток
воздуха
Рис. 2 Конструкция используемой вихревой трубы
Охлаждение конденсационного конца тепловой трубы происходит за
счет применения эффекта энергетического разделения газа для получения
холода. Эффект энергетического разделения газа реализуется в вихревых
трубах (эффект Ранка - Хилша) и заключается в том, что в устройствах
64
достаточно простой геометрии происходит разделение потока газа на два:
периферийный поток, имеющий температуру выше исходной температуры
сжатого газа и приосевой, имеющий, соответственно, более низкую
температуру. Устройство для энергетического разделения газа (вихревая
труба) позволяет отбирать как холодный, так и горячий потоки. При этом
в процессе энергетического разделения газа его давление на выходе из
устройства (вихревой трубы) значительно меньше, чем на входе. Величина
температурного перепада холодного и горячего потока определяется при
проектировании. Методики расчета даны в [1,2,3].
Удельный поток отводимого тепла с помощью предлагаемой
установки для охлаждения изолированного объекта может достигать 1,5
МВт/м2. В обычных охлаждающих системах эта величина редко
превышает 1,5 кВт/м2. Размеры охлаждаемого объекта от 1см3 до 1 м3.
Применение новых технологий для охлаждения генераторов ведет к
увеличению эффективности отвода тепла от объекта охлаждения и
снижению затрат на монтаж, эксплуатацию таких установоки повышению
пожарной безопасности, что связано с возможностью отказа от штатной
схемы охлаждения с использованием водорода.
Изобретение награждено серебрянной медалью на Всемирном
салоне инноваций “Брюссель – Эврика 2002”
Литература
1. Меркулов А.П. Вихревой эффект и его применение в технике.
Самара: Оптима. 1997. 355 с.
2. Бирюк В.В., Лукачев С.В.
Исследование температурных
характеристик вихревых труб.– Труды II Российской национальной
конференции по теплообмену. М.: Изд. МЭИ. 1998. с. 56-59.
3. Кузнецов В.И., Терентьев Ю.Д. К расчету противоточной
вихревой трубы. – Труды ОмПи. Омск, Изд. ОмПИ. 1972.
4. Патент № 2189545 (РФ) Установка для охлаждения
изолированного объекта./ Д.Л. Жуховицкий, А.А. Цынаева. Регистрация от
20.09.2002.
65