Ez egyike azoknak a kérdéseknek, amelyek egyszerűnek tűnnek mindaddig, amíg az ember egy motortérben áll, ahol a környezeti hőmérséklet eléri a 45 °C-ot, és a transzformátor a kelleténél melegebben működik. A kis munkahajóktól a nagy tengeri hajókig mindenhez szállítottam tengeri transzformátorokat, és a hűtési módszer nem csupán specifikáció, hanem túlélési követelmény is.
Beszéljünk arról, hogyan maradnak hűvösek ezek a transzformátorok, és miért fontosabb ez a tengeren, mint bárhol máshol.
Miért fontosabb a hűtés egy hajón?
A transzformátor hőt termel. Mindig. A tekercseken átfolyó áramból származó rézveszteség, a mágneses ciklusból származó magveszteség – ezek mind hőenergiává alakulnak, amelynek valahova el kell jutnia. A szárazföldön ez általában egyszerű. Helyezze a transzformátort szellőző helyiségbe vagy a szabadba, és hagyja, hogy a levegő végezze a dolgát.
Egy hajón semmi sem egyszerű. A motortérben a környezeti hőmérséklet szélsőséges lehet. A levegő gyakran sós és párás. A teret centiméterben mérik, nem méterben. És ha a transzformátor túlmelegszik, akkor nem teherautót hív, hogy hozzon egy cserét, hanem elmagyarázza a kapitánynak, miért veszítette el a hajó alapvető áramát.
A hűtési módszer nyelve – mit jelentenek ezek a betűk
Mielőtt belemerülnénk a konkrét módszerekbe, dekódoljuk a standard nómenklatúrát. Minden hűtési módot négybetűs kód ír le:
- Első betű: belső hűtőfolyadék (O az olajhoz, A levegőhöz)
- Második betű: A belső hűtőfolyadék keringtetési módja (N a természetes konvekció, F a kényszerített)
- Harmadik betű: külső hűtőfolyadék (A levegő, W víz)
- Negyedik betű: A külső hűtőfolyadék keringtetési módja (N a természetes, F a kényszerített)
Az ONAN tehát az Oil Natural Air Natural-t jelenti – a klasszikus olajjal töltött transzformátort ventilátorok és szivattyúk nélkül. Az OFWF Oil Forced Water Forced-szivattyúkat jelent, amelyek az olajat egy vízhűtéses hőcserélőn keresztül mozgatják.
Léghűtés – az egyszerű megközelítés
Természetes levegő (AN).Néhánykisebb tengeri transzformátorok, különösen azok, amelyek légkondicionált terekben segédterhelést szolgálnak ki, természetes léghűtést alkalmaznak. A transzformátor a környező levegőre támaszkodik, hogy elszállítsa a hőt a konvekción keresztül. Nincsenek ventilátorok, nincsenek mozgó alkatrészek, nincs karbantartás.
A fogás a kapacitás. A természetes léghűtés csak kisebb kVA-értékeknél működik, és ott, ahol a környezeti hőmérséklet ésszerű. Tegyél egy AN transzformátort egy forró motortérbe, ahol rossz a szellőzés, és hamarosan kicseréled.
Forced Air (AF).A ventilátorok hozzáadása drámaian növeli a hűtési kapacitást. A levegőt a tekercseken és a magon keresztül fújják át, így gyorsabban elszállítják a hőt. A ventilátorok általában a tekercselés hőmérséklete alapján kapcsolnak be és ki, így nem működnek folyamatosan.
Hajókon a kényszerléghűtésnél oda kell figyelni a szűrésre. A motortér levegője olajködöt, sót és részecskéket tartalmaz. Fújja át közvetlenül a transzformátor tekercselésein, és bevonja a szigetelést vezetőképes szennyeződésekkel. A jó kialakítások szűrt beszívott levegőt használnak, vagy tisztább helyekről szívnak be.
Olajhűtés – A munkaló
Legtöbbközepes és nagy tengeri transzformátorokolajjal töltöttek. Az olaj kettős feladatot lát el: szigetel és hűt.
ONAN-Oil Natural Air Natural.Ez az alapállás. Hőátadás a tekercsekről és a magról a környező olajba. A forró olaj a tartály tetejére emelkedik, ahol érintkezik a tartály falaival vagy a radiátor panelekkel. A természetben keringő vagy a hajó szellőzésével együtt mozgó környezeti levegő elvezeti a hőt.
Az ONAN egyszerű, megbízható és teljesen passzív. Nincsenek szivattyúk, nincsenek ventilátorok, nincsenek vezérlők. Sok tengeri alkalmazásnál pontosan ez az, amit szeretne – kevesebb dolog hibásodik meg a tengeren.
ONAF-Oil Natural Air Forced.Ha az ONAN nem elég, adj hozzá rajongókat. Az olaj továbbra is természetesen kering, de a ventilátorok levegőt fújnak a radiátorok fölé, növelve a hőátadást. Ez 30%-kal vagy többel növelheti a transzformátor kapacitását, mint az ONAN önmagában.
Láttam ONAF transzformátorokat olyan hajókon, ahol a helyszűke miatt kisebb tartályt kellett beszerelni, mint amennyit a névleges teljesítmény általában igényel. A ventilátorok visszavásárolják a kompaktság miatt elvesztett kapacitást.
OFAF-Oil Forced Air Forced.Itt a szivattyúk aktívan keringetik az olajat a radiátorokon, míg a ventilátorok levegőt fújnak rájuk. Ez komoly teljesítményszintekre vonatkozik – olyan transzformátorokra, amelyek a hajók fő hajtásait vagy nagy szállodai rakományokat látják el.
A kompromisszum az összetettség. A szivattyúknak áramra, vezérlésre és karbantartásra van szükségük. Ha azonban a minimális alapterületről a maximális kVA-ra van szüksége, az OFAF teljesíti.
OFWF-olaj-kényszeres víz.Ez a nehézemelő. A szivattyúk egy hőcserélőn keresztül keringetik az olajat, a másik oldalon pedig a tengervíz. A víz hővezető képessége szó szerint kifújja a levegőt a vízből. Az OFWF hatalmas hőterhelést képes kezelni egy kompakt csomagban.
Megvan az oka annak, hogy az OFWF-et offshore platformokon és nagy teljesítményigényű hajókon használják: ott működik, ahol a léghűtés nem lehetséges. De tengervizet vezet be a hűtőkörbe, ami azt jelenti, hogy a korrózióálló anyagok, a gondos karbantartás és a szivárgásészlelés nem alku tárgya.
Vízhűtés – Közvetlen és Közvetett
Egyes speciális tengeri transzformátorok közvetlenül vízhűtést használnak.
Közvetett vízhűtésgyakoribb. A transzformátor olajjal van feltöltve, és az olaj vízhűtéses hőcserélőn halad át. Ez lényegében OFWF, és ez a szabvány a nagy teljesítményű alkalmazásokhoz, ahol tengervíz áll rendelkezésre.
Közvetlen vízhűtés- ahol a víz üreges vezetékeken keresztül kering - létezik, de a tengeri gyakorlatban ritka. A transzformátoron belüli vízszivárgás kockázata túl magas a legtöbb kezelő kényelméhez. Amikor használják, általában nagyon nagy teljesítményű, speciális, redundáns biztonsági rendszerekkel rendelkező alkalmazásokban.
Mi hajtja a választást
A teljesítményérték a kiindulópont. Kis segédeszközök? A léghűtés rendben van. Fő propulziós transzformátorok? Az ONAF-ot vagy az OFWF-et nézi.
A helyszűke óriási jelentőséggel bír a hajókon. Ha van helye egy nagyvonalú ONAN transzformátornak, gyakran ez a legmegbízhatóbb választás. Ha szűk helyre viszi az áramot, a kényszerhűtés visszaveszi a lábnyomot.
A környezeti feltételeket nem lehet figyelmen kívül hagyni. A légkondicionált géptérben lévő transzformátornak könnyebb az élettartama, mint a motortér hőjének kitett transzformátornak. A hűtési módszernek a legrosszabb környezetet kell figyelembe vennie, nem az átlagot.
A redundancia követelményei néha megszabják a választást. Kritikus alkalmazások esetén több kisebb, ONAN hűtéssel rendelkező transzformátor is legyőzhet egy nagy egységet a kényszerhűtéssel – mert ha a ventilátorok meghibásodnak a nagy egységen, elveszítheti a kapacitását. Több kis egység n-1 redundanciát biztosít.
Amit mondok a tengerészmérnököknek
Amikor valaki a hűtésről kérdezegy tengeri transzformátor, a terhelési profillal kezdem. Mekkora teljesítmény, mennyi ideig, milyen környezetben?
Aztán a hibamódokról kérdezek. Ha egy ventilátor leáll, a transzformátor túlélheti-e csökkentett terhelés mellett a portig? Ha egy szivattyú meghibásodik, van készenléti állapot? Ha a tengervíz hűtése megszűnik, mennyi idővel kell leállítani?
A válaszok hajtják a tervezést. Egyes hajók esetében az egyszerű ONAN nagyvonalú árréssel a megfelelő hívás – nincs egyetlen hibapont, csak passzív megbízhatóság. Mások esetében a teljesítménysűrűség kényszerhűtést igényel, mi pedig úgy alakítjuk ki a vezérlőket és a felügyeletet, hogy azok megfeleljenek.
A kulcs a módszer és a küldetés összehangolása. Egy rövid távú tengeri kompon lévő transzformátornak mások az igényei, mint egy fúróhajón, amely hónapokig a tengeren marad. Ennek megfelelően tervezünk.
Ha tengeri transzformátorokat határoz meg, és szeretne beszélni a hűtési lehetőségekről – mi működik, mi nem, és mit jelentenek a kompromisszumok –, örülök a beszélgetésnek. A tenger könyörtelen. A felszerelésének készen kell állnia rá.
Hivatkozások
- IEC 60076-2, *Teljesítmény-transzformátorok – 2. rész: Hőmérséklet-emelkedés folyadékbemerítésű transzformátorokhoz*.
- IEEE Std C57.12.00, Szabványos általános követelmények a folyadékba merülő elosztó-, táp- és szabályozó transzformátorokhoz.
- ABS szabályok a tengeri hajók építésére és osztályozására, 4. rész, 8. fejezet (Elektromos rendszerek).
