タービン発電機の冷却方式について

悩む人
タービン発電機の冷却方式ってどんなのがあるの!?
こんな悩みを解決します。

タービン発電機の冷却方式

タービン発電機は大容量化してくると、体積に比べて表面積が小さくなります。表面積が小さいとそれだけ冷却されづらくなり、タービンの温度が上昇してしまいます。

筆者
そのため、大きなタービンを利用する発電機ほど冷却方式の選定が重要です!
主な、冷却方式としては、次の方式があります。
タービンの冷却方式
  • 空気冷却方式
  • 水素冷却方式(間接、直接)
  • 液体冷却方式

空気冷却方式

空気冷却方式は空気を用いて、タービンを冷却する方式です。下の絵のようにタービンの周りを空気が循環して冷やします。

特徴としては、次のようなことがあります。

空気冷却方式の特徴
  • 比較的小型のタービン発電機に用いられる
  • 通風方式として外気を取り入れる開放型と、空気冷却器を設け冷却した空気を用いる密閉型がある
  • 通風には内部で回転子扇車を回して通風する内部通風機方式と、外部で電動通風機を回して通風する外部通風方式がある

水素冷却方式

水素冷却方式は、次に上げる理由により大型のタービンに採用されることが多いです。

水素冷却方式が大型タービンに採用される理由
  • 風損が低減する
  • 水素は空気に対して冷却効果が高いため、冷却機構を小型にできる
  • 水素は空気に比べて不活性なのでコイルが劣化しづらく、寿命が延びる
  • 密閉型であるため、ゴミが入らず騒音も抑えられる

水素冷却方式には間接冷却方式直接冷却方式があります。それぞれの特徴について説明します。

水素間接冷却方式

固定子コイルと回転子コイルが絶縁物を介して、間接的に冷却します。完全密閉型となっており、ガス冷却器を固定子内に内蔵しており、それで冷却します。

機内の冷却は回転子軸の両端にある軸流送風機のみで強制循環します。

水素直接冷却方式

容量が大きい発電機は、導体の中に空洞をつくり、その中に直接水素を循環させ冷却します。この方式を水素直接冷却方式といいます。

液体冷却方式

この方式は、冷却方式として、水素よりも冷却効果が高い水を用いる方法で、出力400MW以上の発電機に用いられます。

冷却媒体として水素が用いられる理由は、熱を奪う能力が空気の約50倍、水素の12倍で優れた冷却能力があるからです。

さいごに

発電機は冷却しないと、火災や故障の発生するため非常に危険なので冷却方式の選定は重要です。

また、電験にも出題されることがあるため、発電機の冷却方式は抑えておきましょう。

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