نظام التبريد المعتمد للمولد الكهربائي الخطي

أي مغناطيس دائم (LG) يعمل بشكل صحيح تحت درجة حرارة منخفضة، ومع ارتفاع درجة الحرارة بسبب الخسائر الأساسية والنحاس؛ فإنه يتدهور أداء (LG) بشكل كبير، لذلك تم تركيب نظام تبريد لتقليل درجة حرارة (LG) بحيث لا تتدهور الخصائص المغناطيسية، كما يوصف نظام التبريد المقترح على النحو التالي.

التركيب الخاص بنظام التبريد الخاص بالمولد الكهربائي الخطي

يشتمل نظام التبريد الكامل لـ (LG) المقترح على مبرد ولوحة التحكم الكهربائي ومزيل للرطوبة وأنبوب ماء مبرد (SCWP) وأنبوب ماء مبرد عائد (RCWP) ووحدة إدارة الهواء (AMU) مع مزيل الرطوبة (DHF) كما هو موضح في الشكل التالي (1):

ولمراقبة وظائف نظام التبريد والتحكم فيها؛ فإنه يتم وضع ثلاثة أجهزة استشعار مختلفة في مواقع مختلفة، كما يتم وضع مستشعر واحد في (RCWP) لقياس درجة حرارة الماء المبرد، بحيث يراقب مستشعران آخران الرطوبة ودرجة حرارة (DDLG) المقترح، كما يتم إرسال البيانات من المستشعرات إلى لوحة التحكم التي تشغل مزيل الرطوبة، (AMU) والمبرد للحفاظ على الرطوبة ودرجة الحرارة.

كما أن المبرد هو عبارة عن جهاز كهروميكانيكي يمكنه تقليل درجة حرارة الماء بشكل ملحوظ، كذلك المكونات الأساسية لهذا الجهاز هي المبخر والمكثف الكهربائي والضاغط وصمام التمدد وصمام الملف اللولبي ولب المرشح كما هو موضح في الشكل التالي (2).

كذلك تحافظ لوحة التحكم على العملية برمتها وفقاً “لإشارة المستشعرات”، أيضاً وحدة التبريد مملوءة بمبرد (R410a)، وفي وضع الاستقرار؛ فإنه يتم الحفاظ على ضغط الشفط عند (80) رطل لكل بوصة مربعة، بينما في وضع التشغيل، كما يتم تقليل الضغط والحفاظ عليه عند (50-65) رطل لكل بوصة مربعة، وفي المقابل يتم الاحتفاظ بضغط التفريغ في وضع التشغيل عند حوالي (250) رطل لكل بوصة مربعة.

وبالنسبة الى الضغط في وضع الاستقرار هو نفسه لكل من ضغط الشفط والتفريغ، وبعد بدء تشغيل الضاغط يرتفع ضغط المبرد (R410a) من (80PSI-250PSI)، وبعد ذلك يتم تمريره إلى وحدة المكثف. وحدة المكثف مصنوعة من زعانف الألمنيوم ولفائف النحاس، وبحلول هذا الوقت ترتفع درجة حرارة أنبوب التفريغ إلى (70-80) درجة مئوية.

كذلك يقوم المبرد عند دخوله إلى وحدة التبريد بتحرير ضغطه ودرجة حرارته مما يغير حالته من غاز إلى سائل، وبعد ذلك يتحرك خلال قلب المرشح حيث يتم التحكم في التدفق بواسطة صمام الملف اللولبي، كما يتم تنظيم هذا الصمام بواسطة لوحة التحكم ويسلم المبرد إلى صمام التمدد، واعتماداً على إشارة مستشعر الصمام الذي يعمل بالغاز؛ فإنه يقوم المبرد مرة أخرى بتغيير حالته من سائل إلى بخار داخل غرفة صمام التمدد.

التشغيل الأساسي للمبرد جنباً إلى جنب مع مزيل الرطوبة لـ AMU

يوضح الشكل التالي (3) العلاقة بين (AMU) ومزيل الرطوبة، كما تُستخدم أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ لإنشاء شبكة بين ملفات التبريد لـ (AMU) ومبخر المبرد، وعلاوة على ذلك يتم وضع مضخة مياه مبردة بينهما، بحيث يتكون (AMU) الأساسي من ملف التبريد ومحرك مروحة الإمداد وصندوق الخلط ووحدة التصفية، كما يضمن خزان المياه الاحتياطي (BWT) إمدادات المياه غير المنقطعة.

وبمساعدة مضخة الماء المبرد؛ يتدفق الماء المبرد الناتج عن المبرد عبر (SCWP) و (RCWP)، بحيث يسمى الماء الذي يدخل في ملف التبريد بتزويد الماء المبرد والماء الذي يترك ملف التبريد يسمى الماء المبرد المرتجع، وأثناء تشغيل (AMU) يمر الهواء العائد من منطقة المولد الخطي عبر ملف التبريد بواسطة محرك مروحة الإمداد، وعندما يختلط الهواء بملف التبريد؛ تنخفض درجة حرارته، وأخيراً يتدفق هذا الهواء ذو درجة الحرارة المنخفضة حول (LG) المقترح لجعله بارداً.

ونظراً لأن الهواء يحتوي على الماء؛ فقد يكون السبب الرئيسي لتكوين الصدأ على النواة المغناطيسية لكل من المُعرف والجزء الثابت، ولهذا السبب؛ فإنه يمكن أن تتأثر النوى بالتآكل تدريجياً وستكون فعالية المولد ضعيفة، ولتجنب هذه المشكلة يتم فصل الماء عن الهواء بتطبيق مزيل الرطوبة، كما يوضح الشكل التالي (4) إجراء تشغيل مزيل الرطوبة.

المكونات المادية للمبرد الخاص بالمولد الكهربائي الخطي

تتكون المبرد من محرك تحريضي يعمل بالقرص ومروحة منفاخ وسخان كهربائي وقرص جل السيليكا، كما يتم تدوير القرص تدريجياً باستخدام محرك تحريضي، وعندما يمر الهواء العائد القادم من منطقة (LG) عبر القرص، بحيث يتم امتصاص الماء بواسطة مواد القرص، ثم يصل الهواء الجاف إلى صندوق الخلط في (AMU)، وفي الوقت نفسه يتشبع الجزء الممتص للماء من القرص تقريباً.

ولإعادة تنشيط القرص التحريضي للمحرك يتطلب الهواء الساخن (بواسطة السخان) المرور عبر جزء مشبع، وعندما تبدأ مروحة النفخ؛ يتدفق الهواء الطبيعي عبر المدفأة ويتم تسخينه، وعلاوة على ذلك يمر الهواء الساخن عبر المنطقة المشبعة بالقرص ويمتص الماء، وأخيراً يتم استنفاد الهواء في الغلاف الجوي، يتم تنفيذ هذا الإجراء أيضاً بشكل مستمر، كما يتم توفير الهواء المستخدم من الماء إلى صندوق الخلط في (AMU)، والذي يقوم بتوصيل الهواء المعالج إلى المنطقة المحيطة بالمولد الخطي من خلال مبدأ عمله المعتاد.

نتائج المحاكاة الخاصة بنمذجة مبرد المولد الكهربائي الخطي

في البداية تم تصميم (DDLG) بنظام مدمج بمساعدة الكمبيوتر في (ANSYS / Maxwell)، كما يشتمل التصميم على معيار [PM (N30H NdFeB)] ونواة مغناطيسية تقليدية وسلك نحاسي (X-4) ومقاومة حمل بمقدار (4) درجات، كذلك معدل الطاقة لـ (DDLG) هو (700-kW) لسرعة (1m / s) للمُعرف، وعلاوة على ذلك يتم تحليل نفس التصميم للأسلاك النحاسية ذات الأحجام المقطعية المختلفة مثل (X-5 ،X-3 ،X-2).

وللحصول على نتيجة أفضل؛ فإنه يتم اختيار إعداد الشبكة الكهربائية الدقيقة كما هو موضح في الشكل التالي (5) بينما يتم إجراء تحليل العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد، كما يتم تمثيل كل عنصر رياضياً بواسطة رباعي السطوح، بحيث توجد معظم العناصر حول وجوه العمود، وعلاوة على ذلك بمساعدة تحليل العناصر المحدودة، بحيث يتم تحليل الخواص الكهربائية والمغناطيسية.

كما يوضح الشكل التالي (6) أشكال موجة الجهد لأحجام مختلفة من الموصلات، كذلك قيمة جذر متوسط التربيع للجهد الكهربائي هي (0.84) كيلو فولت، (1.23) كيلو فولت، (1.36) كيلو فولت، (1.37) كيلو فولت لكل من (X-5)، (X-4)، (X-3)، (X-2) على التوالي، كما لوحظ الحد الأقصى للجهد عند طرف الخرج لأنحف سلك، أيضاً يوضح الشكل التالي (7) الأشكال الموجية الحالية لـ (DDLG) ذات أحجام مختلفة من الموصلات النحاسية.

وأخيراً تم اقتراح نظام تبريد ومناقشته جنباً إلى جنب مع تحسين اللف، ومن خلال تحليل التكلفة؛ وجد أيضاً أن (DDLG) المقترح يقلل بشكل كبير من تكلفة المواد لكل وحدة توليد الطاقة (kW)، كما تم العثور على إجمالي الخسارة الأساسية بنسبة (0.6 ٪) فقط من أقصى طاقة حمل لها، كذلك تمت زيادة كثافة الطاقة الكهربائية الحجمية لـ (DDLG) المحسن بنسبة (41.89٪)، أيضاًَ من المتوقع أن طريقة تحسين اللف المقترحة يمكن استخدامها في تصميم مولدات كهربائية خطية أخرى لتحسين أدائها.