Система охлаждения трансформатора
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для охлаждения трансформаторов. Технический результат состоит в повышении эффективности охлаждения масла в баке трансформатора, уменьшении массы и габаритов. Система охлаждения содержит теплообменники, металлический бак с маслом, в котором размещены магнитопроводы и обмотки с отводами. Металлический бак выполнен расширенным в нижней части с образованием по периметру бака горизонтальной площадки над дном, в которой выполнены отверстия и закреплены равномерно по периметру бака теплообменники в виде цилиндрических тепловых труб с зонами нагрева и охлаждения. Расстояние от дна бака до горизонтальной площадки H1 связано с высотой бака Н соотношением H1/H=0,25-0,35; ширина горизонтальной площадки B1 связана с шириной бака В соотношением B1/B=0,1-0,15; диаметр цилиндрических тепловых труб Д связан с шириной горизонтальной площадки B1 соотношением Д/В1=0,6-0,8. В зоне охлаждения тепловых труб выполнено оребрение. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к теплотехнике, в частности к теплообменникам для охлаждения трансформаторов.
Известны конструкции теплообменников на тепловых трубах [1. Васильев Л.Л., Киселев В.Г., Матвеев Ю.Н., Молодкин Ф.Ф. Теплообменники-утилизаторы на тепловых трубах. Мн.: Наука и техника, 1987. 200 с.].
Недостаток известных конструкций теплообменников [1] заключается в необходимости новых конструкторских решений, их применения для охлаждения трансформатора.
Известна конструкция трансформатора с естественным масляным охлаждением в баке с трубчатыми теплообменниками с прямыми трубами [2. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Е.А.Аметистов, В.А.Григорьев, Б.Т.Емцев и др. М.: Энергоиздат, 1982, 512 с. См. с.267 и 275], принятая заявителем за прототип.
Недостаток известной конструкции трансформатора заключается в его сравнительно больших габаритах и массе по причине низкой тепловой эффективности трубчатых теплообменников с прямыми трубами. Естественная циркуляция масла внутри труб теплообменников приводит к низким значениям коэффициента теплоотдачи, равного 200-300 Вт(м2·К) [2. См. с.282] и, как результат, необходимости увеличения площади поверхности труб в теплообменниках и их количества.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемой системы охлаждения, заключается в:
- повышении эффективности охлаждения масла в баке трансформатора;
- уменьшении массы и габаритов трансформатора;
- уменьшении затрат времени на обслуживание и ремонт трансформатора.
Заявляемая система характеризуется следующими существенными признаками.
Ограничительные признаки: магнитопровод и обмотка; металлический бак, заполненный маслом, с крышкой и дном; теплообменники.
Отличительные признаки: металлический бак выполнен расширенным в нижней части с образованием по периметру бака горизонтальной площадки над дном; отверстия в горизонтальной площадке; цилиндрические вертикальные тепловые трубы с зонами нагрева и охлаждения, закрепленные в отверстиях горизонтальной площадки равномерно по периметру бака.
Кроме того, расстояние от днища бака до горизонтальной площадки H1 связано с высотой бака Н соотношением H1/H=0,25-0,35. Ширина горизонтальной площадки B1 связана с шириной бака В соотношением B1/B=0,1-0,15. Диаметр цилиндрических вертикальных тепловых труб Д связан с шириной горизонтальной площадки B1 соотношением Д/В1=0,6-0,8, в зоне охлаждения тепловых труб, расположенных снаружи бака, выполнено оребрение.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемой системы охлаждения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.
Выполнение металлического бака расширенным в нижней части с образованием по периметру бака горизонтальной площадки над дном позволяет разместить в ней теплообменники.
Выполнение в горизонтальной площадке отверстий позволяет закрепить в них теплообменники.
Закрепление в отверстиях горизонтальной площадки равномерно по периметру бака теплообменников в виде цилиндрических вертикальных тепловых труб с зонами нагрева и охлаждения позволяет высокоэффективно отводить от нагретого масла тепло, выделяемое в работающем трансформаторе в обмотках и магнитопроводе.
Уменьшение соотношения H1/H<0,25 (где H1 - расстояние от днища бака до горизонтальной площадки, Н - высота бака) приводит к нецелесообразному уменьшению длины зоны нагрева цилиндрических тепловых труб, находящейся в масле, и, как результат, уменьшению количества отводимого от масла тепла.
Увеличение соотношения H1/H>0,35 приводит к нецелесообразному уменьшению длины зоны охлаждения цилиндрических тепловых труб, находящейся снаружи бака на воздухе. В результате уменьшается количество тепла, отводимого воздухом от нагретых цилиндрических тепловых труб.
Уменьшение соотношения B1/B<0,1 (где В1 - ширина горизонтальной площадки, В - ширина бака) приводит к нецелесообразному уменьшению диаметра цилиндрических тепловых труб, закрепленных на горизонтальной площадке, и, как результат, уменьшению поверхности зоны нагрева тепловых труб. Нецелесообразное уменьшение поверхности зоны нагрева тепловых труб приводит к уменьшению количества тепла, отводимого от масла.
Увеличение соотношения B1/B>0,15 приводит к нецелесообразному увеличению габаритов трансформатора.
Уменьшение соотношения ДВ1<0,6 (где Д - диаметр цилиндрических тепловых труб, В1 - ширина горизонтальной площадки) приводит к нецелесообразному увеличению габаритов трансформатора и массы конструкции.
Увеличение соотношения Д/B1>0,8 затрудняет размещение и закрепление цилиндрических тепловых труб на горизонтальной площадке.
Выполнение в зоне охлаждения тепловых труб, расположенной снаружи бака, оребрения позволяет увеличить поверхность охлаждения тепловых труб и количество отводимого от масла тепла.
На фиг.1 приведено вертикальное сечение системы охлаждения трансформатора, на фиг.2 - вид системы охлаждения сверху.
Заявляемая система охлаждения трансформатора состоит из магнитопровода 1 с обмотками 2 и 3 из отводов 4 и 5, металлического бака 6 с маслом 7 и крышкой 8, теплообменников в виде цилиндрических тепловых труб 9 с зонами нагрева 10 и зоной охлаждения 11, оребрения 12, термометра 13, пробки 14 для заливки масла, маслоуказателя 15. В металлическом баке 6 по периметру выполнена горизонтальная площадка 16 с отверстиями 17, в которых закреплены тепловые трубы 9.
Предварительно в бак с крышкой 8 через пробку 14 заливается масло 7, уровень заливки которого контролируется по маслоуказателю 15. После подвода напряжения к обмотке 2 через отводы 4 в обмотке 3 потечет ток, который потечет к потребителю через отводы 5. При прохождении магнитного потока через магнитопровод 1 и токов в обмотках 2 и 3 возникают потери, которые приводят к нагреву магнитопровода 1 и обмоток 2, 3. Масло 7, контактирующее с обмотками 2, 3 и магнитопроводом 1, также нагревается. Температура нагрева масла 7 контролируется по показанию термометра 13. Тепло, идущее на нагрев зон нагрева 10 цилиндрических тепловых труб 9, высокоэффективно передается в зоны охлаждения 11 и через оребрения 12 сбрасывается в окружающую среду.
1. Система охлаждения трансформатора, содержащего магнитопровод и обмотки с отводами, включающая металлический бак с крышкой и дном, заполняемый маслом, теплообменники, отличающаяся тем, что металлический бак выполнен расширенным в нижней части с образованием по периметру бака над дном горизонтальной площадки с отверстиями, в которых закреплены равномерно по периметру бака теплообменники, выполненные в виде цилиндрических вертикальных тепловых труб с зонами нагрева и охлаждения.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что расстояние от дна бака до горизонтальной площадки «H1» связано с высотой бака «Н» соотношением H1/H-0,25-0,35.
3. Система по п.1, отличающая тем, что ширина горизонтальной площадки «B1» связана с шириной бака «В» соотношением B1/B=0,1-0,15.
4. Система по п.1, отличающая тем, что диаметр цилиндрических вертикальных тепловых труб «Д» связан с шириной горизонтальной площадки «B1» соотношением Д/В1=0,6-0,8.
5. Система по п.1, отличающая тем, что в зоне охлаждения тепловых труб, расположенных снаружи бака, выполнено оребрение.
