СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРА Российский патент 2009 года по МПК H01F27/12 

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.

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.

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.