Индукционный аппарат с направленной циркуляцией охлаждающей среды Советский патент 1983 года по МПК H01F27/10 

Изобретение относится к электротехнике и энергетике, в частности к индукционным аппаратам, содержащим охлаждаюи ую систему с радиаторами. Известна конструкция индукционного аппарата с направленной циркуляцией охлаждающей среды, содержащая бак с жидкой охлаждающей диэлектрической средой, активную часть с охлаждающими каналами, установленную в баке, перегородку, внутри бака, разделяюи1ую его на верхнюю и напорну нижнюю камеры и имеюи ую в зоне актив ной части отверстия, совпадающие с охлаждающими каналами активной части, радиатор с верхним, присоединенным к верхней камере бака, и нижним коллекторами, приводной насос с заборяым, присоединенным к нижнему кол лектору радиатора, и нагнетательному патрубками сопло с напорным патрубком, присоединенным к нагнетательному патрубку приводного насоса, кожух окружаюиий сопло, с всасывающим, при соединенным к нижнему коллектору радиатора, и выходным, присоединенным к напорной нижней.камере бака, патрубками, причем аппарат снабжен трубопроводом, соединенным с нижним кол лектором радиатора и верхней камерой бака С Однако такая конструкция не позво ляет установить известным способом защиту от попадания в обмотки возможных загрязнений из радиаторов, по скольку загрязнения из них могут засасываться вместе с маслом в напорную нижнюю камеру бака и далее попадать в обмотки, снижая электрическую проч ность аппарата. Установка маслоочистительного фильтра между нагнетательным патрубком приводного насоса и напорным патрубком сопла не уст раняет этот недостаток, так как значительная часть потока масла из ради атора поступает в напорную нижнюю камеру бака через всасывающий патрубок кожуха, окружающего сопло.Кроме того, конструкция не обеспечивает до стижения максимальной эффективности охлаждения как из-за того, что значи тельная часть Потока масла, циркулирующего в наружной системе охлаждени не проходит через охлаждающие трубы радиатора,так и из-за наличия большого числа переходных гидравлических элементов с относительно большим гидравлическим сопротивлением, снижающим ко эффициент инжекции соплового устрой3 2Ства. Увеличение расхода масла через радиатор может достигаться уменьшением проходного сечения трубопровода, соединенного с нижним коллектором радиатора и верхней камерой бака, однако это приводит к дальнейшему снижению коэффициента инжекции соплового устройства и эффективности внутреннего охлаждения. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является также индукционный аппарат, содержащий бак с жидкой охлаждающей средой, активную часть с охлаждающими каналами, установленную в баке, перегородку внутри бака, разделяющую его на верхнюю и напорную нижнюю камеры и имеющую в зоне активной части отверстия, совпадающие с охлаждающими каналами активной части, радиатор с верхним, присоединенным к верхней камере бака, и нижним коллекторами, приводной насос с заборным и нагнетательным патрубками, сопло с напорным патрубком, пpиcoeдинeнны l к нагнетательному патрубку приводного насоса, кожух, окружаюи1ий сопло, с всасываюи{им и выходным присоединенным к напорной нижней камере бака, патрубками Г23. Известная конструкция аппарата характеризуется тем, что не позволяет установить известным способом защиту от попадания в обмотки возможных загрязнений из радиаторов, поскольку загрязнения из радиаторов могут засасываться вместе с маслом в напорную нижнюю камеру бака и дале;е попадать в обмотки, снижая электрическую прочность аппарата. Установка маслоочистительного фильтра между нагнетательным патрубком приводного насоса и напорным патрубком сопла не устраняет этот недостаток, так как значительная часть потока масла из радиатора поступает в напорную нижнюю камеру бака через всасывающий патрубок кожуха, окружающего сопло. Установка фильтра после выходного патрубка или перед всасывающим патрубком кожуха недопустим, так как при этом сопло- вое устройство не выполняет свои две основные функции: увеличивать расход масла в системе ср лаждения при принудительной циркуляции масла и пропускать себя масло при отключении приводного насоса в режиме естественной циркуляции масла. Недостаток этой онструкции состоит также в том, что; з-за одноконтурной схемы циркуляции масла в наружной системе охлажде ния суммарный расход масла через радиаторы равен суммарному расходу масла через активную часть, что противоречит требованиям, определяемым термогидравлическими характеристиками активной части и радиаторов. Кроме того, одноконтурная схема циркуляции масла в наружной системе охлаждения не позволяет получить оптимальные конструкцию и характеристики струйного насоса и,максимальную эффективности охлаждения,.

Цель изобретения - повышение на дежности аппарата и. увеличение его мощностии нагрузочной способности путем повышения эффективности охлаждения.

Для достижения поставленной цели индукционный аппарат, содержащий бак. со стенками, заполненный жидкой охлаждающей диэлектрической средой и снабженный отверстием в стенке, ак-. тивную часть с охлаждающими каналами, установленную в баке, напорную камеру внутри бака, соединенную с одной стороны с отверстием в стенке бака, а с другой стороны - с охлаждающими каналами активной части, пре- имущественно с каналами обмоток и маг нитопровода, радиатор с верхним при- соединенным к баку и нижним коллекторами , приводной насос с заборным и нагнетательным патрубками, струйный насос с напорным патрубком сопла, присоединенным к нагнетательному патрубку приводного насоса, b выходным патрубком, присоединенным к отверстию в стенке бака, и с всасывающим патрубком, снабжен маслоочистительным фильтром и дополнительным сборным коллектором, расположенным вне радиатора и выполненным в видё замкнутого коррба, снабженного гидравлическим присоединением к баку и от верстиями, к которым присоединены нижний коллектор радиатора, заборный патрубок приводного насоса и всасывающий патрубок струйного насоса, . а маслоочистительный фильтр установлен в контуре циркуляции масла между нижним коллектором радиатора и напорным патрубком струйного насоса,

Причем одна из стенок дополнительного сборного коллектора может быть совмещена со стенкой бака.Сборный коллектор размещен внутри .бака.

Маслоочистительный фильтр установлен между нагнетательным патрубком приводного насоса и напорным патрубком струйного насоса.

Кроме того, маслоочистительный фильтр может быть установлен внутри дополнительного сборного коллектора на участке между отверстиями, к которым присоединены нижний коллектор радиатора и заборный патрубок приводного насоса.

На фиг. 1 изображено внутреннее устройство предлагаемого индукционного аппарата; на фиг. 2 - наружное устройство индукционного аппарата с маслоочистительным фильтром, установленным между нагнетательным патрубком приводного насоса и напорным патрубком струйного насоса; на фиг.З сечение А-А на фиг. 2; на фиг, k сечение Ь-Б на фиг. 2; на фиг. 5 сечение В-В по фиг, 2; на фиг.. 6 вариант исполнения аппарата, по фиг. 1-5; на фиг. 7 вариант испол нения аппарата по фиг. 1-6.

Индукционный аппарат с направленной циркуляцией охлаждающей среды, например трансформатор (фиг. ) содержит бак 1 со стенками, заполненный жидкой охлаждающей диэлектрической средой 2 и снабженный отверстием 3 в стенке, активную часть k с охлаждающими каналами 5, установленную в баке 1, напорную камеру 6 внугсри бака 1, соединенную с однойстороны с отверстием 3 в стенке бака 1, а с другой стороны - с охлаждаюи4ими каналами 5 активной части Л, радиатор 7 с верхним 8, присоединенным к баку 1, и нижним Э коллекторами, приводной насос 10 с заборным 11 и нагнетательным 12 патрубками, струйный насос 13 с напорным патрубком I.сопла, присоединенным к нагнетательному патрубку 12 приводного насоса 10, с выходным патрубком 15 присоединенным к отверстию 3 в стенке бака 1, и с всасывающим патрубком 16, причем аппарат снабжен маслоочистительным фильтром 17 и дополнительным сборным коллектором 18, расположенным вне радиатора 7 и выполненным в виде замкнутого короба, снабженного гидравлическим присоединением 19 к баку и отверстиями 20, к которым присоединены нижний коллектор 9 радиатора 7, заборны патрубок 11 приводного насоса 10, и всасывающий патрубок 16 струйного насоса 13. Маслоочистительный фильтр установлен в контуре циркуляции масла между нижним коллектором 9 радиатора 7 и напорным патрубком 14 сопла струйного насоса 13 Для уменьшения габаритов аппарата и трудоемкости из готовления одна стенка дополнительно го сборного коллектора 18 может быть совмещена со стенкой бака 1 фиг.6), причем дополнительный сборный коллектор 18 может быть размещен внутри бака 1 (фиг. 7). Маслоочистительный фильтр 17 може быть установлен также между нагнетательным патрубком 12 приводного насо са 10 и напорным патрубком 14 сопла струйного насоса 13 (фиг. . ). При пр менении маслоочистительного фильтра 1 с небольшим гидравлическим сопротивлением, не препятствующим естественной циркуляции масла, он может быть установлен внутри допрлнительного сборного коллектора 18 на участке между отверстиями 20, к которым присоединены нижний коллектор 9 радиато ра 7 и заборный патрубок 11 приводного насоса .lO Устройство работает следующим образом (на примере масляного трансформатора, фиг. 1 -5 ) |риводной насос 10 забирает масло ИЗ дополнительного сборного коллектора 18 и радиатора 7 и нагнетает его через Маслоочистительный фильтр 17 под давлением в напорный патрубок 14 сопла струйного насоса 13 и далее в его выходной патрубок 15. За счет инжектирующего действия струи масла, выходящей с большой скоростью из сопла, через всасывающий патрубок 16 струйного насоса 13 подсасывается ДОполнительное количество масла из бака 1, которое поступает в гидравлическое присоединение 19, дополнительный сборный коллектор 18 и далее в вы ходной патрубок 15 струйного насоса 13. Все суммарное количество масла, поступающего в выходной патрубок 15, направляется через отверстие в баке 1 в напорную камеру 6 и далее в охлаждающие каналы 5 активной части 4о Отличительной особенностью предлагаемой конструкции индукционного ап парата является взаимное расположение на дополнительном сборном коллекторе 18 гидравлического присоединения 19

и отверстий 20, к которым присоединены всасывающий патрубок 1б струйного насоса 13 заборный патрубок 11 привнутреннего охлаждения, необходимое соотношение расходов масла в активной части и радиаторах, соответствуюи1ее водного насоса 10, и нижний коллектор 9 радиатора 7. Наибольший коэффициент инжекции.струйного насоса 13, и, следовательно, наибольшая эффективность внутреннего охлаждения аппарата достигается, когда поток масла, поступающий во всасывающий патрубок 16 , встречает на своем пути минимально возможное гидравлическое сопротивление, т„е. когда отверстие 20 для всасывающего па-трубка 16 расположено прямо напротив гидравлического присоединения 19, (фиг.. 2 и 5 ). Для того, чтобы весь поток масла, выходящий из радиатора 7 в сборный коллектор 18, проходил через маслоочистительный фильтр 17,должны быть выполнены два условия; во-первых, отверстие 20 для всасывающего патрубка 16 и гидравлическое присоединение 19 должны территориально находиться в одной зоне сборного коллектора 18, а отверстия 20 для заборного патрубка 11 и нижнего коллектора 9 должны располагаться по одну сторону от этой зоны (фиг. 2), во-вторых, гидравлическое сопротивление гидравлического присоединения 19 и параметры струйного насоса 13 при данном приводном насосе 10 должны быть выбраны так, чтобы на уч.астке сборного коллектора 18, находящегося между отверстиями 20 для присоединения всасывающий патрубок 16, и заборного патрубка 11, поток масла при включенном приводном насосе 10 был равен нулю или же направлен в сторону заборного патрубка 11. Зти условия относятся и к случаю, когда к сборному коллектору 18 присоединено несколько радиаторов 7. Аналогичным образом работает аппарат и при установке маслоочистительного фильтра 17 внутри сборного коллектора 18. Таким образом, предлагаемая конструкция индукционного аппарата, основанная на применении простой двухконтурной схемы принудительной циркуляции масла в наружной системе охлаждения, обеспечивающей минимальные потери давления и минимальную мощность приводного насоса, позволяет одновременно получить высокую надежность аппарата, максимальный коэффициент инжекции струйного насоса и, следовательно, максимальную эффективность их термогидравлическим характеристикам, а также оптимальные для каждой конструкции радиаторов расходы масла .в них и, следовательно, максимальную эффективность наружного охлаждения. В результате высокой эффективное ти внутреннего и наружного охлаждения достигается значительное повышение мощности и нагрузочной способности аппарата. Данная конструкция обеспечивает также автомати.ческое управление работой системы охлаждения аппарата, т.е, перевод с режима принудительной циркуляции масла на режим естественной циркуляции масла и обратно путем простого отключения и включения приводного насоса 11. При этом в режиме естественной циркуляции масло, выходя из нижнего коллектора 9 радиатора 7, двигается по двум путям - чере гидравлическое присоединение 19 в бак 1, и через всасывающий 16 и выходной 15 патрубки струйного насоса 13 в напорную камеру 6 бака 1. Ги равлическое присоединение 19, создавая дополнительное соединение нижнего коллектора 9 радиатора 7 с баком с одной стороны, за счет уменьшения гидравлического сопротивления потоку масла, выходящему из радиатора, обес печивает более высокую скорость двиения масла под действием гравитацинных сил и, следовательно, увеличеие коэффициента теплопередачи радиаора в этом режиме, а с другой стороны, улучшает охлаждение масла,находящегося в баке 1 над напорной камерой 6 между наружной обмоткой и стенкой бака. Одним из вариантов данной конструкции является выполнение .индукционного аппарата с группой радиаторов, нижние коллекторы которых присоединены к дополнительному сборному коллектору. Кроме того, индукционный аппарат может содержать группу струйных насосов и группу приводных насосов. Применение данной конструкции,например, для понижающих сетевых трансформаторов, позволит увеличить их .мощность и нагрузочную способность и соответственно их среднюю загрузку на 20-3)% при увеличении стоимости трансформаторов на 2-3% при сохранении их уровня надежности. Годовой экономический эффект от максимального использования предлагаемого аппарата в трансформаторах ПО кВ составит 3 млн.руб. по приведенным затратам с соответствуюидей экономией меди, электротехнической и конструкционной стали. /

1« ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ С НАПРАВЛЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ СРЕДЫ, например трансформатор, со- , держащий бак со стенками, заполненный жидкой охлаждающей диэлектрической средой и снабженный отверстием в стенке, активную часть с бхлаждающй-. ми каналами, установленную в баке, напорную, камеру внутри бака, сйединенную с одной стороны с отверстием в стенке бака, а с другой стороны с охлаждающимиканалами активной части, преимущественно с каналами обмОток и магнитопровода, радиатор с Верхним присоединенным к баку и нижним коллекторами, приводной насос с заг борным и нагнетательным патрубками,/ струйный насос с-напорным патрубком сопла, присоединенным к нагнетательному патрубку приводного насоса, с выходным патрубком, присоединенным к отверстию в стенке бака, и о всасывающим -патрубком, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения мощности и нагрузочной способности путем повышения эффективности охлаждения, аппарат снабжен маслоочистительным фильтром и дополнительным сборным коллектором, расположенным вне радиатора и выполненным в виде замкнутого короба , снабженного гидравлическим присоединением к баку и отверстиями, к которым присоединены нижний коллектор радиатора, заборный патрубок приводного насоса и всасывающий патi рубок струйного насоса, а маслоочиссл тительный фильтр установлен в контуре циркуляции масла между нижним коллектором радиатора и ;напорным патрубком струйного насоса. 2.Аппарат по По 1, о. т л и ч а ющ и и с я тем,, что дополнительный сборный коллектор установлен на стен-, ке бака. 3.Аппарат по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополниел тельный сборный ко.ллектор размещен оо внутри бака. 4.Аппарат по пПо 1-3, о т л ичающийся тем, что маслоочистительный фильтр установлен между нагнетательным патрубком приводного насоса и напорным патрубком струйного насоса.

/7

f9

/

Iff

tStSSSSi

L

иг.Ъ б-ff

-/ г

Ф1/г.4

fff