Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Отсюда
(2-20а)
После подстановки числа получим:
(2-20б)
Подставим в это уравнение значения физических характеристик масла при
После вычислений и преобразований получим:
(2-20в)
Пример 2-6. Пусть Тогда
Таким образом, по найденной формуле (2-20в) с достаточно хорошей точностью получено исходное опытное значение (табл. 2-3, опыт 12).
Коэффициент теплоотдачи и превышение температуры вертикальной поверхности в бесконечном полупространстве.
Коэффициент теплоотдачи и в этом случае может быть найден из уравнения (2-9):
Коэффициент С и показатель степени n в этом уравнении зависят от . В практических случаях значения произведения GrPr находятся в пределах от до . В этой области С = 0,54 и n = 0,25.
Коэффициент теплоотдачи:
(2-21)
Введем параметр
(2-21а)
С учетом этого коэффициент теплоотдачи
, (2-21б)
Определим значение A для масла при .
При приведенных выше значениях физических характеристик масла при получаем, что
Тогда коэффициент теплоотдачи
(2-21в)
где перепад температуры между поверхностью и маслом, ; h - линейный размер нагретой поверхности площадью F в направлении циркуляции масла, м.
Если выразить перепад температуры через поверхностную плотность теплового потока q и коэффициент теплоотдачи , то получим:
(2-22)
Отсюда
(2-22а)
В качестве линейного размера h выберем высоту катушки и предположим, что . Подставим этот размер в формулу (2-22а). Тогда
(2-22б)
Коэффициент теплоотдачи в зависимости от поверхностной плотности теплового потока определяется по формуле
(2-23)
Формулы для расчета превышения температуры при различных конструкциях обмотки
Приведенные выше результаты тепловых исследований моделей показали, что циркуляция масла в вертикальных каналах носит пограничный характер и подобна свободной циркуляции у нагретой вертикальной поверхности, находящейся в бесконечном полупространстве. Было показано и то, что если радиальный размер вертикального капала с односторонним подогревом больше толщины самопроизвольно устанавливающегося пограничного слоя, что в практических случаях по технологическим причинам всегда имеет место, то при любом дальнейшем увеличении радиального размера капала скорость циркуляции масла не изменится и будет такой же, как и при циркуляции в неограниченном полупространстве. Это явление объясняется характером изменения кривой распределения скорости. Было показано и то, что при радиальном размере вертикального канала, равном толщине пограничного слоя, снижение скорости не возникает и для канала с двусторонним подогревом.
Обмотки мощного трансформатора имеют два вертикальных канала с односторонним подогревом и по меньшей мере один несимметрично Расположенный вертикальный канал с двусторонним подогревом (рис. 2-28).
(В практике отечественного трапсформатопостроения в мощных трансформаторах применяются обмотки с радиальным размером более 50 мм, которые имеют только два вертикальных охлаждающих канала, расположенных со стороны внутреннего и наружного диаметров обмотки. (Прим. ред.))
Несимметричное расположение вертикальных каналов делает движение масла в горизонтальных каналах определенным, т. е. имеющим определенное направление.
Если в обмотке с радиальным размером до 50 мм имеются только два вертикальных канала с односторонним подогревом и высота горизонтальных каналов меньше 8% радиального размера обмотки, то в горизонтальных каналах не будет возникать имеющая определенное направление циркуляция масла; поток масла, движущийся в вертикальных каналах, не поворачивает в горизонтальные каналы. В этом случае потерн от верхней и нижней обогреваемых поверхностей, ограничивающих горизонтальный канал, отводятся путем турбулентной теплопроводности. Хотя коэффициент турбулентной теплопроводности больше, чем теплопроводность масла, находящегося в покое, передача тепла в вертикальные каналы таким образом происходит при большом перепаде температур. В трансформаторах большом мощности такая конструкция обмотки и размеры каналов, при которых, горизонтальных каналах не возникает определенная циркуляция в радиальном направлении, не применяются.
Можно сказать в качестве правила, что для мощных трансформаторов внутренняя система охлаждения должна быть так сконструирована, чтобы во всех каналах циркуляция масла носила пограничный характер и чтобы в горизонтальных каналах скорость масла в радиальном направлении достигала определенного значения.
При заданной температуре пограничного слоя перепад температуры между поверхностью обмотки и маслом для всех изображенных на рис. 2-29 конструкций обмоток может быть определен по формуле
(2-24)
где коэффициент B имеет размерность, зависящую от показателя степени n.
Для поверхности, обращенной к свободному полупространству, перепад температуры определяется по формуле (2-22б).
Для катушечной обмотки, одна поверхность которой обращена к свободному полупространству, перепад температуры определяется по формуле (2-20в), в которой значения В и n определены по результатам эксперимента.
На рис. 2-29/a-e показаны сечения регулировочных обмоток различной конструкции. Самый большой коэффициент теплоотдачи имеет, как это следует из вышеизложенного, поверхность обмотки с сечением по
