Нагрев и охлаждение трансформаторов - Киш Л.
Скачать (прямая ссылка):
Рис. 3-30. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции при потерях Р и бесконечно большом коэффициенте теплоотдачи со стороны воздуха.
При очень большой скорости воздуха, т. е. при очень большом коэффициенте теплоотдачи со стороны воздуха, масло успевает охладиться в самой верхней части радиатора (рис. 3-30). В таком предельном случае большая часть радиатора служит только в качестве маслопровода и для отвода тепла достаточна очень малая поверхность. Осевой перепад температуры масла в обмотке устанавливается самопроизвольно. Площадь петли давления станет такой, чтобы покрыть потери давления, возникающие при циркуляции масла.
Рис. 3-31. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции при потерях Р'^Р и бесконечно большом коэффициенте теплоотдачи со стороны воздуха.
Теперь целесообразно рассмотреть случай, когда наряду с увеличением коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха увеличиваются также потери таким образом, чтобы превышение средней температуры масла в радиаторе над температурой воздуха оставалось неизменным. С увеличением потерь увеличивается осевой перепад температуры масла в обмотке. С одной стороны, из-за этого возрастет площадь петли давления, а с другой - произойдет смещение центра нагрева вверх. Скорость циркуляции масла все же возрастет, и увеличение площади петли давления компенсирует возросшие потери давления в контуре циркуляции. Вязкость масла практически не изменится, поскольку средняя температура масла в радиаторе поддерживается неизменной. Увеличение потерь ограничивается существованием верхней теоретической границы. Если предположить, что коэффициент теплоотдачи со стороны воздуха равен бесконечности, то средняя температура масла в радиаторе будет равна сумме трех величин: температуры охлаждающего воздуха , перепада температуры по толщине стенки и перепада температуры между маслом и стенкой радиатора (см. рис. 3-31, а также 3-30). В этом случае, как и в предшествующем, радиатор тоже играет только роль маслопровода, поскольку при бесконечно большом коэффициенте теплоотдачи дли отвода тепла достаточно иметь очень малую поверхность у верхней части радиатора.
Здесь мы рассмотрели предельные случаи, возникающие при увеличении коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха. Из рис. 3-30 и 3-31 также видно, что площадь петли давления не может возрастать безгранично. Это означает, что скорость масла не увеличивается пропорционально интенсификации охлаждения со стороны воздуха и что достигнуть скорости масла, превышающей более чем в 2,5-3 раза скорость, возникающую при естественной циркуляции, нельзя при любом улучшении наружного охлаждения. Дальнейшее улучшение теплоотдачи снаружи не может увеличить отводимые потери, так как расход масла и его скорость стремятся к своим предельным значениям.
Рис. 3-32. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции и температуры обмотки при естественной и принудительной циркуляции воздуха.
Практически достаточно обеспечить увеличение коэффициента теплоотдачи радиатора со стороны воздуха настолько, чтобы его значение при переходе с естественной на принудительную циркуляцию воздуха возрастало в 2,3-3 раза (рис. 3-32).
Принудительная циркуляция масла
При принудительной циркуляции масла течение масла в радиаторах становится турбулентным. Коэффициент теплоотдачи со стороны масла возрастает, перепад температуры между маслом и стенкой уменьшается. Предположим, что со стороны масла и воздуха достигнуты бесконечно большие коэффициенты теплоотдачи. Тогда средняя температура масла в радиаторе будет равна сумме температуры охлаждающего воздуха и перепада температуры по толщине стенки (рис. 3-33).
Если принудительная циркуляция имеет место только в радиаторе, т. е. движение масла по обмотке происходит за счет гравитационных сил, то осевой перепад температуры масла в обмотке устанавливается самопроизвольно в зависимости от нагрузки, увеличиваясь при возрастании теплового потока и уменьшаясь при его снижении.
Рис. 3-33. Диаграмма распределения температуры масла в контуре циркуляции при бесконечно больших коэффициентах теплоотдачи со стороны масла и воздуха.
Прокачка масла с помощью насоса сопровождается уменьшением температур масла у входа в радиатор, поскольку горячее масло, выходящее из обмотки, перемешивается с более холодным маслом, выходящим m радиатора. Из соображений надежности поверхностную плотность теплового потока обмотки необходимо выбрать такой, какая допустима при естественной циркуляции, поскольку, как это уже отмечалось, осевой перепад температуры масла в обмотке устанавливается самопроизвольно в зависимости от размера нагрузки, т. е. поверхностной плотности теплового потока, и гидравлического сопротивления обмотки. Для радиаторной системы охлаждения принудительная циркуляция масла только в том случае является обоснованной, если по какой-либо причине нет возможности для подъема высоты центра охлаждения, т. е. увеличения площади петли давления. Принудительная циркуляция масла в сочетании с высоким коэффициентом теплоотдачи со стороны воздуха позволяет при неизменных потерях применить радиаторы меньшего габарита, чем без принудительной циркуляции масла.
