Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Тепловой расчет трансформатора и выявление зависимости изменения температуры трансформаторного масла от температуры воздуха при номинальном режиме.

Оглавление

Введение

Тепловой расчет трансформатора при постоянной температуре воздуха и выявление зависимости изменения температуры масла от коэффициента загрузки.

 

Расчет будем вести при температуре воздуха равной 30 0С, так как при этой температуре трансформатор работает в более тяжелых условиях. Пример расчета покажем на КЗ=1,2 расчет остальных коэффициентов загрузки аналогичный и будем их сводить в результирующие таблицы.

2.2 Суммарный поток тепловой энергии рассчитывается по формуле (1.1), Вт. Коэффициенты загрузки КЗ=1,0; 1,2; 1.3.

Q0 ∆PТР= ∆РХХ+∆РКЗ·КЗ2

Коэффициент загрузки КЗ=1,2:

∆PТР=250+850·1,22=1474 Вт

2.3 Определяем среднее превышение температура масла над стенки бака по формуле (1,2),

0С

 

2.4 Определяем среднее температура над воздухом по формуле (1,3)

 

0С

2.5 Определим превышение температуры масла над температурой воздуха по формуле (1,4)

Принимаем =1.

(41.7+7.36)=41.7 0С

 

2.6 Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака, Вт:

2.7 Коэффициент теплопередачи К можно рассчитать как для плоской стенки ,

– коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней стенке бака, рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении масла,

– коэффициент теплоотдачи от наружной стенки поверхности бака к воздуху рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении воздуха,

Для определения воспользуемся критериями Грасгофа, Прандтля и Нуссельта.

Физические параметры воздуха принимаем из приложения 3 [1] по температуре воздуха, а для трансформаторного масла из приложения 4 [1] по средней температуре масла.

Определяем температура масла приближенную

tм=tв+ =30+49=79 0С Таблица 8

Кз2 tм, 0С λ, 06 (м2/с) Prм
1,2 0,10568 3.748 60.5

 

Вычисляем критерий Грасгофа по формуле (1,7)

=g H3 Pr/T

Тм=273+tм=273+79=352 К

3 60.5/352 (3.748 10-6)2=0.611 1012

По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака по формуле (1,8)

c=0,15 n=0,33

Nu=c(GrPr)n=0,15 (0.611 1012)0,33=1162.7

Определяем коэффициент теплоотдача от масла к стенки по формуле (1,8) ВН, Вт/м2∙К

ВН = Nu∙l/Н

ВН=1162.7∙0,10568/0.885=138.8 Вт/м2∙К таблица 9

Кз,2 tм, 0С GrPr Nu ВН, Вт/м2∙К
1,2 0.611∙1012 1162.7 138.8

 

Определяем коэффициент теплоотдача от стенки к воздуху Н, ВТ/м2∙К

При температура воздуха берем максимально tв=30 0С

Таблица 10

tв, 0С λ∙102, 06 (м2/с) Pr
2,67 0,701

 

Т2=273+30=303 К

Вычисляем критерий Грасгофа по формуле (1,7)

=g H3 Pr/T

GrPr=9,8 41.7 0.8853 0,701/303 (16 10-6)2=2.5 109

По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака по формуле (1,8)

c=0,15 n=0,33

Nu=c(GrPr)n=0,15 (2.5 109)0,33=189.4

Определяем коэффициент теплоотдача от стенки к воздуху по формуле (1,9) Н, ВТ/м2∙К

Н = Nu∙l/Н

Н = 189.4 2,67 10-2/0.885=5.71 Вт/м2 К Таблица 11

Кз tв, 0С GrPr Nu Н, ВТ/м2∙К  
1,2 2.5 109 189.4 5.71

 

Рассчитываем коэффициент теплопередача К можно рассчитать как для плоской стенки по формуле (1,5) ,

К= 5.481Вт/м2

Определяем поток теплоты передаваемый маслом воздуху через стенки бака по формуле (1,4) QкВт:

Qк=5.481 2.626 49.06=706.12 Вт

Определяем температура наружной поверхности бака по формуле (2,0), 0С:

Где - температура воздух, 0С

tс=30+706.12/2.626 5.71=77 0С

 

 

Уточняем температура масла внутри по формуле (2,1), 0С:

Где - температура внутренней поверхности бака.

tм=77+706.12/2.626 138.8=78.9 0С

Определяем поток теплоты, излучаемый с поверхности бака по формуле (2,2) , Вт:

,

где с0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, с0 = 5,67 Вт/(м2×К4);
e — степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять e » 0,8;
FЛ — поверхность излучения, м2, для гладкого бака — по формуле (1.3), а для бака с охлаждающими трубами — по формуле (1.4);
ТС — температура поверхности бака, К, уточненная по формуле 1.10);
ТВ — температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К.

 

Тс=273+tс=273+77=350 К

Тв=273+tв=273+30=303 К

Вт

Правильность расчетов оценивается по общему (суммарному) потоку тепловой энергии по формуле (2,3) , Вт:

Определяем

Qо=774+706.12=1480 Вт

Таблица 12

tв, 0С К , Qк, Вт Qл, Вт Qо, Вт tм, 0С DPТР,Вт
5,481 706.12 78.9

 

Общие результаты

Таблица 18

К , Qк, Вт Qл, Вт Qо, Вт tм, 0С DPТР,Вт
1,0 521.3 626.5 1147.3
1,2 706.12 78.9
1,3 813.39 84.1 1686.5

 

Оглавление

Введение

Тепловой расчет трансформатора и выявление зависимости изменения температуры трансформаторного масла от температуры воздуха при номинальном режиме.

Техническая характеристика силового трансформатора с естественным охлаждением берем из приложения 1[1].

Таблица 1.

Тип PН,кВА UH ВН, кВ UН НН, В PX.X.,Вт PК.З., Вт Длина бака, А, м Ширина бака, В, м Высота бака, Н, м
ТМ-30/6 0.97 0,8 0.885

1.1 Расчет поверхности теплообмена

Расчет выполняем используя размеры бака из прил [1]

2

Fк=Fл=[2·(0.97-0,8) +3,14·0,8] ·0.885+0,75·0,136=2.626 м2

1.2 Определение разности температур.

Расчет выполняется при К3=1 номинальный режим работы

∆PТР= ∆РХХ+∆РКЗ·КЗ2 Q0 (1,1)

∆РТР –Потеря энергии трансформатора, Вт;

∆РХХ и ∆РКЗ потери мощности холостого хода и короткого замыкания, Вт;

КЗ – коэффициент загрузки трансформатора

При номинальной нагрузке трансформатора КЗ=1

∆PТР= 250+850·12=1100 Вт

1.3 Определяем среднее превышения температуры масла над температурой стенка бака.

(1,2)

К1=1 – при естественном охлаждении масла

К1 =0.9 – при охлаждении с дутьем.

 

0С

 

1.4 Определяем среднего превышения температура стенки бака над температурой воздуха

(1.2)

Где FК и FЛ – поверхности бака, отдающего тепло конвекцией и излучением соответственно, м2.

0С

1.5Определим превышение температуры масла над температурой воздуха

(1,3)

Принимаем =1.

0С

1.6 Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака, Вт:

(1,4)

1.7 Коэффициент теплопередачи К можно рассчитать как для плоской стенки ,

(1,5)

Где - толщина стенки бака, обычно 3…5 мм;

Принимаем мм;

- коэффициент теплопроводности стенок бака, ,;

Бак выполнен из стали ;

Принимаем ;

– коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней стенке бака, рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении масла,

– коэффициент теплоотдачи от наружной стенки поверхности бака к воздуху рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении воздуха,

Для определения воспользуемся критериями Грасгофа, Прандтля и Нуссельта.

Физические параметры воздуха принимаем из приложения 3 [1] по температуре воздуха, а для трансформаторного масла из приложения 4 [1] по средней температуре масла.

Расчет будем вести для температуры воздуха равной 10;20;30 0С.

1.7 Определяем приближенную температуру масла, 0С:

(1,6)

tв1=10, tв2=20, tв3=30

tм1=10+39=49 0С

tм2=20+39=59 0С

tм3=30+39=69 0С

По температуре масла выписываем приложение 3 с. 20

Таблица 2

tв, 0С tм, 0С λ, 06 (м2/с) Prм
0,10828 7.86 117.5
0,1073 5.96 90.2
0,10648 4.66 72.9

 

Рассчитываем критерий Грасгофа-Пранкля:

=g H3 Pr/T (1,7)

Тм=273+49=322 К

Тм=273+59=332 К

Тм=273+69=342 К

Gr Pr(1)=9,8 6.1545 0.8853 117.5/322 (7.86 10-6)2=0,247 1012

Gr Pr(2)=9,8 6.1545 0.8853 90.2/332 (5.96 10-6)2=0,3198 1012

Gr Pr(3)=9,8 6.1545 0.8853 72.9/342 (4.66 10-6)2=0,410 1012

По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака

c=0,15 n=0,33

Nu = c (Gr Pr)n. (1,8)

Nu(1)=0,15 (0,247 1012)0,33=823

Nu(2)=0,15 (0,3198 1012)0,33=893

Nu(3)=0,15 (0,410 1012)0,33=972

Определяем теплоотдача от масла к стенки ВН Вт/м2 К

ВН = Nu∙l/Н (1,9)

ВН(1)=823 0,108/0.885=100.4 Вт/м2 К

ВН(2)=893 0.107/0.885=107.9 Вт/м2 К

ВН(3)=972 0,106/0.885=116.4 Вт/м2 К

Результаты расчетов занести в таблицу 3

Таблица 3

Коэффициенты теплоотдачи от масла к стенке бака

tв, °С tм, °С Gr Pr Nu ВН, Вт/м2К
0,247 1012 100.4
0,3198 1012 107.9
0,410 1012 116.4
           


Аналогично определяют коэффициент теплоотдачи от стенки бака к воздуху Н в условиях свободной конвекции. Физические параметры воздуха принять из приложения 3 по расчетной температуре воздуха tв (известна по заданию), заполнить таблицу 6, аналогичную табл.2.

Таблица 4

tв, 0С λ 102, 06 (м2/с) Pr
2,51 14,16 0,705
2,59 15,06 0,703
2,67 0,701

 

Вычислить критерий Грасгофа по формуле (1,7)

=g H3 Pr/T

Тв(1)=273+10=283 К

Тв(2)=273+20=293 К

Тв(3)=273+30=303 К

GrPr(1)=9,8 32.9 0.8853 /283 (14,16 10-6)2=2.775 109

GrPr(2)=9,8 32.9 0.8853 0,703/293 (15.06 10-6)2=2.364 109

GrPr(3)=9,8 32.9 0.8853 0,701/303 (16 10-6)2=2.018 109

По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака используя формула (1,8)

c=0,15 n=0,33

 

 

Nu = c (Gr Pr)n.

Nu(1)=0,15 (2.775 109)0,33=195

Nu(2)=0,15 (2.364 109)0,33=185.9

Nu(3)=0,15 (2.018 109)0,33=176.4

Определяем коэффициент теплоотдача от стенки к воздуху используя формула (1,9) Н, Вт/м2 К

Н= Nu∙l/Н

Н(1)=195 2,51 10-2/0.885=5.53 Вт/м2 К

Н(2)=185.9 2,59 10-2/0.885=5,43 Вт/м2 К

Н(3)=176.4 2,67 10-2/0.885=5,32 Вт/м2 К

Таблица 5

tв , 0С GrPr Nu Н, Вт/м2 К
2.775 109 5.53
2.364 109 185.9 5.43
2.018 109 176.4 5.32

 

Рассчитаем коэффициент теплопередача Кi, Вт/м2 К

Затем определяют коэффициент теплопередачи k (1.7) и поток теплоты, передаваемый через стенку бака от масла к воздуху QК по уравнению (1.5). Расчеты выполнить для всех заданных температур воздуха.

К(1)=

К(2)=

К(3)=

Рассчитываем поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака согласно формуле (1.4):

Qк(1)=5,238 2.626 39.054=537 Вт

Qк(2)=5,167 2.626 39.054=529 Вт

Qк(3)=5,084 Вт

Определяем температура наружной поверхности бака, 0С:

(2,0)

Где - температура воздух, 0С

tc(1)=10+ 0С

tc(2)= 0С

tc(3)= 0С

Уточняем температура масла внутри бака, 0С:

(2,1)

Где - температура внутренней поверхности бака.

tм(1)=46.99 0С

tм(2)=57.16+ 0С

tм(3)=67.32+ 0С

Определяем поток теплоты, излучаемый с поверхности бака, Вт:

, (2,2)

где с0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела, с0 = 5,67 Вт/(м2×К4);
e — степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять e » 0,8;
FЛ — поверхность излучения, м2, для гладкого бака — по формуле (1.3), а для бака с охлаждающими трубами — по формуле (1.4);
ТС — температура поверхности бака, К, уточненная по формуле 1.10);
ТВ — температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К.

Тс(1)=273+tc(1)=273+47=320, К

Тс(2)=273+tc(2)=273+57=330, К

Тс(3)=273+tc(3)=273+67=340 К

Тв(1)=273+tв(1)=273+10=283 К

Тв(2)=273+tв(2)=273+20=293 К

Тв(3)=273+tв(3)=273+30=303 К

Qл(1)=5,67 0,8 2.626 [(320/100)4-(283/100)4]=484 Вт

Qл(2)=5,67 0,8 2.626 [(330/100)4-(293/100)4]=590.8 Вт

Qл(1)=5,67 0,8 2.626 [(340/100)4-(303/100)4]=626.54 Вт

Правильность расчетов оценивается по общему (суммарному) потоку тепловой энергии, Вт:

Определяем

. (2,3)

Qо(1)=484+537.18=1021.18 Вт

Qо(2)=590.8+529.91=1120.7 Вт

Qо(3)=626+521.39=1147.3 Вт

 

Таблица 7

tв, 0С К , Qк, Вт Qл, Вт Qо, Вт tм, 0С DPТР,Вт
5,238 537.1 1021.1
5,167 529.9 590.8 1120.7
5,084 521.3 626.5 1147.3

 

не должен значительно отличаться от принятого по формуле (1).

Расчет для остальных температур воздуха производится аналогично.

Все расчетные данные предоставлены в свободных таблицах

Где - приближенная температура масла;

- расчетная температура масла.

Строим график зависимости изменения температуры трансформаторного масла от температуры воздуха:

Где - температура масла;

- температура воздуха.

 

Вывод: Температура масла в баке при температуре воздуха равной 30 0С не превышает допустимые пределы температуры (95 0С). В таком режиме допускается длительная работа по условиям нагрева масла.

12

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-11

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...