5.3.2. Гладкий бак

Выбирается форма бака. Определяются поверхности теплоотдачи (конвекции или излучения) прямоугольного или овального гладкого бака.

Для трансформаторов мощностью до 40 кВ∙А включительно (в данном курсовом проекте такие маломощные трансформаторы не рассматриваются) применяют гладкие баки. Толщина стенки, дна и крышки такого бака не превышает 3–4 мм. Поверхности конвекции и излучения гладкого бака равны его внешней поверхности.

Баки бывают прямоугольной или овальной формы. Выберите предварительно бак любой формы.

Фактическая поверхность теплоотдачи:

– прямоугольного бака:

, (5.35)

– овального бака:

, (5.36)

где , , − размеры бака по формулам (5.26), (5.27), (5.29); – коэффициент, учитывающий закрытие части поверхности крышки вводами НН и ВН и различной арматурой, можно принять ; − поверхность крышки бака, для прямоугольного бака, для овального бака.

Если фактическая поверхность конвекции меньше , необходимой по условиям охлаждения, можно увеличить поверхность конвекции, увеличив высоту бака (в разумных пределах, например на несколько сантиметров).

После окончательного определения размеров бака и поверхностей теплоотдачи и следует выполнить проверочный расчет превышений температуры обмоток и масла.

Однако для всех вариантов трансформаторов данного проекта расчета поверхности бака недостаточно, поэтому необходимо произвести дополнительный расчет радиаторов или труб.

5.3.3. Бак с навесными радиаторами

Выбирается тип используемого радиатора, определяется его поверхность конвекции, приведенная к поверхности гладкой стенки. Определяется необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора и число радиаторов. Находится фактическая поверхность конвекции бака с радиаторами и поверхность излучения бака с радиаторами.

Поверхность теплоотдачи такого бака образована в основном развитой поверхностью радиаторов и значительно больше, чем у гладких и трубчатых баков.

Радиатор (рис. 5.4, 5.5) состоит из двух коллекторов (стальных коробок), в которые вварены верхними и нижними концами трубы. Радиатор присоединяют к баку трансформатора фланцами своих коллекторов или приваркой патрубков коллектора к стенке бака (допустимо при кВ∙А).

В трансформаторах мощностью от 100 до 6300 кВ∙А используют радиаторы с прямыми вертикальными трубами овального сечения с размерами овала 72 × 20 мм и толщиной стенки трубы 1,5 мм (рис. 5.4). Эти радиаторы выпускаются с одним рядом труб по 7 труб в ряду и с двумя рядами по 10 труб в ряду. Основные данные радиаторов приведены в табл. 5.5. Для радиатора с одним рядом труб размеры и равны 354 и 158 мм, для радиатора с двумя рядами труб – 505 и 253 мм соответственно.

Таблица 5.5

Основные данные радиаторов с прямыми трубами по рис. 5.4

Размер , м	Поверхность , м*	Масса, кг
		стали	масла
С одним рядом труб
0,71	0,746	12,9	8,5
0,9	0,958	15,35	10,9
С двумя рядами труб
0,71	2,135	34,14	24
0,9	2,733	41,14	30
1,115	3,533	50,14	38
1,4	4,333	53,94	46
1,615	4,961	67,14	53
1,8	5,613	73,94	57
2,0	6,253	81,98	64
2,2	6,893	89,18	72
2,4	7,533	95,68	78

* – поверхность конвекции труб; поверхность конвекции двух коллекторов м² при одном ряде труб, м² при двух рядах.

В трансформаторах мощностью от 2500 до 63000 кВ∙А применяют двойные трубчатые радиаторы из четырех рядов труб круглого сечения, по 16, 18, 20, 22 трубы в ряду, изогнутых по концам и вваренных в два прямоугольных коллектора (рис. 5.5), или одинарные с двумя рядами труб (по 16 труб в ряду), вваренными только с одной стороны коллекторов. Общее число труб у одинарного радиатора равно 32, у двойных радиаторов соответственно 64, 72, 80, 88. При изготовлении радиаторов используют трубы диаметром 51 мм и толщиной стенки 1,6 или 1,75 мм. Удельная теплоотдача с поверхности таких радиаторов выше, чем у радиатора с прямыми трубами, но конструкция менее технологична.

Основные данные нормальной серии одинарных и двойных радиаторов с изогнутыми трубами по рис. 5.5 приведены в табл. 5.6.

При выборе радиаторов необходимо обеспечить возможность присоединения их к баку. Для этого размер радиатора из таблицы 5.5 должен быть меньше глубины бака Н на ( С₁ + С₂ ). При выборе радиатора из таблицы 5.6 его размер должен быть меньше глубины бака на 34 см. Если глубина бака мала ее можно увеличит на 10-20 см. Например, глубина бака получилась Н=207 см. Из таблицы 5.6 наименьший размер радиатора = 188 см., для этого радиатора глубина бака должна быть не менее Н = 188+34 = 222 см. Из этого следует, что надо увеличить глубину бака до Н = 222 см.

Таблица 5.6

Основные данные трубчатых радиаторов по рис. 5.5

Размер , м	Одинарный радиатор			Двойной радиатор
	Поверхность , м2	Масса, кг		Поверхность , м2	Масса, кг
		стали	масла		стали	масла
1,880	11,45	205	161	22,90	380	276
2,000	12,10	215	169	24,15	401	291
2,285	13,55	236	184	27,05	442	321
2,485	14,55	249	194	29,10	468	341
2,685	15,60	264	204	31,15	499	362
3,000	17,20	285	219	34,35	540	393
3,250	18,45	302	232	36,90	575	418
3,750	21,00	337	258	42,00	644	469
4,000	22,30	352	269	44,60	675	492
4,250	24,60	373	284	47,20	716	521

Примечание: Поверхность конвекции двух коллекторов одинарного радиатора м², двойного м².

Определив размер , следует выбрать радиатор по таблицам 5.5 или 5.6 и определить поверхность конвекции радиатора, приведенную к поверхности гладкой стенки:

, (5.37)

где − коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией радиатора по сравнению с вертикальной гладкой стенкой; для радиаторов с прямыми трубами (рис. 5.4) , для радиаторов с гнутыми трубами (рис. 5.5) ; , – поверхности конвекции труб и двух коллекторов, по таблицам 5.5 или 5.6.

Необходимая поверхность конвекции всех радиаторов трансформатора

, (5.38)

где – по формуле (5.34); – по формулам (5.35), (5.36).

Необходимое по условиям охлаждения число радиаторов:

, (5.39)

где − по формуле (5.38); − по формуле (5.37).

Это число округляют до большего целого числа.

Далее следует оценить возможность размещения полученного числа радиаторов по периметру бака. При числе радиаторов

> 6 нужно начертить в масштабе бак с установленными на нем радиаторами. При этом надо учесть, что минимальные промежутки между трубами соседних радиаторов:

– при параллельном расположении коллекторов – 160 мм для двойных и 100 мм для одинарных радиаторов;

– при размещении коллекторов под углом – 100 мм для двойных и 70 мм для одинарных.

Если радиаторы невозможно разместить на баке, следует скорректировать размеры бака и/или радиаторов в сторону увеличения поверхности теплоотдачи. Обычно увеличивают высоту бака , размер радиатора или выбирают другой тип радиатора с большей поверхностью охлаждения, после чего по формулам (5.36), (5.39), (5.40), (5.41) уточняют требуемую поверхность конвекции и число радиаторов . Корректировку размеров бака и радиаторов продолжают до получения допустимого по условиям размещения на баке числа радиаторов .

Если разместить радиаторы на баке не удается, сделать расчет трубчатого бака.

Фактическая поверхность конвекции бака с навесными радиаторами:

, (5.40)

где − по формуле (5.35), (5.36); − по формуле (5.39) с учетом округления; − по формуле (5.37).

Значение должно быть равным или немного превышать , предварительно найденное по формуле (5.34). В противном случае следует увеличить число радиаторов и уточнить фактическую поверхность конвекции .

В приведенных выше данных для радиаторов не указана их поверхность излучения, поэтому поверхность излучения бака с навесными радиаторами найдем при помощи коэффициента , учитывающего отношение периметра поверхности излучения данного бака с радиаторами к поверхности гладкого бака.

Для бака с навесными радиаторами . Тогда:

– для прямоугольного бака:

; (5.41)

– для овального бака:

, (5.42)

где , , − размеры бака по формулам (5.26), (5.27), (5.29); ; или соответственно.

После окончательного определения размеров бака и поверхностей охлаждения и следует выполнить проверочный расчет превышений температуры обмоток и масла.