Тепловой расчет трансформатора. Курсовая работа (т). Физика.
💣 👉🏻👉🏻👉🏻 ВСЯ ИНФОРМАЦИЯ ДОСТУПНА ЗДЕСЬ ЖМИТЕ 👈🏻👈🏻👈🏻
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!
Похожие работы на - Тепловой расчет трансформатора
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Скачать Скачать документ
Информация о работе Информация о работе
Нужна качественная работа без плагиата?
Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу Без плагиата!
. Тепловой расчёт трансформатора и
выявление зависимости изменения температуры трансформаторного масла от
температуры воздуха при номинальном режиме
.1 Определение расчётных
поверхностей теплообмена
.2 Определение расчётных перепад температур
.3 Определение суммарного потока
теплоты через поверхность бака трансформатора
. Тепловой расчёт трансформатора при
постоянной температуре воздуха и выявление зависимости изменения температуры
масла от коэффициента загрузки
.2 Определение суммарного потока
теплоты трансформатором
Трансформатор ТМ-320 - стационарный силовой
масляный трехфазный двухобмоточный понижающий трансформатор общего назначения.
Трансформатор ТМ-320 устанавливают, когда необходимо преобразовывать
электроэнергию одного класса напряжения в другой и питать различные потребители
электроэнергии. Трансформаторы типа ТМ изготовленные в нормальном
конструктивном исполнении имеют масляное естественное охлаждение и встроенное в
трансформатор устройство для регулирования напряжения методом переключения
ответвлений без возбуждения.
Трансформаторы типа ТМ можно устанавливать как
внутри помещений, так и снаружи. Их необходимо эксплуатировать в следующих условиях:
Установку необходимо производить на высоте, не
превышающей 1000м над уровнем моря;
Температура наружной среды от -45°C до +40°C
(для климатического исполнения "У") и -60°C до +40°C (для исполнения
"Хл");
- Величина относительной влажности воздуха на месте установки не более 80% при
температуре 25°C.
Задача теплового расчета
трансформатора заключается в следующем:
. Для заданной мощности
трансформатора, конструкции и размеров бака, системы его охлаждения определить
зависимость изменения температуры масла от температуры окружающей его среды.
. Определить зависимость изменения
температуры масла от нагрузки трансформатора для заданной температуры
окружающего его воздуха.
1. Тепловой расчет трансформатора и
выявление зависимости изменения температуры трансформаторного масла от
температуры воздуха при номинальном
режиме
Техническая характеристика силового
масляного трансформатора с естественным охлаждением берем из приложения 1[2].
Суммарный поток тепловой энергии
зависит от нагрузки трансформатора и в любом режиме его работы может быть определен, кВт :
Q 0 = ∆Р тр
= ∆Рхх + ∆Ркз ∙ kз 2 (1.1)
Q 0 = ∆Р тр
=1,6+6,07∙1 2 =7,67 кВт
где Q 0 - тепловой поток, отдаваемый поверхностью бака воздуху за счет
теплоотдачи и излучения, Вт;
∆ Ртр -
суммарные потери мощности в трансформаторе, Вт;
∆ Рхх и ∆ Ркз - потери
мощности холостого хода и короткого замыкания, Вт;
kз - коэффициент загрузки трансформатора
При номинальной загрузке
трансформатора kз = 1
.1 Определение расчетных
поверхностей теплообмена
В трансформаторах мощностью от 160
до 1600 кВт с целью увеличения поверхности теплообмена применяются баки с охлаждающими
трубами. Обычно применяют трубы овальные с размерами поперечного сечения 72х20
мм или круглые диаметром 30 мм при толщине стенок 1,5 мм и 1,2. В последнее
время находят применение круглые трубы диаметром 30 мм с толщиной стенок 1,2мм.
В зависимости от мощности трансформатора, число рядов труб колеблется от 1 до
3, расположение труб - коридорное. Для определения расчетной поверхности
охлаждения бака с трубками необходимо принять одну из рекомендованных форм
трубки.
Принимаю форму трубок овальные, с
размером сечения d=72х20 мм.
Сведения о трубах, применяемых для
радиаторов силовых трансформаторов
Число рядов труб при
мощности 250-630 кВа
F л ={2(A-B)+πB+π[2a 1 +2R+2t p (n-1)+d] }H+0,75F кр (1.2)
где а 1, R, t p , t T - размеры из
таблицы 2 для выбранной трубы, мм;
- поверхность
крышки бака, м 2 , для овального бака
определяется по уравнению:
F кр =(1,86-1,21)1,21+3,14∙ /4=1,936м 2
трансформатор
теплообмен температура
Развернутую длину трубы в каждом
ряду, определяют по уравнению, м:
l=1,07+(3,14∙188+2∙188+2∙50)10 -3 =1,384м
Число труб в одном ряду на
поверхности бака овальной формы рассчитываем по формуле:
Округляю 101,988 до приблизительно
102.
Расчетная поверхность конвекции бака
с трубами, м 2 :
Где F K ,ГЛ - поверхность конвекции гладкого бака и крышки, рассчитывается по
формуле, м 2 :
F К,ТР - поверхность конвекции
труб, м 2 :
F К,ТР =0,16 (102 1,384)=22,365 м 2
k ф - коэффициент трубы, для
труб d=72x20 мм, с одним рядом труб k ф =1,4
л ={2(A-B)+πB+π[2a 1 +2R+2t p (n-1)+d] }H+0,75F кр
F л = {2(1,86-1,21)+3,14 1,21+3,14 [2 50+2 188+2 100 (1-1)+72] } 1,22+0,75 1,936=9,772 2
1.2 Определение расчётных перепад температур
Для этого режима среднее превышение
температуры стенки бака над воздухом можно предварительно определить по формуле,
°С;
где Fк и Fл - поверхность бака, отдающая тепло
конвекцией и излучением соответственно, м 2 .
Среднее превышение температуры масла
над температурой стенки бака приближенно может быть подсчитано,
°С;
k1=1 - при естественном охлаждении масла
Превышение температуры масла в
верхних слоях над температурой окружающего воздуха, определится по уравнению,
°С;
где - коэффициент: для гладких баков ;
для трубчатых баков и баков с радиаторами
Превышение температуры масла в
верхних слоях над температурой стенки бака:
Превышение температуры стенки бака
над воздухом:
Превышение температуры масла в
верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С;
Расчетные перепады температур занесены в таблицу
3.
1.3 Определение суммарного потока теплоты через
поверхность бака трансформатора
Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через
стенку бака, Вт;
где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ×К); К
- наружная расчетная поверхность бака, определена по формуле (1.3) - для бака с
охлаждающими трубами, м 2 ;
Dt м - в - разность температур между
маслом и воздухом,°С, найдена ранее по (1.5).
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ×К),
можно рассчитать по формуле для плоской стенки:
где d С
- толщина стенки бака, обычно 3-5 мм;
l С - коэффициент
теплопроводности бака, Вт/(м×К), бак выполнен из
стали, l С
= 45 ¸
55 Вт/(м×К);
ВН, Н -
коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от наружной поверхности стенки бака,
Вт/(м 2 ×К).
Расчет коэффициентов теплоотдачи от
масла к стенке ВН и от стенки
к воздуху Н
производится для условий теплоотдачи при естественном движении и воздуха.
При расчете коэффициента теплоотдачи
от масла к стенке бака ВН сначала
определяют приближенно температуру масла, °С;
Физические параметры
воздуха принимаем из приложения 5[2] по температуре воздуха, а для
трансформаторного масла из приложения 3[2] по средней температуре масла.
Таблица 4. Физические свойства трансформаторного
масла
Gr Pr
=(g β Δt м-с Н 3 )/ν 2 =(g Δt м-с Н 3 )/Tм ν 2
где g - коэффициент свободного падения, м 2 /с;
Н - определяющий размер, выбирается
в зависимости от формы и положения тела в пространстве по таблице, в данном
случае он равен высоте бака;
, Рr - коэффициент кинематической
вязкости среды и критерий Прандтля определяются из приложения 3[2], по
приближенной температуре масла;
-
коэффициент теплопроводности среды, определяется из приложения 3[2], по
приближенной температуре масла:
Аналогичным образом проводим расчеты при других
приближенных температурах масла.
По произведению Gr Pr
из приложения 4[2] выбираем константы c
и n для критериального
уравнения (1.8) с учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака:
Затем рассчитаем коэффициент теплоотдачи от
масла к стенке бака, Вт/м 2 К:
По величине Gr Pr
определим режим движения масла у стенки:
Gr Pr 1 =(9.81 3.92 1.22 3 121.5)/320 (8.396 10 -6 ) 2 =375.7 10 9
Gr Pr 2 =(9.81 3.92 1.22 3 101.72)/327 (6.86 10 -6 ) 2 =461.1 10 9
Gr Pr 3 =(9.81 3.92 1.22 3 76.25)/340
(4.912 10 -6 ) 2 =
648.4 10 9
По произведению Gr Pr
из приложения 4[2] принимаем константы c
и n для критериального
уравнения (1.8) ;
Nu 1 =0.15 (375.7 10 9 ) 0.33 =990.35
Nu 2 =0.15 (461.1 10 9 ) 0.33 =1060
Nu 3 =0.15 (648.4 10 9 ) 0.33 =1186
α вн1
=(990.35 0.10844)/1.22=88.028
Вт/м 2 К
α вн2
=(1060 0.1078)/1.22=93.662
Вт/м 2 К
α вн3
=(1186 0.10644)/1.22=103.474
Вт/м 2 К
Таблица 5.Коэффициенты теплоотдачи от масла к
стенке бака.
Аналогично определяем коэффициент
теплоотдачи от стенки бака к воздуху Н в условиях
свободной конвекции.
Таблица 6. Физические свойства воздуха.
Критерий Грасгофа вычисляем по формуле:
По величине Gr Pr
определим режим движения масла у стенки:
Gr Pr 1 =(9.81 26.967 1.22 3 0.705)/283 (14.16 10 -6 ) 2 =5.962 10 9
Gr Pr 2 =(9.81 26.967 1.22 3 0.704)/290 (14.79 10 -6 ) 2 =5.326 10 9
Gr Pr 3 =(9.81 26.967 1.22 3 0.701)/303 (16 10 -6 ) 2 =
4.337 10 9
По произведению Gr Pr
из приложения 4[2] принимаем константы c
и n для критериального
уравнения (1.8): c=0.15 n=0.33
Nu 1 =0.15 (5.962 10 9 ) 0.33 =252.33
Nu 2 =0.15 (5.326 10 9 ) 0.33 =243.1
Nu 3 =0.15 (4.337 10 9 ) 0.33 =227.117
Определим коэффициенты теплопередачи от стенки
бака
α н , Вт/м 2 К:
α н1
=(252.33 2.51 10 -2 )/1.22=5.191
Вт/м 2 К
α н2
=(243.1 2.566 10 -2 )/1.22=5.113
Вт/м 2 К
α н3
=(227.117 2.67 10 -2 )/1.22=4.971
Вт/м 2 К
Таблица 7. Коэффициенты теплоотдачи от стенки
бака к воздуху
Затем определим коэффициент теплопередачи k,
Вт/(м 2 ×К), по формуле (1.7) и поток
теплоты, передаваемый через стенку бака от масла к воздуху Q к ,
Вт, по уравнению (1.6). Расчеты выполним для всех заданных температур воздуха.
k 1 =1/[(1/88.028)+(0.003/55)+(1/5.191)]=4.901
Вт/(м 2 ×К),
k 2 =1/[(1/93.662)+(0.003/55)+(1/5.113)]=4.84
Вт/(м 2 ×К),
k 3 =1/[(1/103.474)+(0.003/55)+(1/4.971)]=4.74
Вт/(м 2 ×К),
Определим поток тепла, передаваемый маслом к
воздуху через стенку бака, Вт:
k1 =4.901 38.981 37.064=7081
Вт k2 =4.84 38.981 37.064=6993
Вт k2 =4.71 38.981 37.064=6805
Вт
где, t в - температура
воздуха, 0 С;
t c 1 =10+7081/38.981 5.191=44.994
0 С
t c 2 =17+6993/38.981 5.113=52.086
0 С
t c 3 =30+6848/38.981 4.71=65.34 0 С
трансформаторного масла внутри бака,
0 С:
где t c
-
температура внутренней поверхности бака, 0 С;
t м1 =44.994+7081/38.981 88.028=47.05
0 С
t м2 =52.086+6993/38.981 93.662=54.001
0 С
t м3 =65.267+6848/38.981 103.474=67.03
0 С
Ввиду малого термического
сопротивления стенки бака ,
температуры на внутренней и наружной поверхностях бака можно принять
одинаковыми.
Поток теплоты излучаемый с
поверхности бака, Вт:
где Со = 5.67 -
коэффициент излучения абсолютно черного тела;
-
степень черноты стенки бака (для окисленной стали = 0.8);
-
поверхность излучения для бака с охлаждающими трубами по формуле (1.2), м 2 ;
Тс - температура поверхности бака,
К;
Тв - температура тел, воспринимающих
поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К.
Q л1 =5.67 0.8 9.772 [(273+44.094/100) 4 -(273+10/100) 4 ]=1689
Вт
Q л2 =5.67 0.8 9.772 [(273+52.086/100) 4 -(273+17/100) 4 ]=1815
Вт
Q л3 =5.67 0.8 9.772 [(273+65.34/100) 4 -(273+30/100) 4 ]=2072
Вт
Определим суммарный поток тепловой энергии, Вт:
Q 01 =7081+1689=8770 Вт 02 =6993+1815=8808 Вт 03 =6848+2072=8920 Вт
Q o не должен значительно отличаться от принятого по формуле (1.1).
Строим график зависимости изменения
температуры трансформаторного масла от температуры воздуха:
где - температура трансформаторного масла;
2. Определение зависимости температуры масла от
нагрузки трансформатора
Расчет будем вести при температуре воздуха
равной 30 ,
так как при этой температуре трансформатор работает в более тяжелых условиях.
Пример расчета покажем на К з =1,32, расчет остальных коэффициентов
загрузки аналогичный и будем их сводить в результирующие таблицы.
Суммарный поток тепловой энергии рассчитывается
по формуле, кВт:
Q 0 = ∆Р тр
= ∆Рхх + ∆Ркз ∙ kз 2 (2.1)
где Q 0 - тепловой поток, отдаваемый поверхностью бака воздуху за счет
теплоотдачи и излучения, кВт;
∆ Ртр -
суммарные потери мощности в трансформаторе, Вт;
∆ Рхх и ∆ Ркз - потери
мощности холостого хода и короткого замыкания, Вт;
kз - коэффициент загрузки трансформатора.
Коэффициенты загрузки kз равны
1,0;1,22;1,32.
Q o = ∆Ртр =1.6+6.07∙(1,32) 2 =12,176 кВт
Среднее превышение температуры
стенки бака над воздухом определяем по формуле, °С:
где Fк и Fл - поверхность бака, отдающая тепло
конвекцией и излучением соответственно, м 2 .
Среднее превышение температуры масла
над температурой стенки бака определим по формуле, °С:
k1=1 - при естественном охлаждении масла
Превышение температуры масла в
верхних слоях над температурой окружающего воздуха, °С:
где - коэффициент: для гладких баков ;
для трубчатых баков и баков с радиаторами
2.2 Определение суммарного потока теплоты трансформатором
Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через
стенку бака, Вт;
- коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ×К);
- наружная расчетная поверхность
бака, определена по формуле (1.3) - для бака с охлаждающими трубами, м 2 ;
- разность температур между маслом
и воздухом,°С, найдена ранее по (2.1).
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м 2 ×К),
можно рассчитать по формуле для плоской стенки:
где d С
- толщина стенки бака, обычно 3-5 мм;
l С - коэффициент
теплопроводности бака, Вт/(м×К), бак выполнен из
стали, l С
= 45 ¸
55 Вт/(м×К);
ВН, Н -
коэффициенты теплоотдачи к внутренней и от наружной поверхности стенки бака,
Вт/(м 2 ×К).
Для определения вн
и
н
делаем следующие расчеты:
Определяем приближенную температуру масла по
формуле, °С:
Gr Pr
=(g β Δt м-с Н 3 )/ν 2 =(g Δt м-с Н 3 )/Tм ν 2
где g - коэффициент свободного падения, м 2 /с;
Н - определяющий размер, выбирается
в зависимости от формы и положения тела в пространстве по таблице, в данном
случае он равен высоте бака;
, Рr - коэффициент кинематической
вязкости среды и критерий Прандтля определяются из приложения 3[2], по
приближенной температуре масла;
-
коэффициент теплопроводности среды, определяется из приложения 3[2], по
приближенной температуре масла.
Аналогичным образом проводим расчеты при других
приближенных температурах масла.
По величине Gr Pr
определим режим движения масла у стенки:
Gr Pr=(9.81 5.179 1.22 3 56.66)/356 (3.471 10 -6 ) 2 =12.170 10 11
По произведению Gr Pr
из приложения 4[2] принимаем константы c
и n:
Рассчитываем коэффициент теплоотдачи
α вн ,
Вт/м 2 К:
Таблица 12. Коэффициенты теплоотдачи от масла к
стенке бака
Рассчитаем критерий Грасгофа для воздуха.
Основные расчеты произведены в первой части:
Gr Pr
=(g β Δt м-с Н 3 )/ν 2 =(g Δt м-с Н 3 )/Tв ν 2
где g - коэффициент свободного падения, м 2 /с;
Н - определяющий размер, выбирается
в зависимости от формы и положения тела в пространстве по таблице, в данном
случае он равен высоте бака;
,Рr - коэффициент кинематической
вязкости среды и критерий Прандтля определяются из приложения 5[2], по
приближенной температуре воздуха.
- коэффициент
теплопроводности среды, определяется из приложения 5[2], по температуре
воздуха:
По величине Gr Pr
определим режим движения масла у стенки:
Gr Pr=(9.81 39.029 1.22 3 0.701)/303 (16 10 -6 ) 2 =6.277 10 9
По произведению Gr Pr
из приложения 4[2] принимаем константы c
и n:
Рассчитаем
коэффициент теплоотдачи α н , Вт/м 2 К:
Таблица 13. Коэффициенты теплоотдачи от стенки
бака к воздуху.
Затем определим коэффициент теплопередачи k,
Вт/(м 2 ×К), по формуле (2.3) и поток
теплоты, передаваемый через стенку бака от масла к воздуху Q к ,
Вт, по уравнению (2.4).
Определим поток тепла, передаваемый маслом к
воздуху через стенку бака, Вт:
Температура наружной поверхности
бака, °С:
Определим суммарный поток тепловой энергии, Вт:
o не должен значительно отличаться от принятого по формуле (2.1).
По проведенному мною расчету в первой части при
заданной температуре воздуха (10°С; 17°С;
30°С)
и коэффициенте загрузки к з =1, температура верхних слоев масла в баке
составила в соответствии с расчетными данными (47°С; 54°С;
67°С).
Судя по полученным результатам, изоляция не будет подвергаться ускоренному
старению и трансформатор будет работать долго и надежно, так как не одно
значение температуры масла в баке не превысило 95°С.
По проведенному мною расчету во второй части при
заданной температуре воздуха 30°С и коэффициентах загрузки к з =(1.0,1.22;1.32).
Температура верхних слоев масла в баке составила в соответствии с расчетными
данными (67°С; 77°С; 82°С).
Судя по полученным результатам, изоляция не будет подвергаться ускоренному
старению, а трансформатор будет работать надежно, значение температуры масла в
баке не превысило 95°С.
. Борзов В.П., Шабалина Л.Н.
Теплотехника: сборник задач для студентов инженерных специальностей. - Кострома
: КГСХА, 2010. - 158 с.
. Методические рекомендации по
выполнению курсовой работы для студентов направления подготовки 110800.62
«Агроинженерия» очной и заочной форм обучения/сост. Л.Н.Шабалина. - Кострома:
КГСХА, 2013. - 34 с.
. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию
: в 2 т. Т. 2. Электрооборудование/ под ред. А.А. Федорова. - М. :
Энергоатомиздат, 1987. - 592с.
Похожие работы на - Тепловой расчет трансформатора Курсовая работа (т). Физика.
Дипломная работа по теме Облік власного капіталу комерційного банку в міжнародній обліковій практиці
Курсовая работа по теме Особенности учета расчетов с различными дебиторами и кредиторами
Дипломная работа по теме Структурно-функціональні особливості наднирників людини на різних етапах онтогенезу
Реферат Про Город Бузулук
Курсовая работа по теме Проблема управления персоналом в менеджменте
Дипломная работа по теме Анализ системы финансового планирования и прогнозирования на предприятии (на примере ООО 'Адвайс')
Реферат по теме Наблюдение и уход за пациентами с заболеваниями почек и мочевыводящих путей
Шешендік Сөз Өнер Падишасы Эссе Жазу
Школьное Сочинение На Тему Мамина Внешность
Контрольная работа по теме Здоровье и здоровый образ жизни молодежи
Реферат На Тему Красный И Белый Террор
Реферат Наука Как Институт Культуры
Дипломная работа: Розвиток та розміщення залізничного транспорту України
Курсовая Работа На Тему Учебная Мотивация Подростков
Дипломная работа по теме Учет и анализ эффективности использования бюджетных средств на примере сельскохозяйственных предприятий Усть-Цилемского района
Реферат На Тему Оценка Стоимости Акций
Реферат: Італійські війни XV–XVI ст.
Курсовая работа по теме Информационное обеспечение как необходимая услуга для функционирования экономики в современных условиях
Реферат по теме Электрический генератор
Контрольная Работа По Герундию 7 Класс
Реферат: Методические рекомендации для выполнения контрольной работы по уголовному праву (Особенная часть) для студентов заочного факультета на 2011-2012 год (
Реферат: Оценка систем дистанционного образования (математическая модель)
Реферат: Типология социально-педагогических норм и отклонений