Для расчета поверхности теплообмена необходимые данные выбрать из табл. 1 в соответствии с рис. 2.
Рис. 2. Элементы трубчатого бака.
Развернутую длину трубы в каждом ряду, м, определяют по уравнению:
-для первого (внутреннего) ряда
,
- для второго ряда
,
- для третьего ряда
и так далее.
Число труб в одном ряду на поверхности бака овальной формы
.
Поверхность излучения бака с трубами, м2,
,(1.7)
где d — диаметр круглой трубы (51 или 30 мм) или больший размер поперечного сечения овальной трубы (72 мм); а1, R, tР — размеры из табл. 1 для выбранной трубы, мм.
Для второго и последующих рядов размер аi рассчитывают по выражению
аi = аi–1+ tР,
где i = 2,3,… — номер расчетного ряда.
Высота крепления трубок к баку, м :
- для второго ряда
,
-для первого ряда
.
Расчетная поверхность конвекции бака с трубами, м2,
, (1.8)
где FК,ГЛ — поверхность конвекции гладкого бака и крышки, рассчитанные по (1.5) или (1.6), м2;
кФ — коэффициенты, выбираемые по табл. 2;
FК,ТР — поверхность конвекции труб, м2,
, (1.9)
где Fl — поверхность 1м трубы, принятая из табл. 1.
Таблица. 2 Значение коэффициентов кф.
|
Коэффициент |
Трубы овального сечения (20 ´ 72) мм и d = 51 мм |
|||
|
1 ряд |
2 ряда |
3 ряда |
4 ряда |
|
|
кф |
1.4 |
1.344 |
1.302 |
1.26 |
|
кф |
Трубы d = 30 мм |
|||
|
1.61 |
1.546 |
1.497 |
1.45 |
|
Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака, Вт
, (1.10)
где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 × К);
FК — наружная расчетная поверхность бака, определена по (1.5) или (1.6) — для гладкого бака и по (1.8) — для бака с охлаждающими трубами, м2;
DtМ – В — разность температур между маслом и воздухом, °С, найдена ранее по (1.4).
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 × К), можно рассчитать по формуле для плоской стенки
,
где dС — толщина стенки бака, обычно 3 – 5 мм;
lС — коэффициент теплопроводности бака, Вт/(м × К), бак
выполнен из стали,
lС = 45 ¸ 55 Вт/(м × К);
ВН, Н — коэффициенты теплоотдачи с внутренней и наружной поверхности стенки бака, Вт/(м2 × К).
Расчет коэффициентов теплоотдачи от масла к стенке ВН и от стенки к воздуху Н производится для условий теплоотдачи при естественном движении и воздуха, и масла согласно [3, 4, 6].
Физические параметры воздуха принять из приложения 2 по расчетной температуре воздуха, а для трансформаторного масла из приложения 3 — по средней температуре масла. Константы критериальных уравнений выбрать из приложений 4,5 с учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака.
Уточняются температуры, °С,:
- наружной поверхности бака
, (1.11)
где tВ — температура воздуха, °С; и
- трансформаторного масла внутри бака
, (1.12)
где tС — температура внутренней поверхности бака.
Ввиду малого термического сопротивления стенки бака (), температуры на внутренней и наружной поверхности бака можно принять одинаковыми.
Поток теплоты, излучаемый с поверхности бака, Вт,
, (1.13)
где с0 = 5.67 Вт/(м2×К4) — коэффициент излучения абсолютно черного тела;
e — степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять e » 0.8.
FЛ — поверхность излучения, м2, определена по (1.5) или (1.6) — для гладкого бака, и по (1.7) — для бака с охлаждающими трубами;
ТС — температура поверхности бака, К, уточненная по (1.11);
ТВ — температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К.
Правильность расчетов оценивается по общему (суммарному) потоку тепловой энергии, Вт,
. (1.14)
Он не должен значительно отличаться от принятого по (1.1).
Расчет необходимо выполнить для разных значений температуры окружающего воздуха и представить зависимость изменения температуры масла от температуры воздуха.
При заданной температуре воздуха (наибольшей) аналогично выполнить расчеты и определить зависимость изменения температуры масла от нагрузки трансформатора, принимая разные значения коэффициента загрузки кЗ в соответствии с заданием. Результаты различных вариантов расчета оформить в виде таблиц. Полученные зависимости проанализировать и прокомментировать.
тема 2. Расчет системы обеспечения микроклимата ячеек ру 6-10 кв
Комплектное распределительное устройство (КРУ) — это совокупность электротехнического оборудования, необходимого для схемы распределительных устройств (РУ), смонтированного в отдельных шкафах. Они широко применяются на распределительных подстанциях энергосистем, преобразовательных подстанциях, подстанциях промышленных и сельскохозяйственных предприятий и т.д. РУ набирается из отдельных шкафов КРУ со встроенным в них электротехническим оборудованием высокого напряжения, устройствами релейной защиты, приборами измерения, автоматики, масляными выключателями и др. В настоящее время широко применяют наружную установку шкафов КРУ. Для надежности работы оборудования вне зависимости от условий окружающей среды необходимо поддерживать определенный микроклимат по температуре и влажности воздуха внутри шкафов КРУ. В холодный (зимний) период года возможно переохлаждение и замерзание масла, что нарушит работу масляных выключателей, недопустимо также переохлаждение системы релейной защиты и образование инея (десублимации влаги) при высокой относительной влажности воздуха. В весенне-осенний период наблюдается большая амплитуда суточного колебания температуры и при высокой влажности воздуха возможно выпадение влаги в жидкой фазе на изоляторах. Обеспечение теплового режима в разное время года подогревом воздуха внутри шкафов КРУ позволит исключить эти нежелательные явления и обеспечит надежную работу оборудования. Задачей курсовой работы по второй теме является расчет мощности нагревательных устройств с целью обеспечения температурного режима в зимних условиях и влажностного режима в переходные периоды года.
2.1 обеспечение температурного режима
По условиям работы температура воздуха внутри шкафов КРУ должна быть не ниже +5 °С. Температура наружного воздуха (окружающей среды) принимается по средней температуре наиболее холодных суток в зависимости от региона расположения подстанции из приложения 6.
Тепловая мощность подогревающего устройства определяется величиной теплопотерь через стенки шкафа КРУ и излучением с его наружной поверхности, Вт:
, (2.1)
где Qк — конвективный поток теплоты через все теплоотдающие поверхности шкафа, Вт; Qл — поток тепловой энергии, излучаемой наружной поверхностью шкафа, Вт.
Теплопотери через все поверхности шкафа (боковые, верхние) осуществляются посредством теплопередачи и рассчитываются по уравнению, Вт:
, (2.2)
где к — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К), tВН, tН — температура воздуха внутри шкафа и снаружи, °С, F — расчетная поверхность теплообмена, м2.
Ее величина принимается по наружной поверхности шкафа (см рис.3, 4, 5), причем у крайних и средних шкафов, стоящих в одном ряду, поверхность теплообмена разная.
Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2×К), рассчитывается по уравнению
, (2.3)
где aВН — коэффициент теплоотдачи от воздуха к внутренней стенке шкафа, определяется при условии теплоотдачи внутри шкафа свободной конвекцией, Вт/(м2 × К),
aН — коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности шкафа к воздуху, рассчитывается при обдувании поверхности шкафа ветром, Вт/(м2 × К).
dС — толщина стенки шкафа, принять 2,5 ¸ 3 мм;
lС — коэффициент теплопроводности стенки, выполненной из стали,
lС = 45 ¸ 55 Вт/(м × К).
Методика расчета коэффициентов теплоотдачи изложена в[3,4,6].Физические параметры воздуха следует принять из приложения 2 по расчетной температуре воздуха: внутри шкафов +5°С, снаружи — по температуре наиболее холодных суток (см. приложение 6). Константы критериальных уравнений выбрать из приложений 4,5 с учетом условий теплоотдачи и расположения расчетной поверхности теплообмена шкафа.
При расчете коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности aН скорость ветра принять из приложения 6 согласно заданного региона.
При расчете потерь теплоты через пол учесть, что шкафы стоят на бетоне. Толщина бетона =100 мм, коэффициент теплопроводности бетона lб = 1.28 ¸ 1.3 Вт/(м × К) [3, 4]. Потери теплоты через пол в грунт осуществляются сначала посредством теплоотдачи, а далее — теплопроводностью через пол шкафа и бетонную подушку, Вт:
Qп = , (2.4)
где tвн — температура воздуха внутри шкафа, °С;
tгр — температура грунта, °С, можно принять на 10¸15 °С выше температуры наружного воздуха;
Fп — поверхность пола шкафа, м2.
Рассчитывается суммарный конвективный поток теплоты через боковые и верхнюю поверхности шкафа, а также через пол.
Лучистая составляющая теплопотерь определяется уравнением, Вт,
, (2.5)
где со = 5.67 Вт/(м2К4) — коэффициент излучения абсолютно черного тела;
e — степень черноты наружной поверхности шкафа;
e = 0.85 ¸ 0.9 — для поверхностей, покрытых масляной краской или эмалью [3].
ТС, ТВ — абсолютные температуры стенки и окружающего воздуха, К.
Температуру стенки шкафа можно рассчитать, °С,
, (2.6)
где F — расчетная поверхность теплообмена излучением, м2.
По величине суммарных тепловых потерь (2.1) подбирают тип и мощность электрообогревательного устройства,
Расчет выполнен по средней температуре самого холодного периода года. Очевидно, с ростом температуры наружного воздуха мощность электрообогрева должна снижаться. Необходимо разработать схему автоматического регулирования тепловыделения нагревательного устройства в зависимости от температуры наружного воздуха.
