Бак с охлаждающими трубами

Выбирается тип используемых труб, определяются размеры поперечного сечения трубы, радиус закругления, шаг труб в ряду и шаг между рядами. Определяются длины прямых участков труб и дополнительные расстояния от крышки и дна бака. Определяются расстояния между осями труб на стенке бака, длина труб, необходимая поверхность конвекции и необходимая реальная поверхность труб. Определяется общая длина всех труб, число и шаг труб в каждом ряду. Определяются фактическая поверхность труб, фактическая поверхность конвекции бака с трубами и поверхность излучения бака с трубами.

 

Этот тип бака в течение десятилетий применялся в трансформаторах мощностью до 1600 кВ∙А, но в последние годы был заменен на более технологичный тип бака с навесными радиаторами из прямых труб. Коэффициент теплоотдачи стенки с трубами выше, а удельный расход материалов ниже, чем у радиатора с прямыми трубами. Поэтому не исключен возврат к типу бака с трубами при возможном совершенствовании технологии его изготовления.

Число рядов труб выбирают от одного до трех. При большем числе рядов значительно ухудшается теплоотдача внутреннего ряда. Соседние трубы разных рядов размещают одну над другой (рис. 5.6). Все трубы изогнуты по радиусу . Обычно применяют трубы круглого сечения диаметром мм или овальные трубы с размерами поперечного сечения 72 × 20 мм и толщиной стенки 1,5 мм. Применение овальных труб позволяет разместить в ряду больше труб и при меньшем числе рядов обеспечить нормальную теплоотдачу.

В последнее время трубы диаметром 51 мм заменяют трубами диаметром 30 мм с толщиной стенки 1,2 мм. При этом уменьшается масса труб и масла в них и одновременно примерно на 15 % увеличивается теплоотдача с единицы поверхности трубы.

Сравнительные данные труб приведены в табл. 5.7.

Расстояние между центрами отверстий наружного ряда труб (расстояние на рис. 5.6) должно быть меньше высоты бака на сумму расстояний и от крышки и дна бака. Эти расстояния зависят от длины прямого участка наружного ряда труб (расстояние на рис. 5.6) и формы сечения трубы. Размеры поперечного сечения трубы , радиус закругления , шаг труб в ряду и шаг между рядами определяют по табл. 5.7.

Таблица 5.7

 

Данные труб, применяемых в силовых масляных трансформаторах

 

Форма трубы	Размеры сечения, , мм	Толщина стенки, мм	Поперечное сечение в свету, мм2	Поверхность 1 м трубы , м2	Масса в 1 м, кг
металла	масла в трубе
круглая овальная круглая	72×20	1,5 1,5 1,2		0,1600 0,1600 0,0942	1,820 1,820 0,845	1,63 0,79 0,54
Форма трубы	Шаг	Радиус изгиба , мм	Число рядов труб при мощности, кВ×А
между рядами, , мм	в ряду , мм
63–160	250–630	1000–1600
круглая овальная круглая						2–3 1–2 2–3

Прямой участок для внутреннего ряда труб принимают равным 50 мм. Далее определяют: ;...; , где – число рядов труб.

По табл. 5.8 для выбранных форм сечения трубы и размера ( на рис. 5.6) наружного ряда труб выбираются минимальные значения и .

 

Таблица 5.8

 

Минимальные расстояния оси трубы круглого сечения диаметром 51 мм* от крышки и дна бака для масляных силовых трансформаторов

 

, мм	50–80	100–150	170–200	250–280
, мм
, мм

* Для труб овального сечения 72×20 мм при тех же размерах расстояния и увеличить на 10 мм.

 

Расстояния между осями труб на стенке бака, начиная с наружного ряда труб (с номером ), вычисляют по формулам:

– первый ряд снаружи: ;

– второй ряд снаружи: ; (5.43)

– третий ряд снаружи: ;

где − по формуле (5.29); и − по табл. 5.8; − по табл. 5.7.

Развернутая длина трубы:

– в первом ряду: ; (5.44)

– во втором ряду: ; (5.45)

– в третьем ряду: ; (5.46)

где − по формулам (5.43); мм; , − по табл. 5.7.

Необходимая поверхность конвекции труб

 

, (5.47)

 

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

Необходимая реальная поверхность труб

 

, (5.48)

 

где – коэффициент, учитывающий улучшение теплоотдачи конвекцией с поверхности труб по сравнению с вертикальной гладкой стенкой, принимают по табл. 5.9.

 

Таблица 5.9

 

Значения коэффициента

 

Гладкая стенка	Трубы круглого сечения диаметром 51 мм* и овальные сечением 20 × 72 мм
Количество рядов
1,0	1,4	1,344	1,302	1,26

* Для труб диаметром 30 мм умножить на 1,15.

 

Необходимая общая длина всех труб

 

(5.49)

 

где − по формуле (5.48); – по табл. 5.7.

Число труб в каждом ряду

 

, (5.50)

 

где − по формуле (5.49); для одного ряда труб, для двух рядов, для трех рядов, где размеры , , − по формулам (5.44)–(5.46).

Полученное число труб округляют до ближайшего четного целого числа.

Шаг труб в ряду:

– для прямоугольного бака:

 

; (5.51)

 

– для овального бака:

 

; (5.52)

 

где , – по формулам (5.26), (5.27); − по формуле (5.50) с учетом округления.

Полученное значение шага труб в ряду должно быть не меньше шага труб в ряду , указанного в табл. 5.7. В противном случае следует изменить форму сечения или число труб и повторить расчет трубчатого бака.

Фактическая поверхность труб

 

, (5.53)

 

где − по формуле (5.50) с учетом округления; – по табл. 5.7; – см. формулу (5.50).

Фактическая поверхность конвекции бака с трубами

 

, (5.54)

 

где − по формуле (5.35) или (5.36); − по формуле (5.53); − по табл. 5.9.

Фактическая поверхность конвекции бака должна быть равна или немного превышать необходимую по условиям охлаждения поверхность конвекции , найденную по формуле (5.34). Иначе следует произвести соответствующую корректировку размеров бака или труб.

Увеличение поверхности конвекции бака достигается увеличением прямого участка (рис. 5.6) всех рядов труб (например, на 50–70 мм), высоты бака, числа труб в ряду или числа рядов труб. Уменьшить можно, уменьшая число рядов труб или число труб в ряду , при этом оставляя его четным.

Как и в случае с радиаторами, поверхность излучения бака с трубами может быть найдена при помощи коэффициента , учитывающего отношение периметра поверхности излучения данного бака с трубами к поверхности гладкого бака, для бака с трубами Однако в данных для труб указана такая величина, как поверхность 1 м трубы, поэтому нам точно известна поверхность всех труб. Поверхность излучения бака с трубами

 

, (5.55)

 

где – по формулам (5.35), (5.36); − по формуле (5.53).

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