Силовий електричний конденсатор

Силовий електричний конденсатор, що містить корпус з розміщеним у ньому пакетом конденсаторних секцій, кришку із струмовідводами конденсатора, електрично з єднаними з пакетом конденсаторних секцій, і трубку охолодного змійовика, по якій протікає охолоджуюча конденсатор рідина, приєднану до пакета конденсаторних секцій, який відрізняється тим, що на внутрішній поверхні трубки охолодного змійовика виконані виступи з висотою 5 Ш і відносним кроком S, що зв'язані між собою співвідношенням Винахід відноситься до електротехніки, зокрема до силових електричних конденсаторів і може бути використаний при створенні силових електричних конденсаторів призначених для підвищення коефіцієнта потужності електротермічних установок Відомий конденсатор з водяним охолодженням (заявка Японії №60-30096, МКИ 4 НО1 G 4/32, 1/08, заявлено 78 12 01, опубліковано 85 07 15 бюл №7-753), який містить декілька з'єднаних між собою конденсаторних елементів рулонного типу, в яких один кінець електродної фольги виступає назовні з листового діелектрика Конденсатор має охолодний пристрій, що містить декілька розташованих у ряд тепловідвідних ребер із немагнітного матеріалу [-образного перетину 3 ребрами стикаються розміщені в них охолодні трубки Ребра розташовані між виступаючими ділянками фольги конденсаторних елементів пакета конденсаторних секцій приєднана трубка охолодного змійовика, по якій протікає охолоджуюча конденсатор рідина Ознаками, які співпадають із суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі конденсатор містить корпус з розміщеним у ньому пакетом конденсаторних секцій, до пакета конденсаторних секцій приєднана трубка охолодного змійовика, по якій протікає охолоджуюча конденсатор рідина Причиною, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату, є недостатня інтенсивність відводу тепла від пакета конденсаторних секцій В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції силового електричного конденсатора, в якому нове виконання трубки охолодного змійовика дозволить збільшити інтенсивність відводу тепла від пакета конденсаторних секцій Ознаками, що співпадають із суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, є такі конденсатор містить конденсаторні елементи (конденсаторні секції) і охолодні трубки Причиною, що перешкоджає одержанню необхідного технічного результату, є недостатня інтенсивність відводу тепла від конденсаторних секцій За прототип, прийнятий силовий електричний конденсатор (Г С Кучинский, Н И Назаров Силовые электрические конденсаторы, М Энергоиздат, 1992р , 320с , с 14-16), що містить корпус з розміщеним у ньому пакетом конденсаторних секцій, до — = 12-И4 Суть винаходу полягає в тому, що в силовому електричному конденсаторі, що містить корпус з розміщеним у ньому пакетом конденсаторних секцій, кришку із струмовідводами конденсатора, електричне з'єднаними з пакетом конденсаторних секцій і трубку охолодного змійовика, по якій протікає охолоджуюча конденсатор рідина, приєднану до пакета конденсаторних секцій, згідно з винаходом на внутрішній поверхні трубки охолодного змійовика виконані виступи з висотою 5Ш і відносним кроком S, що зв'язані між собою співвідношенням, 00 ^ о 00 ю 58048 — = 12-И4 Зш Розкриваючи причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак винаходу, що заявляється, і технічним результатом, якого можна досягти, необхідно відзначити таке У машинобудуванні широко використовується індукційне нагрівання металів струмами високої частоти Для індукційного нагрівання служать електротермичні установки, в яких енергія високої частоти від джерела живлення передається до металу, що нагрівається, за допомогою індуктора Індукційне нагрівання зв'язане з великим споживанням індуктивного струму індуктором, що обумовлює дуже низький коефіцієнт потужності установок Для підвищення коефіцієнта потужності індукційних електротермічних установок служать силові електричні конденсатори Реактивна енергія, що запасається в індукторі, направляється не в генератор, а в конденсаторну батарею Реактивна потужність силового електричного конденсатора визначається відомою формулою Pp=2-7l-lj2-fp-CH (1) де и р - робоча напруга, В, fp - робоча частота, Гц, Сн - номінальна ємність конденсатора, Ф Конденсатори використовуються в електротермічних установках на робочі частоти від 500 до 10000Гц Великі потужності, обумовлені підвищеними частотами, різко збільшують втрати в даних конденсаторах і тому велика увага звертається на ВІДВІД тепла і зниження температури нагрівання робочого діелектрика конденсатора Через значні теплові втрати, що не можуть бути відведені природним охолодженням, у силових електричних конденсаторах застосовується примусове охолодження, яке здійснюють за допомогою змійовика з мідної трубки, по якій протікає охолоджуюча рідина У такий спосіб зниження температури перегріву конденсатора і збільшення значень допустимої робочої напруги, чи робочої частоти, тобто збільшення реактивної потужності силового електричного конденсатора може бути досягнуте за рахунок збільшення інтенсивності відводу тепла з конденсатора Суть винаходу пояснюється прикладеними кресленнями На фіг 1 показаний поздовжній переріз конденсатора, на фіг 2 - показане розташування трубки охолодного змійовика між пакетом конденсаторних секцій і стінкою корпуса, на фіг З показаний перетин трубки охолодного змійовика з виконаними на її внутрішній поверхні виступами У корпусі 1 силового електричного конденсатора розміщений пакет конденсаторних секцій 2 На кришці 3 конденсатора встановлені струмовідводи 4 електрично з'єднані з пакетом конденсаторних секцій 2 До пакета конденсаторних секцій 2 приєднана трубка 5 охолодного змійовика, по якій протікає охолоджуюча конденсатор рідина Ізоляція пакета секцій 2 від корпуса 1 здійснюється за допомогою корпусної ізоляції 6 На внутрішній поверхні трубки 5 охолодного змійовика виконані виступи 7 з висотою 5Ш і відносним кроком S, що зв'язані між собою співвідношенням — = 12-И4 Зш Розглянемо процес теплопередачі від пакета конденсаторних секцій з температурою ti до трубки охолодного змійовика з температурою Ь, взаємне розташування яких показано на фіг 2 ВІДПОВІДНІ ДО КНИГИ В П Исаченко, В А Осипо ва, А С Сукомел "Теплопередача" - М Энергоиздат, 1981 - 416с, стр 36, інтенсивність теплопередачі визначається ЛІНІЙНИМ коефіцієнтом теплопередачі 1 1 d 1 (2) a-] -d-] 2-Х d-] a 2 - d 2 де аі - коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні трубки, Вт/м2 К, аг - коефіцієнт тепловіддачі від зовнішньої поверхні трубки, Вт/м2 К, X - коефіцієнт теплопровідності мзтерізлу стінки трубки, Вт/м2 К, d-i, d2 - внутрішній і ЗОВНІШНІЙ дізметри трубки ВІДПОВІДНО, М З огляду нз особливості розтзшувзння трубки охолодного змійовикз в зззорі 5 між пзкетом конденсзторних секцій і стінкою корпусз конденсаторз, що предстзвляє собою вузьку вертикзльну щілину можнз ввзжзти, що передача тепла здійснюється в ЩІЛИНІ головним чином за рахунок теплопровідності Тоді третій доданок у формулі (2) можна замінити і вона буде мати наступний вид 1 k= 1 1 , d 2 5 ЭКВ (3) v + In — + ^ м ' а 1 - d i 2-Я di Хж де 5Экв - еквівалентна товщина зазору між поверхнею з температурою ti і трубкою, м, Хж - коефіцієнт теплопровідності просочувального діелектрика конденсатора, Вт/мК 5,к. * | (4) Коефіцієнт тепловіддачі від внутрішньої поверхні трубки охолодного змійовика визначається за формулою Xv -Nil (5) d де Nu - число Нуссельта чи безрозмірний коефіцієнт тепловіддачі Nu = 0,022 • Re 0 ' 8 -Pr°' 47 - - ^ -є ш (6) LP|c) де Re - число Рейнольдеа, що характеризує співвідношення сил інерції і сил в'язкості, Ргж, Ргс - турбулентні числа Прандтля охолоджуючої рідини в трубці і стінки трубки ВІДПОВІДНО, SLU - ступінь шорсткості внутрішньої стінки трубки V-drP)K Re = (7) де V - швидкість охолоджуючої рідини в трубці змійовика, м/с, рж - ЩІЛЬНІСТЬ охолоднжуючої рідини, кг/м3, 58048 ц, - динамічний коефіцієнт в'язкості охолоджуючої рідини, кг/м с виступи висотою 5ш=0,5мм і відносним кроком S = 6 , 5 M M , тобто єш = ехр 0,85 (8) - оптимальне співвідношення відносного кроку S виступу до його висоти 5Ш Як показали експериментальні дослідження доцільно створювати шорсткість з оптимальним співвідношенням що дорівнює 12-И4 При збільS шенні висоти виступу 5Ш, тобто коли ме5,„ нше 12, коефіцієнт тепловіддачі k зменшується, що може бути пояснено утворенням за високими виступами в поверхні стінки трубки застійної зони При збільшенні відносного кроку S між виступами, тобто коли ( S 1 — більше 14, коефіцієнт тепло віддачі також зменшується, що може бути пояснено, тим що при турбулентній течи рідини в шорсткуватій трубці не порушується течія у грузькому підішарі рідини, тобто виступи обтікаються без відриву і немає ніякої різниці між гладкою і шорсткуватою трубками Для прикладу визначимо коефіцієнти теплопередачі кі - коли на внутрішній поверхні трубки охолодного змійовика відсутні виступи, тобто 5ш=0 і V.2 - коли на внутрішній поверхні трубки виконані = 13 ВІДПОВІДНО ДО формули (8) у першому випадку є ш і=1, а в другому випадку гШ2=е°85 Інші параметри приймаємо такими 2=10MM, 5=10мм, рж=870кг/м , К, К, ц=9 Ю3кг/м с, Ргж=145, Ргж»Ргс Об'ємна витрата охолоджуючої рідини через трубку змійовика О.=7л/хв, тоді швидкість охолодної рідини 4-Q V= = 2,3 м/с ті -d У результаті проведених розрахунків за вище переліченими формулами одержуємо кі=7,6Вт/м К, к2=14,4Вт/м К к 2 14,4 1,9 7,6 У такий спосіб створення на внутрішній поверхні трубки охолодного змійовика силового електричного конденсатора виступів приводить до істотного збільшення ЛІНІЙНОГО коефіцієнта теплопередачі, а це у свою чергу дозволяє використовувати конденсатор або при більшій робочій напрузі, або при більшій робочій частоті, тобто підвищує його реактивну потужність 58048 Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна