Трансформатор

Трансформатор, який містить в своєму складі обмотку трансформатора, складене осердя, обой 631 з'єднана з капілярними структурами теплових труб, що розміщені в обмотці трансформатора. Суть винаходу та принцип дії пояснюється кресленнями. На фіг. 1 показаний загальний вигляд трансформатора у розрізі, а на фіг. 2 - поперечний розріз трансформатора по лінії А-А. На фіг. 3 наведений графік розподілу температури обмотки трансформатора, що пропонується, порівняно з трансформатором-прототипом та трансформатором без теплових труб. Трансформатор (див. фіг. 1) містить у своєму складі обмотку 1, осердя 2 і теплові труби 3, випаровувальні зони яких розміщені усередині обмотки 1. Теплові труби 3 мають, наприклад, циліндричну форму. В іншому варіанті виконання вони можуть мати овальний поперечний переріз або прямокутний. Осердя 2 складається з двох частин, що з'єднані між собою за допомогою верхньої 4 та нижньої 5 обойм відповідно. Верхня обойма 4 та нижня обойма 5 стягнуті болтами 6. Верхня обойма 4 виконана у вигляді плоскої теплової труби. Парові канали теплових труб 3, що розміщені усередині обмотки 1, об'єднані між собою паровим каналом плоскої теплової труби. Капілярна структура 7 плоскої теплової труби з'єднана з капілярною структурою 8 кожної теплової труби 3. Плоска теплова труба і теплові труби 3 виконані, наприклад, з нержавіючої сталі. Капілярна структура 7 плоскої теплової труби та капілярна структура 8 теплових труб 3 мають товщин у 0,2-1,0 мм і спечені з металевих волокон, наприклад, із неіржавіючої сталі діаметром 20-75 мкм, завдовжки 3-7 мм. Пористість - 40-85%. Для зменшення термічного опору капілярні структури 7 та 8 припечені до стінок верхньої обойми 4 та теплових труб 3 відповідно, а також спечені між собою. Капілярні структури 7 та 8 насичені рідким теплоносієм, наприклад, водою з добавкою перекису водню для усунення корозійних процесів. Трансформатор плоскою зовнішньою поверхнею верхньої обойми 4 за допомогою вушок 9 та виступів 10 на обоймі може бути приєднаний до плоскої панелі 11 або іншої несучої конструкції, наприклад, полки, що охолоджується водою. На фіг. 1 потік води показаний стрілками. Пристрій працює таким чином. Під впливом теплоти, що виділяється в обмотці 1 і осерді 2 трансформатора при проходженні електричного струму по обмотці, рідкий теплоносій, що міститься в порах капілярної структури 7 та 8 починає випаровуватися. При цьому виникає різниця тиску пари усередині теплових труб 3 між нагрітими та більш холодними зонами теплових труб. Пара рухається до більш холодної поверхні верхньої обойми 4, де вона конденсується. При конденсації пари виділяється захована теплота пароутворення. Тепло передається теплопровідністю через стінку верхньої обойми 4 до холодної панелі 11 або, при її відсутності, - до оточуючого середовища (повітря, рідини і т.і.). Конденсат під дією капілярних сил перекачується до зон випаровування теплових труб і процес передачі тепла повторюється. Виконання верхньої обойми 4 у вигляді плоскої теплової труби, паровий канал якої об'єднує парові канали теплових труб 3, дозволило збільшити загальну поверхню тепловіддачі та забезпе чити однакові тиск та температуру насиченої пари усі х теплових тр уб. Це призвело до зрівняння температурного поля обмотки трансформатора і до зниження максимальної температури в найбільш нагрітих частинах обмотки. Зниження температури обмотки порівняно з прототипом пояснюється графиком на фіг. 3. На фіг. 3 лінією 1 показана типова залежність температури t обмотки трансформатора від відстані x по перерізу обмотки від осердя до зовнішньої поверхні обмотки без розміщення в обмотці теплових труб (див. Голунов А.М., Сещенко Н.С. Охлаждающие устройства масляных трансформаторов. - М.: Энергия, 1976. - С. 10, рис. 1-1). Координата x0 відповідає розміщенню витків біля осердя, координати x1, х2 , x3 - розміщенню витків всередині обмотки, а координата x4 - зовнішній поверхні обмотки. Значення температури t1 відповідає температурі зовнішньої поверхні обмотки, t2 температурі витків обмотки біля осердя, а t3, t3', t 3'' - максимальній температурі обмотки на відстані x2 від осердя (приблизно посередині перетину обмотки) для трансформатора без теплових труб, з окремими тепловими трубами в обмотці (пристрійпрототип) і для запропонованого трансформатора відповідно. Різниця температур t3-t 1 може досягати 100°С і більше. Наприклад, при потужності трансформатора лише 576 Вт та товщині обмотки лише біля 1 см різниця температур t3-t 1 досягає 52°С (див. Ларионов Л.В., Петров С.И. Расчет и экспериментальное определение максимальной температуры обмоток трансформатора с испарительным охлаждением // Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1968. - Вып. 2. - С. 118, рис. 4). Розміщення окремих теплових труб в обмотці (пристрій-прототип) дозволяє знизити температуру в її зонах, що прилягають до випаровувальних зон теплових труб, на величину Dt. Якщо всі теплові труби мають однаковий термічний опір та однакові умови підводу та відводу тепла, тоді величина зниження температури витків обмотки, незалежно від місця розміщення теплових тр уб в обмотці, буде приблизно однаковою. При розміщенні, наприклад, трьох теплових труб (на фіг. 3 теплові труби умовно показани пунктирними лініями) по перерізу обмотки в координатах x1, x2, x3 розподіл температури по перерізу обмотки буде таким, як показано на фіг. 3 лінією 2. Максимальна температура обмотки знизиться на величину Dt порівняно з трансформатором без теплових труб. При цьому температура насиченої пари та тиску в теплових труба х будуть різними: вищими у теплових труба х, що розміщені в більш нагрітих місцях обмотки. В запропонованому трансформаторі при об'єднанні парових каналів теплових труб 3 паровим каналом плоскої теплової труби верхньої обойми 4 пара теплоносія з теплових труб, що розміщені в більш нагрітих зонах, рухається в теплові труби з меншим тиском пари, завдяки чому тиск, а відповідно і температура, насиченої пари в усіх теплових труба х зрівнюються незалежно від місця розміщення їх в обмотці. При цьому температура t3'' в зоні максимального нагріву знижується порівняно з температурою t3', притаманною прототипу. Зниження температури теплових труб призвоить до зниження температури обмотки в зонах, що приля 2 631 гають до теплових труб. Розподіл температури по перерізу обмотки для трансформатора, що пропонується, показаний на фіг. 3 лінією 3. Як видно з фіг. 3, максимальна температура t3'' обмотки трансформатора, яка обумовлює його надійність та ресурс роботи, значно нижче у запропонованого трансформатора, ніж максимальна температура t3' у трансформатора-прототипа. Безпосередній контакт верхньої обойми 4 з осердям 2 дозволяє підвищити ефективність його охолодження і зниження температури осердя. Запропонована конструкція трансформатора дозволяє використовува ти його в конструкціях обладнання та пристроїв з охолоджуваними водою полками, перегородками та іншими несучими конструкціями, що при блочній побудові апаратури значно підвищує надійність та ресурс трансформатора. При блочній побудові апаратури (наприклад, блоки з трансформаторами, встановлюються в приладних шкафах з полицями, що охолоджуються водою, трансформатори встановлюються в блоки таким чином, щоб зовнішня плоска поверхня верхньої обойми трансформатора знаходилася на верхній основі блока, а блок за допомогою пристрою кріплення встановлюється між полками з забезпеченням надійного теплового контакту між зовнішньою плоскою поверхнею верхньої обойми трансформатора і холодною полкою шафи, завдяки чому здійснюється ефективне зниження температури обмоток трансформатора, підвищується його надійність і ресурс роботи. Окрім підвищення надійності та ресурсу роботи трансформатора, зрівняння температури по перерізу обмотки сприяє зрівнянню електричного опору проводу в різних місцях обмотки і поліпшенню електричних характеристик трансформатора. Фіг. 1 3 631 Фіг. 2 Фіг. 3 4 631 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5