书城工业电力变压器冷却系统设计
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第28章 水冷却器结构设计计算(4)

一个折流板内的管束与壳体间的旁路面积Sb为:

Sb=Lbc(Ds-Dotl+Lpl)(12‐33)

式中 Lpl——因管程分程隔板宽,对于单管程的标准设计,即Lpl=0;对于多管程的计算,Lpl为Lp的一半,为估计起见,可假定Lp=d(d——管子外径)。

为计算壳程传热旁路校正因子Jb和旁路阻力校正因子Rb,旁路面积分离,即Sb对总横流面积Sm之比表示为Ssbp,由下式计算:

Fsbp=Sb/Sm(12‐34)

7.每一块折流板壳体与折流板间的(E流路)泄漏面积Ssb计算

这是用以计算泄漏效应参数传热因子J1和阻力因子R1的参数,在壳体内直径Ds与折流板直径Db间的直径间隙Lsb为:

Lsb=3.1+0.004Ds(12‐35)

8.每一块折流板上的管子与折流板管孔间的A流路泄漏面积Sλb计算

这也是计算传热泄漏校正因子J1和泄漏阻力校正因子R1所必须知道的,该总的泄漏面积为:

Stb=π/4(d+Ltb)2-d2Nt(1-Fw)(12‐37)

式中 Ltb——管外径与折流板孔间的直径间隙,TEMA标准规定推荐为管径和折流板跨距的函数,其值为0.8或0.4。

9.壳程横流速度Us计算

Us=Ms/ρsSm(12‐38)

式中 ρs——壳程流体质量密度。

方程12‐37是贝尔法计算壳程的横流速度,由于TEMA标准中给出的流动诱发振动系基于Tinker的横流速度,故称Tinker的横流速度计算法。

壳程传热与压降修正因子:

传热校正因子:在贝尔一台华法中,每一个流路的流率由其相应的流路流动截面和流阻来计算。可对理想的壳程横流管束传热膜系数通过共流路的校正因子来加以修正,故壳程传热膜系数hs为:

hs=hiJεJlJbJsJr(12‐39)

式中 hi——理想管束纯横流下壳程传热膜系数;

Jε——折流板切口和跨距校正因子,用以表达因壳程折流板缺口效应时理想横流传热膜系数hi的修正;

Jl——壳流泄漏效应校正因子,包括壳体对折流板(E流路)和管子对折流板的泄漏(A流路);

Jb——管束C流路和F流路旁路校正因子;

Js——管束进口区和出口区跨距与中间不同的校正因子;

Jr——层流时负传热温差校正因子。

10.弓形折流板缺口校正因子Jc计算

对于折流板切口范围在15%~45%时,Jc为:

Jc=0.55+0.72F(12‐40)

对于弓形缺口区不布管(NTIW)的设计,Jc=1.0,对于小的折流半缺口,Jc=1.25,而对于非常大的折流板缺口,Jc≈0.52。对于液体的壳程换热器良好的实际可达到Jc=1.0。

11.折流板泄漏效应传热校正因子J1和压降校正因子R1计算

12.管束旁路传热校正因子Jb和压力旁路校正因子Rb确定

13.层流下逆向传热温差校正因子Jr确定

14.非等跨传热校正因子确定

15.进出口区段与中间段不等跨压降校正因子Rs计算

层流时Res<100,n=1;湍流时n=2。

(1)Lbc=Lbo=Lbi时,Rs=2;

(2)对于合理的极限情况下Lbi=Lbc=2Lbc,Rs=1.0(层流);Rs=0.573(湍流);

(3)对于典型的U管Lbc=Lbc以及,Lbo=2Lbc,层流时Rs=1.5;湍流时,Rs=3.0。

16.壳程传热膜系数和压降确定

(1)计算壳程质量流速Gs、雷诺数Res和普兰特数Prs:

Gs=Ms/Smkg/m2s或lbm/h·in2(12‐53)式中 μs、Cps、Rs和Ms——分别为壳程流体动力粘度、定压比热容、导热系数和质量流率。

(2)计算壳程理想传热膜系数hs:

hs=JiCpsGs(s)n/pr2/3/s(12‐54)

式中 Ji和()n可由下面给出:

Ji是壳程理想Coulbum传热因子(也称J因子)可由贝尔一台华管束布置和节距典型曲线近似求得。例如,管径d=19.05mm。节距为25.4mm以及排列布置角θtp=30°时,贝尔(40)Ji拟合曲线为:

Ji=1.73Re-0.694

s1≤Res<100

Ji=0.717Re-0.574

s100≤Res<1000

Ji=0.236Re-0.346

s1000≤Res

如壳程流体被加热,则s>1,壳程流体被冷却时,s<1。为了确定μw,必须先确定壁温TW,可由下列管内传热膜系数ht和壳程传热膜系数hs近似值来估计:

TW=Tt,av+Ts,av-Tt,av/1+hths(12‐56)

式中 Ts,av和Tt,av——分别为壳体金属温度和管子金属温度和平均值,两者均是分别为壳程和管程进口、出口流体算术平均温度;TEMA标准中给出了计算平均金属温度的精确计算值。

对于气体被加热,壁温TW常常是高过Ts,av值,故校正因子<1.0于是壳程传热膜系数即可计算出:

hs=hiJcJiJlJsJbJr(12‐58)

17.壳程压降总和Δpc计算

(1)中间横流段压降受到壳程式旁流和泄漏流的影响,中间各段内部横流压降总和为:

Δpc=(Nb-1)(ΔpbiRbRl)(12‐59)

(2)进、出口区压降受到旁流影响,其跨距与中间区段不同,其压降为:

Δpe=2(Δpb,i)(1+Ntcw/Ntcc)RbRs(12‐60)

(3)弓形缺口区压降受泄漏流影响,各缺口区总压降为:

ΔpwNbR1(12‐61)

Res≥100时,Δpw=(2+0.6Ntcw)G2/w/2gcρs(12‐62)

12.5国内常用YSS型双管板水冷却器

1.YSS型水冷却器技术性能

YSS型双管板水冷却器(以下简称冷却器)。它具有体积小、冷却效率高、安装维护方便、自控程度高、使用安全可靠等优点,可单台或分组安装使用。

其主要结构特点是:开单环槽的拉脱力是未开槽的1.6倍以上,开双环槽的拉脱力是未开槽的3倍以上,从根本上杜绝了管板涨口部位的渗漏可能,日本多田公司即为此结构。

材料为铜管选用大流量低扬程低转速油泵,具有寿命长,温升低、噪音小、维修工作量小、安全、可靠等。

(1)正常工作条件:

冷却水入口最高温度不大于30℃,水内不得有强腐蚀性介质,泥砂及其他污物,流量稳定。

不推荐采用高于额定的水流量,致使水压过高,缩小了油水压差值,影响运转的可靠性。冷却器组的运行方式按单台排列顺序安排,除紧急情况外,不应动用备用冷却器,以保证供电的可靠性。在变压器轻负荷或无负荷时,最好维持冷却器正常运行,但可以少给水或停止给水,以保证变压器内部油的循环而减少温差。

(2)冷却器组的标准系列

(3)长冷却器容量及冷却器组的选定

水冷却器的容量选定与风冷却器一样,也是根据变压器总损耗和工作环境因素来选定,水冷却器组单台数应按下式计算:

台数=1.15×变压器65℃时总损耗(kW)/冷却器单台额定容量(kW)+1(备用)

2.YSS型水冷却器结构

YSS水冷却器结构是管子上、下管板都是采用双层管板胀管,还在胀管结合的管板孔内开了宽1.2~1.5mm、深0.3mm的沟槽,使黄铜管通过胀管后嵌入沟槽内,可保证胀管结处不渗不漏,由于在油室管板处和水室管板处分别都进行了胀管,即使万一有些渗漏情况,各液体会由空隙处渗出,只要黄铜管不发生开裂,绝对不会产生油水混合现象。

由一个油室和二个水室构成。铜管内通过,管外的空间由隔板分成若干曲折通道,油泵运转时,迫使热油在冷却器管间的通道中回流,以有效地散出热量,最后经出油管回到变压器中。水室分上水室和下水室,下水室分成二腔,将冷却水管分二路,冷却水先经一路由下水室至上水室,再折回一路,形成U字形管路到下水室的另一腔,然后排出冷却器。

油与水流动方向为混逆流式,其冷却效果较强。管组的两端各装在上、下两管板等。

使黄铜管在钢板结合处不致受有过大的机械应力而引起渗漏。另外在水室和油室之间均有30mm双层管板的空隙,此空隙一方面可以防止水渗入油中,另一方面可以观察有无渗油和渗水的现象。