专利名称：斜肩式变压器片式散热器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于变压器散热器领域。
背景技术：
国内使用的变压器片式散热器主要依据“JB5347-1999变压器用片式散热器”标准要求生产，单片外形如图Ia和图Ib所示，片扇高度、片扇宽度要符合标准要求。以下简称普通型变压器片式散热器。随着科技进步和国民经济飞速发展，人们在生活生产当中对能源的需求逐渐增力口，尤其是对电能的需求日益剧增，因此电力系统逐步向大容量、大电网、特高压方向发展。变压器是电力系统中重要的电气设备之一，其可将高电压和大电流转变成另一种或几种同 频率的不同电压和电流。当变压器运行时，由于电阻和磁阻的存在，铁心、线圈和钢结构均要产生损耗，此损耗变为热能，造成变压器发热和温度上升。随着变压器容量的提高，变压器过热的问题亦越来越突出。变压器温度过高不仅致使输电损耗加大，而且造成变压器绝缘材料的绝缘电阻下降，加速绝缘材料老化，引发局部放电，导致输出容量大大地低于额定容量，降低变压器的效率，缩短变压器的使用寿命。由于变压器的安全运行直接影响到整个电力系统的安全可靠性，因此随着输电距离和输送容量的加大，以及变压器数量的增多，电力系统要求变压器不仅性能好、技术指标和经济指标先进，而且还要保证变压器运行安全、可靠。由此可见，变压器的冷却问题对保证电力系统的安全运行非常重要。现今变压器的冷却主要使用片式散热器，其要受到变压器周围空间限制，因此如何提高其散热能力，加快变压器的冷却速度和效率，延长变压器的使用寿命是工程中急需解决的问题。近些年，国内外研究人员主要围绕变压器内部及变压器的冷却系统开展热特性分析。在国外,Swift G.使用简单的等效电路表示变压器内热流动方程。Radakovic Z.通过计算求出变压器中最热点温度，并对变压器油箱的模型进行改进。Reddy使用有限元模型计算风冷变压器中的涡流损失，并建立等效电路表示热模型。Faiz J.使用ANSYS软件计算变压器损耗和绕组中温度场分布，计算中设定绕组中的油温不变，而且该模型仅对单层绕组进行建模。M.A. Taghikhani基于传热理论，采用有限元方法，仿真模拟出变压器绕组内温度场分布。R. Hosseinia建模计算变压器绕组及其绝热系统的热特性，确定变压器冷却系统影响因素；对建立几个冷却系统方案进行比较分析，研究不同几何参数对变压器绕组的冷却过程的影响效果；同时求出变压器热点位置和热损失大小。在国内，1999年沈阳变压器研究所的陆万烈对“热模拟”原理间接测量变压器绕组温度进行误差分析，提出消除“热模拟”误差的方法。2001年沈阳变压器责任有限公司的汤焱用控制容积法对变压器绕组的流场和温度场进行仿真计算，并利用实验方法对变压器绕组仿真模型进行验证，结果表明仿真结果与实验结果基本相符。2003年大连理工大学的丛龙飞对油浸风冷三相变压器的三维非稳态温度场进行数学模拟，建立了其参数辨识的优化算法，并证明油浸风冷变压器参数识别模型CP算法及软件正确。2010年重庆大学的梁亚峰对油浸式变压器的热行为进行分析，分别研究电力变压器内部损耗机理，以及油浸式电力变压器的不同冷却方式和温升变化，分析变压器的绕组、铁芯和变压器油的升温和降温特性曲线。同时在搭建的变压器温升试验平台上对变压器绕组的温度分布进行测量，得到了变压器内部的温度与时间、纵向高度之间的关系曲线。最后基于数值模拟计算方法，通过仿真计算了变压器内部温度场，得出绕组沿纵向高度变化的温度特性，并提出绕组热点定位方法，进而应用实验方法进行验证。近些年，河北工业大学在变压器的温度场和冷却结构集中开展研究，并取得了一系列成果。2005年韩鹏针对大型自然油循环导向冷却结构变压器进行换热特性分析，完成了大型自然油循环导向冷却方式变压器的油流分布和绕组温度场计算。同时采用仿真计算建立线圈最热点求解方法，分别确定从线圈底部进入线圈的油流入口油温。通过变压器热负荷与油流带出热量的平衡关系求出油流量，进而对线圈油流分布进行数值计算，得出油流阻力分布。利用实验模型和结果对理论计算结果的油流分布和温度场分布进行检验，证 明二者吻合良好。2006年苏丽娜对大型自然油循环导向冷却结构变压器的发热冷却及流动换热的基本现象和原理进行分析，进而针对使用片式散热器的自然油循环导向结构变压器，建立各部分温升计算数学模型，通过对变压器发热冷却原理进行分析和数值模拟，编制了一个计算大型自然油导向结构变压器平均油温升、顶油温升、平均绕组温升的计算软件该软件，可以计算此类变压器在自冷和风冷两种情况下的温升值，并对影响温升的各种因素进行了分析。从以上研究实例可以看出，加强传热效果的研究工作多集中在自冷油浸变压器内部温度场的模拟仿真计算和外部片组的安装运行和片组内部变压器油的强化流动等方面，而对变压器片式散热器整体片扇优化设计研究较少。本专利正是对国内电力系统内广泛采用的普通型片式散热器的形状和结构进行优化设计，提高其换热效果。
发明内容本实用新型提供一种斜肩式变压器片式散热器，以解决目前变压器片式散热器散热效率不高的问题。本实用新型采取的技术方案是双斜肩式变压器片式散热器单元盒相互平行安装，上集油管和下集油管分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒连接，该上集油管与水平的夹角β为10° 20° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒的结构是主体有上集油管进出口、下集油管出口，主体内部有油道，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度〃为13° 20°。本实用新型一种实施方式是双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差t/=3mnTl0mm。本实用新型的优点是结构新颖，当普通变压器片扇采取优化设计后，即采取整体斜肩式、单片扇双斜肩式时，变压器片片扇的换热效率能显著提高。
图Ia是现有普通变压器片式散热器的结构示意图，图中I是变压器片式散热器单元盒，2是集油管，3是变压器；[0014]图Ib是现有普通变压器片式散热器单元盒的结构示意图；图2a是本实用新型的结构示意图；图2b是图2a的右视图；图3a是本实用新型双斜肩式变压器片式散热器单元盒的结构示意图；图3b是本实用新型双斜肩式变压器片式散热器单元盒油道横截面的结构示意图，图中以7个油道为例；图4是本实用新型PC1200-26/320不同改造角度换热效率变化图；图5是本实用新型PC2000-26/480不同改造角度换热效率变化图；图6是本实用新型PC2500-26/520不同改造角度换热效率变化图；·图7是本实用新型PC1200-26/320优化前后换热效率变化图；图8是本实用新型PC2000-26/480优化前后换热效率变化图；图9是本实用新型PC2500-26/520优化前后换热效率变化；图10是PC1200-26/320不同改造角度换热效率变化图；图11是PC2000-26/480不同改造角度换热效率变化图；图12是PC2500-26/520不同改造角度换热效率变化图；图13a是单侧斜肩油道整体轮廓示意图；图13b是双侧斜肩油道整体轮廓示意图；图14是PC1200-26/320单、双斜肩式变压器片扇与普通片扇的换热效率比较图；图15是PC2000-26/480单、双斜肩式变压器片扇与普通片扇的换热效率比较图；图16是PC2500-26/520单、双斜肩式变压器片扇与普通片扇的换热效率比较图；图17是PC1200-26/320不同油道分布方式换热效率变化图；图18是PC2000-26/480不同油道分布方式换热效率变化图；图19是PC2500-26/520不同油道分布方式换热效率变化图。
具体实施方式
实施例I双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为10° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为13°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差i/=3mm。实施例2双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为15° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为16. 5°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差古3_。实施例3双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为20° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为20°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差i/=3mm。实施例4双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为10° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为13°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差古6. 5_。实施例5双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为15° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为16.5°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差￠/=6. 5mm ο实施例6双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为20° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为20°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差古6. 5_。实施例7双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为10° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为13°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差实施例8双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为15° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度Θ为16.5°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差J=10mm。实施例9双斜肩式变压器片式散热器单元盒I相互平行安装、上集油管2和下集油管3分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒I连接，该上集油管2与水平的夹角β为20° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒I的结构是主体101有上集油管进口 102、下集油管出口 104，主体内部有油道103，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度β为20°，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差下边通过仿真试验来进一步说明本实用新型。仿真试验I从片宽由小到大，选取了PC1200-26/320，PC2000-26/480，PC2500-26/520 等常用型变压器片扇。对于不同尺寸的散热器单片扇采用双斜肩式变压器片式散热器单元盒，双斜肩式变压器片式散热器单元盒的斜肩角度为20。。随着散热器上集油管与水平的夹角β增加，换热效率都出现先增加而后降低的趋势。例如PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500_26/520 型片扇卢从 O 到 30。时单片扇换热效果如图 4、图 5、图 6 所示。PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500-26/520 三种尺寸片扇组成的成组散热器的最佳与水平的夹角β分别为10°、15°、20°，当超过25 0·时，片扇的换热效率有明显的下降趋势。因此，综合考虑不同尺寸的散热器，则上部集油管倾斜角度β最佳为10° 20°。仿真试验2对采用双斜肩式变压器片式散热器单元盒的变压器片式散热器，采取优化设计后，即采取上部集油管倾斜角度β为10° 20°时，，变压器片扇的换热效率比优化设计前β为0°时，能显著提高。针对PC1200-26/320型成组片扇散热器采用优化设计，即上部集油管倾斜角度β为10°，采用双斜肩式变压器片式散热器单元盒，斜肩角度为20°，片扇间距45mm，单片扇油道宽度从中间向外侧为45mm、50mm。通过仿真计算，对比优化前，即上部集油管倾斜角度β为0°，本实用新型散热器换热效率提高9%，改进效果如图7所示。针对PC2000-26/480型成组片扇散热器采用优化设计，即上部集油管倾斜角度β为15°，采用双斜肩式变压器片式散热器单元盒，斜肩角度为20°，片扇间距45mm，单片扇油道宽度从中间向外侧为40mm、45mm、50mm。通过仿真计算,对比优化前双斜肩式单元盒的变压器片式散热器，对比优化前，即上部集油管倾斜角度卢为0°，本实用新型散热器换热效率提闻3%,改进效果如图8所不。针对PC2500-26/520型成组片扇散热器采用优化设计，即上部集油管倾斜角度β为20°，采用双斜肩式变压器片式散热器单元盒，斜肩角度为20°，片扇间距45mm，单片扇油道宽度从中间向外侧为40mm、43mm、46mm、49mm。通过仿真计算,对比优化前双斜肩式单元盒的变压器片式散热器，对比优化前，即上部集油管倾斜角度卢为0°，本实用新型散热器换热效率提高4%，改进效果如图9所示。结论当普通变压器片扇采取优化设计后，即采取本实用新型时，变压器片片扇的换热效率能显著提高。仿真试验3双斜肩式变压器片式散热器单元盒的换热效率研究I、仿真试验中，从片宽由小到大，选取了 PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500-26/520等常用型变压器片扇。对于不同尺寸的散热器片扇，随着片扇上部油道削肩角度增加，换热效率都出现先增加而后降低的趋势。[0067]例如PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500_26/520 型片扇 ^ 从 O 到 30。时单片扇换热效果如图 10、图 11、图 12 所示。PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500-26/520三种尺寸片扇的最佳削肩角度分别为13°、18°、20°，当削肩角度超过25 °时，片扇的换热效率有明显的下降趋势。因此，综合考虑不同尺寸的散热器，则上部油道削肩角度β最佳为13° 20°°。分别针对PC1200-26/320、PC2000-26/480、PC2500-26/520 型片扇单侧斜肩和双侧斜肩形式进行了仿真试验，如图13a和图13b所示，结果见图14、图15、图16，由结果可见双侧斜肩效果优于单斜肩。2、双斜肩片扇油道尺寸分布从中间向两侧，油道宽度从小到大变化研究。理论分析表明油道尺寸变化对片扇内油流速度和分布有影响，从而影响单片 扇内变压器冷却油换热效果，片扇内油流速度分布较均匀的换热效果比油流速度分布不均匀的换热效果好。当对不同尺寸油道分布的仿真试验研究时，设定计算单片扇结构为改造角度20°、双侧削肩且油道按照中间窄两边宽分布。从中间向两侧的油道宽度从大到小变化时，简称大小型；油道宽度均匀分布时，简称均匀型；从中间向两侧的油道宽度从小到大变化时，简称小大型，可得出小大型散热效果最好的结论。本专利认为从片扇中间向两侧油道宽度从小到大排列时，片扇的换热效果会变好。例如PC1200-26/320型片扇油道宽度从中间向外侧为40mm、50mm,PC2000-26/480型片扇油道宽度从中间向外侧为40mm、45mm、50mm,PC2500-26/520型片扇油道宽度从中间向外侧为40mm、43mm、46mm、49mm，采取大小型、均匀型、小大型三种方式时，散热效果图17、图18、图19所示。3、结论当普通变压器片扇采取优化设计后，即采取双斜肩式并且片扇油道尺寸分布从中间向两侧，油道宽度从小到大变化时，变压器片片扇的换热效率能显著提高。
权利要求1.一种斜肩式变压器片式散热器，其特征在于双斜肩式变压器片式散热器单元盒相互平行安装，上集油管和下集油管分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒连接，该上集油管与水平的夹角β为10° 20° ;所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒的结构是主体有上集油管进出口、下集油管出口，主体内部有油道，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度P为13° 20°。
2.如权利要求I所述的斜肩式变压器片式散热器，其特征在于双斜肩式变压器片式散热器单元盒的油道宽度从中间向两侧按等差数列逐渐增加，公差i/=3mnTl0mm。
专利摘要本实用新型涉及一种斜肩式变压器片式散热器，属于变压器散热器领域。双斜肩式变压器片式散热器单元盒相互平行安装，上集油管和下集油管分别与双斜肩式变压器片式散热器单元盒连接，该上集油管与水平的夹角β为10o~20o；所述的双斜肩式变压器片式散热器单元盒的结构是主体有上集油管进出口、下集油管出口，主体内部有油道，该油道中部为高点、且向两边的斜肩角度θ为13o~20o。本实用新型的优点是结构新颖，当普通变压器片扇采取优化设计后，即采取整体斜肩式、单片扇双斜肩式时，变压器片片扇的换热效率能显著提高。
文档编号H01F27/12GK202678044SQ20122036925
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者梁义明, 敖明, 王朔, 田春光 申请人:吉林省电力有限公司电力科学研究院, 吉林省电力科学研究院有限公司, 国家电网公司