CN111829300A - 一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，包括：在所述真空罐内壁中的加热排管上方预定位置设置喷射装置以及在所述真空罐外部设置控制及测量子系统；所述喷射装置，用于向所述真空罐内壁中设置的加热排管喷射超音速射流，形成强迫对流换热，将加热排管周围的热量沿着预设的风道板和真空罐内壁组成的风道流动到所述真空罐底部，对所述真空罐内部的变压器装置进行干燥处理；所述控制及测量子系统，用于测量所述真空罐内部压力大小，实时调整进出口阀门开度。采用本申请所述的系统，能够有效缩短干燥时间并降低能耗，同时提高了变压器产品干燥处理质量和效率，便于对老旧变压器真空干燥设备进行改造。

Description

一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统
技术领域
本发明实施例涉及机械设备制造领域，具体涉及一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统。
背景技术
目前，变压器产品干燥处理采用的加热方法主要有两种：一种是以空气为载热介质的热风循环、变压法干燥技术；另一种是利用气相干燥处理设备的变压器产品气相干燥技术。气相干燥技术属于相变换热的干燥技术，大多应用于110kV及以上电压等级变压器的气相干燥处理，而以空气为载热介质的热风加热设备大多使用在35kV及以下电压等级变压器的干燥处理，即利用传统风机的扰动实现热风循环对流换热对变压器进行加热的真空干燥技术。其中，热风循环技术均可在入口风路补充干燥空气，出口风路上按适当比例将湿热空气排除，降低真空罐内水蒸气分压，从而有利于绝缘材料水分排出。
但是，目前变压器行业使用的热风循环干燥处理技术及变压法干燥技术，都采用自然对流、风机循环的强迫热风加热方式。该种方式在干燥变压器时，存在着铁心容易生锈、温度分布不均匀、风机轴封漏气等问题，导致变压器产品干燥处理时的换热效率较低，质量较差。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，以解决现有技术中干燥变压器时，存在着铁心容易生锈、温度分布不均匀、风机轴封漏气等问题。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
本申请实施例提供一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，包括：真空罐，所述真空罐内壁中设置有加热排管,在所述真空罐内壁中的加热排管上方预定位置设置喷射装置以及在所述真空罐外部设置控制及测量子系统；所述喷射装置，用于向所述真空罐内壁中设置的加热排管喷射超音速射流，形成强迫对流换热，将加热排管周围的热量沿着预设的风道板和真空罐内壁组成的风道流动到所述真空罐底部，对所述真空罐内部的变压器装置进行干燥处理；所述控制及测量子系统，用于测量所述真空罐内部压力大小，实时调整进出口阀门开度，并对所述真空罐内部压力场进行控制。
进一步的，所述真空罐内壁包括真空罐侧壁、真空罐上壁、真空罐下壁以及真空罐后壁中的至少一个。
进一步的，在所述真空罐外部还设置压缩空气加热器，所述压缩空气加热器通过热压缩空气总管与所述喷射装置连通；所述压缩空气加热器用于对空气进行压缩和加热处理，并将处理后的气体通过所述热压缩空气总管传输到所述喷射装置。
进一步的，所述喷射装置由拉瓦尔喷管和拉瓦尔喷嘴两部分组成。
进一步的，所述拉瓦尔喷嘴是由一端渐缩另一端渐扩的管道装置。
进一步的，在所述加热排管之间设置挡流板；所述挡流板，用于使得气流沿着预设的曲折路线流动，经过每一个加热排管的表面对气流进行充分加热。
进一步的，所述控制及测量子系统包括对所述真空罐内的压力场进行控制的真空机组。
进一步的，所述控制及测量子系统包括用于测量所述真空罐内部压力值的压力测量装置。
进一步的，所述控制及测量子系统还包括用于实时调整进出口阀门开度阀门控制装置。
进一步的，所述压力测量装置为压力传感器。
采用本申请所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，能够基于喷射装置射出超音速射流进行喷射驱动，替代内循环风机叶轮的机械驱动，使得真空罐内热空气能够高速流动，形成强迫对流换热，能够有效缩短干燥时间并降低能源消耗，同时提高了变压器产品干燥处理质量和效率，避免了干燥变压器时铁心容易生锈、温度分布不均匀、风机轴封漏气等问题，便于对目前行业内正在使用的老旧变压法真空干燥设备进行改造。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
图1为本申请实施例提供的一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统的整体结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统内所述真空罐内壁中喷射装置的安装位置及结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统中拉瓦尔喷嘴的结构示意图。
其中，图1中：301为电加热器、302为压缩空气加热器、303为压缩空气入口、304为热压缩空气总管、305为导热油总管、306为导热油泵、307为真空机组；图2中：101为真空罐顶、102为加热排管、103为拉瓦尔喷管、104为拉瓦尔喷嘴、105为挡流板、106为真空罐内壁、107为真空罐底部。
具体实施方式
以下通过特定的实施例来说明本申请的具体实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请其中一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
本申请公开的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，是利用压缩空气喷射驱动的方式实现真空罐内部热风循环对流换热来加热变压器的真空干燥技术，替代了传统风机的扰动。该系统是根据喷射蒸发气相干燥原理提出喷射热风循环的真空干燥处理技术，较传统热风循环和变压法真空干燥技术相比，该系统能够有效克服传统热风循环和变压法干燥技术中干燥处理质量和换热效率较差的缺陷，从物理原理上提高变压器热风循环干燥的技术性能，对于提高干燥设备的加热效率、防止铁心生锈、改善温度分布、保证干燥系统真空度有显著效果。
下面基于本申请所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，对其实施例进行详细描述。如图1和2所示，其分别为本申请实施例提供的一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统的整体结构示意图，以及该系统内所述真空罐内壁106中喷射装置的安装位置及结构示意图。具体实施过程包括以下部分：真空罐、所述真空罐内壁106中设置有加热排管102，在所述真空罐内壁106中的加热排管102上方预定位置设置喷射装置以及在所述真空罐外部设置控制及测量子系统。其中，所述喷射装置用于向所述真空罐内壁106中设置的加热排管102喷射超音速射流，形成强迫对流换热，使得加热排管102表面的热量，被喷嘴喷射出来的超音速射流吹走，将加热排管102周围的热量沿着预设的风道板和真空罐内壁106组成的风道从上往下流动到所述真空罐底部107(图2中B的位置)，充分释放到真空罐内部空间，再沿着预定方向向内、向上流动，对变压器产品进行均匀加热，从而实现对所述真空罐内部的变压器产品进行干燥处理。需要说明的是，所述真空罐内壁包括真空罐侧壁、真空罐上壁、真空罐下壁以及真空罐后壁(即与真空罐门相对一侧)等中的至少一个，在此不做具体限定。
在风道板最高处(即图2中A的位置)，由于气流的高速流动会产生一定低压，将真空罐内的气体吸到风道的进口处，从而形成循环效果。具体的，在真空罐内壁106风道的总入口处，因为风道内的高速气流能够形成局部低压具有抽吸作用，进而将管道顶部的气体吸入风道。进一步的，在风道内，随着喷射装置喷出的超音速射流，携带着加热排管102表面的热量，一起流到风道的下部出口，吹进真空罐内部，在变压器产品周围形成热空气湍流，进行换热。
需要说明的是，该循环效果是传统风机循环所无法实现的。传统风机循环中，由于风机的气流在经过最上方第一个加热排管102的遮挡之后，便失去了对下面的所有加热排管102的吹扫作用，而本申请系统中，利用喷射循环热风加热结构，压缩气体可从拉瓦尔喷嘴104喷射进入真空罐内，依靠高压空气从拉瓦尔喷嘴104喷出的加速作用，气流速度很高，可以获得的超音速汽流，从而达到更好的循环换热效果。
另外，为了使得真空罐内部动态平衡到最佳出水压力状态，在发明实施例中还包括控制及测量子系统，并且需要使该控制及测量子系统抽走的气体的量与进入真空罐内部的气体的量相匹配，在真空罐内达到动态平衡的状态，从而保证的稳定的出水压力状态。为此，该控制及测量子系统需要准确测量真空罐内部压力，并实时精细调整进出口阀门开度，对真空罐内的压力场进行智能控制。具体的，所述控制及测量子系统包括真空机组307、压力测量装置、阀门控制装置等，所述真空机组307用于对所述真空罐内的压力场进行控制，所述压力测量装置可用于测量所述真空罐内部压力值的压力测量装置，所述阀门控制装置用于实时调整进出口阀门开度。其中，所述压力测量装置可以是指压力传感器等压力测量设备、比如真空压力表、液位计等。
进一步的，在本发明实施例中，所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统中，在所述真空罐外部还设置压缩空气加热器302、电加热器301、导热油泵306、电控装置、阀门以及连接管道等，所述控制及测量子系统还包括计算机控制设备，该计算机设备可以根据测量的所述真空罐内部压力大小，通过用于实时调整进出口阀门开度阀门控制装置和真空机组，并对所述真空罐内部压力场进行自动控制。所述压缩空气加热器302通过热压缩空气总管304与所述喷射装置连通；所述压缩空气加热器302用于对空气进行压缩和加热处理，并将处理后的气体通过所述热压缩空气总管304传输到所述喷射装置。基于上述设计，使得本系统中热压缩空气总管304中使用的是外来源气体。由于热压缩空气总管304中使用的是外来源气体，通过喷射装置喷出的高速气流将加热排管102上的热量不断吹走时，在比较高的真空度下仍然可以进行对偶换热，从而避免了传统自然对流、风机循环的强迫热风加热过程中由于气体密度太小而无法进行对流换热或者对流换热较低的情况。
在本发明实施例中，所述喷射装置由拉瓦尔喷管103和拉瓦尔喷嘴104组成。该拉瓦尔喷嘴104是本申请喷射循环的一个重要技术部件，其为一端(左端)渐缩另一端(右端)渐扩的管道装置。通过采用拉瓦尔喷嘴104这一经典的空气动力学模型，可实现将压缩气流以高速气流射出。具体的，由于拉瓦尔喷嘴104是一个先渐缩后渐扩的管道装置，其最小截面称为喉道，在喉道处气流达到音速，产生超音速气流。如图3所示，其中，P1—为热压缩空气总管304输入到该喷射装置中的压缩空气的压力；P2—膨胀后的气体的压力；Pb—背压(为真空罐内部的实际当时压力)；Pcr—喷管喉部的临界压力。
要说明的是，对于定常管流，流过任一个截面的流体质量都是相等的，即ρvA＝C，式中，C为常数，而密度ρ、速度v和截面A处于流管同一截面内，对ρvA＝C式取对数后微分，得：
Figure BDA0002584206610000061
由定常一维流动的欧拉运动方程：
vdv＝-dp/ρ (2)
及声速的微分形式：dp/dρ＝a2，(p及ρ的变化规律为绝热等熵过程)合并为
Figure BDA0002584206610000062
或
Figure BDA0002584206610000063
代入式(1)得：
Figure BDA0002584206610000064
其中，M为马赫数，M＝v/a；式(3)为一维可压缩流在变截面管道中等熵流动的基本关系式，该公式说明，在高速气流中，要使得流速增加，dv/v＞0，面积变化dA/A的增减取决于M数。
如果管内气流流动是亚音速(即M<1)，式(3)的左侧系数为负，则dA/A<0，管截面应收缩；如果管内气流流动是超音速(即M>1)，式(3)的左侧系数为正，则dA/A>0，管截面应扩张。而在音速截面处，M＝1，dA＝0。
上述结果表明要把亚音速气流加速成为超音速气流，管道结构须先收缩后扩张。因此，根据此原理，在本申请实施例中，设计和制造拉法尔喷嘴安装在拉瓦尔喷管103上，可在约0.3MPa的压差作用下，喷管内的高温(大约150℃)空气喷射到加热排管102上，形成超音速气流，将热量带走。
如图1所示，其为本申请实施例提供的一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统的整体结构示意图。具体实施过程还包括以下部分：用于对导热油进行加热的电加热器301、用于将加热后的导热油输送到加热排管102中的导热油总管305以及为导热油的输送提供动力的导热油泵306。
在本发明实施例中，空气经过除湿、过滤、压缩和加热等处理形成压缩气流进入真空罐的左右上角拉瓦尔喷管103，后经拉法尔喷嘴形成超音速气流喷出。喷射循环结构原理包括：经过压缩空气加热器302进行压缩和加热处理之后获得的压缩气体，从最高处的拉瓦尔喷管103和拉法尔喷嘴组成的喷射装置中喷出，获得超音速射流，超音速射流将加热排管102上的热量带走，并带动真空罐内壁106中的空气往下继续流动，从而有效解决了现有技术中依靠循环风机获得风压无法有效实现真空干燥的技术问题。在风道中，每两个加热排管102之间可设置挡流板105，从上往下流动的高压气流流经挡流板105时，挡流板105能够使得高压气流沿着预设的曲折的路线流动，经过每一个加热排管102的表面对高压气流进行加热。在拉法尔喷嘴效应通道作用下，真空罐顶101部空气被吸入风道入口。最终到达真空罐底风道出口的空气，是经过充分加热的高速流动的热空气，进入真空罐底部107开始循环加热，保证真空罐内空气压力足够，驱使空气从上往下运动，越过道道障碍流到下方。
需要说明的是，在具体实施过程中，可利用空气动力学原理为每一个加热排管102加设一个喷射装置，让热风只能从上面一个入口进入与加热排管102换热；也可适当减少喷射装置数量，比如4-6根加热排管102，组成一个单元，在加热排管102上方适当位置设置一个喷射装置，在此不做具体限定。
采用本申请所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，能够基于喷射装置射出超音速射流进行喷射驱动，替代内循环风机叶轮的机械驱动，使得真空罐内热空气能够高速流动，形成强迫对流换热，能够有效缩短干燥时间并降低能源消耗，同时提高了变压器产品干燥处理质量和效率，避免了干燥变压器时铁心容易生锈、温度分布不均匀、风机轴封漏气等问题，便于对目前行业内正在使用的老旧变压法真空干燥设备进行改造。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，包括：真空罐，所述真空罐内壁中设置有加热排管,其特征在于，在所述真空罐内壁中的加热排管上方预定位置设置喷射装置以及在所述真空罐外部设置控制及测量子系统；
所述喷射装置，用于向所述真空罐内壁中设置的加热排管喷射超音速射流，形成强迫对流换热，将加热排管周围的热量沿着预设的风道板和真空罐内壁组成的风道流动到所述真空罐底部，对所述真空罐内部的变压器装置进行均匀加热；
所述控制及测量子系统，用于测量所述真空罐内部压力大小，实时调整进出口阀门开度，并对所述真空罐内部压力场进行控制。
2.根据权利要求1所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述真空罐内壁包括真空罐侧壁、真空罐上壁、真空罐下壁以及真空罐后壁中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，在所述真空罐外部还设置压缩空气加热器，所述压缩空气加热器通过热压缩空气总管与所述喷射装置连通；
所述压缩空气加热器用于对空气进行压缩和加热处理，并将处理后的气体通过所述热压缩空气总管传输到所述喷射装置。
4.根据权利要求1所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述喷射装置由拉瓦尔喷管和拉瓦尔喷嘴两部分组成。
5.根据权利要求1所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，在所述加热排管之间设置挡流板；所述挡流板，用于使得气流沿着预设的曲折路线流动，经过每一个加热排管的表面对气流进行充分加热。
6.根据权利要求1所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述控制及测量子系统包括对所述真空罐内的压力场进行控制的真空机组。
7.根据权利要求6所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述控制及测量子系统包括用于测量所述真空罐内部压力值的压力测量装置。
8.根据权利要求7所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述控制及测量子系统还包括用于实时调整进出口阀门开度阀门控制装置。
9.根据权利要求7所述的喷射循环热风加热的变压器真空干燥系统，其特征在于，所述压力测量装置为压力传感器。
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