CN112562976B - 一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法 - Google Patents
一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法,包括以下步骤:建立轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力试验平台、获取无翼型涡发生器下的数据、分别获取翼型涡发生器数量为n时的数据、计算基准传热因子、计算风道传热增强系数、计算强化传热评估因子、评估翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能。本发明的有益效果在于:能够实现轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力的准确评估,为风道中翼型涡发生器总数量的选择提供新的手段,有助于轻量化车载牵引变压器结构优化设计和传热强化特性提升,能够有效提高变压器传热强化结构设计阶段的工作效率,减少人力物力的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及电气绝缘在线检测与故障诊断领域,特别是一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法。
背景技术
轻量化车载牵引变压器由于取消了油箱和绝缘油等部件,重量远低于油浸式车载牵引变压器,有助于动车组性能的进一步提升,在近年受到了广泛关注。运行中的变压器其内部温度会在绕组铜耗和铁耗的作用下升高,若铜耗和铁耗产生的热量不能被及时和合理的传递到变压器外部,积聚的热量将使绕组绝缘受到加速老化甚至直接破坏,进而引发严重事故。轻量化车载牵引变压器负载损耗远高于同容量地面变压器且散热条件相比地面变压器更为苛刻,因此绕组温度的有效控制是轻量化车载牵引变压器能否装车运行的关键。
轻量化车载牵引变压器主要依靠风道中高速流动的列车风散热,但空气低比热容的特点使得其即便流速很高,能够带走的热量也较为有限。风道内插入翼型涡发生器的强化传热方式能够诱发空气的二次流与漩涡使湍流强度增强,进而提升了风道表面的对流传热系数,使得轻量化车载牵引变压器的热特性得到改善。但随着翼型涡发生器的数量增加,风道中空气的流动阻力也会随之上升进而使空气流速降低,这又会使得风道表面的对流传热系数下降。因此,为了使翼型涡发生器能够发挥最大的传热强化能力,其最佳安装数量在轻量化车载变压器的设计阶段需要被仔细评估和计算。目前,有关风道中翼型涡发生器数量的选取问题多是依靠经验尝试,大量的反复试验对时间和金钱的消耗巨大,并且经验计算所得结果往往误差较大。因此,急需一种能够准确评估轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力的方法,高效指导风道中翼型涡发生器数量选择,最大程度优化传热强化性能,最终实现保障高速动车组运行安全、延长车载牵引变压器使用寿命、提高制造厂家生产经济性的目标。
发明内容
针对上述技术问题,本发明的目的是提出一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法,能够实现轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力的准确评估。
实现本发明目的的技术方案如下:
第一步、建立轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力试验平台
轻量化车载牵引变压器风道强化传热试验平台包括:绕组生热装置(1)、绕组绝缘(2)、风道表面平均温度传感器(3)、风机(4)、导风通道(5)、入口空气温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)、翼型涡发生器(10)、直流电源(11)、数据采集终端(12)、风道(13);
长度为L的绕组生热装置(1)由上下两部分组成,上下两部分之间留有高度为d的间隙以构成风道(13);长度L和间隙高度d单位均为mm;绕组生热装置(1)表面由绕组绝缘(2)包裹,风道表面平均温度传感器(3)埋设在绕组绝缘(2)内靠近风道(13)的一侧以测量风道(13)表面的平均温度;直流电源(11)与绕组生热装置(1)相连,使绕组生热装置(1)在直流电流作用下模拟轻量化车载牵引变压器运行时铜损耗产生的热量;风机(4)与风道(13)通过导风通道(5)相连,使风机(4)产生的气流完全流入风道(13);入口空气温度传感器(6)和入口压力传感器(7)安装于风道(13)的空气入口处,出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)安装于风道(13)的空气出口处;翼型涡发生器(10)粘贴在风道(13)表面,可灵活移动位置与拆卸;风道表面平均温度传感器(3)、入口空气温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)与数据采集终端(12)相连;
第二步、获取无翼型涡发生器下的数据
将风道(13)表面粘贴的翼型涡发生器(10)全部拆卸,开启风机(4),向风道通入速度为v的气流,单位为m/s;开启直流电源(11),向绕组生热装置(1)施加损耗值,记为P,单位为W;获取风道(13)表面平均温度T0,入口空气温度Tin-0,出口空气温度Tout-0,入口压力Pin-0,出口压力Pout-0;上述所测温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第三步、分别获取翼型涡发生器数量为n时的数据
自风道(13)的空气入口处起,在风道(13)表面以a为间距均匀粘贴n个翼型涡发生器(10),n∈[1,N];N为翼型涡发生器的总个数,根据公式(1)计算;
式中,[]为取整运算;
开启风机(4),向风道通入与第二步速度相同的气流;开启直流电源(11),向绕组生热装置(1)施加与第二步中相同的损耗值;获取翼型涡发生器(13)安装数量为n个时,风道(13)表面平均温度Tn、入口空气温度Tin-n、出口空气温度Tout-n、入口压力Pin-n、出口压力Pout-n;最终,能够获取Tn、Tin-n、Tout-n、Pin-n、Pout-n各N个;上述所测温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第四步、计算基准传热因子NTE
第五步、计算风道传热增强系数kh
式中,S为风道表面积,单位为m2;
第六步、计算强化传热评估因子Henh
第七步、评估翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能
若Henh>30,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能优异;若10≤Henh≤30,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能良好;若Henh<10,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能不良。
本发明的有益效果在于:能够实现轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力的准确评估,为风道中翼型涡发生器总数量的选择提供新的手段,有助于轻量化车载牵引变压器结构优化设计和传热强化特性提升,能够有效提高变压器传热强化结构设计阶段的工作效率,减少人力物力的消耗。
附图说明
图1是本发明涉及的一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法的流程图;
图2是本发明涉及的轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力试验平台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。需要强调的是,此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释本发明,并不限定本发明构思及其权利要求之范围。
第一步、建立轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力试验平台
轻量化车载牵引变压器风道强化传热试验平台包括:绕组生热装置1、绕组绝缘2、风道表面平均温度传感器3、风机4、导风通道5、入口空气温度传感器6、入口压力传感器7、出口空气温度传感器8、出口压力传感器9、翼型涡发生器10、直流电源11、数据采集终端12、风道13;
长度L=1000mm的绕组生热装置1由上下两部分组成,上下两部分之间留有高度为d=20mm的间隙以构成风道13;绕组生热装置1表面由绕组绝缘2包裹,风道表面平均温度传感器3埋设在绕组绝缘2内靠近风道13的一侧以测量风道13表面的平均温度;直流电源11与绕组生热装置1相连,使绕组生热装置1在直流电流作用下模拟轻量化车载牵引变压器运行时铜损耗产生的热量;风机4与风道13通过导风通道5相连,使风机4产生的气流完全流入风道13;入口空气温度传感器6和入口压力传感器7安装于风道13的空气入口处,出口空气温度传感器8、出口压力传感器9安装于风道13的空气出口处;翼型涡发生器10粘贴在风道13表面,可灵活移动位置与拆卸;风道表面平均温度传感器3、入口空气温度传感器6、入口压力传感器7、出口空气温度传感器8、出口压力传感器9与数据采集终端12相连;
第二步、获取无翼型涡发生器下的数据
将风道13表面粘贴的翼型涡发生器10全部拆卸,开启风机4,向风道通入速度为v的气流,v=30m/s;开启直流电源11,向绕组生热装置1施加损耗值,记为P,P=12000W;获取风道13表面平均温度T0=310K,入口空气温度Tin-0=293K,出口空气温度Tout-0=297K,入口压力Pin-0=1089Pa,出口压力Pout-0=419Pa;
第三步、分别获取翼型涡发生器数量为n时的数据
自风道13的空气入口处起,在风道13表面以a=300mm为间距均匀粘贴n个翼型涡发生器10,n∈[1,N];N为翼型涡发生器的总个数,根据公式(1)计算可得N=3;
式中,[]为取整运算;
开启风机4,向风道13通入与第二步速度相同的气流;开启直流电源11,向绕组生热装置1施加与第二步中相同的损耗值;从n=1开始,获取翼型涡发生器13安装数量为n个时,风道13表面平均温度Tn、入口空气温度Tin-n、出口空气温度Tout-n、入口压力Pin-n、出口压力Pout-n;数据记录完毕后,令n的取值加1;若此时n≤N,再次执行第三步并记录数据,直至n>N时停止执行第三步;最终,能够获取Tn、Tin-n、Tout-n、Pin-n、Pout-n各N个;
第四步、计算基准传热因子NTE
将第一步和第二步获得的数据代入式(2),计算基准传热因子NTE,得到NTE=199.1114;
式中,Re为空气的雷诺数;
第五步、计算风道传热增强系数kh
将第二到第四步获得的数据代入式(3),计算风道传热增强系数kh,得到kh=60.3128;
式中,S为风道表面积,S=2.5m2;
第六步、计算强化传热评估因子Henh
将第二到第五步获得的数据代入式(4),计算强化传热评估因子Henh,得到Henh=59.4386;
第七步、评估翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能
若Henh>30,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能优异;若10≤Henh≤30,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能良好;若Henh<10,则翼型涡发生器数量为N个的情况下轻量化车载牵引变压器的风道强化传热性能不良。
Claims (1)
1.一种轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力评估方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、建立轻量化车载牵引变压器风道强化传热能力试验平台
轻量化车载牵引变压器风道强化传热试验平台包括:绕组生热装置(1)、绕组绝缘(2)、风道表面平均温度传感器(3)、风机(4)、导风通道(5)、入口空气温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)、翼型涡发生器(10)、直流电源(11)、数据采集终端(12)、风道(13);
长度为L的绕组生热装置(1)由上下两部分组成,上下两部分之间留有高度为d的间隙以构成风道(13);长度L和间隙高度d单位均为mm;绕组生热装置(1)表面由绕组绝缘(2)包裹,风道表面平均温度传感器(3)埋设在绕组绝缘(2)内靠近风道(13)的一侧以测量风道(13)表面的平均温度;直流电源(11)与绕组生热装置(1)相连,使绕组生热装置(1)在直流电流作用下模拟轻量化车载牵引变压器运行时铜损耗产生的热量;风机(4)与风道(13)通过导风通道(5)相连,使风机(4)产生的气流完全流入风道(13);入口空气温度传感器(6)和入口压力传感器(7)安装于风道(13)的空气入口处,出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)安装于风道(13)的空气出口处;翼型涡发生器(10)粘贴在风道(13)表面,可灵活移动位置与拆卸;风道表面平均温度传感器(3)、入口空气温度传感器(6)、入口压力传感器(7)、出口空气温度传感器(8)、出口压力传感器(9)与数据采集终端(12)相连;
第二步、获取无翼型涡发生器下的数据
将风道(13)表面粘贴的翼型涡发生器(10)全部拆卸,开启风机(4),向风道通入速度为v的气流,单位为m/s;开启直流电源(11),向绕组生热装置(1)施加损耗值,记为P,单位为W;获取风道(13)表面平均温度T0,入口空气温度Tin-0,出口空气温度Tout-0,入口压力Pin-0,出口压力Pout-0;上述所测温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
第三步、分别获取翼型涡发生器数量为n时的数据
自风道(13)的空气入口处起,在风道(13)表面以a为间距均匀粘贴n个翼型涡发生器(10),n∈[1,N];N为翼型涡发生器的总个数,根据公式(1)计算;
式中,[]为取整运算;
开启风机(4),向风道通入与第二步速度相同的气流;开启直流电源(11),向绕组生热装置(1)施加与第二步中相同的损耗值;获取翼型涡发生器(10 )安装数量为n个时,风道(13)表面平均温度Tn、入口空气温度Tin-n、出口空气温度Tout-n、入口压力Pin-n、出口压力Pout-n;最终,能够获取Tn、Tin-n、Tout-n、Pin-n、Pout-n各N个;上述所测温度数据单位为K,压力数据单位为Pa;
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1656360A (zh) * | 2002-04-10 | 2005-08-17 | 塞德拉公司 | 用于测量流动的流体和/或多相混合物的参数的探头 |
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CN101629718A (zh) * | 2008-07-17 | 2010-01-20 | 武蕾 | 低氮氧化物多管轴向涡流粉煤燃烧器 |
CN110206666A (zh) * | 2019-05-22 | 2019-09-06 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种进气道结构及其制作方法 |
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变压器用片式散热器散热性能数值模拟及试验研究;徐天光;《电力工程技术》;20200930;第39卷(第5期);全文 * |
干式变压器轴向气道强化散热研究;任思锦;《节能》;20161231(第12期);全文 * |
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