CN116344167A - 一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及降温技术领域，尤其涉及一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，包括：电抗器设备热源；压力容器内部存储降温气体，其出口处设有开关结构；形状记忆合金模块连接在电抗器设备热源上；传动解锁机构一端与形状记忆合金模块连接，另一端与开关结构连接，用于放大形状记忆合金模块的动作；开关结构连接有喷管，形状记忆合金模块利用电抗器设备热源热能被动地产生形变，传动解锁机构解锁开关结构，使压力容器内降温气体经喷管喷向电抗器设备热源，整个控制系统属于被动自适应控制，驱动能量从电抗器设备热源中获取，具备自取能功能、稳定性高，并且通过传动解锁机构放大形状记忆合金的形变，能够更好控制开关结构，提高了控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及降温技术领域，尤其涉及一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置。
背景技术
许多设备在使用过程中都会产生发热现象，例如电网变电设备中的高压、特高压变压器、干式铁心、空心电抗器等，此类设备由于通过的电流极大，极小比例的损耗即可产生较高的热量，发热严重影响设备的寿命并且对设备的正常使用造成了威胁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，有效解决背景技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，包括：
电抗器设备热源；
压力容器，内部存储降温气体，其出口处设有开关结构；
形状记忆合金模块，连接在所述电抗器设备热源上；
传动解锁机构，一端与所述形状记忆合金模块连接，另一端与所述开关结构连接，用于放大所述形状记忆合金模块的动作实现所述开关结构的解锁；变形可以经过传动机构放大，更容易将形状记忆合金的变形与压力容器的开关匹配。
其中，所述开关结构上连接有喷管，当所述形状记忆合金模块利用所述电抗器设备热源的热能被动地产生形变时，所述传动解锁机构能够解锁所述开关结构，使所述压力容器与所述喷管连通，所述降温气体经所述喷管喷向所述电抗器设备热源进行降温。
进一步地，所述降温气体采用干冰。
进一步地，所述开关结构包括套筒及沿轴向滑动设置在所述套筒内的挡板；
所述套筒固定在所述压力容器的出口处，并在所述套筒的圆柱面上设有出气口，所述喷管的进口端与所述出口气连接；
所述挡板与所述传动解锁机构连接，形变后的所述形状记忆合金模块通过所述传动解锁机构带动所述挡板向下移动，以使所述压力容器内部的所述降温气体对所述电抗器设备热源上进行降温。
进一步地，所述形状记忆合金模块由具有双程记忆效应的形状记忆合金制成，所述形状记忆合金模块的变形以及所述传动解锁机构的运动所需的能量均由所述电抗器设备热源提供，整个自适应控制系统无需外界能源。
进一步地，所述形状记忆合金模块由具有单程记忆效应的形状记忆合金制成。
进一步地，还包括复位结构，用于在所述电抗器设备热源的温度降低后施加外力，以使所述挡板在所述套筒内向上移动至所述压力容器与所述喷管不连通。
进一步地，所述复位件采用弹簧结构或者磁吸结构。
进一步地，所述喷管包括与所述开关结构连接的主管，及垂直于主管设置的支管；
所述支管朝向所述电抗器设备热源的一侧设有多个喷孔。
进一步地，所述形状记忆合金模块为形状记忆合金弹簧。
进一步地，所述传动解锁机构包括与所述形状记忆合金模块连接的主动杆，及与所述开关结构连接的施力杆，以及设置在所述主动杆和所述施力杆之间的杠杆；
且所述主动杆施力点与所述杠杆的支点之间距离小于所述施力杆施力点与所述杠杆的支点之间的距离。
本发明的有益效果为：本发明中降温装置均由机械零部件组成，无任何电子元器件，整个控制系统属于被动自适应控制，驱动能量从电抗器设备热源中获取，具备自取能功能、稳定性高，不需要外部控制信号和能量输入，利用降温气体对设备降温不存在污染的问题，气体的扩散可以加快空气对流，增强降温效果，并且通过传动机构放大形状记忆合金的变形，能够更好地控制压力容器的开关，提高控制的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明中记载的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中利用电抗器热源取能的自适应式降温装置的原理图；
图2为本发明实施例中利用电抗器热源取能的自适应式降温装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中开关结构的结构示意图；
图4为本发明实施例中多孔喷管的结构示意图；
图5为本发明实施例中形状记忆合金的温度-应变曲线；
图6为本发明实施例中降温装置工作流程的循环图。
附图标记：1、电抗器设备热源；2、压力容器；3、形状记忆合金模块；4、传动解锁机构；5、开关结构；51、套筒；511、出气口；52、挡板；6、喷管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图2所示的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，包括电抗器设备热源1、压力容器2、形状记忆合金模块3和传动解锁机构4；
压力容器2内部存储降温气体，其出口处设有开关结构5；通过定期检查压力容器2的存储状况来判断设备发热情况，如果降温气体消耗过快，则设备经常处于过热状态，需要进行相应的改善优化，保证了设备的正常工作，延长了设备的使用寿命。
如图5所示，形状记忆合金在高温下，奥氏体结构是稳定的，而在低温下，马氏体结构是稳定的，受热后开始由马氏体转变为奥氏体，达到奥氏体起始温度(As)该转变开始，奥氏体结束温度(Af)时转变完成，一旦形状记忆合金加热，它开始收缩并转变为奥氏体结构，这种转换可以在高负载下进行。在冷却过程中，在马氏体起始温度(Ms)开始恢复为马氏体，并在达到马氏体结束温度(Mf)时完成转变，滞后是加热和冷却之间转变温度差异的度量（即ΔT=Af-Ms），通常定义为材料在加热时50%转变为奥氏体和冷却时50%转变为马氏体的温度。因为存在滞后效应，形状记忆合金在收缩和伸长过程中变形量相同但温度不同，避免了在临界点的振荡，保证了整个装置的稳定性。
形状记忆合金模块3连接在电抗器设备热源1上，传动解锁机构4一端与形状记忆合金模块3连接，另一端与开关结构5连接，用于放大形状记忆合金模块3的动作对开关结构5进行解锁；由于形状记忆合金模块3的相变滞后效应，加热和冷却转变温度之间存在差异，储存降温气体的压力容器2打开后，电抗器设备热源1的温度降低，形状记忆合金不会立刻变形，再经过传动解锁机构4的放大，巧妙利用滞回效应避免了降温装置在临界温度点的振荡，另外可以在形状记忆合金模块3附加软材料，由于质地较软，软材料被形状记忆合金模块3带动变形，其变形相对于形状记忆合金模块3有延迟，具有增强滞回效应的作用，提高了整个装置的稳定性。
本发明中电抗器设备热源1的温度能够使形状记忆合金模块3升温达到记忆合金发生形变的阈值温度，并在开关结构5上连接有喷管6，当形状记忆合金模块3利用电抗器设备热源1的热能被动地产生形变时，传动解锁机构4能够解锁开关结构5，使压力容器2与喷管6连通，降温气体经喷管6喷向电抗器设备热源1进行降温。
如图6所示，本发明中降温装置具体实施过程为：随着电抗器设备热源1的温度升高，当温度达到阈值时，使连接在电抗器设备热源1上的形状记忆合金模块3收缩，并带动转动解锁装置动作，此时为第一阶段；通过传动解锁装置解锁压力容器2的开关结构5，从而控制降温气体均匀缓慢地经喷管6喷射至电抗器设备热源1点进行降温，此时为第二阶段；而当电抗器设备热源1的温度降低到一定程度后，形状记忆合金开始恢复原来形状，此时为第三阶段；当形状记忆合金变形恢复到阈值，压力容器2关闭，停止对电抗器设备热源1进行主动降温操作，此时为第四阶段。本发明中降温装置均由机械零部件组成，无任何电子元器件，并且所有控制步骤均为被动自适应式操作，可靠性高，利用降温气体对电抗器设备降温不存在污染的问题，气体的扩散可以加快空气对流，增强了降温效果，并且传动解锁机构4放大形状记忆合金模块3的形变，能够更好地控制压力容器2的开关结构5，提高了控制的精度。
干冰作为一种自然工质，其熔点-78.5℃，沸点-56.6℃，且具有很高的相变潜热，另外利用干冰冷却降温，可以快速高效地对电抗器设备进行降温，实验证明1kg干冰升华为25℃二氧化碳气体能吸收653kJ的热量，吸热能力极强，因此优选地，降温气体采用干冰。
采用干冰对热源式电抗器进行降温的实施过程：当电抗器温度升高至形状记忆合金形变的温度阈值时，形状记忆合金产生形变，经传动解锁机构4放大后，将干冰罐打开，向电抗器喷射干冰，当电抗器的温度降低到一定程度后形状记忆合金恢复至原来形状，停止喷射干冰。
本发明优选实施例中，如图3所示，开关结构5包括套筒51及沿轴向滑动设置在套筒51内的挡板52；套筒51固定在压力容器2的出口处，并在套筒51的圆柱面上设有出气口511，喷管6的进口端与出口气连接；挡板52与传动解锁机构4连接，形变后的形状记忆合金模块3通过传动解锁机构4带动挡板52向下移动，以使喷管6与压力容器2连通，压力容器2内部的降温气体经喷管6喷射至电抗器设备热源1上进行降温。
具体地，套筒51呈贯穿筒状结构，并与压力容器2的出口套接，为了避免气体的泄漏，套筒51与压力容器2的连接处可以采用螺纹和密封胶的组合形式或采用焊接形式，而挡板52呈圆盘结构，并置于套筒51内，使其两者形成活塞结构，并在挡板52与套筒51接触的外圆柱面上设有密封层，在挡板52沿轴向在套筒51内滑动时，能够保证滑动可实施性，同时保证挡板52和套筒51的密封效果，当挡板52向上滑动至出气口511上方时，压力容器2处于密封状态，而当挡板52向下滑动至出气口511的下方时，压力容器2与喷管6连通，降温气体对电抗器设备热源1进行降温。
本发明中降温气体只有在电抗器设备温度过高时才会喷出，因此可以采用温度形状记忆合金来控制压力容器2的开关，优选地形状记忆合金模块3由具有双程记忆效应的温度形状记忆合金制成，形状记忆合金模3的变形以及传动解锁机构4的运动所需的能量均由电抗器设备热源1提供，不需要额外的能源和控制。
根据双程记忆效应，形状记忆合金可以在高温和低温下记住自己的形状，通过对形状记忆合金加热和冷却可以在高温形状和低温形状之间来回转换，起到控制开关的作用，又因为形状记忆合金的相变滞后效应，加热和冷却转变温度之间存在差异，喷射降温气体后热源温度降低，形状记忆合金不会立刻变形，可以将变形保持到更低的温度，避免了在临界点的振荡，保证了整个装置的稳定性。
由于双程记忆合金产生的恢复应变通常只有相同材料单程记忆合金的一半，因此为了保证恢复应变满足开关结构5的开启或关闭动作，形状记忆合金模块3由具有单向形状记忆效应的温度形状记忆合金制成，并且开关结构5还包括复位结构，用于在电抗器设备热源1的温度降低后施加外力，以使挡板52在套筒51内向上移动至压力容器2与喷管6不连通，优选地复位件采用弹簧结构或者磁吸结构，在单程形状记忆合金基础上，再借助外力作用来代替双向形状记忆合金，称之为外因性双向记忆恢复，相对于双向形状记忆合金更加经济可靠。
本发明优选实施例中，如图2所示喷管6包括与开关结构5连接的主管，及垂直于主管设置的支管；如图4所示，支管朝向电抗器设备热源1的一侧设有多个喷孔，降温气体经主管进入支管，然后从支管上的多个喷孔中喷向电抗器设备，能够更加均匀高效地起到降温作用。
本发明优选实施例中，形状记忆合金模块3为形状记忆合金弹簧。形状记忆合金弹簧是一个单程记忆效应的形状记忆合金制作的小弹簧，这种小弹簧在较低温度时，保持较柔软的松弛状态，在高温时呈现硬度较高的收缩状态，形状记忆合金弹簧的收缩所需的能量均来自电抗器设备热源1，当电抗器设备热源1不足以使形状记忆合金弹簧产生形变时，形状记忆合金弹簧处于松弛状态，此时开关结构5关闭，压力容器2与喷管6不连通；而当电抗器设备热源1达到使形状记忆合金弹簧产生形变的阈值温度时，形状记忆合金弹簧会呈现收缩状态，并通传动解锁机构4对开关结构5进行解锁，使压力容器2与喷管6连通，致使降温气体经喷管6喷射至电抗器设备热源1，达到降温目的。
本发明中传动解锁机构4包括与形状记忆合金模块3连接的主动杆，及与开关结构5连接的施力杆，以及设置在主动杆和施力杆之间的杠杆；且主动杆施力点与杠杆的支点之间距离小于施力杆施力点与杠杆的支点之间的距离。当所述形状记忆合金模块3产生形变而收缩时，杠杆处于主动杆的一端向上抬，而处于施力杆的一端向下降，并通过杠杆的放大作用，能够使挡板52在套筒51内向下移动的距离满足出气口511的开启或关闭需求，保证了降温装置的使用可靠性。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，包括：
电抗器设备热源；
压力容器，内部存储降温气体，其出口处设有开关结构；
形状记忆合金模块，连接在所述电抗器设备热源上；
传动解锁机构，一端与所述形状记忆合金模块连接，另一端与所述开关结构连接，用于放大所述形状记忆合金模块的动作实现所述开关结构的解锁；
其中，所述开关结构上连接有喷管，当所述形状记忆合金模块利用所述电抗器设备热源热能被动地产生形变时，所述传动解锁机构能够解锁所述开关结构，使所述压力容器与所述喷管连通，所述降温气体经所述喷管喷向所述电抗器设备热源进行降温。
2.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述降温气体采用干冰。
3.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述开关结构包括套筒及沿轴向滑动设置在所述套筒内的挡板；
所述套筒固定在所述压力容器的出口处，并在所述套筒的圆柱面上设有出气口，所述喷管的进口端与所述出口气连接；
所述挡板与所述传动解锁机构连接，形变后的所述形状记忆合金模块通过所述传动解锁机构带动所述挡板向下移动，以使所述压力容器内部的所述降温气体对所述电抗器设备热源上进行降温。
4.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述形状记忆合金模块由具有双程记忆效应的形状记忆合金制成，所述形状记忆合金模块的变形以及所述传动解锁机构的运动所需的能量均由所述电抗器设备热源提供，整个自适应控制系统无需外界能源。
5.根据权利要求3所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述形状记忆合金模块由具有单程记忆效应的形状记忆合金制成。
6.根据权利要求5所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，还包括复位结构，用于在所述电抗器设备热源的温度降低后施加外力，以使所述挡板在所述套筒内向上移动至所述压力容器与所述喷管不连通。
7.根据权利要求6所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述复位件采用弹簧结构或者磁吸结构。
8.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述喷管包括与所述开关结构连接的主管，及垂直于主管设置的支管；
所述支管朝向所述电抗器设备热源的一侧设有多个喷孔。
9.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述形状记忆合金模块为形状记忆合金弹簧。
10.根据权利要求1所述的利用电抗器热源取能的自适应式降温装置，其特征在于，所述传动解锁机构包括与所述形状记忆合金模块连接的主动杆，及与所述开关结构连接的施力杆，以及设置在所述主动杆和所述施力杆之间的杠杆；
且所述主动杆施力点与所述杠杆的支点之间距离小于所述施力杆施力点与所述杠杆的支点之间的距离。
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