CN211690172U - 一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，涉及设备散热回收的技术领域，本实用新型采用微热管阵列技术用于模拟设备散热，使用发热电阻片、微热管和翅片所组成的发热装置能高效模拟设备发热量，改善了原有装置的不足。该装置模拟地下抽水蓄能电站母线洞的设备散热回收效果，通过布置实际中不同形状设备对应的缩尺寸设备模型，真实模拟母线洞内气流的流动特征。此外，装置包含了高效的设备散热模拟系统，能够实现不同的回风设置下的热回收模拟效果，通过该实验装置可以研究分析抽水蓄能电站母线洞设备散热量的有效回收比例。
Description
技术领域
本实用新型涉及设备散热回收技术领域，具体涉及到一种用于地下抽水蓄能电站母线洞设备散热的热回收效果研究的模型实验装置。
背景技术
地下厂房例如地下抽水蓄能电站中存在众多散热源，运行过程中需要设置通风系统带走设备散热，从而维持地下厂房空间环境参数保持在一定范围内，满足人员工作和设备运行的环境要求。在地下抽水蓄能电站中，气流经发电机层、母线层和蜗壳层然后进入母线洞，母线洞中设置有大量设备、运行散热量大。同时，母线洞内部设备工作对环境温度要求高(环境温度不能高于40℃)，加上其处于主厂房排风系统的末端，主厂房中发电机层、母线层、水轮机层和蜗壳层的排风、排热都需经过母线洞，因此，需要进行母线洞通风换热效果研究。另一方面，为了实现地下厂房的空调系统节能运行，在冬季可以采用母线洞部分排风作为回风与外界进来的低温新风进行混合，从而降低冬季新风的加热负荷。
在进行地下厂房通风系统设计阶段，往往需要采用缩比例模型进行实验来分析所设计的通风系统的运行效果。对于地下抽水蓄能电站需要对母线洞内的换热效果进行实验研究，其中如何有效模拟设备运行过程的散热效果(设备散热值根据已建电站的同类型设备测试得出)是实验研究的关键环节。在缩比例模型实验中，由于结构、安全因素不能直接进行机电设备通电发热缩比例研究。常用的做法是建立相应比例的设备外形尺寸，采用发热装置(如白炽灯、发热电缆、发热电阻)来模拟设备散热。实验中用到的白炽灯、发热电缆以及单独发热电阻都无法取得良好换热效果，主要原因为白炽灯的发热功率难以控制，发热电缆线的散热面积太小，单独的发热电阻体积太小且散热面小。因此有必要寻找其他发热体来高效模拟机电设备的发热量，其中一个有效途径是采用微热管阵列技术用于模拟设备散热。微热管阵列技术是依托微尺度传热传质、相变传热传质以及微尺度内高压条件下复杂流动等基础理论，并与材料与加工、封装工艺等结合的综合应用技术。依靠内部工质流动和相变，使其本身的传热效率比同样材质的最佳导热体高出数千倍。因此，实验装置采用该技术来模拟母线洞内设备的散热。
本实用新型设计了一种高效模拟机电设备散热量回收的模型实验装置。包含了通风系统、设备散热量的高效模拟系统以及参数测试装置。该模型实验装置能模拟地下抽水蓄能电站母线洞的设备散热回收效果，通过布置不同形状的设备模块，模拟母线洞内气流的实际流动状态。所包含的高效设备散热模拟系统，能够实现不同的回风设置工况下的热回收效果模拟。通过该实验装置可以确定设备散热量的回收比例。
实用新型内容
本实用新型的目的在于开展抽水蓄能电站机电设备的散热量回收的模型实验，提供了一种模拟地下抽水蓄能水电站母线洞设备散热的热回收效果的模型实验装置。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：包括第一风机(1)，空气预热器(2)，送风管道(3)，第一阀门(4)，第一温度计(5)，第一风速测孔(6)，母线洞缩比例箱体(7)，第一回风管道(8)，第二阀门(9)，第二风机(10)，第二温度计(11)，第二风速测孔(12)，第二回风管道(13)，排风管道(14)，第三阀门(15)，第三风速测孔(16)，第三温度计(17)，第四阀门(18)，第三风机(19)，发热电阻片(20)，设备模块(21)，微热管(22)，翅片(23)，变压器(24)，导线(25)，热线风速仪(26)；第三回风管道(27)；
母线洞缩比例箱体(7)为下部为长方体空腔上部为半圆柱空腔组成的整体空腔结构，母线洞缩比例箱体(7)长度方向与半圆柱的中心轴方向一致；第一风机(1)通过送风管道(3)经由空气预热器(2)与母线洞缩比例箱体(7)的一端左端连接，与母线洞缩比例箱体(7)连接处的送风管道(3)上设有第一温度计(5)、第一风速测孔(6)和第一阀门(4)；
母线洞缩比例箱体(7)左端对应的半圆柱空腔顶部设有竖直向上的第三回风管道(27)；第三回风管道(27)上端部与第二回风管道(13)中间一处连接连通，第二回风管道(13)的长度方向与母线洞缩比例箱体(7)的长度方向平行一致，第二回风管道(13)左端部设有第二风机(10)，沿长度方向向右依次设有第二温度计(11)、第二风速测孔(12)，第二温度计(11)、第二风速测孔 (12)位于第三回风管道(27)的左侧；第二回风管道(13)的右端左侧设有第三阀门(15)，第二回风管道(13)右端部与竖直向上的排风管道(14)连接连通，排风管道(14)的下端与长方体空腔的右端端面的上部或半圆柱空腔右端端面连接连通，第二回风管道(13)上面的排风管道(14)上向上依次设有第三风速测孔(16)、第三温度计(17)、第四阀门(18)，最上的端部设有第三风机(19)；
在母线洞缩比例箱体(7)左端侧面设有与第二回风管道(13)连接连通的第一回风管道(8)，第一回风管道(8)上设有第二阀门(9)；
母线洞缩比例箱体(7)内设有散热设备，所述的散热设备包括发热电阻片 (20)、设备模块(21)、微热管(22)、翅片(23)，设备模块(21)外周四个方向的侧面上分别设有一层微热管(22)，微热管(22)层外表面的下部贴有发热电阻片(20)，发热电阻片(20)的左右宽度和上下高度均小于微热管(22)层的左右宽度和上下高度，微热管(22)层外表面除发热电阻片(20)的位置的其他位置即在发热电阻片(20)左右两侧及上侧的部分均贴有翅片(23)用于散热；发热电阻片(20)通过导线(25)经由变压器(24)与电源连接；
设备模块(21)为边长不等的长方体、直立的圆柱体、正方体等，母线洞缩比例箱体(7)内的散热设备为任意的一种或几种的独立组合；所述设备模块包括正方体、圆柱体和长方体三种形状，均布置在实际母线洞机电设备经缩比例后的对应位置。
第一风速测孔(6)、第二风速测孔(12)、第三风速测孔(16)分别各配有一个热线风速仪(26)。
进一步的，所述翅片可做成不同间距与不同高度，如翅片的高度为12mm，间距为3mm，其中微热管的厚度为3mm。
所述翅片与发热电阻需粘接在微热管同侧，并且对侧需保证光滑，便于用导热硅胶固定在设备模块上。
所述微热管可根据设备模块的大小及形状不同改变自身尺寸并粘接在设备模块表面上。
所述微热管可进行适当弯曲，以便于粘接在圆形表面上。
所述风速测孔的位置距离风机需保证大于0.5m，确保测量断面风速均匀。
所述温度计的布置位置距离风机位置需保证大于0.5m，确保测量断面温度均匀。
所述风机需通过调节变压器电压控制风速。
所述空气预热器需通过调节变压器电压达到所需送风温度，此时的送风温度为主厂房发电机层、母线层、水轮机层和蜗壳层的排风温度。
所述送风管道、排风管道和回风管道均为横截面直径相同的圆形风管。
所述发热电阻片为主要发热源，需用通过导线外接电源。变压器用于调节电压控制发热电阻片的发热功率。所述微热管用于增大散热面积，发热电阻片需粘附在微热管上。所述翅片需粘附在微热管上，用于进一步扩大散热面积，增大换热系数。导热硅胶用于粘接发热电阻和微热管以及粘接翅片和微热管。所述设备模块为实际机电设备经尺寸缩比例后得出，布置在所述母线洞缩比例箱体中。所述送风管道在母线洞缩比例箱体左侧面的下部居中布置。所述排风管道布置在右侧面的中上部。回风管道设有两个回风口，其中一个回风口与排风管道相连，另一个回风口在母线洞缩比例箱体正面左上方布置。所述空气预热器布置在送风管道，用于加热新风，使送风温度达到实验所需的参数值(根据电站的发电机层、母线层、水轮机层和蜗壳层的设备散热量以及空调系统的运行效果确定)。所述温度计、轴流风机和阀门需布置在进风管道、回风管道和排风管道上。所述热线风速仪用来测量断面风速，需布置在进风管道、回风管道和排风管道的所述风速测孔内。所述保温材料需粘附在母线洞缩比例箱体和各风管上，起到良好保温效果。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
1、该模型实验装置可以根据设备形状及尺寸不同，进行热源模拟，能达到不影响气流组织的前提下高效模拟机电设备发热量的效果。
2、该模型可以通过调节阀门开度来控制风量大小，通过测量风速，根据公式(a)和公式(b)分别计算体积流量和热流量，通过调整回风管道和排风管道的流量，计算对应的热流量值，从而确定设备散热量的相对回收比例。
V＝Av (a)
式中：V-断面流量，m3/s；
A-断面面积，m2；
v-断面平均流速，m/s，热线风速仪稳定后的示数视为断面平均流速。
Q＝ρVcp(t-t0) (b)
式中：Q-热流量，W；
V-断面流量，m3/s；
ρ-流体密度，kg/m3；
t-空气的排风或回风温度，℃；
t0-空气初始进风温度，℃。
3、通过开启不同的回风管道，可以比较并确定母线洞缩比例箱体模型内部发热装置模拟机电设备散热的良好效果。
附图说明
图1模型实验装置正视图。
图2模型实验装置左视图。
图3模型实验装置右视图。
图4母线洞缩比例箱体正剖面图。其中：发热电阻片20，设备模块21，微热管22，翅片23。
图5母线洞缩比例箱体内部方形设备散热模拟装置附视图。
图6母线洞缩比例箱体内部方形设备散热模拟装置正视图及外接变压器图。其中：变压器24，导线25。
图7母线洞缩比例箱体内部方形设备散热模拟装置附视图。
图8母线洞缩比例箱体内部圆柱形设备散热模拟装置正视图及外接变压器图。
图9母线洞缩比例箱体内部圆柱形设备散热模拟装置俯视图。
图10风机外接变压器图。
图11管道风速测孔布置热线风速仪示图。其中：热线风速仪26。
第一风机(1)，空气预热器(2)，送风管道(3)，第一阀门(4)，第一温度计(5)，第一风速测孔(6)，母线洞缩比例箱体(7)，第一回风管道(8)，第二阀门(9)，第二风机(10)，第二温度计(11)，第二风速测孔(12)，第二回风管道(13)，排风管道(14)，第三阀门(15)，第三风速测孔(16)，第三温度计 (17)，第四阀门(18)，第三风机(19)，发热电阻片(20)，设备模块(21)，微热管(22)，翅片(23)，变压器(24)，导线(25)，热线风速仪(26)，第三回风管道(27)。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不限于以下实施例。
实施例1：验证箱体内部的发热装置能高效模拟实际机电设备的发热量。
结构参见图1-11。
根据图1所示：实验开始前，所有阀门与外接电源的开关均为关闭状态。
实验时，打开第一阀门(4)和第四阀门(18)，开启第一风机(1)和第三风机(19)，记录并比较第一风速测孔(6)和第三风速测孔(16)的热线风速仪示数，调节变压器控制风机工作功率，确保风速及流量达到实验要求，通过上述公式(a)计算排风量，记为V1。
打开空气预热器(2)，记录第一温度计(5)和第三温度计(17)的温度，示数稳定并达到所需温度时，确定空气预热器的工作电压。
接通箱体内部发热源，变压器控制电压调整到实际设备功率缩比例对应电压值，记录第一温度计(5)和第三温度计(17)的温度示数，示数稳定后，打开第三阀门(15)并开启第二风机(10)，调节第二风机(10)的变压器控制电压，记录第二风速测孔(12)的热线风速仪示数，通过上述公式(a)计算回风量，记为V2。
调节第三风机(19)的变压器电压，记录第三风速测孔(16)的热线风速仪示数，计算求得此时的排风量，记为V3，并保证V3＝V1-V2。
记录第二温度计(11)的示数，记为t1，关闭第三阀门(15)同时打开第二阀门(9)，记录第三风速测孔(16)的热线风速仪示数，计算求得此时的排风量，记为V4，需保证V3＝V4，再次记录第二温度计(11)的示数，记为t2，比较t1和t2的大小即可验证箱体内部的发热装置能高效模拟实际机电设备的发热量。
实施例2：确定设备散热量的相对回收比例
实验开始前，所有阀门与外接电源的开关均为关闭状态。
实验时，打开第一阀门(4)和阀门(17)，开启第一风机(1)和三风机(19)，记录并比较第一风速测孔(6)和第三风速测孔(16)的热线风速仪示数，调节变压器控制风机工作功率，确保风速及流量达到要求，通过上述公式(a)计算排风量，记为V1。
打开空气预热器(2)，记录第一温度计(5)和第三温度计(17)的温度值，示数稳定并达到所需温度时，确定空气预热器的工作电压。
接通箱体内部发热源，记录第三温度计(17)的温度值，示数稳定后，记为： t3，通过上述公式(b)计算排风热流量，记为Q1。
打开第三阀门(15)并开启第二风机(10)，调节第二风机(10)的变压器控制电压，记录第二风速测孔(12)的热线风速仪示数，通过上述公式(a)计算回风量，记为V2，调节第三风机(19)的变压器电压，记录第三风速测孔(16) 的热线风速仪示数，计算求得此时的排风量，记为V3，需保证V3＝V1-V2。
记录第二温度计(11)的温度值，示数稳定后，记为：t4，通过上述公式(b) 计算回风热流量，记为Q2。
计算Q2/Q1的值，可以确定设备散热量的相对回收比例。
Claims (6)
1.一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，包括第一风机(1)，空气预热器(2)，送风管道(3)，第一阀门(4)，第一温度计(5)，第一风速测孔(6)，母线洞缩比例箱体(7)，第一回风管道(8)，第二阀门(9)，第二风机(10)，第二温度计(11)，第二风速测孔(12)，第二回风管道(13)，排风管道(14)，第三阀门(15)，第三风速测孔(16)，第三温度计(17)，第四阀门(18)，第三风机(19)，发热电阻片(20)，设备模块(21)，微热管(22)，翅片(23)，变压器(24)，导线(25)，热线风速仪(26)；第三回风管道(27)；
母线洞缩比例箱体(7)为下部为长方体空腔上部为半圆柱空腔组成的整体空腔结构，母线洞缩比例箱体(7)长度方向与半圆柱的中心轴方向一致；第一风机(1)通过送风管道(3)经由空气预热器(2)与母线洞缩比例箱体(7)的一端左端连接，与母线洞缩比例箱体(7)连接处的送风管道(3)上设有第一温度计(5)、第一风速测孔(6)和第一阀门(4)；
母线洞缩比例箱体(7)左端对应的半圆柱空腔顶部设有竖直向上的第三回风管道(27)；第三回风管道(27)上端部与第二回风管道(13)中间一处连接连通，第二回风管道(13)的长度方向与母线洞缩比例箱体(7)的长度方向平行一致，第二回风管道(13)左端部设有第二风机(10)，沿长度方向向右依次设有第二温度计(11)、第二风速测孔(12)，第二温度计(11)、第二风速测孔(12)位于第三回风管道(27)的左侧；第二回风管道(13)的右端左侧设有第三阀门(15)，第二回风管道(13)右端部与竖直向上的排风管道(14)连接连通，排风管道(14)的下端与长方体空腔的右端端面的上部或半圆柱空腔右端端面连接连通，第二回风管道(13)上面的排风管道(14)上向上依次设有第三风速测孔(16)、第三温度计(17)、第四阀门(18)，最上的端部设有第三风机(19)；
在母线洞缩比例箱体(7)左端侧面设有与第二回风管道(13)连接连通的第一回风管道(8)，第一回风管道(8)上设有第二阀门(9)；
母线洞缩比例箱体(7)内设有散热设备，所述的散热设备包括发热电阻片(20)、设备模块(21)、微热管(22)、翅片(23)，设备模块(21)外周四个方向的侧面上分别设有一层微热管(22)，微热管(22)层外表面的下部贴有发热电阻片(20)，发热电阻片(20)的左右宽度和上下高度均小于微热管(22)层的左右宽度和上下高度，微热管(22)层外表面除发热电阻片(20)的位置的其他位置即在发热电阻片(20)左右两侧及上侧的部分均贴有翅片(23)用于散热；发热电阻片(20)通过导线(25)经由变压器(24)与电源连接；
设备模块(21)为边长不等的长方体、直立的圆柱体、正方体，母线洞缩比例箱体(7)内的散热设备为任意的一种或几种的独立组合；所述设备模块包括正方体、圆柱体和长方体三种形状，均布置在实际母线洞机电设备经缩比例后的对应位置；
第一风速测孔(6)、第二风速测孔(12)、第三风速测孔(16)分别各配有一个热线风速仪(26)。
2.按照权利要求1所述的一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，所述翅片高度为12mm，间距为3mm，其中微热管的厚度为3mm。
3.按照权利要求1所述的一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，所述所有风速测孔的位置距离所有风机需保证大于0.5m，确保测量断面风速均匀。
4.按照权利要求1所述的一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，所有温度计的布置位置距离所有风机位置需保证大于0.5m，确保测量断面温度均匀。
5.按照权利要求1所述的一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，所有风机均需通过一个调节变压器电压控制风速。
6.按照权利要求1所述的一种用于抽水蓄能电站母线洞设备散热回收研究的模型实验装置，其特征在于，所有的送风管道、排风管道和回风管道均为横截面直径相同的圆形风管。
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