Оглавление
Введение
Техническая характеристика силового трансформатора с естественным охлаждением берем из приложения 1[1].
Таблица 1.
| Тип | PН,кВА | UH ВН, кВ | UН НН, В | PX.X.,Вт | PК.З., Вт | Длина бака, А, м | Ширина бака, В, м | Высота бака, Н, м |
| ТМ-30/6 | 0.97 | 0,8 | 0.885 |
1.1 Расчет поверхности теплообмена
Расчет выполняем используя размеры бака из прил [1]
2
Fк=Fл=[2 ·(0.97-0,8) +3,14·0,8] ·0.885+0,75·0,136=2.626 м2
1.2 Определение разности температур.
Расчет выполняется при К3=1 номинальный режим работы
∆PТР= ∆РХХ+∆РКЗ·КЗ2 
Q0 (1,1)
∆РТР –Потеря энергии трансформатора, Вт;
∆РХХ и ∆РКЗ потери мощности холостого хода и короткого замыкания, Вт;
КЗ – коэффициент загрузки трансформатора
При номинальной нагрузке трансформатора КЗ=1
∆PТР= 250+850·12=1100 Вт
1.3 Определяем среднее превышения температуры масла над температурой стенка бака.
(1,2)
К1=1 – при естественном охлаждении масла
К1 =0.9 – при охлаждении с дутьем.
0С
1.4 Определяем среднего превышения температура стенки бака над температурой воздуха
(1.2)
Где FК и FЛ – поверхности бака, отдающего тепло конвекцией и излучением соответственно, м2.
0С
1.5Определим превышение температуры масла над температурой воздуха
(1,3)
Принимаем 
=1.
0С
1.6 Поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака, Вт:
(1,4)
1.7 Коэффициент теплопередачи К можно рассчитать как для плоской стенки 
,
(1,5)
Где 
- толщина стенки бака, обычно 3…5 мм;
Принимаем 
мм;
- коэффициент теплопроводности стенок бака, 
,;
Бак выполнен из стали 
;
Принимаем 
;
– коэффициент теплоотдачи от масла к внутренней стенке бака, рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении масла, 
– коэффициент теплоотдачи от наружной стенки поверхности бака к воздуху рассчитывается для условий теплоотдачи при естественном движении воздуха,
Для определения воспользуемся критериями Грасгофа, Прандтля и Нуссельта.
Физические параметры воздуха принимаем из приложения 3 [1] по температуре воздуха, а для трансформаторного масла из приложения 4 [1] по средней температуре масла.
Расчет будем вести для температуры воздуха равной 10;20;30 0С.
1.7 Определяем приближенную температуру масла, 0С:
(1,6)
tв1=10, tв2=20, tв3=30
tм1=10+39=49 0С
tм2=20+39=59 0С
tм3=30+39=69 0С
По температуре масла выписываем приложение 3 с. 20
Таблица 2
| tв, 0С | tм, 0С | λ, 
|  06 (м2/с)
| Prм |
| 0,10828 | 7.86 | 117.5 | ||
| 0,1073 | 5.96 | 90.2 | ||
| 0,10648 | 4.66 | 72.9 |
Рассчитываем критерий Грасгофа-Пранкля:
=g 
H3 Pr/T 
(1,7)
Тм=273+49=322 К
Тм=273+59=332 К
Тм=273+69=342 К
Gr Pr(1)=9,8 6.1545 0.8853 117.5/322 (7.86 10-6)2=0,247 1012
Gr Pr(2)=9,8 6.1545 0.8853 90.2/332 (5.96 10-6)2=0,3198 1012
Gr Pr(3)=9,8 6.1545 0.8853 72.9/342 (4.66 10-6)2=0,410 1012
По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака
c=0,15 n=0,33
Nu = c (Gr Pr) n. (1,8)
Nu(1)=0,15 (0,247 1012)0,33=823
Nu(2)=0,15 (0,3198 1012)0,33=893
Nu(3)=0,15 (0,410 1012)0,33=972
Определяем теплоотдача от масла к стенки 
ВН Вт/м2 К
ВН = Nu ∙ l / Н (1,9)
ВН(1) = 823 0,108/0.885=100.4 Вт/м2 К
ВН(2) = 893 0.107/0.885=107.9 Вт/м2 К
ВН(3) = 972 0,106/0.885=116.4 Вт/м2 К
Результаты расчетов занести в таблицу 3
Таблица 3
Коэффициенты теплоотдачи от масла к стенке бака
| tв, °С | tм, °С | Gr Pr | Nu | ВН, Вт/м2К
| |
0,247  1012
| 100.4 | ||||
| 0,3198 1012
| 107.9 | ||||
| 0,410 1012
| 116.4 | ||||
Аналогично определяют коэффициент теплоотдачи от стенки бака к воздуху Н в условиях свободной конвекции. Физические параметры воздуха 
принять из приложения 3 по расчетной температуре воздуха tв (известна по заданию), заполнить таблицу 6, аналогичную табл.2.
Таблица 4
| tв, 0С | λ 102,
| 06 (м2/с)
| Pr |
| 2,51 | 14,16 | 0,705 | |
| 2,59 | 15,06 | 0,703 | |
| 2,67 | 0,701 |
Вычислить критерий Грасгофа по формуле (1,7)
=g 
H3 Pr/T
Тв(1)=273+10=283 К
Тв(2)=273+20=293 К
Тв(3)=273+30=303 К
GrPr(1)=9,8 32.9 0.8853 
/283 (14,16 10-6)2=2.775 109
GrPr(2)=9,8 32.9 0.8853 0,703/293 (15.06 10-6)2=2.364 109
GrPr(3)=9,8 32.9 0.8853 0,701/303 (16 10-6)2=2.018 109
По произведению GrPr из приложения 5 выбрать константы c и n для критериального уравнения c учетом условий теплоотдачи и вертикального расположения бака используя формула (1,8)
c=0,15 n=0,33
Nu = c (Gr Pr) n.
Nu(1)=0,15 (2.775 109)0,33=195
Nu(2)=0,15 (2.364 109)0,33=185.9
Nu(3)=0,15 (2.018 109)0,33=176.4
Определяем коэффициент теплоотдача от стенки к воздуху используя формула (1,9) Н, Вт/м2 
К
Н= Nu ∙ l / Н
Н(1)=195 2,51 10-2/0.885=5.53 Вт/м2 К
Н(2)=185.9 2,59 10-2/0.885=5,43 Вт/м2 К
Н(3)=176.4 2,67 10-2/0.885=5,32 Вт/м2 К
Таблица 5
| tв, 0С | GrPr | Nu | Н, Вт/м2 К
|
| 2.775 109
| 5.53 | ||
| 2.364 109
| 185.9 | 5.43 | |
| 2.018 109
| 176.4 | 5.32 |
Рассчитаем коэффициент теплопередача Кi, Вт/м2 К
Затем определяют коэффициент теплопередачи k (1.7) и поток теплоты, передаваемый через стенку бака от масла к воздуху QК по уравнению (1.5). Расчеты выполнить для всех заданных температур воздуха.
К(1)= 
К(2)= 
К(3)= 
Рассчитываем поток теплоты, передаваемый маслом воздуху через стенку бака согласно формуле (1.4):
Qк(1)=5,238 
2.626 39.054=537 Вт
Qк(2)=5,167 2.626 39.054=529 Вт
Qк(3)=5,084 
Вт
Определяем температура наружной поверхности бака, 0С:
(2,0)
Где 
- температура воздух, 0С
tc(1)=10+ 
0С
tc(2)= 
0С
tc(3)= 
0С
Уточняем температура масла внутри бака, 0С:
(2,1)
Где 
- температура внутренней поверхности бака.
tм(1)=46.99 
0С
tм(2)=57.16+ 
0С
tм(3)=67.32+ 
0С
Определяем поток теплоты, излучаемый с поверхности бака, Вт:
, (2,2)
| где с 0 | — коэффициент излучения абсолютно черного тела, с 0 = 5,67 Вт/(м2×К4); |
| e | — степень черноты стенки бака. Для окисленной стали принять e » 0,8; |
| FЛ | — поверхность излучения, м2, для гладкого бака — по формуле (1.3), а для бака с охлаждающими трубами — по формуле (1.4); |
| ТС | — температура поверхности бака, К, уточненная по формуле 1.10); |
| ТВ | — температура тел, воспринимающих поток лучистой энергии, принимается равной температуре воздуха, К. |
Тс(1)=273+tc(1)=273+47=320, К
Тс(2)=273+tc(2)=273+57=330, К
Тс(3)=273+tc(3)=273+67=340 К
Тв(1)=273+tв(1)=273+10=283 К
Тв(2)=273+tв(2)=273+20=293 К
Тв(3)=273+tв(3)=273+30=303 К
Qл(1)=5,67 0,8 2.626 [(320/100)4-(283/100)4]=484 Вт
Qл(2)=5,67 0,8 2.626 [(330/100)4-(293/100)4]=590.8 Вт
Qл(1)=5,67 0,8 2.626 [(340/100)4-(303/100)4]=626.54 Вт
Правильность расчетов оценивается по общему (суммарному) потоку тепловой энергии, Вт:
Определяем
. (2,3)
Qо(1)=484+537.18=1021.18 Вт
Qо(2)=590.8+529.91=1120.7 Вт
Qо(3)=626+521.39=1147.3 Вт
Таблица 7
| tв, 0С | К, 
| Qк, Вт | Qл, Вт | Qо, Вт | tм, 0С | D PТР, Вт |
| 5,238 | 537.1 | 1021.1 | ||||
| 5,167 | 529.9 | 590.8 | 1120.7 | |||
| 5,084 | 521.3 | 626.5 | 1147.3 |
не должен значительно отличаться от принятого по формуле (1).
Расчет для остальных температур воздуха производится аналогично.
Все расчетные данные предоставлены в свободных таблицах
Где 
- приближенная температура масла;
- расчетная температура масла.
Строим график зависимости изменения температуры трансформаторного масла от температуры воздуха:
Где - температура масла;
- температура воздуха.
Вывод: Температура масла в баке при температуре воздуха равной 30 0С не превышает допустимые пределы температуры (95 0С). В таком режиме допускается длительная работа по условиям нагрева масла.