PL208448B1

PL208448B1 - Sposób chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów i układ chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów

Info

Publication number: PL208448B1
Application number: PL381380A
Authority: PL
Inventors: Władysław Nowak; Aleksandra Borsukiewicz-Gozdur; Aleksander Stachel
Original assignee: Univ West Pomeranian Szczecin Tech
Priority date: 2006-12-22
Filing date: 2006-12-22
Publication date: 2011-05-31
Also published as: PL381380A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów i układ chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów, wymagających chłodzenia w czasie pracy.

Dotychczas obniżania temperatury urządzeń technicznych różnego typu dokonywano głównie przy zastosowaniu chłodni wentylatorowych. Rozwiązanie tego typu polega na zastosowaniu czynnika chłodzącego, który odbiera ciepło od urządzenia wymagającego chłodzenia i następnie kierowany jest do wymiennika ciepła typu czynnik chłodzący-powietrze. W celu zintensyfikowania przepływu powietrza stosowane są wentylatory. Inny sposób chłodzenia polega na odprowadzaniu ciepła z urządzenia technicznego do naturalnych lub sztucznych zbiorników wodnych. Rozwiązania tego typu są powszechnie stosowane jednak powodują duże straty energii, z uwagi na to, że ciepło odebrane od urządzenia technicznego w całości odprowadzane jest do otoczenia. Istnieje wiele rozwiązań dotyczących poprawy pracy systemów i metod chłodzenia urządzeń technicznych w szczególności transformatorów energetycznych. W patencie MXPA020082600 poprawa efektu chłodzenia ma być osiągnięta poprzez zastosowanie płynu chłodzącego tzw. dielektryka przepływającego przez transformator oraz odpowiedniej konstrukcji wymienników ciepła płyn dielektryczny-powietrze. W opisie patentowym GB1016186 opisano wzrost efektu chłodzenia transformatora poprzez zastosowanie dwóch płynów o różnych temperaturach wrzenia normalnego. Wzrost intensywności wymiany ciepła uzyskuje się poprzez mieszane i rozdzielane, oraz przemiany fazowe wymienionych płynów. W opisie patentowym JP56158411 przedstawiono rozwiązanie, w którym w celu poprawy efektu chłodzenia transformatora wykorzystano system chłodzenia transformatorów „bliźniaczych”, to znaczy przy dwóch transformatorach, gdy jeden nie pracuje jego system chłodzenia jest wykorzystywany przez transformator aktualnie pracujący. W opisie patentowym JP55146917 zaproponowano odpowiednie ustawienie wentylatorów chłodnicy powietrznej w celu poprawy parametrów pracy w tym elemencie.

Sposób chłodzenia urządzeń technicznych według wynalazku polegający na chłodzeniu czynnika pośredniego, charakteryzuje się tym. że czynnik pośredni chłodzi się wykorzystując go jako górne źródło ciepła dla obiegu siłowni parowej z organicznym czynnikiem roboczym. Korzystnie jako organiczny czynnik roboczy stosuje się substancję o temperaturze krytycznej wyższej od temperatury czynnika pośredniego na wylocie z transformatora oraz temperaturze punktu potrójnego niższej od temperatury otoczenia.

Układ chłodzenia według wynalazku zawierający obieg czynnika pośredniego charakteryzuje się tym, że obieg czynnika pośredniego połączony jest z niskotemperaturowym obiegiem siłowni parowej z organicznym czynnikiem roboczym, przy czym czynnik pośredni stanowi górne źródło ciepła dla obiegu siłowni parowej. Obieg siłowni parowej składa się z parowacza, podgrzewacza, turbogeneratora, skraplacza czynnika roboczego i pompy. Czynnikiem roboczym w obiegu siłowni parowej jest substancja o temperaturze krytycznej wyższej od temperatury czynnika pośredniego na wylocie z transformatora oraz temperaturze punktu potrójnego niż szej od temperatury otoczenia. Czynnik musi spełniać wymogi stawiane czynnikom roboczym pracującym w niskotemperaturowych siłowniach Clausiusa-Rankine'a.

Układ i sposób według wynalazku pozwala uzyskać obniżenie temperatury urządzenia technicznego oraz dodatkowo odzyskać część ciepła odebranego od tego urządzenia i zamienić je w bardziej użyteczną formę energii jakim jest prąd elektryczny. Generowany prąd elektryczny jest w tym przypadku produktem ubocznym, ale jak najbardziej pożądanym. Energia elektryczna może zostać wykorzystana do napędu wentylatorów chłodnicy wentylatorowej do skraplanie czynnika roboczego w obiegu sił owni i/lub do dodatkowego wentylatora dochł adzają cego czynnik poś redni lub moż e być wykorzystana w innym celu.

Rozwiązanie według wynalazku przedstawione jest na rysunku zawierającym schemat ideowy układu do obniżania temperatury urządzeń technicznych oraz w przykładzie wykonania.

Układ składa się z urządzenia technicznego 1 przez który przepływa czynnik pośredni 2 odbierający ciepło. Czynnik ten jest górnym źródłem ciepła dla obiegu siłowni parowej składającej się z parowacza 3, podgrzewacza 4, turbogeneratora 5, skraplacza 6 czynnika roboczego i pompy 7. Czynnikiem roboczym 8 w obiegu siłowni jest czynnik organiczny R 227ea. Zasada działania polega na odebraniu ciepła przez czynnik roboczy 8 od czynnika pośredniego 2 w parowaczu 3 i w podgrzewaczu 4. W parowaczu 3 następuje odparowanie czynnika roboczego 8, który jest kierowany na turbogenerator 5. Po przejściu przez turbogenerator 5 czynnik roboczy 8 ulega skropleniu w skraplaczu 6

PL 208 448 B1 i nastę pnie kierowany jest do podgrzewacza 4 zamykają cego obieg czynnika roboczego 8. Czynnik pośredni 2 oddając ciepło czynnikowi roboczemu 8 w wymiennikach 3 i 4 obniża swoją temperaturę i kierowany jest ponownie do urządzenia technicznego 1. Jeżeli obniżenie temperatury czynnika pośredniego 2 nie jest wystarczające wtedy stosuje się dodatkową chłodnicę wentylatorową 9 w celu dochłodzenia czynnika pośredniego 2. Przepływ czynnika pośredniego 2 realizowany jest przy pomocy pompy obiegowej 10.

Efekt obniżenia temperatury czynnika pośredniego, zależy od rodzaju czynnika roboczego zastosowanego w obiegu parowym, od sposobu realizacji procesu podgrzewania i odparowania czynnika - głownie ciśnienia w czasie tych procesów, ale także od temperatury początkowej czynnika pośredniego. Dla układu przedstawionego na rysunku wykonano przykładowe obliczenia dla dwóch roboczych czynników organicznych R 227ea oraz R 236ea. W obliczeniach nie uwzględniono strat ciśnienia w wymiennikach ciepła i rurociągach. Wyniki obliczeń obejmują strumień ciepła, jaki należy odebrać od urządzenia technicznego Q^& _t, strumień ciepła doprowadzony do siłowni parowej

Q^& ORC oraz strumień ciepła Q^& w, jaki należy odprowadzić w dodatkowej chłodnicy powietrznej, aby uzyskać założoną wartość temperatury oleju na dopływie do urządzenia technicznego. Założono stałą, wynoszącą m^& _o1 =10 kg/s wartość strumienia oleju będącego czynnikiem pośrednim pomiędzy urządzeniem technicznym i instalacją siłowni parowej i wykonano obliczenia wyżej wymienionych wielkości dla strumienia oleju m_o1 w zależności od temperatury T_o = 70 90°C przy stałej temperaturze powietrza chłodzącego Tpow = 18°C dla wymienionych organicznych czynników roboczych. Dla takiej wartości temperatury powietrza można przyjąć, że czynnik roboczy skraplany jest w temperaturze T2 = 32°C. Założono także, że temperatura oleju przed urządzeniem technicznym To4 = 23°C. Przyjęto, że proces izentropowego rozprężania czynnika w turbinie zawsze przebiega w obszarze pary przegrzanej. W poniższej tabeli zestawiono wyniki obliczeń poszczególnych strumieni ciepła dla czynników roboczych R227ea i R236ea, przy czym Q^& ORC = Q^& par + Q^& _pod.

	Temperatura oleju T_o1 [°C]
90	85	80	75	70
Czynnik	R227ea	R236ea	R227ea	R236ea	R227ea	R236ea	R227ea	R236ea	R227ea	R236ea
Q t	1541	1426	1311	1196	1081
^Q parp	230	230	230	230	230
^Q pod	404,0	335,7	371,9	320,2	345,1	305,8	321,9	292,4	301,5	279,8
^Q ORC	634,0	565,7	601,9	550,2	575,1	535,8	551,9	522,4	531,5	509,8
^Q w	907,0	975,3	824,1	875,8	735,9	775,2	644,1	673,6	549,5	571,2

Dodatkowo obliczono temperaturę oleju przed chłodnicą powietrzną 9 To5, i moc turbiny NC-R obiegu siłowni parowej co przedstawiono na poniższych wykresach.

Claims

1. Sposób chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów polegający na chłodzeniu czynnika pośredniego, znamienny tym, że czynnik pośredni chłodzi się w wyniku wykorzystania go jako górne źródło ciepła do obiegu siłowni parowej z organicznym czynnikiem roboczym.

2. Sposób chłodzenia według zastrz. 4, znamienny tym, że jako organiczny czynnik roboczy stosuje się substancję o temperaturze krytycznej wyższej od temperatury czynnika pośredniego na wylocie z transformatora oraz temperaturze punktu potrójnego niższej od temperatury otoczenia.

3. Układ chłodzenia urządzeń technicznych, zwłaszcza transformatorów, zawierający obieg czynnika pośredniego, znamienny tym, że obieg czynnika pośredniego (2) połączony jest z niskotemperaturowym obiegiem siłowni parowej z organicznym czynnikiem roboczym (8), przy czym czynnik pośredni (2) stanowi górne źródła ciepła dla obiegu siłowni parowej.

4. Układ chłodzenia według zastrz. 3, znamienny tym, że obieg siłowni parowej składa się z parowacza (3), podgrzewacza (4), turbogeneratora (5), skraplacza (6) czynnika roboczego i pompy (7).

5. Układ chłodzenia według zastrz. 3, znamienny tym, że w obieg czynnika pośredniego (2) włączona jest dodatkowa chłodnica wentylatorowa (9) oraz pompa obiegowa (10).