油浸式变压器用片式散热器结构优化数值计算研究
油浸式变压器用片式散热器结构优化数值计算研究为了保证社会和工业快速发展，电力系统积极调整能源结构，发展大容量、高参数发电、变电机组，变压器的负载也在逐渐增大。
当变压器长期处于过热状态时，电力系统输电损耗会大大增加，严重时还会导致变压器失效，引起严重的电力事故。
本文以变压器用片式散热器为研究对象，利用FLUENT软件模拟计算
SZ11-240000/220kV型变压器配套的片式散热器PC2500-26/520，遵循单一变量原则，在保持外界空气换热条件、内部入口油速等边界条件下，通过改变不同的片式散热器片组结构计算出不同对照组的散热结果同原型模型的模拟计算结果
进行对比分析，包括片数对照组、非均匀油道对照组、上集油管倾斜角度对照组和片肩倾斜角度对照组等。
通过对模拟计算得到的片组总散热量、有效散热面积、出口油温和总传热系数等散热相关参数进行综合对比分析，随着片数的增加，片式散热器的总散热量也在逐渐增加，但是增加的效率在逐渐减小，并且片组整体的总传热系数也在逐渐减小；非均匀油道结构无论是大——小——大型结构或是小——大——小型结构都能显著增加片组的总散热量，并且一定程度的降低出口油温，同时还能减少散热总面积，节省材料，但是计算结果还是证明大——小——大II型结构有更好的强化散热能力；当上集油管倾斜角度从0°逐渐增加到5°左右时可以大大增加散热器的各项有效散热参数，超过5°以后，片组的各项有效散热参数都有了显著的下降趋势；片肩倾斜角度达到5°~10°时，片组散热
能力有一定程度的加强，但是加强的程度较其他对照组相比仍然比较有限。
经过上述对照组各自计算对比分析后，选取各组的优化结构进行片式散热器综合优化结构对比分析计算。
在25、26、27片的片数条件下，选取大——小—
—大II型结构的油道分布结构，并选取上集油管倾斜角度4°、5°、6°和片肩倾斜角度6°、7°、8°、9°分别组合为36种综合优化结构对照组进行进一步计算分析。
最终表明：在25片时，上集油管倾斜角为4°、非均匀油道为大——小——大II型、片肩倾角为7°时总散热量达到最大值16720.42W，综合优化后的结构在节省一片散热器片的条件下就能达到原型的散热能力，并且总传热系数也从原型的15.6049W/m2·K增加到18.1830W/m2·K，增加了原型的16.52%；在26片时，上集油管倾斜角为4°、非均匀油道为大——小——大II型、片肩倾角为9°时总散热量达到最大值17989.93W，同原型结构相比增加了1249.553W，增加了原型的7.46%，并且总传热系数也增加到17.4651W/m2·K，增加了原来的11.92%；在27片时，综合优化结构的强化散热能力低于26片时的情况，强化散热效果有限。
油浸式变压器散热风机的选型
目录
风机选型方案 (1)
1选型说明： (1)
2实验室用片式散热器的尺寸和实验数据； (2)
2.1尺寸： (2)
2.2实验室中的数据 (2)
3排风量计算与选型 (2)
3.1散热排风量V (2)
3.2选型： (3)
3.2.1公司：*** (3)
3.2.2型号 (3)
3.2.3价格 (3)
3.2.4风机参数 (3)
3.2.5风机台数确定 (3)
4安装方式 (4)
5风机控制方式 (4)
6购买物品汇总 (5)
风机选型方案
1选型说明：
在油浸变压器中加风机选型主要按照环境负载而配置，选型按照变压器的散热器大小和散热器的散热量，来选择适合固定的专用变压器风扇来散热，选择风机一般根据扇热翅片方位和排列纵横尺寸选适合的固定的专用风扇，尽可能安装在集中热量的散热器上。
（可用红外热成像仪检测正常温度或负载温度而加装温度传感器来控制风扇的启停。
）
2实验室用片式散热器的尺寸和实验数据；
2.1尺寸：
集中管中心距离:1100
散热片间距：45
散热器宽度：675
2.2实验室中的数据：
说明：纵坐标为散热器的散热量，选实验所达到的最大值，选型按照散热量5KW 进行。
3排风量计算与选型
3.1散热排风量V：
×(1.3~2)【说明：实际环境中，考虑到散热器片间的通风性以及环境V= Q
C p.ρ.∆T
因素，这里风量乘以1.3~2的一个安全系数】
注：。
油浸式变压器散热技术研究回顾与展望
的 金 属 导 热 能 力 。 管 由 管 壳 、 芯 和 工 热 管
国 内水 冷 却 器单 台最 大 容 量 已达 到 ３ ｗ 作 液 体 组 成 的 密 闭 系 统 ， 壳 内 抽 成 、 等物 质 ； 工 水 汞 吸
器 采 用 单 管 结 构 ， 以 发 生 过 多 起 因水 冷 液 芯 材 料 可 用 金 属 丝 网 等 多 孔 金 属 或 玻 所
可 靠性 ， 常 适 用 于 有 水 源 地 区 。 内生 产 非 国
变 压 器 大部 分 仍 为 油浸 式 变 压 器 ， 且８ ％ 而 ０ 优 点 ， 重 管 水 冷 却 器提 高 了 水 冷 却 器 的 凝 段 。 冷 凝 段 ， 汽 把 热 量 传 给 温 度 较 双 在 蒸
１ 传统 变压器散热方式
目前 国 内外 变 压 器 的 冷 却 方 式 主 要 有
最适 合 。 于常 年气 温较 高热带 地 区 ， 对 要
２ 新型散热技术在变压器散热中的应用
近年来 出现 新型散热技术以及应用研
究 ， 果能 够使这些 技术与变 压器散热 问 如 题 有 效 结 合 起 来 ， 极 大 地 推 动 油 浸 式 变 将
进 行 循 环 ， 样 油 流速 度 加 快 ， 却 效 率 得 却 器 中冷 却 铜 管 破 裂 使 冷 却 水 进 入 到 变 压 璃 纤 维 做 成 ・ 壳 材 料 可 选 取 铜 、 、 这 冷 管 铝 不 以 提 高 。 统 散 热 器 的 基 本 类 型 主 要 由 以 传
下 几种 。 器 的 油 中 的 情 况 ， 于 无 法 及 时 发 现 水 已 由 进 入 到 变 压 器 油 中 去 ， 往 使 进 水 的 变 压 往
流 经 散 热 器 时 ， 冷 却 风 扇 吹 出 的 风 将 热 由 量 带 走 ， 种 冷 却 方 式 主 要 用 于 大 中 型 变 这 压 器 。 迫 油 循 环 风 冷 却 器 与 自然 油 循 环 强 风 冷 却 器 的 主 要 区 别 是 采 用 潜 油 泵 强 迫 油 风 冷 却 器 的 体 积 小 、 量 轻 、 声 低 。目前 重 噪 以上， 国外 已达 到５ ０ ０ ｋＷ以 上 。 内水 冷 却 国
【CN209843456U】一种油浸式变压器散热结构【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920348100.1(22)申请日 2019.03.19(73)专利权人 中铁电气工业有限公司地址 071051 河北省保定市北三环6255号专利权人 中铁工程设计咨询集团有限公司(72)发明人 魏宏伟 李栋宝 刘星 楚振宇 赵春燕 柴淑颖 徐国杰 赵大伟 王潘潘 (74)专利代理机构 保定市燕赵恒通知识产权代理事务所 13121代理人 王葶葶(51)Int.Cl.H01F 27/12(2006.01)H01F 27/22(2006.01)(54)实用新型名称一种油浸式变压器散热结构(57)摘要本实用新型公开了一种油浸式变压器散热结构，包括若干组散热片，每组散热片均包含有过油管路，过油管路的一端为进油口，另一端为出油口，每个所述进油口均连接在折形连接管的水平部上，折形连接管的竖直部与变压器的出油端相连；每个所述出油口均分别与“Z ”形连接管的第一水平部连接，“Z ”形连接管的第二水平部与变压器的进油端相连。
该装置结构简单，装配便捷，且可以有效的提高油浸式变压器的散热效率。
权利要求书1页 说明书2页 附图1页CN 209843456 U 2019.12.24C N 209843456U权 利 要 求 书1/1页CN 209843456 U1.一种油浸式变压器散热结构，包括若干组散热片，每组散热片均包含有过油管路，过油管路的一端为进油口，另一端为出油口，其特征在于，每个所述进油口均连接在折形连接管的水平部上，折形连接管的竖直部与变压器的出油端相连；每个所述出油口均分别与“Z”形连接管的第一水平部连接，“Z”形连接管的第二水平部与变压器的进油端相连。
2.如权利要求1所述的油浸式变压器散热结构，其特征在于，各所述进油口连接在一条总的集油管上，所述集油管的出口端连接在一个所述折形连接管的水平部。
油浸式变压器热管散热模型的试验研究
测量 结果 如 图 ６所 示 。 由图 ６可 以４ ０ ０ ｗ， 室内空气温度为 １ ６ ． ７
℃ 。测量 结果 如 图 ３ 、 图 ４所 示 。
后油箱 内最高温度显著降低 ， 变压器油 内温度场恒 定后 ， 有热管时的温度比无热管时的温度降低约 ４ ０ ℃。显然 ， 将热管插入油箱对变压器油进行 散热 的
２ 试 验 研 究 结 果及 分 析 Ｊ
２ ． １ 油箱 内温 度场分 布
ｍ ｍ× ５ ０ ０ ｍ ｍ的加热板模拟变压器 芯体产热 ； 其 对
称侧 壁面上 部 开孔 ， 将 热 管蒸 发 段 垂 直插 入 油 箱 内 并靠 近箱体 散热 壁 ， 热 管 冷凝 段 露 在 空气 中进 行 散 热 。试验所 用 热 管 为铜 管 ， 总长为 ８ ０ ０ ｍ ｍ， 外 径 为
热管是高导热元件 ， 在模拟 时可将热管看作具 有高 导热 系数 的等 温 棒 ， 通 过试 验 测 得 所 用热 管 的
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ２— ０ ９— ０ ７
第 ２期
刘红 蕾 ， 等： 油浸 式 变压 器热 管散 热 模 型的试 验研 究
・ ３ ７・
铜 质热 管 （ 自制 ） ， 测试 以下 ２种 工况 ： 工况 １ ， 加 热 板加 热功 率 为 ２ ０ ０ ｗ， 室 内空气 温 度为 １ ６ ． ３ ｏ Ｃ； 工况
散热 ， 肋 片外径 为 ２ ５ｍ ｍ， 厚０ ． ３ ｍ ｍ。
定油温最高部位 ， 先对油箱进行加热， 待油箱内油温
达 到恒定并 维持 一段 时 间后 ， 用 热 电偶 测 试 油箱 各 部位 油 的温度 。测试 时将热 电偶 由上 到下依次 固定 在 细长木 条上 （ 由上 到下 依 次 为 １一 ６热 电偶 ） ， 将 另一个 热 电偶 （ ７ ） 固定 于距 地 面 １ ｍ处 ， 用 于测 量 室 内空气温 度 。移 动木 条 ， 由右 到左 依 次 测 量 油 箱 内部 ９个 部位 的油 温 （ 测量 位 置靠 近 加热 板 ） ， 热 电偶分 布及测 点分 布如 图 ２所示 。油 箱 中加 入 ８根
改进变压器用片式散热器
改进变压器用片式散热器的研究叶翔 黄素逸 李中洲武汉华中科技大学能源与动力工程学院热工教研室 430074Email：Yexiang_hust@摘要：变压器用油浸自冷片式散热器换热效率的提高，主要取决其结构的优化设计。
本文通过实验，说明了选择合理翅片对于提高换热能力有着很大的促进作用。
同时，通过数值计算的方法比较了常规上下集管散热器和经过一定改进后的散热器的换热情况，得出了一些对于换热器设计的有意建议。
关键词：变压器；翅片；片式散热器；改进1. 绪论油浸式变压器运行时，内部绕组，铁心等部件产生损耗。
损耗转换为热量并通过变压器油的热传导和对流作用传递给油箱壁，使绕组，铁心，油箱壁和油面温度上升。
而温升直接影响到绕组绝缘材料的寿命，因此必须把温升控制在一定的范围内。
采用散热器进行散热是必须的。
片式换热器是目前变压器用的主流散热器，如何找到提高散热器总传热系数的方法用于增强片式散热器的散热能力，对于节约变压器的制造成本并延长其使用寿命是很有意义的。
由于国家对电力行业的大量投入，一些超大容量的变压器也急需合适的散热器配套使用，这些对于散热器的研究提出了更高的要求。
在居民区及一些对噪音，能耗有特殊要求而不能采用强迫冷却方式的地方，如何提高散热器自冷的效果也是一个很现实的问题 以下工业界使用的散热器分类图1本文主要研究的是油浸自冷式散热器，用于功率比较小，或者对噪音控制要求高而只能1用自冷方式的场合。
2. 对翅片的实验研究2.1 实验方案实验采用对比的方式进行。
普通的片式散热器如图所示：图2国内设计的散热器一般片型为两块带一定数量纵向浅凹槽的冷轧钢板压合，两块板间纵向均匀N条焊缝以形成N+1条油道。
对比的散热器改变了原有的片型冷轧时的模具结构这样就改变了片型内部结构。
实验中主要有以下四中：1.搓板纹型散热片2.单面尖筋搓板纹型散热片这两种搓板纹型散热片是在单片冷轧钢板上冲压出横向外凸的半园形或者三角形3.圆点型散热片圆点纹型散热片是在单片冷轧钢板上冲压出内凹的直径约为10毫米的圆点，圆点在板上均匀交错分布。
纵向涡强化片式散热器油侧热性能的数值研究
１ 计 算 模 型 及 方 法
１ １ 物 理 模 型 ．
油浸式 变 压 器 因不 设油 泵 ， 介质 在变 压器 油 和 片 式 散 热 器 内 进 行 自然 循 环 ， 压 器 内 油 在 浮 变
升力作 用下 自下而 上流 动 ， 进入 散热器上集 管 ， 然
后 沿各 散热 器 自上 而下 流 动 （ ｚ轴负 向） 国 内 沿 。
第 ９卷 第 ４期
２１ ０ ０年 Ｉ ２月
热 科 学 与 技 术
Ｊ ｕ ｎａ ｆＴｈｅ ｍａ ｃ ｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｒ ｌｏ ｒ ｌＳ ｉ ｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ
Байду номын сангаас
Ｖｏ ． １ ９ Ｎｏ ４ ．
ＤＯ ． Ｏ ０ Ｃ ２ １
文 章 编 号 ：１ ７ —０ ７ ２ １ ） ４０ ０ — ６ ６ １８ ９ （ ０ ０ ０ — ３ ２ ０
发 生器 的宽 度 、 度 、 角 和纵 向 间距 等 几 何 因 素 对 竖 直通 道 传 热和 压 降 的 影 响 。 果 表 明 ： 向涡 发 生器 产 高 攻 结 纵 生 的涡 旋 导 致边 界层 分 离 ， 热 效 果 得 到 强 化 ； 变 涡 发 生器 的宽 度 和 高度 对传 热 的 影 响 趋势 相 似 ； 传 改 当几 何 条
摘 要 ：采用三维数值模 拟的方 法研 究 了在片 式散 热器 一组 通道 内设 矩形 涡流 发 生器 （ｅｔｎ ｕｌ ｖ ｒ ｘ ｒｃａｇ ａｒ ｏｔ ｅ
ｇ ｎ ｒ ｔｒ Ｒ Ｇｓ ｅ ｅ ａｏ ， Ｖ ）时对 油 侧 的传 热性 能影 响 。 究 了相 同入 口条 件 （ 流）和 考 虑 重 力 作 用 的 条 件 下 ， 向 涡 研 层 纵
油浸式变压器热管散热器结构优化设计
油浸式变压器热管散热器结构优化设计摘要：作为电网系统的核心设备，油浸式变压器起到非常重要的作用。
随着电网负载功率的增加，变压器容量也不断提升，其发热问题也越来越突出，如散热不好很容易引起变压器故障，威胁电网稳定运行。
因此，油浸式变压器散热问题越来越受到重视。
本文通过优化热管角度、翅片结构提高油浸式变压器热管散热器散热性能，同时可以降低噪音、减小变压器，对于确保变压器稳定运行具有非常重要的意义。
关键词：智慧油浸式变压器；热管；散热器；结构优化变压器在电能输送、电能分配等方面起到非常关键的作用。
目前大多数并网的变压器为油浸式，散热方式多采用油循环散热，所用的翅片式散热器使得变压器体积难以缩小，增加了运维难度，而且翅片式散热器散热效率低，导致变压器油常因油温升高而降低绝缘性能。
此外，传统油浸式变压器需安装在地下，造成散热困难，危及电网安全。
本文以30kVA油浸式变压器作为实验平台，研究热管散热器结构，旨在解决油浸式变压器散热不良的问题。
1热管散热器结构设计思路现阶段投入使用的油浸式变压器热管散热器可以快速高效地将散发热量，但结构复杂或者未有效降低空气侧的传热热阻。
因此，本次设计的热管散热器结构需要满足成本低、结构简单、易加工、安装方便、稳定性好，安装难度小、空气侧传热热阻低等要求。
基于以上要求本次设计采用圆管状热管，热管呈弧形，夹角稍稍大于90°，选择此类热管主要是因为圆管产量大，易获取，可选范围广，价格较低，且安全肋片很方便，热管弯成弧形是为了在热管热端插入油箱后冷端保持水平，使冷端散热片接近垂直，使得空气与翅片之间的自然对流充分，空气侧的对流传热系数最大化，热阻降低。
热管弯曲角度略大于90°，在重力作用下，热管中的冷凝工质可以从冷端顺利返回热端。
由于热管必须安装在变压器周围，如仅使用重力热管，则需要变压器保持水平否则热端的冷凝工质无法返回热端，因此，本次设计在热管上安装毛细管芯，促使冷凝工质回流。
油浸式变压器用热管散热器的设计及优化研究
油浸式变压器用热管散热器的设计及优化研究目前油浸式变压器大多利用变压器油向散热片传热并采用片式散热器进行散热,存在着散热效率低、占地面积大、噪声、用油量大等问题。
热管是目前最有效的传热元件之一,用热管代替变压器油向散热片导热可提高导热效率,也可对散热片进行结构优化。
因此油浸式变压器用热管散热器的设计及优化研究对提高散热效率、减少噪声等具有良好的应用价值。
首先对油浸式变压器现有散热器的散热技术与研究现状进行了深入分析。
针对现有散热技术存在的问题,采用重力热管和圆形翅片对油浸式变压器用热管散热器的结构进行设计。
为最大限度利用热管导热效率高的特点,理论分析了热管倾角、翅片结构(翅片间距、翅片半径和翅片厚度)和热管排列方式等因素对热管散热器散热效率的影响。
设计了热管散热器的性能实验,验证了方案的可行性并对比了热管倾角在30°、45°、60°时的散热效果,给出了最优工作倾角。
在此基础上,结合数值模拟结果,分析了翅片结构对散热效率的影响,得到翅片半径范围、翅片间距范围、翅片厚度范围等优化参数,散热量和翅片质量都可兼顾。
运用响应面法对翅片结构进行散热量和翅片质量双目标优化,确定了散热器翅片的最优结构最后,研究了热管的排列方式对散热的影响,得到热管错排时散热效果好,完成热管散热器的整体结构优化设计。
本文设计了一种用于油浸式变压器散热的热管散热器结构,通过热管倾角、翅片结构和热管排列方式等影响因素的参数优化结果,得到热管散热器较片式散热器有散热性能好、无噪音、减少了变压器体积等优点,热管散热器在油浸式变压器散热中的研究及应用对保证变
压器稳定、安全运行和电能有效输送有重要意义。
油浸式变压器片式散热器用高效散热片[实用新型专利]
专利名称：油浸式变压器片式散热器用高效散热片
专利类型：实用新型专利
发明人：韩海亮,梁杰,李朝林,韩龙梅,王京茹,杨雪欢,赵意申请号：CN201921213319.7
申请日：20190730
公开号：CN209947613U
公开日：
20200114
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种油浸式变压器片式散热器用高效散热片，包括散热片、与集油管相贴合连接的连接结构和油道，油道和连接结构均设置在散热片上；油道设置为多个，且均匀等距设置在散热片上，相邻两油道之间设置有隔板，隔板与油道之间通过点焊连接，每一个油道均设置为六边形结构且表面光滑；连接结构设置为圆弧延展结构，且圆弧延展结构从下部至上部依次由小圆柱部分、圆台部分、大圆柱部分和外沿部分组成，外沿部分、大圆柱部分、圆台部分和小圆柱部分为一体式结构。
本实用新型采用上述结构的油浸式变压器片式散热器用高效散热片，能够尽可能多的容纳变压器油进行冷却，增大了散热面积，提高了生产效率，提高了密封性能，增加了产品强度。
申请人：保定新胜冷却设备有限公司
地址：071000 河北省保定市创意路109号
国籍：CN
代理机构：北京志霖恒远知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人：郭栋梁
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【CN209843435U】油浸式变压器内的散热装置【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920652754.3(22)申请日 2019.05.08(73)专利权人 江西宇恒电气有限公司地址 344200 江西省抚州市崇仁县工业园区C区(72)发明人 陈军 (74)专利代理机构 北京久维律师事务所 11582代理人 陈强(51)Int.Cl.H01F 27/02(2006.01)H01F 27/08(2006.01)H01F 27/22(2006.01)H01F 27/40(2006.01)(54)实用新型名称油浸式变压器内的散热装置(57)摘要本实用新型公开了油浸式变压器内的散热装置，包括第一散热器，所述第一散热器的后端固定连接有油浸式变压器外壳，所述第一散热器包括支架、过热报警机构和散热片，所述散热片均匀安装在支架的内侧，所述过热报警机构的侧端固定连接在支架的侧端面中心，所述过热报警机构包括旋钮、密封环、防水罩、气囊和开关，所述旋钮的侧端外壁螺纹安装在密封环的内壁，所述密封环的仙壁固定密封连接在防水罩的侧壁，所述防水罩的内壁下部滑动安装在气囊的下部外壁，所述开关的侧端固定连接在气囊的侧端中心，所述支架和散热片的后端固定连接在油浸式变压器外壳的外壁。
本实用新型能够在散热器高负荷工作时进行异常提醒，更好的满足使用需要。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 209843435 U 2019.12.24C N 209843435U权 利 要 求 书1/1页CN 209843435 U1.一种油浸式变压器内的散热装置，包括第一散热器(2)，其特征在于：所述第一散热器(2)的后端固定连接有油浸式变压器外壳(1)；所述第一散热器(2)包括支架(5)、过热报警机构(6)和散热片(7)，所述散热片(7)均匀安装在支架(5)的内侧，所述过热报警机构(6)的侧端固定连接在支架(5)的侧端面中心；所述过热报警机构(6)包括旋钮(8)、密封环(10)、防水罩(11)、气囊(12)和开关(14)，所述旋钮(8)的侧端外壁螺纹安装在密封环(10)的内壁，所述密封环(10)的仙壁固定密封连接在防水罩(11)的侧壁，所述防水罩(11)的内壁下部滑动安装在气囊(12)的下部外壁，所述开关(14)的侧端固定连接在气囊(12)的侧端中心。