Исследование и разработка комбинированной электротехнологии нагрева трансформаторного масла в системах регенерации тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.10, кандидат наук Ачаков, Константин Анатольевич

• Ачаков, Константин Анатольевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Ачаков, Константин Анатольевич

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ, обзор существующих способов нагрева трансформаторного масла при регенерации, постановка задачи

1.1 Анализ нагреваемого вещества

1.2 Анализ существующих способов нагрева трансформаторного масла при регенерации

1.3 Постановка задачи и выбор метода решения

2. Аналитическая модель диэлектрического нагрева

2.1 Разработка экспериментальной установки для диэлектрического нагрева трансформаторного масла

2.2 Алгоритм для определения области применения диэлектрического нагрева трансформаторных масел в системах регенерации

3. Математическое моделирование электромагнитных и термических процессов при комбинированном диэлектрическом и индукционном нагреве трансформаторного масла в системах регенерации

3.1. Математическая модель электромагнитных процессов

3.2 Математическая модель тепломассопереноса в системе

" металлические цилиндры — трансформаторное масло" комбинированного нагревателя

3.3 Алгоритм расчета температурных полей

4. Расчет параметров комбинированного нагревателя трансформаторного масла в системах регенерации, основанного на сочетании индукционных и диэлектрических систем нагрев

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка комбинированной электротехнологии нагрева трансформаторного масла в системах регенерации»

Введение

При транспортировке трансформаторного масла, его хранении, а так же при эксплуатации масла в маслонаполненном электрооборудовании, несмотря, на защиты различного рода: азотная защита, термосифонные фильтры и воздухоосушители, герметизация, - влага из окружающей среды попадает в электрооборудование и соответственно в масло [1-3]. Кроме того, масло может увлажняться вследствие химических процессов старения и возможного соприкосновения его с воздухом, всегда содержащего в себе влагу. Химические процессы старения вызывают, деструкцию молекул масла и образование низкомолекулярных ионогенных продуктов (перекисей, органических кислот, воды), увеличивающих ионную проводимость масла. Имеют место и процессы структурирования («осмоления») окисленных молекул с образованием коллоидных частиц и более высокомолекулярных продуктов - шлама. Коллоидные частицы обуславливают электрофоретическую проводимость и совместно с ионогенной примесью снижают удельное объемное сопротивление и увеличивают диэлектрические потери. Коллоидные частицы, имея более низкую подвижность в сравнении с ионами, образуют объемные заряды и увеличивают тем самым неоднородность электрического поля; в результате диэлектрическая прочность масла снижается. Шлам и другие, нерастворенные в масле продукты старения, а так же частицы примесей, внесенные в него извне (например, эмульсионная вода, частицы волокон, металла), образуют мелкодисперсную фазу. Она увеличивает неоднородность электрического поля в масле и существенно снижает его напряжение пробоя [Епр), а так же

увеличивает тангенс диэлектрических потерь (/#8). Особенно опасными являются примеси с размером от 2 до 10 мкм. Даже небольшие количества влаги снижают электрическую прочность и являются причиной высоких

диэлектрических потерь, а в худшем случае даже аварий и выхода из строя электрооборудования [4].

Необходимость очистки масла от воды и других примесей, является актуальной проблемой. Регенерация с целью сохранения ценного сырья, является экономически выгодной, а также решает проблемы экологии, так как позволяет использовать масло повторно и не требует решения вопроса по его утилизации. За год на территории бывшего Советского Союза собирается около 1,7 млн. тонн масел, а перерабатывается до 0,25 млн. тонн, т.е. 15%.

На сегодняшний день существует достаточно большое разнообразие установок регенерации трансформаторных масел. Основой технологического процесса регенерации трансформаторных масел является нагрев масла до определенных температур и, как правило, на нагрев тратится до 95% мощности установки. Кроме того, к показателям качества трансформаторного масла заливаемого в высоковольтное оборудование предъявляются очень высокие требования и поэтому нагрев масла не должен оказывать негативного влияния на его свойства. Таким образом, проблема нагрева трансформаторного масла при регенерации является актуальной, как с точки зрения качества процесса, так и применения энергосберегающих технологий. Таким образом, целью работы является создание электротехнологии нагрева трансформаторного масла в системах регенерации обладающей более высокими: энергетической эффективностью, качеством и скоростью процесса. В соответствии с заданной целью в работе решены следующие задачи:

- исследование и анализ физических свойств трансформаторного масла и существующих методов нагрева при регенерации;

- разработка математических моделей электромагнитных и тепловых полей исследуемого объекта;

- исследование электромагнитных и тепловых полей комбинированной системы электронагрева;

разработка инженерной методики расчета параметров комбинированного электронагревателя.

В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:

- математическая модель взаимосвязанных электромагнитных и тепловых процессов при комбинированном диэлектрическом и индукционном нагреве трансформаторного масла;

- определены границы применения диэлектрического и индукционного нагрева трансформаторного масла в системах регенерации в зависимости от его физических параметров и параметров электромагнитного поля;

- применены аппроксимирующие зависимости, позволяющие определить мощности внутренних источников тепла при нагреве трансформаторного масла в высокочастотном электромагнитном поле в зависимости от его физических свойств и свойств электромагнитного поля и обеспечивающие возможность компьютерного моделирования комбинированного нагрева трансформаторного масла.

- разработан алгоритм расчета основных параметров комбинированного электрического нагрева трансформаторного масла;

Полученные в данной работе результаты позволяют на высоком уровне решать инженерные задачи по расчету параметров комбинированных систем диэлектрического и индукционного нагрева трансформаторного масла, обеспечивать более эффективное использование энергетических ресурсов и соответственно экологическую чистоту.

Практическая значимость проведенных исследований определяется следующими результатами:

- разработана не имеющая аналогов и обеспечивающая наиболее эффективное использование энергетических ресурсов комбинированная электротехнология нагрева трансформаторного масла в системах

регенерации, в основе которой положено сочетание двух методов электронагрева диэлектрического и индукционного;

- разработана инженерная методика расчета системы комбинированного технологического нагрева трансформаторного масла;

- определены и изучены экспериментальные зависимости при нагреве трансформаторного масла в высокочастотном электромагнитном поле;

разработана конструкция нагревателя и рассчитаны параметры комбинированной системы диэлектрического и индукционного нагрева трансформаторного масла в системах регенерации.

Результаты исследований внедрены:

- в ОАО «Сызранский нефтеперерабатывающий завод» в виде рекомендаций использования полученных результатов при ремонте силовых трансформаторов, и другого маслонаполненного оборудования, а также восстановлении трансформаторных масел.

- в учебном процессе Самарского государственного технического университета при подготовке инженеров по специальности 140 605 «Электротехнологические установки и системы», а также бакалавров и магистров по направлению 140 400 «Электроэнергетика и электротехника».

На защиту выносятся следующие положения:

1. метод комбинированной электротехнологии нагрева трансформаторного масла в системах регенерации;

2. инженерная методика расчета основных параметров комбинированной электротехнологии нагрева трансформаторного масла;

3. конструкция нагревателя и параметры комбинированной системы диэлектрического и индукционного нагрева трансформаторного масла в системах регенерации.

1. АНАЛИЗ, ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ НАГРЕВА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1. Анализ нагреваемого вещества

Трансформаторное масло - это продукт переработки нефти по химическому составу представляющая собой смесь различных углеводородов. Нефти различных месторождений отличаются по своим параметрам и зависимостям этих параметров от температуры. По средним фактическим данным кинематическая вязкость масла составляет

0,000017+ 0,0000185 л*^/ при 20° С и 0,0000065+ 0,0000067 при

50° С; кислотное число 0,03 + 0,1 гКОН/ .

/ КЗ

температура вспышки паров 135+ 140°С; температура застывания -45° С [7].

Электрическая прочность масла — величина чрезвычайно чувствительная к его увлажнению. Вода, газы и твердые частицы - постоянные примеси в жидком диэлектрике. Под влиянием электрического поля капельки воды -сильно полярная жидкость - поляризуются и создают между электродами цепочки повышенной проводимости, по которым и происходит пробой. Электрическая прочность чистого масла не зависит от температуры в

пределах до 80°С, когда начинается кипение легких масляных фракций и образование большого количества пузырьков пара внутри жидкости.

Подъем Епр при повышении температуры обусловлен переходом воды

из состояния эмульсии в состояние молекулярного раствора. Дальнейшее снижение электрической прочности объясняется процессами кипения жидкости. Увеличение электрической прочности при низких температурах связано с увеличением вязкости масла и меньшими значениями

диэлектрической проницаемости льда по сравнению с водой. Неочищенное

трансформаторное масло имеет = 4 = 4 к^/мм> после очистки

до

Епр = (20 4- 25)мв/м = (20 2 5)кВ/мл . Диэлектрическая проницаемость воды

8 = 80, чистого масла 8 = 2,1-7-2,5. Под действием сил электрического поля капельки эмульгированной в масле воды втягиваются в места, где напряженность поля особенно велика и где соответственно и начинается развитие пробоя. Еще более резко понижается электрическая прочность масла, если в нем, кроме воды содержатся волокнистые примеси: бумага, хлопчатобумажная пряжа. Их волокна впитывают в себя влагу из масла, при этом значительно возрастает их 8. Под действием сил поля увлажненные волокна не только втягиваются в места, где поле сильнее, но и располагаются по направлению силовых линий, что способствует пробою масла.

Зависимость tgЬ трансформаторных масел от температуры имеют вид, характерный для неполярных диэлектриков. Плотность трансформаторного масла у = 0,87 -г- 0,9 3 . Его температурный коэффициент объемного

расширения 0,00065 0,00066ЛГ-1. При нормальной температуре удельная теплоемкость масла примерно с = 1,5 ■> а теплопроводность порядка

А, = 0,13^^/^, при росте температуры, как удельная теплоемкость, так

и теплопроводность масла увеличивается. При работе в маслонаполненном электрооборудовании масло постепенно стареет. При старении оно становится более темным, в нем образуются загрязняющие его продукты — кислоты, смолы, которые частично растворимы в масле, а частично нерастворимы и как более тяжелые, осаждаются на дне бака и на погруженных в масле деталях в виде слоя ила, значительно ухудшающего отведение тепла от нагревающихся деталей электрооборудования. Образующиеся в масле низкомолекулярные кислоты разрушают изоляцию

обмоток и вызывают коррозию соприкасающихся с маслом металлов. При старении увеличивается вязкость и кислотное число масла, ухудшаются его электроизоляционные свойства. Температура вспышки паров масла в эксплуатации постепенно повышается в следствие испарение углеводородов с малой молекулярной массой, однако, при местных перегревах масла в трансформаторах или разрыве дуги в масляном выключателе, может произойти крекинг (разрыв молекул с образованием углеводородов пониженной молекулярной массы), что приводит к понижению температуры вспышки.

Скорость старения масла возрастает:

- при доступе воздуха, так как старение масла в значительной степени связано с его окислением кислородом, особенно интенсивно идет старение при соприкосновении масла с озоном.

- при повышении температуры (обычно наивысшей рабочей температурой масла считают + 95° С )

- при соприкосновении масла с металлами (медь, железо, свинец и т.п.)

- при воздействии света

- при воздействии электрического поля.

При старении в электрическом поле некоторые сорта масла выделяют газы; пузырьки, которых могут стать очагами ионизации. Газостойкие масла способны не выделять газов при старении в электрическом поле или даже поглощать ранее выделившиеся [7].

Нефтяные электроизоляционные масла являются неполярными диэлектриками и обладают в основном только электронной поляризацией. Поэтому они имеют невысокие значения диэлектрической проницаемости 6 = 2,1 + 2,5 [4].

Как известно электронная поляризация заключается в упругом смещении (деформации) электронных оболочек атомов (ионов) относительно ядра и имеет место во всех диэлектриках. Время установления

этой поляризации поэтому она наблюдается на всех

частотах, включая оптические т = 10"12 + 1015Гг/. Электронная поляризуемость аэ не зависит от температуры диэлектрика и частоты приложенного напряжения, а с увеличением размера атома (иона) возрастает; аэ =г , где г- радиус атома (иона). Итак, 8 неполярных диэлектриков не зависит от частоты во всем диапазоне частот. При нагревании £ монотонно снижается, так как уменьшается концентрация п поляризуемых молекул в результате теплового расширения диэлектрика. Температурный коэффициент диэлектрической проницаемости ТКг

1 дг 1 ({> — 8 1 определяется ТКг = - х — среднее значение ТКг = - х -Ц

8 дТ 8 (72-71)

Диэлектрические потери в трансформаторном масле обусловлены только током сквозной проводимости и имеют небольшие значения tg = 0,0001, которые мало зависят от частоты и температуры, но существенно зависят от природы и концентрации примесей. Наличие ионогенной примеси (например, воды, свободных органических кислот, что свойственно загрязненному эксплуатационному маслу) приводит к существенному увеличению электропроводности, следовательно, диэлектрических потерь. С увеличением температуры tg5 чистого и сухого трансформаторного масла возрастает незначительно. Потери возрастают, так как увеличивается ток сквозной проводимости. У масла эксплуатационного с предельно

допустимым значением кислотного числа {км. = 0,25мг КОН/^^) очень

высокое содержание ионогенной примеси - органических кислот, воды. С повышением температуры степень диссоциации молекул кислот, воды и другой ионогенной примеси возрастает, следовательно, возрастает ионная проводимость в трансформаторном масле и, как следствие, увеличиваются диэлектрические потери.

Масло способно поглощать 0,1% воды при температуре 20°С, 0,2% при

температуре 60°С. При дальнейшем добавлении, вода осаждается на дно сосуда. При содержании 0,05% нерастворенной воды электрическая прочность масла снижается более чем на 20%. Масло может увлажняться как при транспортировке и хранении, так и в процессе эксплуатации вследствие химических процессов старения и возможного соприкосновения его с воздухом, всегда содержащего в себе влагу.

В трансформаторном масле постоянно происходят химические процессы старения, которые вызывают, с одной стороны, деструкцию молекул масла и образование низкомолекулярных ионогенных продуктов (перекисей, органических кислот, воды), увеличивающих ионную проводимость, масла, с другой процессы структуирования («осмоления») окисленных молекул с образованием коллоидных частиц и более высокомолекулярных продуктов — шлама. Коллоидные частицы обуславливают электрофоретическую проводимость и совместно с ионогенной примесью снижают удельное объемное сопротивление р(Ом ■ м) (для сухого очищенного масла оно

составляет порядка Ю104-Ю^Ом-м) и увеличивают диэлектрические потери. Коллоидные частицы, имея более низкую подвижность в сравнении с ионами, образуют объемные заряды и увеличивают тем самым неоднородность электрического поля; в результате Епр снижается. Шлам и

другие, нерастворенные в масле продукты старения, а так же частицы примесей, внесенные в него извне (например, эмульсионная вода, частицы волокон, металла), образуют мелкодисперсную фазу, которая увеличивает неоднородность электрического поля в масле и существенно снижает его Епр, а так же увеличивает tg. Особенно опасными являются примеси размер

з

частиц которых составляет от 2 до 10 мкм. В технически чистом масле в 1 см может содержаться до нескольких десятков и сотен тысяч микрочастиц размером до 100 мкм. Электрическое поле ускоряет процесс старения —

образуется больше воды, происходит коагуляция осадка и его сосредоточение в зоне максимальной напряженности поля. Окислительные процессы старения существенно возрастают с повышением температуры;

увеличение температуры на каждые 10° С ускоряет процесс старения в среднем в 2,5 - 4 раза.

Влияние влаги на диэлектрические потери в масле явилось предметом многочисленных исследований. Как было сказано выше, вода может находиться в масле, как в растворенном виде, так и в эмульгированном состоянии. Согласно [1-3], экспериментально доказано, что наличие в маслах растворенной воды даже в большом количестве (при высокой температуре) не влечет за собой в пределах ошибки опыта повышения tgS. Эмульсионная вода в противоположность растворенной повышает tg8 за счет роста электрофоретической проводимости. Существует порог концентрации воды в данном масле для заданной температуры и относительной влажности воздуха, выше которого tgЪ сильно возрастает. Зависимость изменения тангенса угла диэлектрических потерь от содержания воды в процентном соотношении к полному объему с учетом температуры отражена на (Рис. 1).

1д*100

2,0

1,6 1,2 0,8 0,4

0

/

/ П 5°С

/

1 н

50°С

/ )

.у - 25°С I

0,01 0,02 0,03 0,04 о 05 содержание воды %

Рис. 1.1 Зависимость тангенса угла диэлектрических потерь от температуры и влагосодержания [1]

И так, с учетом сказанного выше, эксплуатационное масло представляет собой сложную систему компонентов. Диэлектрическая проницаемость из смеси химически не взаимодействующих компонентов (которыми являются масло и эмульгированная вода) определяется с помощью формулы Лихтенеккера [4], которая для двухкомпонентной системы при хаотичном включении компонентов имеет вид:

Ins = 0, lncj + 02 lns2 (1.1)

где в,si,82 —диэлектрические проницаемости соответственно смеси и ее компонентов, 0j +02 = 1 - объемные концентрации компонентов

В нашем случае первый компонент вода в эмульгированном виде и масло трансформаторное.

При 25° С и содержании воды 0,045% веса масла tgS = 0,084

Ins = 0,99955. In 2,2 + 0,00045 • 1п80 Ins = 0,99955 • 0,788 + 0,00045 • 4,382 In = 0.7895 8 = 2.20229

Масло способно поглощать воду 0,1% при температуре 20 ° С и не более

Ins = 0,999 • In 2,2 + 0,001 • 1п80 Ins = 0,999 • 0,788 + 0,001 • 4,382 = 0,787 + 0,0044 = 0,7914

s = 2,2065

Вывод: при концентрациях воды в масле < 0,1% при температуре

20° С, диэлектрическая проницаемость масла изменяется незначительно и определяется знаками третьего порядка после запятой.

Тогда как в зависимости от сорта масла, месторождения нефти, даже для чистого и сухого масла 8 изменяется в более широких пределах от 2,1 до 2,5.

Поэтому для эксплуатационного увлажненного масла при расчетах допустимо пренебречь изменением е связанным с наличием примесей.

Соответственно при технологическом процессе нагрева трансформаторного масла должны быть сведены к минимуму факторы, ухудшающие качество масла, а именно:

1. не допускать нагрев масла свыше + 80° С

2. исключить доступ воздуха

3. исключить воздействие света

4. применять минимальную напряженность электрического поля

5. уменьшить продолжительность воздействия электрического поля

6. уменьшить продолжительность контакта с металлами.

1.2. Анализ существующих способов нагрева трансформаторного масла при регенерации

Решение проблемы регенерации трансформаторных масел основано на использовании следующих методов очистки: физический метод (фильтрация, центробежная очистка), для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений; теплофизический (выпаривание, вакуумная перегонка); физико-химический (адсорбция), что дает возможность регенерировать отработанные масла разных марок и с различной степенью снижения показателей качества. Условная схема технологии регенерации представлена на (Рис. 1.2)

Каждая из этих технологий или их сочетание сопровождается подогревом масла до определенных температур, порог которых зависит от метода, глубины вакуума, сочетания нескольких методов в одном технологическом процессе. Как правило, на нагрев тратится от 90% до 95% активной мощности установки регенерации масла. Таким образом, с точки зрения экономии энергетических ресурсов и обеспечения высоких показателей качества восстанавливаемого масла, проблема нагрева является определяющей в технологии регенерации масла. Нагрев масла во всех

установках выпускаемых промышленностью осуществляется с помощью элементов активного сопротивления: ТЭН, ленточных нагревателей [1 - 5].

Рис. 1.2 Схема технологии регенерации трансформаторных масел

Нагрев осуществляется с целью реализации теплообменных процессов, которые применяются для удаления из масла продуктов окисления углеводородов, воды, как эмульгированной, так и растворенной, и легко кипящих фракций. Нагрев в сочетании с вакуумом дает возможность интенсификации процесса, возможности более глубокой очистки [1 - 3].

Проблему нагрева необходимо рассматривать с точки зрения применения энергосберегающих технологий, а так же технологий обеспечивающего высокое качество процесса экологическую чистоту и безопасность. В этой связи особое значение приобретает задача широкого применения электротермических процессов и установок, которые позволяют достичь высокой скорости термообработки и автоматизации технологического процесса.

На существующий день проблема нагрева, как уже описывалось выше, решается с помощью применения электронагрева сопротивлением.

Данная технология достаточно проста и надежна, но имеет высокую энергоемкость и большую инерцию процесса. Нагрев происходит с передачей энергии путем теплопроводности, конвекции и излучения. Присутствуют теплообменные и массообменные процессы в слоях масла, неравномерное распределение температур. У источника тепла (ТЭН) температура значительно выше, чем в удаленных слоях, кроме того, имеют место локальные перегревы областей контактирующих с источником тепловой энергии, что приводит к разложению и газообразованию масла, и соответственно негативно влияет на качество трансформаторного масла и экологию [1 - 5]. Сравнительный анализ установок регенерации приведен на (Рис. 1.3)

Энергетические характеристики установок регенерации

Наименование характеристик УВМ-12Б1 ПСМ2-4 ПМЦ-50 Трансфор-мер Ойл 1500 СММ-0,16

производитель -ность 12м3/ч 3 м^ч 1,5 и3,'ч 0,1бм3/ч

температуранагрева 85 еС 65 5С 60 *с 80'С 60'С

мощно стьустановки 200 кВт 53,7 кВт 57 кВт 38,5 кВт 5,8 кВт

мощность электронагревателя 170 кВт 48 кВт 50 кВт 36 кВт 4,8 кВт

тип электронагревателя ТЭН ТЭН ТЭН ТЭН ТЭН

Процент мощно ста на нагрев 855ъ 90?о 88!е 94% 83=6

энергоз ффективно сть еВты3*3С 0,166 0,185 0,278 0,14 0,5

Рис. 1.3 Энергетические характеристики установок регенерации трансформаторных масел

Проблема эффективного нагрева жидкостей изучалась, многими авторами, в частности в Самарском государственном техническом университете накоплен значительный опыт применения косвенного индукционного нагрева жидкостей [20, 33]. Как известно технология индукционного нагрева наиболее широко распространена в металлургии. Это связано, со способностью металлов поглощать электромагнитную энергию. В данном случае нагрев происходит при выделении энергии непосредственно в самом нагреваемом веществе, что и обеспечивает более высокий КПД и более высокую производительность по сравнению с технологиями нагрева сопротивлениями, в которых нагрев происходит с передачей энергии путем теплопроводности, конвекции и излучения. Тенденция последних десятилетий свидетельствует и о нетрадиционных областях применения индукционного нагрева, нагрев пластических масс, например: полимерных пленок, полупроводников, существуют различные конструкции индукционных нагревателей для нагрева неэлектропроводных жидкостей, которые при соответствующем подходе к проектированию позволяют удовлетворять технологическим требованиям с достаточно высокой эффективностью [20 - 38]. В работах предшествующих авторов решающих проблему более эффективного нагрева жидкостей предложены следующие принципиальные конструкции нагревателей:

1. теплообменный аппарат для индукционного нагрева вязких жидкостей в работах [25, 33] состоит из двух симметричных стальных цилиндров, в кольцевом зазоре между которыми находится нагреваемое вещество, величина кольцевого зазора определяется производительностью установки, её габаритами и температурой нагрева. Индуктор охватывает внешнюю трубу.

2. теплообменный аппарат для индукционного нагрева жидкостей в работе [20] состоит из пакета стальных труб, охваченных цилиндрическим индуктором.

Опыт применения индукционных установок для технологического нагрева жидких сред показывает ряд преимуществ, которые заключаются в компактности, экономичности, избирательности и высокой интенсивности нагрева. Они надежны и безопасны, позволяют легко осуществлять автоматическое управление процессом нагрева. Но не исключают присутствие тепло и массообменных процессов в слоях нагреваемого вещества, снижение интенсивности нагрева в направлении оси симметрии трубчатого нагревателя с внешним индуктором, опосредованный косвенный нагрев и соответственно теплообменные процессы в местах контакта физически разнородных сред.

То есть нагрев диэлектриков, в отличие от металлов которые способны поглощать электромагнитную энергию, в случае применения индукционной установки опосредован присутствием металлического тела, будь то плоская металлическая поверхность или цилиндрическая металлическая поверхность [8]. Иными словами мы опять имеем дело с косвенным нагревом. А значит и с дополнительными затратами энергии, и потерями.

Одним из альтернативных вариантов нагрева, который на данный момент времени для нагрева трансформаторных масел не применялся, может послужить диэлектрический нагрев, так же как и индукционный нагрев металлов, но применительно к диэлектрикам и полупроводникам основанный на выделении тепловой энергии в самом нагреваемом веществе. При помещении диэлектриков в переменное электрическое поле установки, рабочий орган которой представляет собой конденсатор, за счет поглощения электрической энергии, при наведении токов смещения происходит нагрев диэлектрика. Иными словами нагрев будет осуществляться внутренними источниками энергии, а не косвенным путем. Для примера, предельный показатель ¿gS эксплуатационного масла составляет 5% [118 т. 6] при частоте

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ачаков, Константин Анатольевич, 2013 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Липштейн В.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. - М.: Энергия, 1987.-330 с.

2. Кулиев Р.Ш., Мусаев Г.Т., Алиев М.И. Сб. Улучшение качества трансформаторных масел: Гостоптехиздат, 1962.

3. Крейн С.Е., Кулакова Р.В. Нефтяные изоляционные масла: Госэнергоиздат, 1959.

4. Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.: Высшая школа, 2004. - 519 с.

5. Паспорт ПСМ2-4: Внешторгиздат, 1991. - 30 с.

6. Тормасов В.В. Электротехнология основных производств. - М.: Высшая школа, 1970. - 285 с.

7. Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тараев Б.М. Электротехнические материалы. — Л.: Энергия, 1977. - 352 с.

8. Свенчанский А.Д. Электротехнологические промышленные установки. -М.: Энергоиздат, 1982. — 400 с.

9. Фомин Н.И.,Затуловский Л.М. Электрические печи и установки индукционного нагрева. - М.: Металлургия, 1979. - 247 с.

10. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. М. - Л.: Энергия, 1965. - 552 с.

11. Брицын Н.Л. Нагрев в электрическом поле высокой частоты. - М. -Л.: Машиностроение, 1965. - 63 с.

12. Высокочастотная электротермия. Справочник под редакцией A.B. Донского. - М. - Л.: Машиностроение, 1965. - 654 с.

13. Глуханов Н.П. Физические основы высокочастотного нагрева.-М. - Л.: Машиностроение, 1965. - 79 с.

14. Затуловский Л.М., Хазанов Э.Е., Полищук Я.А. Электротермические установки для выращивания монокристаллов полупроводниковых материалов. — М.: Энергия, 1973. - 127 с.

15. Простяков A.A. Индукционные нагревательные установки. - М.: Энергия, 1970. - 120 с.

16. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. - JL: Энергия, 1974. - 264 с.

17. Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. - JL: Машиностроение, 1974. - 280 с.

18. Альтгаузен А.П., Смелянский М.Я.,Шевцов М.С. Электротермическое оборудование. - М.: Энергия, 1967. - 448с.

19. Зиннатулин Д.А. Исследование и разработка трубчатого индукционного нагревателя жидкости. - Автореферат диссертации кандидата технических наук. - Самара, 2007. — 18 с.

20. Зиннатулин Д.А. Исследование электромагнитных и тепловых полей в установке технологического нагрева нефти. [Текст] / Зиннатуллин Д. А., Базаров A.A., Данилушкин А.И. // Вестник СамГТУ, серия «Технические науки», №24, 2004. - с. 171 - 173.

21. Зиннатулин Д.А. Математическое моделирование и оптимизация параметров теплообменного аппарата с индукционным нагревом. [Текст] / Зиннатуллин Д. А., Данилушкин А.И. // Труды Второй Всероссийской научной конференции «Математическое моделирование и краевые задачи. Часть 2. - Самара, 2005. - с. 84 - 87.

22. Зиннатулин Д.А. Расчет и анализ индукционных нагревателей для транспортировки нефти. [Текст] / Зиннатуллин Д. А., Данилушкин А.И. // Разработка, эксплуатация и обустройство нефтяных месторождений. -Самара: Труды ОАО Гипровостокнефти, выпуск 62, 2003. - с. 115 - 122.

23. Зиннатулин Д.А. Математическая модель процесса индукционного нагрева системы труб в теплообменных аппаратах непрерывного дествия. [Текст] / Зиннатуллин Д. А. // Автоматизация технологических процессов и производственный контроль. Сборник

докладов Международной научно-технической конференции. Ч. II -Тольятти: ТГУ, 2006. - с. 74 - 77.

24. Зиннатулин Д.А. Электротепловые процессы в индукционном трубчатом нагревателе жидкости. [Текст] / Базаров A.A., Тершукова Е.С., Зиннатуллин Д. А. // Состояние и перспективы развития электротехнологии. Труды Международной научно-технической конференции (XIII Бернардовские чтения). - Иваново: Ивановский государственный энергетический университет, 2006. - с. 175 - 177.

25. Шумаков М.А. Разработка и исследование системы индукционного нагрева вязких жидкостей при производстве строительных мастик. - Автореферат диссертации кандидата технических наук. - Самара, 2003.-20 с.

26. Данилушкин А.И., Шумаков М.А. Оптимизация нестационарных режимов работы индукционного нагревателя непрерывного действия для нагрева нефтепродуктов. // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки», Вып.13, 2001. — с. 43-46.

27. Данилушкин А.И., Шумаков М.А. Разработка энергоэффективной системы индукционного нагрева для технологического комплекса производства строительных мастик. // Электротехнология на рубеже веков. Сборник научных статей по материалам конференции. - Саратовский государственный технический университет, 2001. — с. 68 - 72.

28. Данилушкин А.И., Калашников С.А., Шумаков М.А. Применение индукционных нагревателей в трубопроводном транспорте высоковязких нефтей. // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки», Вып. 14, 2002. - с. 178-181.

29. Данилушкин А.И., Шумаков М.А. Идентификация процесса нестационарной теплопроводности при нагреве вязких нефтепродуктов в проходном индукционном нагревателе. // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки», Вып. 15, 2002г. - с. 177-181.

30. Данилушкин А.И., Крылов А.Н., Шумаков М.А. Оптимальное проектирование конструкции и режимов индукционных нагревателей в специализированных комплексах обработки неэлектропроводных материалов. // Труды Академии Электротехнических Наук Чувашской республики / Под редакцией профессора Миронова Ю.М. - Чебоксары: Чувашский государственный университет, №1/2003. - с. 27 - 30.

31. Сорокин А.Г. Разработка системы индукционного нагрева для производства пластмассы методом литья. — Автореферат диссертации кандидата технических наук. - Самара, 2007. - 18 с.

32. Сорокин А.Г., Зимин JI.C. Исследование электромагнитных и тепловых полей в технологической установке для производства пластмассы. // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки», Выпуск №1 (19), 2007. - с. 131-135.

33. Батищев A.M. Исследование и повышение эффективности системы косвенного индукционного нагрева жидкости. — Автореферат диссертации кандидата технических наук. — Самара, 2007. - 18 с.

34. Батищев A.M. Исследование электротепловых полей при индукционном нагреве составных осесимметричных тел [Текст] / Крылов А.Н., Батищев A.M. // Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии: сборник научных трудов Всероссийской научной конференции, 21-24 сентября 2004. - Тольятти, 2004. - с. 111-112.

35. Батищев A.M. Математическое моделирование динамики управляемого процесса тепломассопереноса в червячном экструдере [Текст] / Крылов А.Н., Батищев A.M. // Математическое моделирование и краевые задачи: сборник научных трудов Всероссийской научной конференции, 1—3 июня 2005. Ч. 2. - Самара. - с. 40 - 43.

36. Батищев A.M. Математическое моделирование процесса нестационарной теплопроводности при косвенном индукционном нагреве полистерола в экструдоре [Текст] / Крылов А.Н., Батищев A.M. // Электро - и

теплотехнологические процессы и установки: сборник научных трудов.— Саратов, 2005. - с. 86 - 90.

37. Батищев A.M. Идентификация процесса косвенного индукционного нагрева неэлектропроводящей жидкости при транспортировке по трубопроводу [Текст] / Батищев A.M. // Автоматизация технологических процессов и производственный контроль: сборник научных трудов Международной научно-технической конференции, 23 - 25 мая. — Тольятти 2006. 4.2. - с. 188-193.

38. Батищев A.M. Синтез квазиоптимальных алгоритмов пространственного распределения мощности индукционного нагревателя жидкости [Текст] / Данилушкин А.И., Зиннатулин Д. А., Батищев A.M. // Математическое моделирование и краевые задачи: сборник научных трудов III Всероссийской научной конференции, 29 - 31 мая 2006. СамГТУ 2006. — с. 46-49.

39. Кожемякин А. В. Исследование и разработка двухчастотного индукционного нагревателя. - Автореферат диссертации кандидата технических наук. - Самара, 2012. 18 с.

40. Кожемякин A.B. Структурное моделирование процесса методического индукционного нагрева [Текст] / Данилушкин А.И., Кожемякин A.B., Мостовой А.П. // Вестник СамГТУ. Серия «Технические науки». Выпуск №1 (29).- Самара, 2011. - с. 158- 165.

41. Кожемякин A.B. Исследование динамики процесса индукционного нагрева как объекта с распределенными параметрами [Текст] / Данилушкин А.И., Кожемякин A.B., Никитина А.И. // Наука, технологии инновации. Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых. Часть 3. - Новосибирск, 2008. - с. 22 - 23.

42. Кожемякин A.B. Моделирование электротепловых полей в двухчастотном индукционном нагревателе [Текст] / Данилушкин А.И., Кожемякин A.B., Князев C.B. // Математическое моделирование и краевые

задачи: сборник научных трудов седьмой Всероссийской научной конференции с международным участием. Ч. 2. - Самара: РИО СамГТУ 2010. - с. 75-77.

43. Кожемякин A.B. Численно - аналитическое моделирование двухчастотного индукционного нагревателя методического действия [Текст] / Данилушкин А.И., Кожемякин A.B., Проценко А.Н., Самыловский Д.В. // Сборник научных трудов по материалам международной научно -практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании». Том 6. Технические науки. Одесса - Черноморье, 2010. - с. 25 - 29.

44. Кожемякин A.B. Расчет интегральных параметров двухчастотного индукционного нагревателя [Текст] / Кожемякин A.B. // Наука. Технологии. Инновации: Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 6 частях. Часть 2. Новосибирск - НГТУ, 2011.- с. 53-55.

45. Исаченко В.П., Осипов В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. - М.: Энерго-издат, 1981.-417с.

46. Э. Митчелл, Р. Уэйт. Метод конечных элементов для уравнений с частными производными. -М.: Мир, 1981. - 216с.

47. Тозони О.В., Майергойз И.Д. Расчёт трехмерных электромагнитных полей. - К.: Техника, 1974. - 352 с.

48. Гольдштейн Л.Д.,Зернов Н.В. Электромагнитные поля и волны изд. 2-е, переработанное и дополненное. - М.: Советское радио, 1971. - 664с

49. Стрэттон Дж А. Теория электромагнетизма: ГИТТЛ, 1948.

50. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны: Советское радио, 1957.

51. Кисунько Г.В. Электродинамика полых систем: ВКАС, 1949.

52. Каценеленбаум Б.З. Высокочастотная электродинамика: Наука, 1966.

53. БессоновЛ.А. Теоретические основы электротехники. - М.: Высшая школа, 1964. - 750с.

54. Тамм И.Е. Основы теории электричества: Гостехиздат, 1956.

55. Гринберг Г.А. Избранные вопросы математической теории электрических и магнитных явлений: Изд. АН СССР, 1948.

56. Говорков В. А. Электрические и магнитные поля: Госэнергоиздат, 1960.

57. Никольский В.В. Теория электромагнитного поля: Высшая школа, 1963.

58. Тетельбаум И.М. Электрическое моделирование: Физматгиз, 1959.

59. Брон О.Б. Электромагнитное поле как вид материи: Госэнергоиздат, 1962.

60. Кацевич Л.С. Теория теплопередачи и тепловые расчеты электрических печей. — М.: «Энергия» 1977. — 304с.

61. Будрин Д.В. Вспомогателные графики, таблицы и формулы для расчета нагрева и охлаждения. — М.: Металлургиздат, 1948.

62. Варгафтик Н.Б. Теплофизические свойства веществ. - М.: Госэнергоиздат, 1956. - 368 с.

63. Иванцов Г.П. Нагрев металла. - М.: Металлургиздат, 1948. - 192

с.

64. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел A.C. Теплопередача. - М.: Энергия, 1945.-440 с.

65. Кацевич Л.С. Расчет и конструирование электрических печей.— М. - Л.: Госэнергиздат, 1959. - 440 с.

66. Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1959. - 414 с.

67. Михеев М.А. Основы теплопередачи. - М. - Л., Госэнергоиздат, 1956.-392 с.

68. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1973. - 320 с.

69. Свенчанский А.Д. Электрические промышленные печи. - М.: Энергия, 1975.-384 с.

70. Смоленский JLA. Определение продолжительности и равномерности нагрева в конвективных электропечах. - Труды ВНИИЭТО. Исследования в области промышленного электронагрева, 1970 выпуск 4. - с. 73-86.

71. Смоленский JI.A. Конвективные электропечи. М.: Энергия, 1972. - 168 с.

72. Тайц Н.Ю. Технология нагрева стали. — М., Металлургиздат, 1962.- 568 с.

73. Чиркин B.C. Теплофизические свойства материалов. - М. - JL: Физматгиз, 1959. - 356 с.

74. Шак А. Промышленная теплопередача. - М.: Металлургиздат, 1961.-524 С.

75. Шорин С.Н. Теплопередача. - М.: Высшая школа, 1964. - 340 с.

76. Лыков A.B. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967.- 599 с.

77. Лыков A.B. Тепломассообмен. (Справочник). - М.: Энергия, 1978.-480 с.

78. Ч. Пул Справочное руководство по физике. Фундаментальные концепции, основные уравнения и формулы / Пер. с англ. -М.: 2001. - 461 с.

79. Нетребко Н.В., Николаев И.П., Полякова М.С., Шмальгаузен В.И. Электричество и магнетизм М.: МГУ, 2006, 322 с.

80. Солимар Л., Уолш Д. Лекции по электрическим свойствам материалов / Пер. с англ. - М.: Мир, 1991. - 504 с.

81. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. - М.: 1952. - 656

с.

82. Яворский Б.М., Детлаф A.A. Справочник по физике Изд. 4, переработанное. - М.: Наука, 1968. - 939 с.

83. Ташлыкова - Бушкевич И.И. Физика: учебное пособие. В 2 ч. Ч 1: Молекулярная физика и термодинамика. Электричество и магнетизм. — Минск: БГУИР, 2006. - 232 с.

84. Немков B.C., Полеводов П.С. Математическое моделирование на ЭВМ устройств высокочастотного нагрева. - JL: Машиностроение, 1980. — 64 с.

85. Шевцов М.С., Бородачев A.C. Развитие электротермической техники. - М.: Энергоиздат, 1983.

86. Родигин Н.М. Индукционный нагрев стальных изделий токами нормальной частоты. Свердловск. - М.: Машгиз., 1950.

87. Кувалдин А.Б. Низкотемпературный индукционный нагрев стали. — М.: Энергия, 1976.

88. Шамов А.Н., Бодажков В.А. Проектирование и эксплуатация высокочастотных установок. - Л.: Машиностроение, 1974.

89. Рязанов Г.А. Опыты и моделирование при изучении электромагнитного поля. — М.: Наука, 1968.

90. Сухоруков В.В. Математическое моделирование электромагнитных полей в проводящих средах. — М.: Энергия, 1975.

91. Коган М. Г. Расчет индуктора для нагрева тел вращения. - М: ВНИИЭМ, 1965.

92. Махмудов K.M., Слухоцкий А.Е. Расчет электрических параметров цилиндрических индукторов произвольной длины // Тр. ВНИИТВЧ. Промышленное применение токов высокой частоты. - Л.: Машиностроение, 1969, Выпуск 10. — с. 20-35

93. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических электрических и магнитных полей. - М.: Энергия, 1970.

94. Гринберг Г. А. Избранные вопросы математической теории

электрических и магнитных явлений. - М.: АН СССР, 1948.

95. Зимин JI. С. Особенности нагрева тел прямоугольной формы// Применение токов высокой частоты в электротермии. - JL: Машиностроение, 1973 с. 25-34.

96. Немков В. С. Индукционный нагрев цилиндрических оболочек с произвольной толщиной стенки // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт №3, 1979.-с. 109-114.

97. Немков B.C., Смольников Л. П. Цифровые модели индукционных электротермических систем с двумерным полем // Электротехника №2,1984. — с. 27 -31.

98. Сильвестер П., Феррари Р. Метод конечных элементов для радиоинженеров и инженеров -электриков / Пер. с англ. - М.: Мир, 1986.

99. Стренг Г., Фикс Дж. Теория метода конечных элементов / Пер. с англ. -М.:Мир, 1977.

100. Зенкевич О., Морган К. Конечные элементы и аппроксимация / Пер. с англ. - JL: Мир, 1986.

101. Трауб Дж. Итерационные методы решения уравнений / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985.

102. Немков B.C., Смольников Л.П. Расчет электрических параметров одновитковых индукторов при высокой частоте // Сложные электромагнитные поля и электрические цепи: Межвузовский сборник. - Уфа: 1978. №6. — с. 69 - 74.

103. Острейко В.Н. Расчет электромагнитных полей в многослойных средах. - Л.: Издательство Ленинградского университета, 1981. - 152с.

104. Слухоцкий А.Е., Рыскин С. Е. Индукторы для индукционного нагрева машиностроительных деталей. - Л.: Энергия, 1975. — 183 с.

105. Установки индукционного нагрева / Под ред. А. Е. Слухоцкого. - Л.: Энергоиздат, 1981.- 326 с.

106. Павлов H.A. Инженерные тепловые расчеты индукционных нагревателей. -М. - Л.: Энергия, 1978. - 120с.

107. Рапопорт Э.Я. Оптимизация процессов индукционного нагрева металла. -М.: Металлургия, 1993. - 279 с.

108. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. - М.: 1968, 720 с.

109. Кошляков Н.С., Глинер Э.Б., Смирнов М.М. Уравнения в частных производных математической физики. — М.: Высшая школа, 1970. — 710 с.

110. Мельников A.A. Расчет электромагнитных и температурных полей методом конечных элементов. Уч. Пособие / Моск. гос. ин-т радиотехники, электроники и автоматики (техн. ун-т). - М., 2001. - 76 с.

111. Княжевская Г. С., Фирсова М. Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов. — Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1980.-71 с.

112. Высокочастотный нагрев диэлектриков и полупроводников / A.B. Нетушилин, Б. Я. Жуховицкий, В. Н. Кудин и др. - М. - Л.: Госэнергоиздат, 1959.-480 с.

113. Глуханов Н.П., Федорова И. Г. Высокочастотный нагрев диэлектрических материалов в машиностроении. - Л.: Машиностроение, 1972.- 160 с.

114. Захаров В.Г., Сукнотова Л.Т. Предварительный высокочастотный нагрев изоляционных материалов перед штамповкой. // Межотраслевой информационный листок №46-76: Информэлектро, 1976.

115. Комракова Г.Д., Немков B.C. Формирование изделий из пенополистирола в электрическом поле высокой частоты. - Л.: Машиностроение, 1968. - с. 299 - 308.

116. Москатов К. А. Термическая обработка пластмассовых и резиновых деталей машин. - М.: Машиностроение, 1976. - 200 с.

117. Фрумкин A.A. Высокочастотные установки для диэлектрического нагрева // Тезисы докладов 8-й Всесоюзной конференции

по применению токов высокой частоты в электротермии 15-17 апреля 1975. - JL, ч. 1, с. 22-23.

118. Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей: правила / Министерство энергетики РФ. - М: 2003. - 150 с.

119. Справочная книга по СВЧ электротермии: справочник / Ю.С. Архангельский. - Саратов: Научная книга, 2011. - 560 с.

Утверждаю:

генерального дирек-ПШЗ»

Адуев А.Ф.

Заключение

о практической значимости результатов, полученных в

диссертации Ачакова А.К. на тему: «Исследование и разработка комбинированной электротехнологии нагрева трансформаторного масла в системах регенерации»

С целью снижения энергии затрачиваемой на нагрев трансформаторного масла при его регенерации и повышения качества процесса в представленной работе предложена новая комбинированная электротехнология нагрева трансформаторного масла в системах регенерации, основанная на сочетании диэлектрического и индукционного видов нагрева.

Полученные в данной работе результаты позволяют на высоком уровне решать инженерные задачи по расчету параметров комбинированных систем нагрева трансформаторного масла, обеспечивать более эффективное использование энергетических ресурсов и соответственно экологическую чистоту.

Прикладная значимость проведенных исследований несомненна. Результаты, полученные в работе, планируется использовать в качестве рекомендаций при восстановлении свойств трансформаторных масел.

Главный инженер ОАО «СНПЗ»

Макаров А.К.