Влияние воды на поведение теплофизических свойств трансформаторного масла в зависимости от температуры тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.14, кандидат технических наук Косимов, Улугбек Умриевич

• Косимов, Улугбек Умриевич
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Косимов, Улугбек Умриевич

Введение

Глава 1. Обзор литературы по исследованию теплофизических свойств трансформаторного масла, воды и их системы

1.1. Теплофизических свойств трансформаторного масла

1.2.0бзор литературы по исследованию теплофизических свойств

Глава 2.Экспериментальные установки для исследования теплофизических свойств системы трансформаторное масло - вода в зависимости от температуры при атмосферном давлении 26 2.1 .Экспериментальная установка для измерения теплопроводности растворов в зависимости от температуры по методу монотонного разогрева. 26 2.2.Экспериментальная установка для измерения теплопроводности жидкостей и растворов по методу регулярного теплового режима

2.3. Методика измерения теплопроводности по методу регулярного теплового режима.

2.4. Экспериментальная установка для исследования удельной теплоемкости жидкостей и растворов 40 2.5.Экспериментальная установка для определения плотности и вязкости жидкостей и растворов при атмосферном давлении 42 2.6.Расчет погрешности измерения теплофизических свойств веществ

Глава 3. Теплофизические свойства системы трансформаторное масло -вода.

3.1. Основные свойства исследуемых объектов.

3.2. Методика определения перегревов конструкционных частей силового трансформатора в процессе его работы

3.2.1. Выбор метода обнаружения перегревов

3.2.2.Расчет скорости перемещения молекул масла при хаотическом тепловом движении

3.2.3. Определение пути, проходимого молекулой масла

3.3. Теплофизические свойства (теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость, температуропроводность и вязкость) системы трансформаторного масла и воды в зависимости от температуры при атмосферном давлении

3.4. Расчет теплопроводности исследуемых объектов в зависимости от температуры

3.5.Влияние влаги на изменение конструкционной части трансформатора

Глава 4. Анализ, обобщение, обработка полученных результатов и методы расчета теплофизических свойств

4.1 .Анализ экспериментальных данных по теплофизическим свойствам 88 4.2.Обобщение экспериментальных данных по тепло- и температуропроводности исследуемых систем 95 4.3.Обобщение экспериментальных данных по термодинамическим свойствам (плотность и теплоемкость) исследуемых объектов

4.4. Зависимость теплопроводности, удельной теплоемкости и температуропроводности от плотности системы трансформаторного масла и воды

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние воды на поведение теплофизических свойств трансформаторного масла в зависимости от температуры»

Исследования теплофизических свойств (теплопроводность, плотность, удельная теплоемкость, температуропроводность и вязкость) веществ имеют давнюю историю. Для совершенствования и оптимизации технологических процессов необходимы научно-обоснованные инженерные расчеты, которые нуждаются в информации о теплофизических свойств рабочего материала в зависимости от температуры.

Актуальность проблемы обусловлена непрерывным ростом потребностей науки, техники и ведущих отраслей промышленности в достоверных данных о теплофизических свойств технически важных жидкостей, газов и их растворов. Коренное повышение эффективности энергетических систем требует разработки и внедрения принципиально новой технологии и создания на их основе энергетических устройств нового поколения. Решение этой проблемы невозможно без создания надежных, теоретически обоснованных методов расчета теплофизических свойств перспективных теплоносителей, газов и растворов, применяемых в энергетических и технологических конструкциях.

Интенсивность и продуктивность технологических процессов зависят не только от правильной организации химических взаимодействий, но и от целесообразности направленных потоков тепла и массы.

Сущность работы системы охлаждения состоит в том, что горячее трансформаторное масло из верхней части бака трансформатора засасывается без сальниковыми электронасосами и прокачивается через маслоохладители типа МО-53-4А, в которых оно охлаждается водой, и затем подается в нижнюю часть бака трансформатора. Для принудительной циркуляции трансформаторного масла на каждом из 3-х маслоохладителей установлены по одному циркуляционному насосу. Два из них являются рабочими и один - резервный. Для включения трансформаторов в работу в холодное время года в системе охлаждения трансформаторов ТЦ-400000

220 кВ предусмотрен отдельно стоящий байпасный (пусковой) электронасос. На трансформаторах предусмотрен резервный трубопровод для подачи воды в маслоохладители от фильтров высокого давления. Для трансформаторов ТЦ-400000/500 кВ в режиме холостого хода (когда агрегат находится в резерве) для подачи воды в маслоохладители установлен «вспомогательный насос охлаждения трансформатора», отдельно для каждого трансформатора [1,2,18,19].

Разработка высокоэффективной новой техники, материалов с заранее заданными свойствами для различных отраслей народного хозяйства, как и в целом ускорение научно-технического прогресса, невозможно без знания свойств веществ и материалов.

Одним из важных свойств растворов является теплопроводность, теплоемкость, плотность, температуропроводность и вязкость, которые необходимы для калорического расчета процессов и аппаратов, входят в рите-риальных уравнения теплообмена и отражают особенности термодинамической поверхности.

Однако, современное состояние исследования их теплофизических свойств нельзя считать удовлетворительным. Как видно из изложенного исследования теплофизических свойств растворов имеют большое практическое значение.

Диссертационная работа посвящена исследованию теплопроводности, плотности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масла и воды (концентрации воды 25, 50 и 75% массовая) в интервале температур (293,5-393,2) К при атмосферном давлении.

Работа выполнена по плану координации научно-исследовательских работ в области естественных и общественных наук АН Республики Таджикистан на 1998-2003 годы по теме «Теплофизические свойства веществ» по проблеме 1,9.7-Теплофизика.

Актуальность диссертационной работы заключается в том, что результаты исследования используются для расчета тепло- и массообмена в различных процессах, а также для составления подробных таблиц.

Цель исследования заключается в модернизации экспериментальные установки для измерения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности, а также в получении эмпирических уравнений для прогнозирования теплофизических характеристик исследуемых объектов.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Модернизация экспериментальной установки для измерения теплопроводности и теплоемкости растворов.

2. Получение экспериментальных значений теплопроводности, плотности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масло-вода в интервале температур (293,5-393,2) К и давлений Р=0,101 МПа.

3. Установление зависимости теплопроводности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости исследуемых растворов от температуры и концентрации воды, с целью выявления механизма переноса тепла в исследуемых системах.

4. Получение аппроксимационных зависимостей, устанавливающих зависимость теплопроводности, теплоемкости, температуропроводности и вязкости для трансформаторного масла от температуры и концентрации воды.

Научная новизна и личный вклад автора:

1. Автоматизирована экспериментальная установка для измерения теплопроводности растворов (по методу монотонного разогрева). При автоматизации установок учтены специфические особенности исследуемых систем, которые потребовали новых конструктивных и методических решений.

2. Получены экспериментальные данные по теплопроводности, теплоемкости, плотности, температуропроводности и вязкости системы трансформаторного масла и воды (концентрации воды 25, 50 и 75% массовая) в интервале температур (293,5-393,2) К при давлении Р=0,101 МПа.

3. Получены аппроксимационные зависимости описывающие Х-Т-х, Ср-Т-х, р-Т-х, т|-Т-х, а-Т-х, и-Т-х исследуемых объектов при различных температурах.

4. Выбрана модель структуры растворов, проведен анализ процесса теплопереноса и на ее основе рассчитаны теплопроводности исследуемых объектов.

5. Произведены расчеты калорических свойств исследуемых веществ.

Практическая значимость работы:

- Составлены подробные таблицы теплофизических характеристик системы трансформаторного масла и воды в интервале температур (293,5393,2) К при Р=0,101 МПа, которые могут быть использованы проектными организациями;

- Полученные аппроксимационные зависимости по теплофизическим свойствам используются для инженерных расчетов на Байпазинской ГЭС и Каскад Варзобских ГЭС;

- Модернизированная экспериментальная установка может быть использована для скоростного определения теплопроводности технологических материалов в различных лабораториях;

- Модернизированная аппаратура для измерения теплопроводности растворов используется в научной и учебной лабораториях Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими аспирантами для выполнения диссертационных работ и студентами при выполнении дипломных, курсовых и лабораторных работ.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Модернизированные варианты экспериментальной установки и обоснование возможности их применения для исследования теплопроводности растворов.

2. Экспериментальные данные по теплофизическим свойствам системы трансформаторного масла и воды в диапазоне температур (293,5-393,2) К при Р=0,101 МПа.

3. Методы расчета теплопроводности растворов и анализ процесса теплопереноса в исследуемых объектах.

4. Аппроксимационные зависимости для расчета теплофизических свойств системы трансформаторного масла и воды в зависимости от температуры и концентрации воды.

Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов, различных расчетов подтверждаются проведением разработанных алгоритмов на большом количестве широко известных задач и соответствующих экспериментальных данных, полученных в результате независимых исследований.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка используемой литературы (207 наименований) и приложения. Содержание работы изложено на 134 страницах компьютерного набора, включая 23 таблиц и 30 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Теплофизика и теоретическая теплотехника», Косимов, Улугбек Умриевич

11. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований приняты к использованию и внедрены в различных научно-исследовательских и промышленных предприятиях Республики Таджикистан, а также используются в учебном процессе Таджикского технического университета им. академика М.С. Осими.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Косимов, Улугбек Умриевич, 2006 год

1. Инструкция по эксплуатации главных трансформаторов и автотрансформаторов. 2002, г. Нурек, 29 с.

2. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло.-3-e изд. перераб. и доп.-М.: Энергоатомиздат, 1983.-296 с.

3. Шницер Л.М. Основы теории и нагрузочная способность трансформа-торов.-М.: Госэнергоиздат, 1959.-321 с.

4. Химия углеводов нефти/Под ред. Б.Т. Брукса. С.Э.Бурда, С.С.Куртца, Л. Шмерлинга. Пер. с англ.-М. :Гостонтехиздат, Т.1, 1958,420 с.

5. Gabor F.-Elektrotechnik, 1962, Bd.55, №4, S.160-164.

6. Чернышев Д.К.- Химия и технология топлив и масел, 1965. №6. с.62.

7. Ван-Нес К., Ван-Вентен X. Состав масляных фракций нефти и их анализ. Пер. с англ.-М.: Изд-во иностр. лит., 1954,463 с.

8. Walther Т. -Petroleum Z., 1960, Bd.26.

9. Черноухов Н.И., Крейн С.Э. Окисляемость минеральных масел.-М.: Гостехиздат, 1959.-370 с.

10. Романов А.С., Королев В.В. Магнетокалорический эффект и теплоемкость магнитных жидкостей в магнитных полях: Тезисы докладов /Международная конференция "Физико-химический анализ жидко-фазных систем"-Саратов, Россия. 2003 .-С. 100.

11. Мамедов Ф.Ф., Кулиев Ф.А. Теплопроводность и теплоемкость трансформаторного масла при высоких температурах и давлениях.//Тезисы докладов. Республиканская научно-техническая конференция по теплофизическим свойствам веществ. Баку, 2-5 ноября 1992. с.54.

12. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов A.A., Юрчак Р.П. Теплопроводность газов и жидкостей. -М.: Изд-во стандартов, 1970.-175 с.

13. Варгафтик Н.Б., Филиппов Л.П., Тарзиманов A.A., Тоцкий Е.Е. Теплопроводность жидкостей и газов.-М.: Изд-во стандартов, 1978.-471 с.

14. Крейн С.Э., Боровая М.С. Химия и технология топлив и масел. 1947.194с.

15. Шахнович М.И., Данилова А.И., Борщевская И.С. Химия и технология топлив и масел. 1970, №9. -С. 106-112.

16. Липштейн P.A., Носов Ю.И., Шахнович М.И. и др. Электрические станции. 1971, №11.-C.33-38.

17. Piotrowski К.Е. Conference of ElectricalIndustry Annual report, 1962, Chicago III. P.l-4.

18. Александров A.A., Транхтенгерц М.С. Теплофизические свойства воды при атмосферном давлении.- М.: Изд-во стандартов, 1977.-100 с.

19. Bridgman P.W. The thermal conductivity of liquids under pressure//Proc. Amer. Acad. Arts. Sci.-1923.-V.49. p.141.

20. Schmidt E., Sellshopp W. Wärmeleitfähigkeit des Wassers dei Temperature nbiz in 270°C//Foraschung aut dem Gebiete des Ingenierwesens.-Bd.3.-1932.-№6.-S.277.

21. Тимрот Д.Л., Варгафтик Н.Б. Теплопроводность воды при высоких температурах//Журнал технической физики.-1940. Т.10.-№13.-С.Ю63.

22. Riedel L., Messung der Wärmebitfähigkeit von organisischen Flüssigkeiten, insbesondere von kättemitteln.//Foraschung aut dem Gebiete des Igenierwesens.-Bd.l l.-1940.-№6.-S.340-347.

23. Riedel L.-"Arch. Tech. Messen"- 1954.-№1.-S.273.

24. Gebiete Ingenieurwes, 1955, -Bd.21 .-№6.-S. 176.

25. Gillem D.G., Lanm 0.-"Acta Chemics Seand"-1955. v.9.-p.675.

26. Challoner A.R., Powell R.W. Thermal conductivity of liquids determinations for seven liquids and appraisal of existing values.//Proc. Roy. Soc., Ser A., Mathematical a physical sciences.-1956.-A. 23 B.-№12.-p.90.

27. Lawson A.W., Lowell R., Jain A.L. Thermal conductivity of water at high pressure.//J. Chem. Phys.-1959.-v.30.-№3.-pp.643-647.

28. Варгафтик Н.Б. Олещук O.H. Экспериментальное исследование теплопроводности воды.//Теплоэнергетика.-1959.-№ 10.-С.70-74.

29. Fritz W., Poltz Н. Absolutbestinumung der Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten J. Klitische varsuche an einer neven plattenapparatuc.//Int. J. Heat. Mass Transfer.-1962.-V.5.-№2.-p.307.

30. La Neidre В., Bury P., Tufen R., Johanin P., Vodar B. Results experimental surla conductivity thermique de l'eau loarle en phase liquide, jusqua, ane temperature de 370°C.-17th Rep. Conf. ICPS. Tokyo, 1968.-P.105.

31. Тарзиманов A.A., Лозовой B.C. Экспериментальное исследование теплопроводности воды при высоких давлениях.: Докл. С-8. 7 Международная конф. по свойствам водяного пара.-Токио, 1968.-105 с.

32. Чернеева Л.И. Докл. На VII Международной конференции по свойствам водяного пара.-Токио, 1968.-105 с.

33. Bach J., Ggequll U.-"Warme und Stoffubertragung", 1970.-Bd.3-S.44.

34. Minamiyama Т., Yata J.-Jn.: Proc. of 8th ICS. France, Giens, 1974; Viscosity of water. Proc Ann. Meeting ISPE, 1975.-3750.20.-p.9.

35. Takizawa S., Nagashima A., Tanishita. Thermal conductivity of water by a transient hot wire method proc. 8th ICPS.- Paris. 1974.-V.l.-p.246.

36. Rastorguev Ya.L., Grigoriev B.A. Ishchanov A.M. Experimental study of light water thermal conductivity at high pressures.// Proc. 8th ICPS.- Paris. 1974.-V. 1 .-P.246.-264.

37. Амирханов Х.И., Адамов А.П., Магомедов У.Б. Экспериментальное исследование теплопроводности воды.//Институт физики Дагестанского филиала АН СССР.-Махачкала, 1974.-42 с.

38. Castell V.l., Stanley Е.М./Л. Chem. A. End Data, 1974.-V.19.-№1 .-P.5.41.42,43.44,45.46,47,48,4950,51