一種高效散熱型煤礦變壓器的分析與應(yīng)用

任俊峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電設(shè)備中心，山西 大同 037000）

1 項目概況

在煤礦供電系統(tǒng)中都裝有大量的變壓器。變壓器長時間超負(fù)荷會導(dǎo)致熱量過高，變壓器的散熱效果不佳，導(dǎo)致變壓器發(fā)生安全事故?，F(xiàn)有變壓器在設(shè)計時一般采用冷卻管和散熱翅片的散熱方式，散熱方式被動，散熱效率低。針對這個問題，晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電設(shè)備中心與江蘇鹽城奇林電氣有限公司聯(lián)合設(shè)計了一種新型高效散熱型煤礦變壓器，有效解決變壓器的散熱問題[1-6]。

2 新型高效散熱型變壓器的分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

新型高效散熱型煤礦變壓器結(jié)構(gòu)如圖1、圖2、圖3，該設(shè)備主要包括變壓器殼、底座、散熱翅片、電動機(jī)、轉(zhuǎn)軸、裝置殼、扇葉、皮帶輪機(jī)構(gòu)、橫軸、扇形齒輪、驅(qū)動齒輪、蝸旋簧、橫桿、空腔、出氣孔、進(jìn)氣孔、套環(huán)、連接管、出口和換氣孔等結(jié)構(gòu)和部件。

結(jié)合圖1、圖2、圖3 可知，該設(shè)備變壓器殼安裝在變壓器底座上，在變壓器殼表面安裝有散熱翅片。電動機(jī)安裝在變壓器殼右端，轉(zhuǎn)軸水平分布在裝置殼內(nèi)，電動機(jī)和轉(zhuǎn)軸兩者之間相連接。裝置殼安裝在變壓器殼內(nèi)壁上，在轉(zhuǎn)軸上安裝有扇葉，轉(zhuǎn)軸端頭處設(shè)置有皮帶輪機(jī)構(gòu)。皮帶輪機(jī)構(gòu)安裝在橫軸上，且橫軸的上方設(shè)置有橫桿，水平分布的橫桿轉(zhuǎn)動連接在變壓器殼內(nèi)壁。橫桿上安裝有套環(huán)，且兩者為軸承轉(zhuǎn)動連接。變壓器殼上設(shè)置有換氣孔，換氣孔上安裝有濾網(wǎng)。

2.2 結(jié)構(gòu)原理

該新型高效散熱型變壓器的工作原理：啟動電動機(jī)運(yùn)行，帶動轉(zhuǎn)軸進(jìn)行同步高速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸帶動扇葉進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動，設(shè)備外界空氣通過換氣孔進(jìn)入到裝置殼的內(nèi)部和扇葉左側(cè)的空間區(qū)域來。扇葉在長期的高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的氣流從裝置殼內(nèi)部經(jīng)由出口進(jìn)入到連接管中，進(jìn)而進(jìn)一步流入到套環(huán)中，經(jīng)由進(jìn)氣孔進(jìn)入到橫桿的空腔中。該設(shè)計可以加速外界氣流從出氣孔快速噴出。

轉(zhuǎn)軸在高速轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，基于皮帶輪機(jī)構(gòu)的帶動，橫軸也會同步進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動，進(jìn)一步帶動扇形齒輪高速轉(zhuǎn)動，扇形齒輪與驅(qū)動齒輪嚙合匹配。當(dāng)兩齒輪相互嚙合傳動時，橫桿在傳動作用下與橫軸高速同步轉(zhuǎn)動，蝸旋簧保持同步形變；當(dāng)兩齒輪脫離嚙合時，在蝸旋簧的回彈作業(yè)下帶動橫桿反向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而保持扇形齒輪與驅(qū)動齒輪再次嚙合傳動。在設(shè)備工作過程中橫桿一直處理循環(huán)往復(fù)轉(zhuǎn)動狀態(tài)，從橫桿表面出氣孔處噴出的氣流位置也是處于不斷變化和調(diào)整的過程當(dāng)中，進(jìn)而使得氣流散熱的覆蓋面較為全面，實現(xiàn)高效的散熱目的。

圖1 高效散熱型煤礦變壓器結(jié)構(gòu)正視圖

圖2 高效散熱型煤礦變壓器正剖面結(jié)構(gòu)圖

圖3 高效散熱型煤礦變壓器側(cè)視結(jié)構(gòu)圖

2.3 特點分析

該新型高效散熱型變壓器對比以往傳統(tǒng)的變壓器具有以下特點：

（1）通過可轉(zhuǎn)動的橫桿以及在橫桿下端面等間距設(shè)置有5 個出氣孔的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)散熱處理，散熱位置多；

（2）使用一個電動機(jī)和一個扇葉就可以實現(xiàn)氣流從出氣孔處噴出，散熱效果理想；

（3）裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，購買成本低，投入電力運(yùn)行成本也低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 實踐應(yīng)用及效果分析

從2015 年1 月至2019 年10 月，挖金灣礦供電系統(tǒng)發(fā)生多起因變壓器過熱導(dǎo)致的安全事故，嚴(yán)重影響到煤礦開采工作效率及工作人員的生命安全。從2019 年11 月至今，新型高效散熱型煤礦變壓器在挖金灣礦供電系統(tǒng)中進(jìn)行了應(yīng)用，變壓器整體運(yùn)行穩(wěn)定，設(shè)備散熱效果好，設(shè)備運(yùn)行至今沒有發(fā)生一起因散熱問題導(dǎo)致的安全事故，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟(jì)效益。