[发明专利]基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置及方法

权利要求书

1.一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：包括套管式结构的外管(1)和内管(2)，内管(2)通过绝缘支撑(6)同轴固定在外管(1)内壁面，外管电磁感应线圈(3)和内管电磁感应线圈(4)分别缠绕在外管(1)和内管(2)外壁面上；所述内管(2)的外壁面沿轴向多个位置处上下开有凹槽分别用于安装半圆弯曲、外周带有肋片的上盖板(7)和下盖板(8)，上盖板(7)和下盖板(8)形成整体柱状包裹内管电磁感应线圈(4)，将内管电磁感应线圈(4)与变压器油隔离并将内管(2)在电磁感应作用下产生的铁损热量传递到上盖板(7)和下盖板(8)的肋片上以加热外管(1)和内管(2)之间的变压器油；根据电磁感应加热的需要，接入不同的交变电流和电压，实现套管结构内磁场的交替变化，产生焦耳热使套管结构的外管(1)和内管(2)温度升高以加热变压器油。

2.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)的内壁面开有螺纹槽以扩大内管内壁面与内管内流动的变压器油的接触面积，破环变压器油流动边界层，抑制边界层的增长，提高管内对流换热强度。

3.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)外壁面与上盖板(7)和下盖板(8)之间缠绕电磁感应线圈(4)的空间，填充高热导率的金属或非金属材料，以减少该空间内空气的自然对流，减小内管(2)外壁面将热量传递到上盖板(7)和下盖板(8)上的热阻。

4.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：优化上盖板(7)和下盖板(8)的形状、结构尺寸参数，进一步提高上盖板(7)和下盖板(8)与变压器油的对流换热系数，强化对流换热。

5.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述内管(2)外壁面与上盖板(7)和下盖板(8)的接触面上涂敷热界面材料，以减少由于接触不良和机加工精度引起的接触热阻，降低热传导过程的热阻。

6.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述上盖板(7)和下盖板(8)的材料采用高热导率的金属材料，在上盖板(7)上钻有内引线孔(10)，以引出内管电磁感应线圈(4)；所述外管(1)外壁面上钻有外管引线孔(9)，将内管电磁感应线圈(4)引出到外界环境中，在外管引线孔(9)位置安装密封件(5)，防止变压器油从外管引线孔(9)中泄露。

7.根据权利要求1所述的一种基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置，其特征在于：所述外管(1)和内管(2)的材料采用低电阻的低碳钢材料。

8.权利要求1至8任一项所述的基于电磁感应加热原理的套管式变压器油加热装置加热变压器油的方法，其特征在于：步骤如下：

(1)交变电流和电压通入外管电磁感应线圈(3)和内管电磁感应线圈(4)中，外管电磁感应线圈(3)和内管电磁感应线圈(4)由于自身的自感现象使得感应线圈内部产生交变磁场，外管(1)和内管(2)在交变磁场的作用下产生涡流，并由于趋肤效应使电流密度主要集中在外管(1)和内管(2)的外壁面，外管(1)和内管(2)产生焦耳热，使外管(1)和内管(2)温度升高；

(2)内管(2)温度升高，将热量通过对流换热的方式传递给管内流动的变压器油，内管(2)内壁面的螺纹结构增强管内换热；内管(2)将一部分热量通过热传导的方式传递给上盖板(7)和下盖板(8)，上盖板(7)和下盖板(8)温度升高，并将热量以对流换热的方式传递给内管(2)与外管(1)间流动的变压器油；

(3)外管(1)温度升高，将绝大部分热量以对流换热的方式传递给外管(1)与内管(2)之间流动的变压器油，还有一小部分热量以外管(1)外壁面的自然对流和热辐射的方式向周围环境传递；

(4)变压器油从该加热装置的进口流入，经加热后，内管(2)管内流动的变压器油和外管(1)与内管(2)之间流动的变压器油在出口处混合；

(5)该套管式变压器油加热装置连接齿轮油泵和油箱，形成循环加热系统，完成变压器油的循环加热。