專利名稱：預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法。
技術(shù)背景圖1是現(xiàn)有技術(shù)預(yù)裝式變電站上蓋和箱體分離狀態(tài)的主視圖；圖2是圖 l的左視圖；圖3是圖1中A-A向視圖。如圖1至圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)主要包括上蓋1;箱體2;位于箱體2內(nèi)的變壓器室4;在變壓器室4的前后兩側(cè)分別設(shè)置有變壓器室門15;在變壓器室4內(nèi)底部的底托40上支撐變壓器11;設(shè)置在變 壓器室4左右兩側(cè)分別是低壓室3和高壓室5;在箱體2前后兩側(cè)的上橫梁 8上設(shè)置有頂檐通風(fēng)槽7和側(cè)出風(fēng)口 9;在箱體2左右兩側(cè)的側(cè)橫梁16上設(shè) 置有頂檐通風(fēng)槽17;在變壓器室底托40近似中心部位上有底進(jìn)風(fēng)口 10。隨著城市土地資源日趨緊張，為節(jié)約占地面積和美化環(huán)境，小型化預(yù)裝 式變電站和地埋預(yù)裝式變電站(包括淺埋式預(yù)裝式變電站)的設(shè)計(jì)制造迅速 成為預(yù)裝式變電站設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。隨著預(yù)裝式變電站體積的減小，為保證 預(yù)裝式變電站具有良好的通風(fēng)散熱，通風(fēng)口成了設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，即在確保有足 夠通風(fēng)面積的前提下，實(shí)現(xiàn)預(yù)裝式變電站小型化。目前人工計(jì)算通風(fēng)口面積 和位置不僅繁瑣，工作量大，準(zhǔn)確度差的缺陷。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的在于克服上述技術(shù)的不足，提供一種利用仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件 模擬出預(yù)裝式變電站的三維立體模型通風(fēng)結(jié)構(gòu)，通過計(jì)算機(jī)反復(fù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn) 預(yù)裝式變電站尺寸小，通風(fēng)散熱效果最佳的預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)方法。解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是 一種預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟(1) .在使用的計(jì)算機(jī)上安裝Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件；(2) .設(shè)定預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi)的變壓器作為發(fā)熱源；(3) .在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)，采用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件，按照現(xiàn)有技術(shù)預(yù)裝式變電站結(jié)構(gòu)、變壓器的位置，在計(jì)算機(jī)上建立等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖，在該三維立體模型圖上建立出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口；(4) .在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定預(yù)裝式變電站箱體及其內(nèi)部隔 板熱物性參數(shù)；(5) .根據(jù)變壓器的容量，在等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖上建立 變壓器模型；(6) .根據(jù)上述箱體及其內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)、變壓器容量、出風(fēng)口和 增設(shè)進(jìn)風(fēng)口，反復(fù)計(jì)算在進(jìn)風(fēng)口面積不同情況下的預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi) 的溫度，按照溫度修改進(jìn)風(fēng)口的面積，使其溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明在計(jì)算機(jī)上擬借仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件完成設(shè) 計(jì)，能夠設(shè)計(jì)出自然通風(fēng)面積最大、通風(fēng)口位置最佳和內(nèi)部元器件布置更合 理的預(yù)裝式變電站。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)，在預(yù)裝式變電站尺寸最小的情況下， 實(shí)現(xiàn)通風(fēng)散熱效果好、減小其內(nèi)部溫升；本發(fā)明為預(yù)裝式變電站的設(shè)計(jì)提供 有力的技術(shù)依據(jù)，設(shè)計(jì)出具有合理通風(fēng)效果的新型預(yù)裝式變電站。本發(fā)明設(shè)計(jì)速度快、計(jì)算準(zhǔn)確，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)計(jì)成本，提高設(shè) 計(jì)方案的成功率。另外，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)為GB/T17467-1998;名稱為 《高壓/低壓預(yù)裝式變電站》的規(guī)定，預(yù)裝式變電站的外殼級(jí)別達(dá)到10以內(nèi)， 即為通風(fēng)散熱效果最好。本發(fā)明的預(yù)裝式變電站經(jīng)過檢測(cè)，該預(yù)裝式變電站 外殼級(jí)別達(dá)到5，其通風(fēng)散熱效果較好的符合國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)預(yù)裝式變電站上蓋和箱體分離狀態(tài)的主視圖； 圖2是圖1的左視圖；圖3是圖1中A-A向視圖；圖4是本發(fā)明使用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件在計(jì)算機(jī)上設(shè)立等效的預(yù) 裝式變電站的三維立體模型圖； 圖5是圖4的主視圖； 圖6是圖5的左視圖；圖7是圖5的B-B向、見圖；圖8是本發(fā)明使用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件計(jì)算后，顯示預(yù)裝式變電 站變壓器室內(nèi)溫度的三維立體模型圖。 《附圖中主要序號(hào)的說明》1: 上蓋 5:高壓室 8:上橫梁 13:立柱 16:側(cè)橫梁4:變壓器室 7、 17、 27:頂檐出風(fēng)口 12:隔板 15:變壓器室門 40:變壓器室底托2:箱體 3:低壓室6a、 6b、 9:側(cè)出風(fēng)口 11:變壓器 14:高壓室門18a、 18b:下進(jìn)風(fēng)口 10、 41a、 41b、 41c底進(jìn)風(fēng)口具體實(shí)施方式
圖4是本發(fā)明使用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件在計(jì)算機(jī)上設(shè)立等效的預(yù) 裝式變電站的三維立體模型圖；圖5是圖4的主視圖；圖6是圖5的左視圖； 圖7是圖5的B-B向視圖；圖8是本發(fā)明使用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件計(jì) 算后，顯示預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi)溫度的三維立體模型圖。本發(fā)明提供一種預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，該方法包 括以下步驟(1).在使用的計(jì)算機(jī)上安裝Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件； 設(shè)計(jì)前，先在輔助設(shè)計(jì)中使用的計(jì)算機(jī)上安裝Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟 件。本實(shí)施例使用的軟件版本為Ic印ak4.0;計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)為windowsXP，內(nèi)存使用空間為512M以上。(2) .設(shè)定預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi)的變壓器作為發(fā)熱源；實(shí)踐中，預(yù)裝式變電站的熱源主要來自變壓器，低壓室和高壓室內(nèi)部的 元器件的發(fā)熱量與變壓器相比，差距非常大。因此本發(fā)明只考慮變壓器室內(nèi) 的變壓器作為發(fā)熱源，其他電器元件，忽略不計(jì)。(3) .在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)，采用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件，按照現(xiàn)有 技術(shù)預(yù)裝式變電站的結(jié)構(gòu)、變壓器的位置，在計(jì)算機(jī)上建立等效預(yù)裝式變電 站三維立體模型圖，在該三維立體模型圖上建立出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口，如圖4所 示，具體設(shè)計(jì)步驟是① .首先確定變壓器的容量為630kVA;根據(jù)該變壓器的容量設(shè)定預(yù)裝式 變電站長寬高的輪廓尺寸，設(shè)計(jì)原則是在滿足元器件擺放間距的前提下，盡 量小型化，本實(shí)施例預(yù)裝式變電站輪廓尺寸為3mx2mx2m，現(xiàn)有技術(shù)的尺寸為 3. 4mx2. 6 mx2. 8 m。就相同容量變壓器的預(yù)裝式變電站的輪廓尺寸相比，本 發(fā)明預(yù)裝式變電站的輪廓尺寸明顯小于現(xiàn)有技術(shù)。② .在計(jì)算機(jī)上使用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件設(shè)立xyz三個(gè)方向的坐 標(biāo)，在xyz坐標(biāo)上確定上述己確定的輪廓尺寸，建立預(yù)裝式變電站的立體結(jié) 構(gòu)三維立體模型圖；③ .在上述三維立體模型圖上建立如下出風(fēng)口在箱體2前后兩側(cè)的上橫梁8上設(shè)置頂檐通風(fēng)槽27，該頂檐通風(fēng)槽27 的面積是在現(xiàn)有技術(shù)頂檐通風(fēng)槽7基礎(chǔ)上擴(kuò)大了 1倍；b.將現(xiàn)有技術(shù)中箱體2前后兩側(cè)的上橫梁8上原側(cè)出風(fēng)口 9的位置變更 到變壓器室門15上，變更后的側(cè)出風(fēng)口 6a、 6b的面積是將原側(cè)出風(fēng)口 9 面積擴(kuò)大了 3.5倍；④ .在上述三維立體模型圖上增加如下進(jìn)風(fēng)口a.在變壓器室門15的下部增加下進(jìn)風(fēng)口 18a、 18b，該下進(jìn)風(fēng)口面積近似側(cè)出風(fēng)口6a、 6b的面積；b.在變壓器室底托40上擴(kuò)大原底進(jìn)風(fēng)口 10的面積，本發(fā)明中的底進(jìn)風(fēng) 口 41a、 41b、 41c的面積是將原底進(jìn)風(fēng)口 10的面積擴(kuò)大了 1倍，底進(jìn)風(fēng)口 41a、 41b、 41c的形狀是從原底進(jìn)風(fēng)口 IO的四邊向外側(cè)延伸，呈十字型；(4) .在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定預(yù)裝式變電站箱體及其內(nèi)部隔 板熱物性參數(shù)；① .在lc印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中的三維立體模型中設(shè)定箱體2熱物性 的參數(shù)和厚度在箱體材料選項(xiàng)中選擇水泥；將所選用水泥的熱物性參數(shù)(即，密度、 比熱、導(dǎo)熱系數(shù))值輸入到軟件中備用；維持現(xiàn)有技術(shù)箱體的厚度不變；② .在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定箱體2外表面涂覆材料的熱物 性參數(shù)實(shí)踐中考慮到箱體2外表涂覆一定材料，在箱體外表涂覆的材料選項(xiàng)中 選擇油漆；將所選用的油漆的熱物性參數(shù)(即，表面發(fā)射率、傳熱系數(shù)、 視角因數(shù))值輸入到軟件中備用；③ .在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中對(duì)隔板屬性的設(shè)定-在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中選擇隔板12屬性為絕熱的薄板；因此在 本發(fā)明中不考慮熱傳遞，只考慮熱輻射；在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中的隔板屬性的選項(xiàng)中選擇隔板的前表 面輻射選項(xiàng)是對(duì)所有物體；隔板的后表面輻射選項(xiàng)是對(duì)所有物體；本發(fā)明設(shè)定預(yù)裝式變電站箱體及其內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)的目的是使模 擬的預(yù)裝式變電站和實(shí)際的預(yù)裝式變電站更接近。(5) .根據(jù)變壓器的容量，在等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖上建立 變壓器模型；①.根據(jù)上述選定變壓器11的容量是630kVA (即功率為7040W)和該變壓器的外形尺寸，在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定一個(gè)與該變壓器相同外形尺寸的金屬塊，在金屬塊的屬性里面的功率選用和所述變壓器功率一致，為7040W;該金屬塊選擇為銅材質(zhì)；② .將上述選好后的的金屬發(fā)熱體放置在圖4中的預(yù)裝式變電站三維立體模型圖的變壓器室4內(nèi)；③ .在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定變壓器11外表面涂覆材料的熱 物性參數(shù)；在變壓器11外表涂覆材料選項(xiàng)中選擇油漆；設(shè)置油漆的熱物性參數(shù) (表面發(fā)射率、傳熱系數(shù)、視角因數(shù))； .在圖4的三維立體模型圖中設(shè)定變壓器的散熱片 因變壓器本身帶散熱片，為使本發(fā)明接近實(shí)際使用狀況，在所述三維立 體模型圖中設(shè)定散熱片；并在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定散熱片屬性: 散熱片位置、厚度和尺寸的設(shè)定同于實(shí)際變壓器散熱片的位置、厚度和尺寸;(6).根據(jù)上述箱體及其內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)、變壓器容量、出風(fēng)口和 增設(shè)的進(jìn)風(fēng)口，反復(fù)計(jì)算在進(jìn)風(fēng)口面積不同情況下的預(yù)裝式變電站變壓器室 內(nèi)的溫度，按照溫度修改進(jìn)風(fēng)口的面積，使其溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 對(duì)預(yù)裝式變電站進(jìn)風(fēng)口的面積做如下計(jì)算 (一)、在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中選擇如下參數(shù)① .計(jì)算時(shí)間的選擇選擇連續(xù)計(jì)算；② .選擇有氣流、有溫度、有輻射；③ .氣流團(tuán)的選擇湍流模型；在湍流模型里面選擇兩方程進(jìn)行計(jì)算;④ .重力因子的選擇選擇Y方向上為-9.8m/s2;需要說明的是考慮到重力加速度的因素，選擇Y方向上為-9.8m/V;⑤ 環(huán)境溫度的選擇20攝氏度； (D流體的選擇空氣；⑦計(jì)算疊加次數(shù)的選擇反復(fù)計(jì)算的次數(shù)為1500次；(二) 、在Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中劃分網(wǎng)格將圖4中三維立體模型的預(yù)裝式變電站箱體內(nèi)部空間劃分成若干規(guī)則的 小格，x方向最大值選擇為O. 15; y方向最大值選擇為O. 1; z方向最大值選擇為0.1;(三) 、利用Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行計(jì)算① .打開Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中的計(jì)算結(jié)果輸出菜單；在此菜單中 輸入本計(jì)算名稱，該計(jì)算名稱可以任意設(shè)定，本實(shí)施例設(shè)定計(jì)算名稱為 1-1-temp20;② .在上述菜單中選擇確定，Ic印ak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件自動(dòng)計(jì)算； 在結(jié)果輸出菜單中選擇此次計(jì)算的名稱，即可看到如圖8所示的三維立體模型的預(yù)裝式變電站箱體內(nèi)部空間，在該圖8的右上角有顯示溫度高低的 色塊，色塊中紅一綠一藍(lán)三個(gè)不同顏色的區(qū)域依次顯示高一中一低溫度。在圖8中變壓器的位置上顯示出垂直變壓器室底托40的一個(gè)切面； 在該切面上顯示出紅一綠一藍(lán)三個(gè)不同顏色的區(qū)域；根據(jù)該切面上顯示顏色 的面積和右上角的色塊進(jìn)行比對(duì)，判斷變壓器室內(nèi)溫度處于高、中、低溫度 的狀態(tài)；(D.反復(fù)修改進(jìn)風(fēng)口的面積，再按照上述步驟，完成新的輔助設(shè)計(jì) 首先，修改底進(jìn)風(fēng)口 41a、 41b、 41c的面積，按照上述步驟反復(fù)計(jì)算 變壓器室內(nèi)的溫度，在底板40能滿足支撐變壓器的要求下，選擇不同組合 的底進(jìn)風(fēng)口面積和位置，反復(fù)計(jì)算，使圖8中變壓器位置切面上顯示溫度最 低的設(shè)計(jì)方案，作為理想的設(shè)計(jì)方案；其次，修改下進(jìn)風(fēng)口 18a、 18b的面積，按照上述步驟反復(fù)計(jì)算變壓器 室內(nèi)的溫度，在底板40能滿足支撐變壓器的要求下，選擇不同組合的底進(jìn) 風(fēng)口面積和位置，反復(fù)計(jì)算，使圖8中變壓器位置切面上顯示溫度最低的設(shè)計(jì)方案，作為理想的設(shè)計(jì)方案。
權(quán)利要求
1.一種預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟(1).在使用的計(jì)算機(jī)上安裝Icepak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件；(2).設(shè)定預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi)的變壓器作為發(fā)熱源；(3).在三維空間坐標(biāo)系內(nèi)，采用Icepak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件，按照現(xiàn)有技術(shù)預(yù)裝式變電站結(jié)構(gòu)、變壓器的位置，在計(jì)算機(jī)上建立等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖，在該三維立體模型圖上建立出風(fēng)口、進(jìn)風(fēng)口；(4).在Icepak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定預(yù)裝式變電站箱體及其內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)；(5).根據(jù)變壓器的容量，在等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖上建立變壓器模型；(6).根據(jù)上述箱體及其內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)、變壓器容量、出風(fēng)口和增設(shè)進(jìn)風(fēng)口，反復(fù)計(jì)算在進(jìn)風(fēng)口面積不同情況下的預(yù)裝式變電站變壓器室內(nèi)的溫度，按照溫度修改進(jìn)風(fēng)口的面積，使其溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
全文摘要
本發(fā)明公開一種預(yù)裝式變電站通風(fēng)口的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟在計(jì)算機(jī)上安裝Icepak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件；設(shè)定變壓器為發(fā)熱源；在計(jì)算機(jī)上建立等效預(yù)裝式變電站三維立體模型圖；在Icepak仿真計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)軟件中設(shè)定箱體及內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)；根據(jù)變壓器容量，在三維立體模型圖上建立變壓器模型；根據(jù)箱體及內(nèi)部隔板熱物性參數(shù)、變壓器容量、出風(fēng)口和增設(shè)進(jìn)風(fēng)口，反復(fù)計(jì)算變壓器室內(nèi)溫度，按照溫度修改進(jìn)風(fēng)口的面積，使其溫度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本發(fā)明有益效果是設(shè)計(jì)速度快、計(jì)算準(zhǔn)確，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少設(shè)計(jì)成本，提高設(shè)計(jì)方案的成功率。能夠設(shè)計(jì)出自然通風(fēng)面積最大、通風(fēng)口位置最佳和內(nèi)部元器件布置更合理的預(yù)裝式變電站。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101303707SQ200810053740
公開日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者劉弘靖, 婕 張, 張善鴻, 強(qiáng) 李, 李景云, 奡 楊, 王僑舉, 王文強(qiáng), 岱 石, 鋒 肖, 偉 董, 趙冠橋, 薔 郭, 陳甲波, 顧德明, 黑錦惠 申請(qǐng)人:天津市三源電力設(shè)備制造有限公司