專利名稱:液冷變壓器的鐵心冷卻裝置和方法
本發(fā)明涉及液冷變壓器的鐵心冷卻裝置和方法，尤其涉及用以將冷卻液封裝在液冷變壓器鐵心之內(nèi)的裝置。
在變壓器設(shè)計中，通常期望優(yōu)化空間利用率。也就是說，按照公認(rèn)的電氣設(shè)計原理，額定功率預(yù)定的變壓器實際上應(yīng)盡可能小。所需考慮的主要問題便是變壓器在運行期間所產(chǎn)生的熱量，而這正是通常限制變壓器的尺寸降至預(yù)定限度以下的一個因素。已有若干種技術(shù)方案用來增強利用其外界環(huán)境可得到的變壓器的冷卻效果。其中有一種技術(shù)方案采用如同已轉(zhuǎn)讓給本受讓人授予Cotzas的美國專利4，477，767中所揭示的那種氣冷變壓器，在該專利中，為有利地使用用來冷卻一臺大型電動發(fā)電機轉(zhuǎn)子的冷卻氣體(具有代表性的是氫氣)，該氣冷變壓器安置于該電動發(fā)電機的冷卻罩中。然而，氣冷變壓器一般需要用以使冷卻氣體流過并直接接觸變壓器鐵心的鐵心片的內(nèi)部風(fēng)道和通風(fēng)孔。(變壓器的鐵心一般是由許多成疊的鐵心片制成，以便減少渦流和由此產(chǎn)生的熱量。)通常在制造期間，將這些鐵心片緊緊地壓在一起，以保證相鄰鐵心片之間表面的均勻接觸，并使總尺寸為最小)。與使用更有效(亦即導(dǎo)熱率更高)的諸如水之類的液體的熱交換介質(zhì)時所可能達到的尺寸相比這些風(fēng)道或通風(fēng)孔增加了該變壓器的實際總尺寸和/或需要空間;該空間本可有益地用于給變壓器鐵心增添鐵心片，從而增加同一尺寸外殼內(nèi)的變壓器的額定功率。
用以冷卻變壓器的另一種技術(shù)使用液體，例如水，或最好使用去離子水或蒸餾水。在某些應(yīng)用場合，最好是使水不直接接觸變壓器鐵心的鐵心片。為了在變壓器的內(nèi)部貯有水，使水不直接接觸該鐵心的鐵心片，并仍與這些鐵心片保持熱流聯(lián)系，可設(shè)置一個儲液室，它被置于鐵心片之間并與其保持熱流聯(lián)系。為了將該儲液室尺寸減至最低限度，并優(yōu)化變壓器鐵心的鐵心片和儲液室內(nèi)的液體之間的熱流，最好將儲液室的壁厚減至最低限度。不過，在變壓器鐵心制造期間，為了最大限度地減小各個鐵心片間的間隙和鐵心的總尺寸，其間由儲液室彼此注定隔開的這些鐵心片必須受擠壓。在這樣擠壓中所涉及的力勢必要擠壓該儲液室的側(cè)壁，從而減少通過儲液室的液體流量，并由此減少儲液室的冷卻效果。此外，為了保證壓緊鐵心片，尤其在變壓器運行期間，最好是利用從液體冷卻劑那里可得到的壓力，使其有益地對鐵心片施加擠壓力。
在運行期間，部分由鐵心片中所感應(yīng)的渦流引起的磁致伸縮力起到分離鐵心片，并使其振動的作用。壓得不緊的鐵心片勢必要振動，因此最好是保持鐵心組裝期間所達到的鐵心片壓緊和密集的程度。這種振動可引起微振磨損，和產(chǎn)生過大或不希望有的噪聲，而鐵心片松動可有害地降低鐵心的導(dǎo)熱性。
因此，本發(fā)明的一個目的是為提供一種盛裝與變壓器鐵心的鐵心片保持熱流聯(lián)系的液體，而不屈服于用來制造該鐵心的安裝壓力的裝置和方法。
本發(fā)明的另一目的是為在運行期間增大在變壓器鐵心上的、原制造該鐵心所用的壓力，而提供一種裝置和方法。
按照本發(fā)明，安置于液冷變壓器中，與該變壓器的鐵心保持熱流聯(lián)系的熱交換裝置包括一對面對面的、彼此隔開的部件，用以構(gòu)成其間的儲液室;包括至少與其中的一個部件相配合的分隔裝置，每當(dāng)構(gòu)成儲液室的部件受到勢必要減小儲液室尺寸的力的作用時，該分隔裝置總是阻止儲液室尺寸降至預(yù)定下限以下;包括和儲液室配套的給排液裝置，分別用于向儲液室供液和從儲液室排出液體。向儲液室注入加壓液體時，該熱交換裝置可有益地擴張，其結(jié)果使得由制造鐵心期間作用于鐵心片上的安裝壓力所造成的剩余擠壓力增大。分隔裝置可兼有許多凹坑、或凸泡(embossments)它們可按預(yù)定的、易于制造的圖案排列。
此外，一種用以制造液冷(電氣)變壓器的方法包括將具有用以接納液體冷卻劑的儲液室的熱交換裝置安置在兩鐵心片之間，這兩鐵心片至少構(gòu)成該鐵心的一部分;增設(shè)足量的附加鐵心片，以便達到該鐵心片的預(yù)期的電磁特性;用安裝壓力，將該熱交換裝置，兩鐵心片和附加鐵心片壓在一起，以構(gòu)成夾心樣裝置;設(shè)置與所述的熱交換裝置配合、并伸入該儲液室中的分隔裝置，防止該儲液室尺寸降至預(yù)定的限度以下;安置和該夾心狀的裝置保持磁通聯(lián)系的初級繞組裝置和次級繞組裝置，并夾緊該夾心狀裝置，以便在該安裝壓力去除后剩余壓力得以充分保留。另外，將加壓的冷卻液注入該儲液室中，由此使該熱交換裝置擴張，這可增大該剩余壓力。
在所附權(quán)利要求
書中，對于這些被認(rèn)為是新穎的特征進行詳細陳述。不過，參照結(jié)合附圖所作的詳細說明，對本發(fā)明本身的構(gòu)成和操作方法，連同其進一步的目的和優(yōu)點均可得到更好的了解。
圖1為按照本發(fā)明、供液冷變壓器使用的儲液容器的平面圖。
圖2為沿圖1中2-2線箭頭方向的截面圖。
圖3為按照本發(fā)明的液冷變壓器的透視圖。
圖4為沿圖3中4-4線箭頭方向的截面圖。
參照諸圖，特別是圖1和圖2，在圖中所表示的是一個用以盛裝液冷變壓器的液體冷卻劑的容器10。容器10包括一對基本上平行、彼此隔開、其間構(gòu)成一個空腔或板間空隙23的板20和25，如同輸入集流管、具有一對液體輸入口15的給液裝置12和如同輸出集流管、具有一對液體輸出口16的排液裝置14。當(dāng)然，如有要求也可用一個輸入口15和一個輸出口16。另一種辦法是，板20和25可以是互為整體，沿著一邊可被彎折成所需形狀。集流管12最好沿著容器10的一邊被緊固，并包含如同間距預(yù)定的孔。用以保持集流管12和空腔23間液流聯(lián)系的出流裝置11。集流管14最好緊固在集流管12對面的容器10的一邊上，并包含如同若干個間距預(yù)定的孔、與空腔23有液流聯(lián)系的入流裝置13。出流裝置11和入流裝置13可各自包含一段分別沿著輸入集流管12和輸出集流管14的長度方向的縱向內(nèi)腔。不過，據(jù)信，孔11和13對經(jīng)過空腔23的液體起到較好的流量控制和分配的作用?？紤]到與變壓器中的操作條件相適應(yīng)，最好將輸入集流管12安置得低于輸出集流管13，這樣，流入集流管12的較冷液體必須克服重力而流動才能到達集流管13，從而將較熱的液體從空腔23向集流管13，并最終向輸出口16輸送。若干條撐擋27可沿著容器10的周邊按照預(yù)定的間距安置在板20和25之間，以便保持空腔23合適的尺寸，尤其在空腔23制造期間，當(dāng)用諸如焊接的方法將板20和25的周邊封接在一起時，為保持空腔23的尺寸，更有必要預(yù)置撐擋27。
實際上可能是平的板20和25包含一種具有良好導(dǎo)熱性的、如同金屬的材料，用諸如焊接之類的方法將其沿著容器10的周邊封接，以便將液體封裝在空腔23之中。板20和25包含一對用以構(gòu)成切口17的、相互可對齊的分割裝置，式洞19，以便安裝變壓器的繞組。為了將液體封裝在空腔23中，也用焊接之類的方法將切口17沿其周邊封接。切口17實際上將容器10分成若干區(qū)域，這些區(qū)域可被指名為鐵心柱24、26和28以及橫向伸展的各自連接鐵心柱24、26和28的對立端的磁軛21和29、鐵心柱24、26和28一般容納變壓器的繞組，各自構(gòu)成該變壓器的一相。因此，該所示實施例一般可和一個三相變壓器一起使用。也可為單相變壓器制造相似的容器10，此時就不需要切口17了?？偟恼f來，要使容器10的形狀具有相似于和其相配合的變壓器鐵心的鐵心片的形狀，以便為最佳熱傳導(dǎo)提供在該鐵心片和容器10之間的最大表面接觸;而另一方面，容器10的形狀使該變壓器的繞組有可能安置恰當(dāng)，以便獲得與該變壓器鐵心的預(yù)期磁通量耦合。
正如圖1和更具體的圖2所示。板20包含很多諸如凹坑或凸泡之類的指向空腔23并向著板25內(nèi)表面的分隔裝置22。凹坑22以合適的間距布及板20的整個表面(例如為易于制造起見按照一種矩形格子圖案)，并向著板25的內(nèi)表面伸展足夠遠，以致于在安裝該變壓器期間擠壓這些鐵心片和容器10時，可使空腔23的容積保持足夠大，從而使得通過空腔23的冷卻液的流量能合乎要求。雖然分隔裝置22被描述為起源或附裝于板20，但它們同樣可起源、或附裝于板25，或者采用這樣的組合，即預(yù)定的分隔裝置22的第一和第二部分，分別起源、或依附于板20和25。
在該變壓器鐵心安裝期間，在箭頭35所指方向上的安裝壓力作用在其間夾有容器10的鐵心的鐵心片30上(部分表示，供參考)，而這些安裝壓力勢必要將板20和25擠壓在一起，從而縮小空腔23的容積，或使其全部消失。不過，在板20的內(nèi)表面上布滿間距合適、數(shù)量充足的凹坑22(凹坑22的形狀可是任意的，但為易于用諸如沖壓之類的方法制造起見，最好是圓錐形的)，以便防止安裝壓力35使空腔23容積降至預(yù)定限定以下。在鐵心心安裝期間，當(dāng)達到空腔23的預(yù)定的容積或尺寸下限時，凹坑22可接觸板25的內(nèi)表面，從而阻止空腔23的容積進一步縮小。不過，凹坑22仍然離開板25的內(nèi)表面，而不連到、或緊固在該內(nèi)表面上。
容器10的另一個優(yōu)點是在運行期間獲得的。一旦該變壓器安裝就緒、鐵心片30和容器10所組成的該夾心狀裝置已被夾緊、以便在安裝壓力35去除后剩余壓力得以充分保留，即可將冷卻液注入輸入集流管12。然后可控制空腔23中冷卻液的壓力，以使其趨于迫使板20和25分開，從而增大鐵心片30和容器10上的該剩余擠壓力。
分隔裝置22還可包括固定在板20的內(nèi)表面上或與該內(nèi)表面成整體的凸臺(rib)。然而，因為凹坑或凸泡22容易制造并對空腔23中的冷卻液的流動阻力最小，故被優(yōu)先選用。在希望提供絕對的液流控制(例如使冷卻液流向容器10的預(yù)期的熱點)的場合，可選用凸臺，因為凸臺的液流定向控制的效果比凸泡22要好。
參照圖3，圖中表示按照本發(fā)明的液冷三相變壓器的透視圖。該變壓器包括許多構(gòu)成鐵心33的鐵心片30，而鐵心33包含鐵心柱61、63和65和磁軛66和68;各自環(huán)繞鐵心柱61、63和65的線圈71、73和75;各自一對分別安置在磁軛68和66的對邊上，用以將鐵心片30和容器10牢固地夾緊并壓在一起的槽鋼62和64，這二對槽鋼可以是金屬、但不構(gòu)成該變壓器的電路或磁路的任何一個部分。
參照圖4，所表示的是圖3中液冷變壓器的截面圖。變壓器的鐵心33包含許多預(yù)定分段排列的鐵心片30，和若干個在鐵心片30之間、預(yù)定間隔的容器10。當(dāng)然，用單個容器10可獲得適當(dāng)冷卻效果、和充分冷卻的場合，可用一個容器10。線圈75包含一個呈圓形地環(huán)繞鐵心片30和容器10、并與其相隔一定距離的繞線架42。第一、或初級繞組裝置52的里層導(dǎo)線50呈圓形地環(huán)繞繞線架42，而構(gòu)成第二、或次級繞組裝置56的外層導(dǎo)線55呈圓形地環(huán)繞里層導(dǎo)線50、并與其相隔開一定距離。初級繞組裝置52和次級繞組裝置56安置于和變壓器鐵心33保持電磁通量聯(lián)系之中。諸如玻璃棒之類的支承裝置44可安置在里層導(dǎo)線50和外層導(dǎo)線55之間。此外，繞線架42和變壓器鐵心33之間的空間、初級繞組裝置52和次級繞組裝置56之間的空間，以及呈圓形環(huán)繞次級繞組裝置56的外層空間均可填滿如環(huán)氧樹脂之類的、用于封裝和對該變壓器提供必要結(jié)構(gòu)支承的夾持裝置40。此外，夾持裝置40固緊鐵心33的鐵心片30和容器10，以致在安裝壓力35(圖2)去掉后剩余擠壓力得以充分保留。為了制造鐵心33，具有用以接納液體冷卻劑的空腔23的熱交換裝置10被置于兩鐵心片30之間，增添用以構(gòu)成該鐵心33的附加鐵心片30，以便達到鐵心33的預(yù)期的電磁特性。用安裝壓力將鐵心片30和所包住的熱交換裝置10壓在一起，結(jié)果構(gòu)成一個夾心狀裝置。由于設(shè)置了如同凹坑之類的、與熱交換裝置10相結(jié)合并伸入空腔23之中的分隔裝置，便可防止空腔23的容積降至預(yù)定極限以下。夾緊該夾心狀裝置，以便在該安裝擠壓力去掉后，剩余擠壓力得以保留。把高于環(huán)境壓力的冷卻液注入該空腔，從而使熱交換裝置擴張，便可增大該剩余擠壓力。線圈71和73可用類似于線圈75的方法制造。
這種液冷式結(jié)構(gòu)，不需要氣流管或通風(fēng)孔使鐵心片30能密集壓疊，并由于與氣冷變壓器相比，該鐵心散熱更有效，因此，這種結(jié)構(gòu)使得按照本發(fā)明變壓器的額定功率能超過相同尺寸的使用氣體冷卻劑的變壓器，和/或減小了具有與氣冷變壓器相同額定功率的該變壓器的總尺寸。此外，按照本發(fā)明變壓器的運行，使冷卻液壓力可增大該變壓器鐵心中的擠壓力，從而保證鐵心片在運行期間被壓緊。
至此對用以盛裝與變壓器鐵心的鐵心片保持熱流聯(lián)系冷卻液、并使該鐵心不屈服于用來制造該鐵心的擠壓力，和用以在該變壓器運行期間增大安裝壓力的裝置和方法，已進行了描述和說明。
雖然通過圖解說明僅僅指出了本發(fā)明的某些最佳特點，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會想到很多修正和變更。理所當(dāng)然，所附的權(quán)利要求
書，旨在包羅符合本發(fā)明的精神實質(zhì)和屬于本發(fā)明范圍之內(nèi)的所有這些修改和變更。
權(quán)利要求
1.用以盛裝液體的裝置，特征在于包括-一對面對面彼此隔開的、其間用以構(gòu)成一個儲液室的部件；-至少與該部件對中的一個部件相結(jié)合的分隔裝置，每當(dāng)所述部件對受到勢必要促使其合在一起的力的作用時，該分隔裝置總是阻止該儲液室的容積降至預(yù)定的限度以下；-與該儲液室相配合的用于將液體注入該室的給液裝置；和-與該室相配合的用于將液體從該室排出的排液裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，所述部件對各自包括一塊基本上平的板。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1的裝置，其特征在于，所述的分隔裝置包括若干伸入所述儲液室的凸泡。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3的裝置，其特征在于，該凸泡按照預(yù)定的圖案排列。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2的裝置，其特征在于，所述的每一塊板包含一對相互可對齊的分割裝置，用于分割該裝置以構(gòu)成三個彼此隔開的、至少每一個的一端由一磁軛相連的鐵心柱。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5的裝置，其特征在于，該分離裝置包括若干伸入該儲液室的凸泡。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6的裝置，其特征在于，該凸泡只與所述部件對中的一個部件相結(jié)合。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的裝置，其特征在于，該分隔裝置僅與這所述部件對中的一個部件成一整體。
9.在具有一個鐵心、一個為冷卻該鐵心而設(shè)置的與該鐵心保持熱流聯(lián)系的熱交換裝置的液冷變壓器中，該熱交換裝置特征在于包括-一對面對面彼此隔開的、其間用以構(gòu)成一個儲液室的部件;-至少與這部件對中的一個部件相結(jié)合的分隔裝置，每當(dāng)所述部件對受到勢必要促使其合在一起的力的作用時，該分隔裝置總是阻止該儲液室的容積降至預(yù)定的限度以下;-與該儲液室相配合的用于將液體注入該室的給液裝置;和-與該儲液室相配合的用于將液體從該室排出的排液裝置，在該室內(nèi)部的至少一部分的液體與該鐵心保持熱流聯(lián)系，以便帶走鐵心中的熱量，從而冷卻鐵心。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9的熱交換裝置，其特征在于，所述部件對各自包括一塊基本上平的板。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10的熱交換裝置，其特征在于，所述部件對互成整體。
12.根據(jù)權(quán)利要求
9的熱交換裝置，其特征在于，所述分隔裝置包括若干伸入該儲液室中的凸泡。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10的熱交換裝置，其特征在于，所述變壓器是一個三相變壓器，所述鐵心每相有一個鐵心柱;而且，每塊板包含一對相互可對齊的、用于分割該熱交換裝置以構(gòu)成三個鐵心柱的分割裝置，所述的三個鐵心柱各自與該鐵心的每一相的鐵心柱相結(jié)合。
14.根據(jù)權(quán)利要求
10的熱交換裝置，其特征在于，所述的分隔裝置包括若干伸入該儲液室中的凸泡。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14的熱交換裝置，其特征在于，所述的凸泡只與這部件對中的一個部件相結(jié)合。
16.一種液冷(電氣)變壓器，特征在于包括-至少部分由很多鐵心片構(gòu)成的鐵心裝置;-被置于與所述鐵心裝置保持磁通聯(lián)系的初級繞組裝置;-被置于與所述的鐵心裝置保持磁通聯(lián)系的次級繞組裝置;-安置在所述鐵心的兩鐵心片之間又與該鐵心裝置保持熱流聯(lián)系的熱交換裝置;所述熱交換裝置包括一對面對面彼此隔開的用以構(gòu)成一個儲液室的部件;該儲液室具有分別用于向該室注入和從該室排出液體的給液和排液裝置;所述部件對中至少一個部件包含與其結(jié)合的分隔裝置，每當(dāng)這部件對受到勢必要縮小該儲液室容積的力的作用時，所述的分隔裝置總是阻止該室的容積降至預(yù)定限度以下;當(dāng)該室中的液體超過周圍環(huán)境壓力時，這部件對還對所述兩鐵心片施加力的作用。
17.根據(jù)權(quán)利要求
16的變壓器，其特征在于，進一步包括安置在其他有關(guān)鐵心片之間的若干個交熱交換裝置，所述若干個熱交換裝置至少被一鐵心片隔開。
18.用以制造液冷變壓器鐵心的方法，特征在于包括以下步驟-在至少構(gòu)成該變壓器鐵心一部分的兩鐵心片之間，安置熱交換裝置，該裝置具有一個用以容納冷卻液的小室;-增設(shè)足以提供該鐵心的理想電磁特性的附加鐵心片;-用安裝壓力將該熱交換裝置，兩鐵心片和附加鐵心片擠壓在一起，以構(gòu)成一個“夾心狀”裝置，-設(shè)置與所述熱交換裝置相結(jié)合并伸入該儲液小室之中的分隔裝置，以阻止該小室的容積降至預(yù)定限度以下;和-夾緊該夾心狀裝置，以便在該安裝壓力去掉后剩余壓力得以充分保留。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的方法，其特征在于，進一步包括通過將大于周圍環(huán)境壓力的冷卻液注入該小室，以使該熱交換裝置擴張，從而增大該剩余擠壓力。
專利摘要
一種用于將冷卻液封裝在液冷變壓器內(nèi)部的裝置包括一個容器。該容器有一對用以構(gòu)成小室的相對側(cè)壁。設(shè)置若干分隔件使該室避免在壓力作用于該容器時，降至預(yù)定的容積限度以下。向該室注入加壓的液體時，該容器勢必要擴張，因此，為冷卻變壓器而將該裝置安置在該變壓器鐵心的鐵心片之間時，便有力作用于這些鐵心片上，從而保證在不利的運行條件下這些鐵心片仍不致松動。
文檔編號H01F27/10GK87100299SQ87100299
公開日1987年10月28日 申請日期1987年1月13日
發(fā)明者莫里斯·弗農(nóng)·范杜森, 托馬斯·埃德溫·范沙伊克, 羅納德·沃倫·特里布利 申請人:通用電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan