CH691081A5 - Vorrichtung und Verfahren zum Aufheizen von Teilen. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen von Teilen mit hygroskopischen Elektro-Isolierungen auf Zellstoff- und/oder Kunststoffbasis gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf ein Verfahren zum Betreiben der Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 5. 



  Es gibt verschiedene Verfahren, nach denen Teile, die im Vakuum getrocknet werden sollen, auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Kondensationsaufheizverfahren, geläufiger unter der Bezeichnung Vapour-Phase-Verfahren. Ein solches Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung ist aus der DE 4 446 204 C1 bekannt. Dabei befinden sich die zu trocknenden Teile, es handelt sich im Wesentlichen um papierisolierte elektrische Teile, wie beispielsweise Transformatoren, Kondensatoren, Stromwandler, Stromdurchführungen etc., in einer vakuumdichten Kammer oder in einem vakuumdichten Gehäuse. Bevor die Papierisolierungen zur Erhöhung ihrer Durchschlagfestigkeit mit Transformatorenöl imprägniert werden, muss ihnen das auf Grund der Luftfeuchte im Papier gelöste Wasser entzogen werden. Dazu werden die Geräte unter Vakuum aufgeheizt.

   Dabei verdampft das Wasser und wird in dem der Vakuumpumpe vorgeschalteten Kondensator niedergeschlagen. Zum Aufheizen der Teile auf die erforderlichen Trocknungstemperaturen wird der Dampf einer niedrig siedenden Flüssigkeit, wie z.B. Kerosin, als Heizmedium in die Kammer eingelassen. Bei der Kondensation des Dampfes auf den noch kälteren Oberflächen der Teile geht die frei werdende Kondensationswärme auf diese über und erhöht die Temperatur. Falls die Transformatorenspulen vorimprägniert sind oder es sich um bereits im Betrieb gewesene Transformatorenteile handelt, enthält die Isolation auch \l. Bei der Trocknung wird der Isolation nicht nur Wasser, sondern auch \l entzogen.

   Das abfliessende Kondensat löst das aus den Teilen aufgenommene \l bzw. die anhaftenden Reste von \l, welches insbesondere bei der Wiederaufarbeitung von Transformatoren in erheblichen Mengen auftreten kann. Zur Wiederverwendung der Heizflüssigkeit wird die abfliessende Flüssigkeit aufgefangen und durch eine Förderpumpe einem Verdampfer zugeführt. Auf Grund der zunehmenden Anreicherung des höher siedenden \les im Wärmeträgerkreislauf verringert sich der Dampfdruck der Heizflüssigkeit. Dadurch nimmt die Verdampferleistung ab und die notwendige Temperatur wird an den aufzuheizenden Teilen nicht mehr erreicht. In diesem Fall muss das \l aus dem Kreislauf des Arbeitsmediums, bspw. des Kerosins, abgetrennt werden. 



  In der eingangs genannten DE 4 446 204 C1 ist der Verdampfer als Durchflussverdampfer mit aufsteigendem Flüssigkeitsstrom ausgebildet. Beim Verdampfen zieht das Kerosin in den Röhren das abzutrennende \l mit sich und scheidet sich in einem Expansionsraum von dem \l, welches in Folge Schwerkraft in eine Nachverdampfereinrichtung läuft, in der sich ein noch niedrigerer Druck einstellt als im Durchflussverdampfer. Dadurch wird das restliche \l vom Kerosin abgetrennt. Bei dieser Lösung ist also neben dem eigentlichen Verdampfer noch ein eigener Nachverdampfer notwendig, was den apparativen Aufwand erhöht. 



  Eine Trocknungsanlage der eingangs genannten Art ist z.B. auch aus der DE 3 014 831 C2 bekannt, wobei als Verdampfer ein Kaskadenverdampfer eingesetzt wird. Nachteilig hierbei ist, dass im Falle des Auftretens von Transformatorenöl die Abscheidung des \ls aus der niedrig siedenden Heizflüssigkeit, wenn kein Nachverdampfer verwendet wird, erst nach dem eigentlichen Trocknungsprozess in einem eigenen Arbeitsgang durchgeführt werden kann. 



  Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Aufheiz- und Trockenvorrichtung der genannten Art anzugeben, bei welcher die Abscheidung der höher siedenden Flüssigkeit ohne höheren apparativen Aufwand und möglichst schon während des eigentlichen Trocknungsbetriebes stattfinden kann, sodass die Nutzungszeit der Vakuumkammer erhöht wird. 



  Zur Lösung der Aufgabe ist es nach der Erfindung vorgesehen, dass der Verdampfer über eine schliessbare \ffnung mit dem Vakuumkessel und über eine Umwegleitung direkt mit dem Kondensator in Verbindung gebracht werden kann. 



  Ausführungen der Erfindung und eine neue Betriebsweise sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen. 



  Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagenen Anschlussmöglichkeiten des Verdampfers entweder an den Kessel oder direkt an den Kondensator sind zwei unterschiedliche Betriebsweisen möglich. Die erste ist der normale Betrieb, bei dem im Verdampfer Heizflüssigkeit verdampft wird, die dann in den Vakuumkessel gelangt und die zu behandelnden Teile durch Kondensation erwärmt. Die zweite Betriebsweise ist die Reinigung der Heizflüssigkeit. Dabei wird erfindungsgemäss die \ffnung zum Verdampferkessel geschlossen und die Umwegleitung zum Kondensator geöffnet, sodass die das höher siedende Medium enthaltende Lösung des Wärmeträgers innerhalb des Verdampfers aufgeheizt, die niedriger siedende Flüssigkeit verdampft und direkt dem Kondensator zugeführt wird, während die höher siedende Flüssigkeit unverdampft abgezogen wird, bevorzugt an einer im Verdampfer angeordneten Stelle.

   Diese Abscheidung führt man bevorzugt in der oder den Druckabsenkphasen durch, das heisst, die Unterbrechung der Dampfzufuhr zum Vakuumkessel erfolgt z.B. nach Erreichen einer bestimmten Objektgrenztemperatur, nach der bereits ein grosser Feuchteanteil entfernt ist. 



  Erfindungsgemäss ist ein zusätzlicher Verdampferraum für den \labscheider nicht erforderlich. Es kann jeweils während der Druckabsenkungsphasen und/oder während der Feintrocknung Transformatorenöl abgeschieden werden. Mit den bisher bekannten Verdampfern ist die Abscheidung von Transformatorenöl nur am Ende des Trockungsprozesses in einem zusätzlichen Verfahrensschritt möglich. Der Trocknungskessel ist dadurch beim Stand der Technik für die nächste Charge blockiert. Durch die Erfindung wird eine integrierte Bauform erreicht, ohne dass ein zusätzlicher explosionsgeschützter Verdampferraum erforderlich ist. 



  Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Verdampfer ein kontinuierlich arbeitender Verdampfer ist, wie z.B. ein Fallfilmverdampfer, ein Steigfilmverdampfer oder ein Kaskadenverdampfer. Diese Verdampfer zeichnen sich durch kontinuierliche Betriebsweisen aus, welche dem kontinuierlichen Prozess der Erfindung entgegenkommen. Besonders geeignet ist ein Fallfilmverdampfer, da dort die Trennung zwischen den beiden Flüssigkeiten bereits im Verdampfer erfolgen kann. Die Sammlung der schwerer flüchtigen Komponente, insbesondere des Transformatoröles, kann durch einfache Anordnung eines Sammelraumes, bevorzugt am Boden des Verdampfers, erfolgen. 



  In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Verdampfer direkt an der Aussenseite des Vakuumkessels angeordnet ist. Bei dieser integrierten Lösung nimmt der Verdampfer nur wenig zusätzlichen Bauraum ein. Der Übergang der verdampften Substanz in den aufzuheizenden Raum ist besonders einfach und erfolgt ohne wesentliche Verluste, wie dies bei langen Wegen auftreten würde. Dadurch wird eine integrierte, kompakte Bauweise erreicht. 



  Eine besonders vorteilhafte Betriebsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ergibt sich, wenn der Verdampfer taktweise betrieben wird, wobei sich die Aufheizphasen, in denen der Verdampfer mit der Vakuumkammer verbunden ist, mit den Druckabsenkphasen, in denen der Verdampfer vom Vakuumkessel getrennt ist und mit dem Kondensator in Verbindung steht, sodass die Heizflüssigkeit von der höher siedenden Fraktion befreit wird, abwechseln. 



  Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. 



  Es zeigen: 
 
   Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau einer Aufheiz- und Trockenanlage gemäss der Erfindung, 
   Fig. 2 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Vakuumkessels mit integriertem Verdampfer, 
   Fig. 3 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 2 gemäss der Schnittlinie A-A, 
   Fig. 3a ein Detail von Fig. 3, 
   Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemässen Vakuumkessels mit integriertem Verdampfer, 
   Fig. 5 einen Schnitt durch den Gegenstand der Fig. 4 gemäss Schnittlinie B-B und 
   Fig. 6 den Temperatur- und Druckverlauf im Vakuumkessel während des Aufheizens und Trocknens. 
 



  Fig. 1 zeigt einen evakuierbaren Vakuumkessel 1, in dem sich die zu trocknenden Teile 2, wie bspw. Transformatoren, befinden. Am Vakuumkessel 1 angebaut ist der Verdampfer 3 für die Heizflüssigkeit, z.B. Kerosin, wobei hier der Verdampfer als Fallfilmverdampfer ausgestaltet ist. Der Verdampfer 3 weist eine \ffnung auf, die zum Vakuumkessel 1 führt und über das Ventil 4 schliessbar ist. Eine Umgehungsleitung, verschliessbar über Ventil 5, führt zum Kondensator 11; eine Abzugsmöglichkeit für die höher siedende zweite Flüssigkeit, z.B. Transformatorenöl, führt über Ventil 7 zur Förderpumpe 8 oder über Ventil 6 zum Behälter 9, in dem sich das abfliessende Kondensat vom Vakuumkessel 1 und vom Kondensator 11, im Trenngefäs 14 von Wasser befreit, sammelt. Die Förderpumpe 10 leitet die Heizflüssigkeit zum Verdampfer 3.

   An den Vakuumkessel 1 angeschlossen sind über die Reguliereinrichtung 12 und den Kondensator 11 die Vakuumpumpe 13 sowie über den weiteren Kondensator 15 die weitere Vakuumpumpe 16. 



  Der die zu trocknenden Teile enthaltende Vakuumkessel 1 wird anfänglich mit der weiteren Vakuumpumpe 16 mit vorgeschaltetem weiterem Kondensator 15 evakuiert. Im weiteren Verlauf des Trocknungsprozesses werden aus den Teilen 2 austretender Wasserdampf und in das Vakuumsystem einströmende Leckluft mit der Vakuumpumpe 13 und dem Kondensator 11 über die Reguliereinrichtung 12 abgesaugt, welche eine Drucksperre zwischen dem Vakuumkessel 1 und dem Kondensator 11 bildet. 



  Von dem, hier als Fallfilmverdampfer ausgebildeten, Verdampfer 3 wird Kerosindampf in den Vakuumkessel 1 eingeführt. Der Kerosindampf kondensiert an den Oberflächen der Teile 2 und gibt seine Kondensationswärme an diese ab, wodurch die Temperatur im Hinblick auf die gewünschte Trocknung der Teile 2 erhöht wird. Das abfliessende Kondensat sammelt sich im Behälter 9 und wird von der Förderpumpe 10 in den Verdampfer 3 zurückgeführt. Das Kerosin wird durch die Einlauftüllen am Eingang des Verdampfers 3 gleichmässig auf dessen Rohre verteilt und läuft an den beheizten Innenflächen der Rohre nach unten. Der entstehende Kerosindampf strömt direkt in den Vakuumkessel 1 und kondensiert an den aufzuheizenden Teilen 2. Mit zunehmender Temperatur der Teile 2 steigt auch der Kerosindampfdruck in dem Vakuumkessel 1.

   Dadurch wird nicht mehr die gesamte Kerosinmenge verdampft, d.h. ein Teil läuft unverdampft durch die Verdampferrohre und wird ohne Energieverlust dem Kerosinkreislauf durch das Ventil 6 wieder zugeführt. 



  Der aus der Isolation austretende Wasserdampf wird zusammen mit der Leckluft und einem Teil des Kerosindampfes in den Kondensator 11 gesaugt. Dort kondensieren Kerosindampf und Wasserdampf und laufen in das darunter befindliche Trenngefäss 14 ab. Die Leckluft wird von der Vakuumpumpe 13 abgesaugt. 



  Werden vorimprägnierte Spulen oder Aktivteile von Reparaturtransformatoren aufgeheizt, so wird das \l von dem abfliessenden Kerosin-Kondensat ausgewaschen und in dem Kerosin gelöst. Die Folge ist eine Dampfdruckabsenkung der in den Verdampfer 3 geförderten Kerosin-\llösung und eine zunehmende geringere Aufheizgeschwindigkeit durch Verringerung des den Dampftransport bestimmenden Druckgefälles zwischen Verdampfer 3 und Vakuumkessel 1. Um die Aufheizung mit der vollen Leistung fortsetzen zu können, muss das gelöste Transformatorenöl aus dem Kerosin ausgeschieden werden. Dies geschieht erfindungsgemäss dadurch, dass z.B. am Ende der Aufheizung oder während der Feintrocknung das Ventil 4 geschlossen wird. Mit einem einstellbaren Durchsatz wird Kerosinlösung in den Verdampfer 3 gefördert. Durch \ffnen des Ventils 5 wird die direkte Verbindung zum Kondensator 11 hergestellt.

   Der Kerosindampf wird abgesaugt, kondensiert und in den Vorratstank 9 oder einen anderen Vorratstank zurückgefördert. Das Transformatorenöl läuft unverdampft durch die Verdampferrohre nach unten und wird mit der Förderpumpe 8 abgepumpt. 



  Wegen der direkten Verbindung zum Kondensator 11 wird der Druck im Verdampfer 3 auf den Kerosinpartialdruck des Kondensators abgesenkt. Dadurch ist eine optimale Trennung von Kerosin und Transformatorenöl möglich. Die kleinstmögliche Restkonzentration des Kerosins hängt im Wesentlichen nur von der Kühlwassertemperatur des Kondensators 11 ab. 



  Z.B. während der Dauer der Zwischen-Drucksenkphasen kann somit im taktweisen Betrieb der Kerosinkreislauf gereinigt werden, sodass bei Fortsetzung der Aufheizung die volle Verdampferleistung zur Verfügung steht. 



  Die Fig. 2 und 3 zeigen den als Fallfilmverdampfer ausgebildeten Verdampfer 3 mit Ein- und Ausgang für das Wärmeträgermittel (Kerosin), mit den Rohren 17 als die Heizflüssigkeit führende Rohre, mit der Verteileinrichtung am Kopf des Verdampfers 3 zur gleichmässigen Verteilung der Heizflüssigkeit, mit der verschliessbaren \ffnung zum Vakuumkessel 1, über die das verdampfte Kerosin strömt, und mit der Abzugsmöglichkeit (Sammeleinrichtung) für die höher siedende Komponente ganz unten mit dem Flüssigkeitsstandsanzeiger LS. 



  Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist der Verdampfer 3 bevorzugt seitlich des Vakuumkessels 1 an einer Aussenwand angeordnet. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Verdampfer 3 im Abstand vom Vakuumkessel 1 anzuordnen. Wesentlich ist stets, dass der Verdampfer 3, z.B. über das Ventil 4, in Strömungsverbindung mit dem Vakuumkessel 1 gebracht werden kann. Während der Phasen der Druckabsenkung wird das Ventil 4 geschlossen, wobei die im Kreislauf befindliche niedrig siedende Heizflüssigkeit der Lösung verdampft wird und die höher siedende Flüssigkeit unverdampft durch den Fallfilmverdampfer 3 nach unten läuft, gesammelt wird und von der Austragungspumpe 8 für die höher siedende Flüssigkeit abgezogen wird. Die niedriger siedende Heizflüssigkeit wird dem Kondensator 11 zugeführt. 



  Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere vorteilhafte Ausführung des Verdampfers 3, wobei das Gehäuse des Verdampfers 3 zylindrisch ausgebildet ist. Die Verdampferrohre 17 befinden sich dann also in einem äusseren, das Gehäuse bildenden Rohr 18. Hierdurch ist gegenüber den Ausführungen der Fig. 2 und 3 eine einfachere Herstellung möglich. 



  Fig. 6 zeigt den Temperatur- und Druckverlauf während des Aufheizens und Trocknens mit einer erfindungsgemässen Vorrichtung. Der Temperaturverlauf ist mit T, der Druckverlauf mit P gekennzeichnet. Die einzelnen Abschnitte des Prozesses sind bezeichnet mit: 
<tb><TABLE> Columns=2 
<tb><SEP>A<SEP>Vorbereitung des Prozesses,
<tb><SEP>B<SEP>Aufheizung,
<tb><SEP>C<SEP>endgültige Drucksenkung,
<tb><SEP>D<SEP>Feintrocknung,
<tb><SEP>E<SEP>Entnahme des zu trocknenden Teiles unterteilt und
<tb><SEP>Z<SEP>Zwischendruckabsenkungen. 
<tb></TABLE> 



  Im Bereich A wird der Vakuumkessel 1 auf den erforderlichen Betriebsdruck evakuiert. Im Bereich B findet die Aufheizung durch Kondensation des Kerosins an den aufzuheizenden Teilen 2 statt, wobei Zwischendrucksenkungsphasen Z zur Verbesserung des Feuchteentzugs eingesetzt werden. Da in diesen Zwischendrucksenkungsphasen Z der Verdampfer 3 für den eigentlichen Prozess nicht benötigt wird, kann in diesen Zeiten erfindungsgemäss die Abscheidung des \ls vom Kerosin vorgenommen werden. 



  Da der Verdampfer ab Beginn der Phase C nicht mehr benötigt wird, kann er, wie bereits ausgeführt, während der Drucksenkungsphase C und der Feinvakuumphase D (Feintrocknung) ebenfalls zur Abscheidung des \ls vom Kerosin eingesetzt werden. 



  Abhängig von der Grösse des aufzuheizenden und zu trockenden Transformators können mehrere Zwischendrucksenkungsphasen verwendet werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen von Teilen (2) mit hygroskopischen Elektro-Isolierungen auf Zellstoff-und/oder Kunststoffbasis, insbesondere Transformatoren, Kondensatoren, Messwandlern oder Stromdurchführungen, unter Vakuum durch die Kondensationswärme des Dampfes einer Heizflüssigkeit, wobei während der Aufheizung aus den Teilen (2) mindestens eine höher siedende zweite Flüssigkeit anfällt, die mit der Heizflüssigkeit eine Lösung bildet, mit einem evakuierbaren Vakuumkessel (1), einer Vakuumpumpe (13) mit vorgeschaltetem Kondensator (11) und einem Verdampfer (3) für die Heizflüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) wahlweise über eine schliessbare \ffnung mit dem Vakuumkessel (1) und über eine Umwegleitung direkt mit dem Kondensator (11) verbindbar ist.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) eine Abzugsmöglichkeit für die höher siedende zweite Flüssigkeit aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) ein kontinuierlich arbeitender Verdampfer, wie insbesondere ein Fallfilmverdampfer, ein Steigfilmverdampfer oder ein Kaskadenverdampfer ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) aussenseitig des Vakuumkessels (1) angeordnet ist.

5.

Verfahren zum Betreiben einer Aufheiz- und Trockenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) taktweise betrieben wird, wobei sich Aufheizphasen, in denen der Verdampfer (3) mit der Vakuumkammer (1) verbunden ist, mit Druckabsenkungsphasen (Z), in denen der Verdampfer (3) vom Vakuumkessel (1) getrennt ist und mit dem Kondensator (11) in Verbindung steht, sodass die Heizflüssigkeit von der höher siedenden Flüssigkeit befreit wird, abwechseln.