CN102169747B - 用于电力机械的壳体 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了用于电力机械的壳体。本发明涉及用于电力机械(10)，尤其是用于电力变压器(12)(例如干式变压器)的壳体，其中壳体(18)中设有冷却通道(26，28)，冷却流体通过所述冷却通道流动，电力机械(10)以及冷却系统(20)均设置在壳体(18)中，提供了竖直设置的用于冷却媒介的第一通道与第二通道(26，28)，该媒介围绕电力变压器(12)流动，其中容纳有电力机械(10)和冷却系统(20)的壳体(18)至少部分地形成密封的封闭体。
Description
技术领域
本发明涉及用于电力机械，尤其是用于电力变压器(例如干式变压器)的壳体，该壳体中设有冷却通道，冷却流体通过该冷却通道流动。
背景技术
冷却通常通过将干式变压器中的操作期间所产生的热量直接散发到周围环境中而发生在设置为电力变压器的电力机械中。
在电力机械中，尤其是设置为紧凑式电力变压器的这样高功率的电力机械中，除了通过对流而冷却，考虑额外的冷却方式可能是必需的。
因此，在现有壳体构思(concept)中，特别地提供了用于冷却紧凑式电力变压器的冷却通道，其中该冷却主要通过自由对流的方式(其意味着通过自然冷却)发生。
在更高的变压器输出的情形下，这可能是不够的，因而需要调整壳体的设计，或者需要提供额外单独的具有强制冷却的冷却系统。
根据还应用到设置为干式变压器的电力变压器的最新构思，将该干式变压器设置为另外被一壳体所包围，该壳体通过利用冷却流体围绕该变压器绕组的特意设置的流动(purposeful flow)而为该变压器提供改进的冷却，其被例如空气-空气冷却器(air-to-air cooler)或空气-水冷却器(air-to-water cooler)冷却。
用于干式变压器的机壳可从DE 19812243得知，其元件与设置的特征在于，周围空气可流经该机壳周围且被冷却和润湿，其与连续地或以负载相关的方式用水润湿外部可湿护套(outer wettable jacket)的通流(through-flow)期间的冷却和润湿相同，并且冷却过的潮湿空气以这样的方式被引导，使得其连续地冷却被高压绕组所辐射的实心主体表面，并从下面进入各变压器腿部的冷却通道中，并在从该冷却通道离开时被抽出和引导走。
该已知的冷却原理所基于的原理在于，空气的主要成分(即氮和氧)是非常差的热载体，并且对于热量散发实际上能透过。另一方面，很多气体(尤其是二氧化碳和水蒸气)吸收散发的热量并将其散发出。
因此，在变压器的冷却空气中具有高含量的处于不饱和状态的水蒸气会提高其热吸收能力。还知道的是，水具有很高的蒸发热。其在标准压力下大约是627瓦特小时/千克(Wh/kg)，所以水的使用基本上确保了良好的热吸收，其原因在于，确定用来冷却变压器的空气富含有水，并且由于从该变压器所吸收的热而容许该水蒸发，并从变压器移除热量。
不利的方面在于，对于水到空气中的定期添加，需要优选的封闭的冷却系统，以便因此限制水的消耗。
另一方面，在具有强制冷却的变压器壳体的开发中，需要对每个变压器重新配置和安装相应的冷却系统。在这种情形下，失去了通过对流而自然冷却的可能性，这意味着这样的变压器因而仅能以强制方式冷却。
在恒定的周围条件下，壳体内部与外部的自然冷却对于达到一定大小的壳体而言都是足够的，从而移除特定量的耗散。为了容许移除高于此的耗散，或者确保补充增加的周围温度，用于冷却的进一步的措施是必需的。
发明内容
基于本领域的这种状态，本发明的目的在于，根据变压器的耗散，提供用于电力机械的壳体，其容许该变压器的自然冷却以及强制冷却。
根据本发明，该目标通过权利要求1描述的特征而实现。根据其提供了一壳体，在该壳体中完全地设置电力机械和冷却系统，并且该壳体包括用于冷却媒介的竖直设置的通道，该冷却媒介围绕该电力机械流动，容纳有该电力机械和该冷却系统的壳体至少部分地形成密封的封闭体(encapsulation)。
在这种情况下，一种可能在于，将一个或若干个壳体模块集成在侧壁中，该模块包括用于改进内部循环的风扇。还有一种可能通过模块的连接而提供，该模块包括外部风扇并改进外部循环。两种措施可分别地考虑，也可组合地考虑。
根据本发明的一个优选实施例，用于冷却流体的通道设置成分别搁置在该电力机械的绕组的表面上。在这种情况下，该冷却通道的设置以这样的方式而提供，使得一方面所需的电绝缘体厚度不会降到所需的量之下，并且另一方面，确保足够的表面接触用于可能的最佳热传送。
根据本发明的还有一个有利的开发，该冷却流体是气态的。根据本发明的一特定实施例，可使用液态的冷却媒介。
根据本发明的还有一个优选实施例，该冷却通道设置为用于引导各管中的冷却流体，该管分别围绕相应的变压器绕组而设置。
代替冷却管，也可通过波状或盒状结构(boxlike structure)形成该冷却通道，该结构优选地包括金属，但也可选地可包括塑料，例如波纹状板或波纹状玻璃，其围绕变压器的相应绕组设置。
冷却通道也可以互补的方式设置在线圈的绕组中，其意图用于改进线圈绕组中的操作中所导致的热耗散，通过这样将线圈绕组的内部产生的热量引导到外部，并在那里被流过设置在该壳体中的冷却通道的冷却媒介吸收并带走。
根据本发明的还有一个优选实施例，冷却流体在自然对流的影响下循环并围绕该电力机械流动。
在本发明的一个有利的开发中，还可设为，为冷却流体提供至少一个传送装置，该装置确保冷却流体的强制循环，用于围绕该电力机械流动并用于吸收其热量。
根据本发明的一个优选实施例，提供了至少一个风扇作为用于该冷却流体的传送装置，其中有利的是，该至少一个风扇设置在容纳了带有冷却系统的该电力机械的壳体上侧。这样提供的优点在于，设置在这里的风扇能以受控的方式释放从该变压器产生的热量，该热量会到达这里并在这里累积。
可选地，根据本发明的冷却系统能以这样的方式而改进，使得至少一个风扇设置在容纳了具有冷却系统的该电力机械的壳体的侧面。
最后还可提供，将至少一个风扇设置在容纳了具有冷却系统的该电力机械的壳体的底侧。
在本发明的还有一个有利的开发中，根据本发明的冷却系统的特征为这样的方式，使得其包括至少一个与板式热交换器类似的结构，并确保冷却流体足够的内部循环与外部循环。
热传送几何形状通过竖直连接的冷却管或通过与例如板式热交换器的几何形状类似的波纹状结构产生。空气的内部循环(在冷却通道外)与外部循环(在冷却通道内)均围绕壳体而实现。空气的该循环可以是强制的，或者通过自然流动发生。
尤其有利的是，通过该电力机械、该至少一个用于冷却流体的传送装置以及周围共同壳体中的至少一个与板式热交换器类似的结构的设置，允许模块化的配置。
基本上，本发明还可被认为是内部冷却回路与外部冷却回路，其中该内部冷却回路包括围绕线圈绕组的区域，其优选地通过流挡板(flow barrier)在侧面与外部区域隔开。在由流挡板限定的这个区域中，冷却媒介以预期方式向上或向下传送，其在那里与该外部区域的冷却媒介进行直接接触，并将热量传送到其上。
该冷却回路的外部区域包括由该壳体的外壁以及流挡板所限定的区域，和根据本发明在顶部区域或侧部以及可选地在底部区域而提供的热交换器。
特别是，对于该冷却系统而言被证明是有利的，由该电力机械、该至少一个用于冷却流体的传送装置以及该至少一个板式热交换器所形成的装置能以模块化的方式在周围壳体中扩展。为了该目的，各部件被设置为模块，其尺寸分别以这样的方式而调整，使得容易进行简单的改变，并且不需要太多工作。
如已经提及的那样，为了强制冷却的目的提供了风扇，该风扇可连接到壳体的底部、侧部以及上部区域。风扇可设置成轴流式风扇，并且能以模块化的方式连接到顶部，其中可选地提供了相应的顶部结构或用于该连接的框架。
因为顶部风扇会持续在所谓的“冷却媒介入口”处从该变压器壳体底部的周围环境中吸入冷却空气，所以，以此方式改进了过热点(例如顶部)的冷却。冷却空气有利地向上被排出。此外，另外的风扇(例如径流式风扇)可侧向连接到该壳体上。它们确保在该线圈的上边缘处吸入加热的空气，并在冷却管或波纹状结构与竖直的空气引导板之间将其引导回去。该侧向风扇还优选地被安装在一框架上，以便确保该构思的模块性。
这些与进一步的有利实施例以及本发明的改进是所附权利要求的主要内容。
附图说明
通过参考如附图中所示的本发明的实施例，将更详细地说明和描述本发明、有利的实施例和本发明的改进以及本发明的特定优点，其中：
图1在前截面图中显示了三相电力变压器的示意图；
图2显示了根据图1的变压器的侧视图；
图3显示了根据图1的变压器的顶视图，以及
图4显示了图3中的细节“X”的截面放大图。
零部件清单
| 10 | 电力机械 |
| 12 | 变压器 |
| 14 | 上磁轭(yoke) |
| 16 | 底部磁轭 |
| 18 | 壳体 |
| 19 | 绕组 |
| 20 | 冷却装置，冷却系统 |
| 22 | 外壁 |
| 24 | 第一冷却通道 |
| 26 | 第二冷却通道 |
| 28 | 第三冷却通道 |
| 30 | 导流轮廓(flow guide profile) |
| 32 | 底部壳体开口(例如用于空气供给) |
| 34 | 间隙区域，例如用于吹出已冷却的内部空气 |
| 36 | 顶部区域 |
| 38 | 传送装置，例如径流式风扇 |
| 40 | 板式热交换器(具有传送装置，例如轴流式风扇) |
| 42 | 接线盒 |
具体实施方式
图1在变压器12的前侧截面图中显示了根据本发明的三相电力机械10的示意图，变压器12包括上磁轭14与底部磁轭16以及围绕着它们的壳体18，其中该截面是正好在正面壳体壁的后面穿过容纳有变压器12的壳体18而横截的。
此外，该截面图显示了根据本发明的用于变压器12的冷却装置20。冷却装置20包括用于冷却媒介的两个传送装置，以及位于绕组19两侧的第一、第二和第三冷却通道24,26,28，该传送装置在该示意图中显示了并侧向设置在壳体20的侧壁22上，该冷却通道通过覆盖了绕组19整个高度的导流轮廓30而互相隔开，并且使间隙34朝向顶部与底部，冷却媒介通过该间隙而循环。
在本文所示的示例中，空气被作为冷却媒介提供，该冷却媒介在壳体18中围绕散发热量的变压器12流动，并在该过程中吸收其热量以及将该热量传送到散热装置(heat sink)上。
所提及的设置在壳体18侧壁22上的用于冷却媒介的传送装置是冷却装置20的一部分，并且优选地设置为径流式风扇，该径流式风扇将冷却媒介向下传送到设置在壳体18的外壁22与导流轮廓30之间的第一冷却通道24中。该冷却流与通过靠近底板(floor)的开口32流入的冷却媒介在那里混合，并且又向上流动通过也设置在外壁22与导流板30之间的第二冷却通道26。
如在图4中的细节“X”的详细放大图中所特别显示的那样，第一冷却通道24与第二冷却通道26以交替方式互相紧挨着设置，因此沿着相应电力机械10的纵向侧提供了均匀温度的轮廓，作为用于电力机械10的冷却的散热装置。
另外，冷却媒介通过间隙34到达与壳体18底板上的底部磁轭16侧向相邻的一间隔。冷却流从那里向上折回，并且又向上流动到第三冷却通道28中，第三冷却通道28被导流板30与第一、第二冷却通道24,26隔开。
该冷却媒介的该向上流动被至少一个另外的风扇(未在此处显示)支持，该风扇属于冷却装置20，并设置在壳体18所谓的顶部部分36中，其将当前被加热的冷却媒介向上排放到外部(箭头)。
图2显示了图1中所示的电力机械10的侧视图，电力机械10与冷却装置20共同地设置在壳体18中。该冷却装置除了包括图1中所示的传送装置38与用于该冷却媒介的入口开口32以及第一冷却通道与第二冷却通道24,26之外，还包括也设置在根据本发明的电力机械10的顶部区域36中的用于该冷却媒介的传送装置38，该传送装置38于此在侧视图中显示，还显示了通过释放废热(waste heat)而确保最佳冷却的板式热交换器40。
用于电力机械10的电力连接的接线盒42设置在壳体18的两个前侧。
图3最后显示了电力机械10的截面顶视图，该示意图显示了变压器12和壳体18，壳体18围绕着变压器12并包括设置在该壳体中的第一、第二和第三冷却通道24,26,28。为了此目的，移除了电力机械10的顶部区域36。
在变压器12的三个绕组19两侧相对于其纵向轴线以轴向平行的方式互相紧挨着设置的第一冷却通道与第二冷却通道24,26构成了矩形横截面的分别形成的通道。它们以盒状方式从相应轮廓的平坦材料成形，该材料优选地是轻金属(由于其良好的热传导性)，或者也可以是塑料轮廓，已提及的导流轮廓30设在直接搁置于其上的绕组两侧，该导流轮廓30将第一冷却通道和第二冷却通道24,26与第三冷却通道28隔开。
图4中所示的详细的“X”的详细放大显示，第一冷却通道24与第二冷却通道26以交替方式互相紧挨着设置，从而沿着相应电力机械10的纵向侧产生均匀温度的轮廓，作为用于冷却电力机械10的散热装置。
这些第一冷却通道与第二冷却通道24,26优选地由相应成形的盒式轮廓形成，该盒式轮廓被均匀地插入由外壁22和冷却导板30所限定的间隔。
大体上，根据本发明的冷却构思可被认为是两回路的系统，其包括内部回路，空气流在该内部回路中由例如径流式风扇38来支持。在该过程中，冷却媒介在例如由波纹状或盒式轮廓形成的前述冷却通道之间流动，并且在该壳体壁与空气导流板之间流动。热量在该过程中被传送到外部的“回路”。
该外部冷却回路是基于该冷却媒介的竖直流利用顶部风扇(例如轴流式风扇40)的支持而产生的事实，其原因在于，冷却空气在底板区域被吸入并从那里向上流到所设的冷却通道中。在该过程中，该冷却空气吸收从内部冷却回路产生的热量并将其散发到外部。
优选地，该变压器的线圈提供了用于用在根据本发明的壳体中的内部冷却通道，以便因此更佳地消散热损失。
Claims (16)
1.一种用于电力机械(10)的壳体，其中所述壳体(18)中设有第一冷却通道(24)、第二冷却通道(26)和第三冷却通道(28)，冷却流体通过所述冷却通道流动，其中所述电力机械(10)与冷却系统(20)均设置在所述壳体(18)中，提供了用于所述冷却流体的竖直设置的第一冷却通道(24)与第二冷却通道(26)，所述冷却流体围绕所述电力机械(10)流动，容纳所述电力机械(10)和所述冷却系统(20)的所述壳体(18)至少部分地形成密封的封闭体，其特征在于，提供了至少一个板式热交换器，该板式热交换器具有所述冷却流体的内部循环与外部循环，并且至少一个板式热交换器设置在所述电力机械(10)的绕组(19)的上方；第一冷却通道(24)与第二冷却通道(26)以交替方式互相紧挨着设置。
2.根据权利要求1所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，用于所述冷却流体的所述第三冷却通道(28)的至少一部分搁置在所述电力机械(12)的绕组(19)的表面上。
3.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述冷却流体是气态的。
4.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述第一冷却通道(24)和所述第二冷却通道(26)由单独的管形成。
5.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述第一冷却通道(24)和所述第二冷却通道(26)由金属或塑料制造的波纹状结构形成。
6.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述第一冷却通道(24)和所述第二冷却通道(26)由波纹状板或波纹状玻璃形成。
7.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述冷却流体在自然对流的影响下循环并围绕所述电力机械(10)流动。
8.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，提供了至少一个用于所述冷却流体的传送装置，所述传送装置促成所述冷却流体的强制循环，以用于围绕所述电力机械(10)流动并吸收其热量。
9.根据权利要求8所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，提供了至少一个风扇(38)作为用于所述冷却流体的传送装置。
10.根据权利要求8所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述至少一个用于所述冷却流体的传送装置被作为风扇(38)提供，所述风扇(38)被设置在容纳有所述电力机械(10)和所述冷却系统(20)的所述壳体(18)的顶部区域(36)中。
11.根据权利要求9所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，至少一个风扇侧向地设置在容纳有所述电力机械(10)和所述冷却系统(20)的所述壳体(18)上。
12.根据权利要求9所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，至少一个风扇设置在容纳有所述电力机械(10)和所述冷却系统(20)的所述壳体(18)的底部。
13.根据权利要求8所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，容纳有所述电力机械(10)、所述至少一个用于所述冷却流体的传送装置以及所述至少一个板式热交换器的所述壳体以模块化的方式而设置，并容许模块化的构造。
14.根据权利要求13所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，容纳有由所述电力机械(10)、所述至少一个用于所述冷却流体的传送装置以及所述至少一个板式热交换器所形成的布置的所述壳体(18)能以模块化的方式扩展。
15.根据权利要求1或2所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述电力机械(10)是电力变压器(12)。
16.根据权利要求15所述的用于电力机械的壳体，其特征在于，所述电力变压器(12)为干式变压器。
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