CN110506190A - 变压器散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及变压器散热器。该散热器包括入口歧管、出口歧管和热交换翅片。翅片在入口歧管与出口歧管之间延伸并且连接到入口歧管和出口歧管。热交换翅片限定出至少一个油流动通道以将变压器油输送到出口歧管，变压器油在使用中通过入口歧管进入散热器。热交换翅片进一步由具有连续波状轮廓的单个部件提供，并且歧管横向于波状轮廓的匝段延伸。

Description

变压器散热器
技术领域
本发明涉及变压器散热器。具体地但是非排他性地，本发明涉及用于充油式电气变压器的散热器。
背景技术
变压器散热器是一种热交换器，用于通过将油中的热量散发到周围空气来降低配电变压器或供电变压器中使用的冷却油的温度。
充油式变压器上使用了很多类型的散热器，例如各种排列的管道和椭圆管、波纹状的壁翅片和冲压钢散热器。通常在供电变压器中使用的冲压钢散热器包括冲压钢面板，该冲压钢面板被安置在一起并且围绕周边焊接以形成一个元件。然后，这些单个元件被焊接到入口歧管和出口歧管。冲压钢散热器可在各种数量的腔室(cells)中使用，这些腔室用加强杆支撑以提高刚性。由于每个腔室都由单独的、孤立的元件组成，因此需要加强。
已知散热器的一个缺点是已知散热器的成本高，这尤其可归因于需要对单独的面板进行处理，这些单独的面板需要对齐和加强以保持就位。
另一种通常与配电变压器一起使用的常用型散热器是波纹状翅片式散热器，在波纹状翅片式散热器中，波纹状翅片用于增加暴露于周围大气的箱壁的表面积，以驱散油中的热量。尽管这种散热器相对便宜，但是这种散热器具有很多缺点。一个重要的缺点是每个翅片沿着其长度是开口的，并且翅片的组合的开口侧需要由变压器箱制造商围绕整个矩形轮廓焊接到变压器箱壁，这是困难且耗时的，尤其是因为需要焊接的长度以及箱壁比散热器中使用的钢(厚度通常为1mm至1.2mm)厚例如5mm的事实。最终结果是这种散热器容易泄漏。由于在安装之前不可能对散热器进行压力测试以防止泄漏，因此这个问题更加复杂。由于开口的端部，因此也不可能对这些散热器进行镀锌。
本发明的目的是提供一种散热器，该散热器将至少部分地减轻上述缺点。
本发明的另一目的是提供一种散热器，该散热器将是现有散热器的有用替代品。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了变压器散热器，该变压器散热器包括：
入口歧管；
出口歧管；以及
热交换翅片，该热交换翅片在入口歧管与出口歧管之间延伸并且连接到入口歧管和出口歧管，其中，热交换翅片限定出至少一个油流动通道以将变压器油输送到出口歧管，变压器油在使用中通过入口歧管进入散热器，并且其中，热交换翅片由具有连续波状轮廓的单个部件提供并且歧管横向于波状轮廓的匝段延伸。
热交换翅片的单个部件可包括一对金属板部分，该一对金属板部分彼此沿周边密封并且至少在周边内的一个位置处彼此分离，以形成至少一个油流动通道。
该一对金属板部分可以是彼此密封的独立的板。替代地，该一对金属板部分可以是单个板的彼此折叠并彼此密封的部分。
优选地，热交换翅片包括位于翅片的内匝段和最外匝段中的浮凸结构，其中，浮凸结构横向于歧管延伸以便为翅片提供抗弯性和使油自由流动的通道。
翅片的每个匝段包括以密封的方式连接到入口歧管的入口和以密封的方式连接到出口歧管的出口。
入口歧管和出口歧管中的每一个可以呈管道的形式。替代地，入口歧管和出口歧管中的每一个可以由两个截面半部制成，这两个截面半部彼此连接以形成歧管。
根据本发明的第二方面，提供了用于制造变压器散热器的方法，该方法包括：
将金属板的两个部分彼此邻近地安置；
将金属板的两个部分彼此沿周边密封；
使金属板变形以形成具有连续波状轮廓的热交换翅片；
在金属板的两个部分之间提供内部增压以迫使金属板的两个部分至少在接合板的周边内的一个位置彼此分开，从而形成至少一个油流动通道；
为热交换翅片的每个匝段提供入口开口和出口开口；
提供入口歧管和出口歧管；
将入口以密封的方式连接到入口歧管中的开口，并且将出口以密封的方式连接到出口歧管中的开口。
金属板的两个部分可以呈两个独立的金属板的形式。替代地，金属板的两个部分可以呈折叠的金属板的形式。
附图说明
现在将参考附图和图示仅以示例的方式更详细地描述本发明，在附图和图示中：
图1示出了根据本发明的变压器散热器的透视图；
图2示出了同一变压器散热器的分解透视图；
图3示出了变压器散热器的平面图；以及
图4示出了变压器散热器的侧视图。
具体实施方式
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解的是，在本发明的应用中本发明并不限于以下说明中陈述的或附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明能够具有其它实施例并且能够以各种方式实施或执行。此外，应当理解的是，本文中所使用的用语和术语是为了进行描述并且不应当认为是限制性的。本文中“包含”、“包括”或“具有”及其变体的使用旨在包含其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变体被广泛使用并且包含直接和间接安装、连接、支撑和联接，因此这些术语及其变体旨在包含两个构件之间的没有任何其他构件插入其间的直接连接以及构件之间的使一个或多个其他构件插入其间的间接连接。此外，“连接”和“联接”不局限于物理连接或联接或者机械连接或联接。此外，词语“下”、“上”、“向上”、“向下(down/downward)”指定所参考的附图中的方向。术语包括以上特别提到的词语及其衍生词、以及具有相似含义的词语。应注意的是，如本说明书和所附权利要求中使用的，除非明确且毫不含糊地限制为一个对象，任何词语的单数形式“一”“一个”和“该/所述/这个”以及任何单数用法包括复数对象。如本文所使用的，术语“包含”及其语法变体旨在是非限制性的，使得列表中的项目的记载不排除可以被替换或添加到列出的项目中的其他类似项目。
图中看到的变压器散热器10具有上入口歧管12、平行于该入口歧管的下出口歧管14以及热交换翅片16，热交换翅片16连接到两个歧管并且在这两个歧管之间延伸。热交换翅片16还可被称为腔室(cell)或元件。
入口歧管具有封闭端部12.1和开口端部12.2。在使用中，开口端部以密封的方式连接到变压器油箱的侧壁中的上开口。出口歧管14具有封闭端部14.1和开口端部14.2以及与入口歧管相同的横截面形状，出口歧管14以密封的方式连接到变压器油箱的侧壁中的下开口。在每种情况下，连接都可以通过焊接来实现。替代地，可以在歧管的开口端部上设置凸缘，歧管可以通过该凸缘螺栓连接到油箱侧壁，并提供合适的垫圈以对该连接进行密封。
在示出的实施例中，入口歧管12具有大致椭圆形横截面形状，该大致椭圆形横截面形状由两个配合的截面半部12.3和12.4提供。类似地，出口歧管14的大致椭圆形横截面形状由两个配合的截面半部14.3和14.4提供。配合的截面半部12.3、12.4以及14.3、14.4可彼此焊接或者否则以密封的方式彼此连接。歧管12和14的端部12.1和14.1通过冲裁插入件12.5、14.5封闭，冲裁插入件12.5、14.5被焊接至或者否则连接到歧管。如图2所示，歧管截面半部被设置有槽形切口12.6和14.6。
尽管入口歧管12和出口歧管14被示出为由于由两个独立的截面半部制成而具有椭圆形横截面形状，但是可以设想在替代性实施例中，入口歧管12和出口歧管14可具有圆形横截面形状。在该替代性实施例中，入口歧管12和出口歧管14例如可以由管道制成。
现在返回示出的实施例，热交换翅片16包括具有连续波状的规则轮廓的单个部件，该规则轮廓由交替的弯曲部16.2以及弯曲部之间的直的平行匝段16.3形成，热交换翅片16在入口歧管与出口歧管之间提供多个油流动通道16.1。翅片具有上边缘16.4和下边缘16.5。如图所示，歧管12和14分别在弯曲部16.2之间的中间位置(即沿每个匝段16.3的长度的一半的位置)处横跨上边缘16.4和下边缘16.5延伸并且分别连接到上边缘16.4和下边缘16.5。尽管歧管12和14在附图中被示出为基本上在弯曲部16.2之间的中间位置，但是应当理解的是，歧管12和14可被定位在弯曲部16.2之间的任何位置。因此，本发明并不限于将歧管12和14定位在沿着每个匝段16.3的长度的任何特定位置。
翅片16的上边缘16.4和下边缘16.5分别被形成具有入口16.6和出口16.7。歧管与翅片的上边缘和下边缘之间的连接本质上是密封的，其中，歧管通过入口16.6和出口16.7与油流动通道16.1连通。
翅片16的内匝段和最外匝段16.3包括间隔开的竖直浮凸结构，该竖直浮凸结构呈凹肋18的形式，使这些匝段具有结构强度和抗弯性并且形成使油自由流动的通道。
在使用中，示出的散热器10被安装到变压器的油箱，油箱上部中的热油进入入口歧管并且向下穿过油流动通道16.1流动到出口歧管，该出口歧管将油输送回处于较低高度处的油箱中。翅片暴露于周围大气。在油通过翅片期间，通过与周围空气进行热交换来冷却油。
当与已知的波纹状翅片类型的变压器散热器相比时，所示出的散热器的优点是，在安装之前可以对该散热器进行压力测试以防止泄漏，这可以通过各种连接的密封性质来实现。另一优点是通过如上所述的焊接连接或凸缘连接可以相对容易地将该散热器连接到变压器油箱。进一步的优点是由连续波状翅片产生的美观外表以及给散热器的暴露表面镀锌或以其他方式保护散热器的暴露表面的能力。
当与已知的冲压钢类型的变压器散热器相比时，示出的散热器的优点是，该散热器可以以成本有效的方式大规模生产。此外，该散热器具有由连续波状翅片产生的更加美观的外表和更少的焊缝。由于连续的波状轮廓，本发明的变压器10还提供了提高的强度，并因此不需要添加额外的加固件来提高结构强度。
应当进一步理解的是，弯曲部16.2不允许油自由流动通过弯曲部。相反，从功能的角度来看，与包括孤立元件的已知散热器相比，弯曲部增加了可用于散热的表面面积。
可以设想的是，示出的散热器10可以以各种不同的方式制造。当前优选的制造方法包括以下步骤：
i)作为制造热交换翅片16的初始步骤，将1mm厚的低碳钢的两个矩形板沿周边彼此焊接以形成具有连续周边密封的单个部件。替代地，可以将单个板折叠以形成钢板的两个彼此折叠的部分，而不是以两个独立的钢板开始。然后，将折叠部分的边缘彼此焊接以形成具有连续周边密封的单个部件。以单个金属板开始并在将边缘焊接在一起之前将该金属板折叠的优点是所需的焊缝数量从四个减少到三个。
ii)在部件的相对边缘中形成弯曲凹口20。将该凹口的尺寸设计成使得凹口越过板之间的焊缝。
iii)使用合适的冲压和成形设备，将该部件成形为连续的波状形状。
iv)然后，将该部件安置在夹具内，该夹具具有位于该形状的各个匝段之间的具有某一形状(shaped)模具插入件。
v)将歧管截面半部12.4和14.4焊接到上边缘16.4和下边缘16.5，使得边缘的凹口区域被接纳在开口12.6、14.6中。在歧管12和14呈管道形式的实施例中，管道被简单地焊接到上边缘16.4和下边缘16.5，使得边缘的凹口区域被接纳在开口12.6、14.6中。
vi)由凹口20在波状部件中形成的开口在此阶段位于截面半部12.4、14.4内(或者替代地，当使用管道代替截面半部时，位于入口歧管12和出口歧管14内)。然后，如图2所示，使用合适的扩口工具将这些开口扩展打开以产生扩展的入口形状和出口形状，这些扩展的入口形状和出口形状紧密地配合在开口12.6、14.6中。入口和出口通过连续焊缝相对于开口12.6、14.6密封。
vii)可选地，当使用歧管截面半部时，将歧管截面半部12.3和14.3以密封的方式固定到歧管截面半部12.4和14.4，并且将冲裁插入件12.5、14.5密封到歧管的相应端部。在针对入口歧管12和出口歧管14使用管道的实施例中，将冲裁插入件12.5、14.5(圆形形状)密封到歧管的相应端部。
viii)将出口歧管的开口出口端部14.2暂时密封封闭，并且将流体(通常为压缩空气或液压流体)引入到入口歧管的开口入口端部12.2。构成波状部件的钢板之间的压力迫使板彼此分开，使得这些钢板呈现位于轮廓的匝段之间的模具插入件的形状，并且形成油流动通道16.1以及肋18。
ix)还可对散热器进行压力测试以防止泄漏。
x)此后，重新打开出口歧管的出口端部14.2以产生最终的散热器，如果需要，该最终的散热器可设置有适当的防腐表面处理，例如镀锌或喷漆。
应当理解的是，上文仅提供了本发明的部分实施例，并且可以有许多变化而不脱离本发明的精神和/或范围。从本申请中容易理解，可以根据各种不同的配置来布置和设计如在附图中大致描述和示出的本发明的特定特征。以这种方式，提供本发明的描述和相关的附图并不是要限制本发明的范围，而是简单地表示所选择的实施例。
本领域技术人员将理解，除非另有说明或者这些特征明显不相容，否则给定实施例的技术特征实际上可以与另一实施例的特征进行组合。此外，除非另有说明，否则在给定实施例中描述的技术特征可以与该实施例的其他特征隔离。

Claims (11)

1.变压器散热器，所述变压器散热器包括：
入口歧管；
出口歧管；以及
热交换翅片，所述热交换翅片在所述入口歧管与所述出口歧管之间延伸并且连接到所述入口歧管和所述出口歧管，其中，所述热交换翅片限定出至少一个油流动通道以将变压器油输送到所述出口歧管，所述变压器油在使用中通过所述入口歧管进入所述散热器，并且其中，所述热交换翅片由具有连续波状轮廓的单个部件提供并且所述歧管横向于所述波状轮廓的匝段延伸。
2.根据权利要求1所述的变压器散热器，其中，所述热交换翅片的单个部件包括一对金属板部分，所述一对金属板部分彼此沿周边密封并且至少在周边内的一个位置处彼此分离，以形成至少一个油流动通道。
3.根据权利要求2所述变压器散热器，其中，所述一对金属板部分是彼此密封的独立的板。
4.根据权利要求2所述变压器散热器，其中，所述一对金属板部分是单个板的彼此折叠并彼此密封的部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的变压器散热器，其中，所述热交换翅片包括位于所述翅片的内匝段和最外匝段中的浮凸结构，其中，所述浮凸结构横向于所述歧管延伸以便为所述翅片提供抗弯性和使油自由流动的通道。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变压器散热器，其中，所述翅片的每个匝段包括以密封的方式连接到所述入口歧管的入口和以密封的方式连接到所述出口歧管的出口。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的变压器散热器，其中，所述入口歧管和所述出口歧管中的每一个呈管道的形式。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的变压器散热器，其中，所述入口歧管和所述出口歧管中的每一个由两个截面半部制成，所述两个截面半部彼此连接以形成所述歧管。
9.制造变压器散热器的方法，所述方法包括：
将金属板的两个部分彼此邻近地安置；
将所述金属板的两个部分彼此沿周边密封；
使所述金属板变形以形成具有连续波状轮廓的热交换翅片；
在所述金属板的两个部分之间提供内部增压以迫使所述金属板的两个部分至少在接合板的周边内的一个位置彼此分开，从而形成至少一个油流动通道；
为所述热交换翅片的每个匝段提供入口开口和出口开口；
提供入口歧管和出口歧管；
将所述入口以密封的方式连接到所述入口歧管中的开口，并且将所述出口以密封的方式连接到所述出口歧管中的开口。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述金属板的两个部分呈两个独立的金属板的形式，使得所述方法包括将两个独立的金属板彼此焊接。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述金属板的两个部分呈折叠的金属板的形式，使得所述方法包括折叠单个金属板。
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