DE2557696A1

DE2557696A1 - Transformer with L:shaped elastic strips - producing automatic turbulence along cooling channels between winding layers

Info

Publication number: DE2557696A1
Application number: DE19752557696
Authority: DE
Inventors: Werner Dr Stein
Original assignee: Transformatoren Union AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-12-20
Filing date: 1975-12-20
Publication date: 1977-06-30
Also published as: DE2557696C3; JPS5280424A; DE2557696B2

Abstract

The layered winding transformer has coolant flowing through cooling channels between adjacent winding layers. The channels have elements projecting into them to cause turbulence. The elements consist of thin strips with L-shaped cross-sections and made of an elastic material resistant to the conditions prevailing in the channels. The shorter side of the L engages beneath a winding conductor (11) adjacent to that cooling channel, whilst the longer side extends into the channel and has radial slots cut into its outer edge. The advantage lies in producing turbulence along the whole length of the channel.

Description

Transformator mit Lagenwicklung und Transformer with layer winding and

erzwungener Kühlmittelströmung Die Erfindung betrifft einen Transformator mit Lagenwicklung und erzwungener Kühlmittelströmung in von einander benachbarten Wicklungslagen und Abstandsleisten gebildeten axialen Kühlkanälen, in die quer zu diesen angeordnete, mit ihrem Fuß in einer dieser Wicklungslagen gehaltene, Strömungswirbel erzeugende Elemente hineinragen. forced coolant flow The invention relates to a transformer with layer winding and forced coolant flow in adjacent ones Winding layers and spacer strips formed axial cooling channels, in the transverse to these arranged, held with their foot in one of these winding layers, flow vortices generating elements protrude.

Für die thermische Auslegung von Lagenwicklungstransformatoren mit erzwungener Kühlmittelströmung ist die Wärmeübergangszahl des Wärme stromes von der Wicklung zum Kühlmittel von erheblichem Einfluß. Insbesondere bei langen Spulen bildet sich nach den sogenannten Anlaufstrecken eine laminare Strömung des Kühlmittels mit einer sehr ungünstigen Wärmeübergangszahl aus.For the thermal design of layer winding transformers with forced coolant flow is the heat transfer coefficient of the heat flow from the winding to the coolant has a considerable influence. Especially with long spools A laminar flow of the coolant forms after the so-called start-up sections with a very unfavorable heat transfer coefficient.

Nach bekannten Anordnungen kann der im Bereich der laminaren Strömung sehr schlechte Wärmeübergang entscheidend verbessert werden, wenn durch in geeigneten Abständen angeordnete; Strömungswirbel erzeugende Elemente anstelle der laminaren Strömung eine turbulente Strömung über die gesamte Wicklungslänge erzwungen wird.According to known arrangements, the can in the area of laminar flow very poor heat transfer can be improved significantly if through in appropriate Spaced; Flow vortex-generating elements instead of the laminar ones Flow a turbulent flow is forced over the entire length of the winding.

Eine zu diesem Zweck vorgesehene Einrichtung ist durch die deutsche Offenlegungsschrift 1 638 928 bekannt geworden.A facility provided for this purpose is through the German Offenlegungsschrift 1 638 928 became known.

Bei dieser Einrichtung sind die wirbelerzeugenden Elemente in Form von jeweils aus der obersten Lage radial herausragendem Beilauf aus Preßspan zwischen die Windungen der Lagen eingewickelt. Diese Ausbildung der wirbelerzeugenden Elemente ist unbefriedigend, weil durch sie der Füllfaktor der Spule entscheidend verschlechtert wird und die jeweiligen Enden des Preßspanbeilaufs durch besondere Maßnahmen in der Wicklung verankert werden müssen.In this device, the vortex-generating elements are in shape from each of the top layer radially protruding filler made of pressboard between the turns of the layers wrapped. This formation of the vortex-generating elements is unsatisfactory because it significantly worsens the fill factor of the coil is and the respective ends of the Preßspanbeilaufs by special measures in the winding must be anchored.

Durch die deutschen Offenlegungsschriften 23 16 830 und 24 22 677 ist es auch schon bekannt, wirbelerzeugende Elemente an Kühlkanäle offenhaltende Abstandsleisten oder an die Abstandsleisten tragenden, die Wicklungen umfassenden Gürteln zu befestigen. Diese Lösungen erfordern jedoch einen nicht unerheblichen Montageaufwand und sind daher in vielen Fällen unwirtschaftlich.By the German Offenlegungsschriften 23 16 830 and 24 22 677 it is also already known to keep vortex-generating elements on cooling channels open Spacer bars or to the spacer bars supporting the windings To fasten belts. However, these solutions require a not inconsiderable one Installation effort and are therefore uneconomical in many cases.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die wirbelerzeugenden Elemente so auszubilden und in Bezug auf die Kühlkanäle und die Wicklung so anzuordnen, daß die vorstehend erwähnten Nachteile vermieden sind und trotzdem über die gesamte Wicklungslänge durchgehend eine turbulente Strömung des Kühlmittels erzwungen ist.The invention is therefore based on the object of the vortex-generating To design elements and to arrange them in relation to the cooling channels and the winding in such a way that that the above-mentioned disadvantages are avoided and still over the entire Winding length is continuously forced a turbulent flow of the coolant.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Strömungswirbel erzeugenden Elementen dadurch gelöst, daß die Elemente aus sehr dünnen Streifen eines temperatur-, feuchte- und formbeständigen, elastischen Werkstoffs bestehen, daß die Streifen parallel zu ihrer Länge in sich um 900 abgewin-Kkelt sind und einen L-förmigen Querschnitt haben, daß der im Querschnitt den kürzeren Schenkel darstellende Teil des Streifens unter einen Leiter einer der den Kühlkanal begrenzenden Wicklungslagen eingewickelt ist, und daß der andere im Querschnitt den längeren Schenkel darstellende Teil des Streifens die Oberfläche der ihn haltenden Wicklungslage überragt und radiale Einschnitte aufweist.According to the invention, this object is achieved with flow vortices Elements solved by the fact that the elements consist of very thin strips of a temperature, Moisture and dimensionally stable, elastic material exist that the strips parallel to their length are angled by 900 and an L-shaped cross-section have that the part of the strip showing the shorter leg in cross section wrapped under a conductor of one of the winding layers delimiting the cooling duct is, and that the other in cross section the longer leg showing part of the The strip protrudes over the surface of the winding layer holding it and has radial incisions having.

Nach vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung sind die Streifen 0,1 bis 0,25 mm stark und bestehen aus durch Kalandrieren hochverdichteten Fasern aus aromatisiertem Polyamid. Von den Einschnitten in den die Wicklungslage überragenden Teil des Streifens reicht nur jeder Dritte bis auf den Grund des im Querschnitt längeren Schenkels.According to advantageous embodiments of the invention, the strips 0.1 to 0.25 mm thick and consist of fibers that are highly compressed by calendering made of flavored polyamide. From the incisions in the one protruding from the winding layer Only every third part of the strip extends to the bottom of the cross-section longer leg.

Nach einer besonderen Ausgestaltung sind diese tiefen Einschnitte zu einem V-förmigen Ausschnitt erweitert und ragen die zwischen den Ausschnitten stehenbleibenden Trapeze mit ihrer der kleineren Grundlinie zugekehrten Seite in den Kühlkanal hinein.According to a special embodiment, these are deep cuts expanded to a V-shaped cutout and protruded between the cutouts standing trapezoids with their side facing the smaller baseline in into the cooling duct.

Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist der die Wicklungslage überragende Teil des Streifens jeweils im Bereich der Abstandsleisten auf die Wicklungsoberfläche gekippt und ist in dieser Lage von den Abstandsleisten selbst festgehalten.According to an expedient development of the invention, this is the winding layer protruding part of the strip in each case in the area of the spacer strips on the winding surface tilted and is held in this position by the spacer bars themselves.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Ausbildung und Anordnung der Strömungswirbel erzeugenden Elemente ist sehr vorteilhaft, weil sie mit nur geringem Aufwand an Werkstoff und Fertigungazeit einsetzbar ist. Insbesondere tritt praktisch keine Änderung des Füllfaktors der Wicklung auf und im Bereich der Abstandsleisten sind keine Aussparungen der Strömungswirbel erzeugenden Elemente erforderlich, da sich die entsprechenden Teile der sehr dünnen Streifen in die ohnehin vorhandene Isolation der einzelnen Leiter eindrücken lassen. Die Verwendung derartig dünner Elemente ist möglich, weil der durch die Kühlmittelströmung verursachte 2 Staudruck weit unterhalb von ip/cm liegt. Die notwendige Stärke der. wirbelerzeugenden Elemente wird also nicht vom Staudruck, sondern von der Verarbeitbarkeit und der mechanischen Eigenstabilität unter den Bedingungen im Transformator bestimmt.The design and arrangement of the flow vortices proposed according to the invention Generating elements is very beneficial because they can be attached with little effort Material and production time can be used. In particular, practically none occurs Change the fill factor of the winding on and in the area of the spacer bars no recesses of the flow vortex generating elements required, since the corresponding parts of the very thin strips in the already existing insulation of the individual conductors. The use of such thin elements is possible because the back pressure caused by the coolant flow is far is below ip / cm. The necessary strength of the. vortex-generating elements So is not from the back pressure, but from the processability and the mechanical Determined intrinsic stability under the conditions in the transformer.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: Figur 1 einen Abschnitt von einem Strömungswirbel erzeugenden Element in der Seitenansicht und Figur 2 einen Schnitt durch dieses Element.An embodiment of the invention is based on a drawing explained in more detail. In detail: FIG. 1 shows a section of a flow vortex generating element in the side view and Figure 2 shows a section through this Element.

Figur 3 zeigt die Anordnung dieser Elemente in der Wicklungslage einer Transformatorwicklung. Figure 3 shows the arrangement of these elements in the winding layer a transformer winding.

Ein Streifen 1 aus 0,1 bis 0,25 mm starkem Werkstoff ist um eine parallel zu seiner Längsausdehnung verlaufende Kante 2 um 900 abgewinkelt und hat dadurch einen L-förmigen Querschnitt.mit einem im Querschnitt kürzeren Schenkel 3 und einem im Querschnitt längeren Schenkel 4. Als Werkstoff werden dabei vorzugsweise Bahnen aus durch Kalandrieren hochverdichteten Fasern aus aromatisiertem Polyamid verwendet.A strip 1 made of 0.1 to 0.25 mm thick material is parallel to one another Edge 2 running along its length angled at 900 and thus has an L-shaped cross-section with a leg that is shorter in cross-section 3 and a leg 4 longer in cross section. The preferred material is Sheets of highly compressed fibers made of flavored polyamide by calendering used.

Der im Querschnitt längere Schenkel des L-förmigen Profils ist von seiner freien Kante her in Abständen von jeweils etwa 5 mm mit kurzen Einschnitten 9 und tiefen Einschnitten 10 versehen. Vorzugsweise ist jeder dritte Einschnitt ein tiefer Einschnitt 10, der sich bis an die Kante 2 erstreckt. Die Einschnitte 9 und 10 ermöglichen eine Anpassung des Streifens 1 an den von der Wicklung gebildeten Zylindermantel unter Vermeidung von Zugspannungen in dem hochstehenden Schenkel 4 des Streifens 1.The leg of the L-shaped profile, which is longer in cross-section, is from its free edge at intervals of about 5 mm each with short incisions 9 and deep incisions 10 provided. Preferably every third incision is a deep incision 10 which extends to the edge 2. The cuts 9 and 10 enable the strip 1 to be adapted to those formed by the winding Cylinder jacket avoiding tensile stresses in the upstanding leg 4 of strip 1.

Die Streifen 1 werden beim Aufwickeln von Leitern 11 auf Wicklungstragzylinder 5 in den erforderlichen axialen Abständen in die jeweils oberste, einen Kühlkanal begrenzende Wicklungslage mit eingewickelt. Dabei legt sich der kurze Schenkel 3 unter den Leiter 11 und wird von diesen in radialer Richtung festgehalten. Der lange Schenkel 4 ist zwischen zwei benachbarte Windungen des Leiters 11 eingeklemmt und so gegen Verschiebungen in axialer Richtung ebenfalls gesichert. Der lange Schenkel 4 ist länger als die Leiter 11 einschließlich ihrer Isolation stark sind und ragt sonit in den Kühlkanal 7 hinein, der in Richtung des Pfeiles 8 von einem flüssigen Kühlmittel, beispielsweise von Transformatoröl, durchströmt ist.The strips 1 are when winding conductors 11 on winding support cylinder 5 at the required axial distances in the topmost, one cooling channel limiting winding layer with wrapped. The short leg 3 lies down under the conductor 11 and is held by these in the radial direction. The long Leg 4 is clamped between two adjacent turns of the conductor 11 and thus also secured against displacement in the axial direction. The long leg 4 is longer than the conductors 11, including their insulation, are strong and protrudes sonit into the cooling channel 7 in the direction of arrow 8 by a liquid Coolant, for example transformer oil, flows through it.

Bei der Anpassung des Streifens 1 an die gebogene Oberflache des Wicklungstragzylinders 5 werden die Einschnitte 9 und 10 V-förmig erweitert, so daß die in den Eiiblkanal 7 hineinragenden Enden des langen Schenkels 4 in Umfangsrichtung in verhältnismäßig kurzen Abständen unterbrochen sind und durch die Unterbrechungsschlitze zusätzliche Turbulenzen erzeugen.When adapting the strip 1 to the curved surface of the winding support cylinder 5, the incisions 9 and 10 are widened in a V-shape so that they enter the egg canal 7 protruding ends of the long leg 4 in the circumferential direction in relatively short distances are interrupted and additional by the interruption slots Create turbulence.

Dieser Effekt kann unter besonderen Voraussetzungen dadurch unterstützt werden, daß die tiefen Einschnitte 10 von vornherein V-förmig geschnitten sind.This effect can be supported under special conditions be that the deep incisions 10 are cut in a V-shape from the outset.

Ein weiterer Grund für die Begünstigung und die Entstehung von Turbulenzen ist die sehr geringe Stärke des Streifens 1, derzufolge die in den Kühlkanal 7 hineinragenden Enden des Schenkels 4 sehr leicht in Schwingungen versetzt werden können.Another reason for favoring and creating turbulence is the very low thickness of the strip 1, as a result of which those protruding into the cooling channel 7 Ends of the leg 4 can be very easily made to vibrate.

Claims

Claims Transformer with layer winding and forced coolant flow formed in adjacent winding layers and spacer strips, axial Cooling channels, arranged transversely to these, with their foot in one of these winding layers held, flow vortex-generating elements protrude, characterized in that that the elements consist of very thin strips (1) of a temperature, moisture and dimensionally stable, elastic material exist that the strips (1) parallel to their length in are angled by 900 and have an L-shaped cross-section that the im Cross section of the shorter leg (3) showing part of the strip (1) below a conductor (11) wrapped in one of the winding layers delimiting the ICuhlkanal (7) is, and that the other part showing the longer leg (4) in cross section of the strip (1) protrudes over the surface of the winding layer holding it and is radial Has incisions (9,10).

2. Transformer with layer winding according to claim 1, characterized in that that the strips (1) are 0.1 to 0.25 mm thick and made of highly compressed by calendering Fibers are made from flavored polyamide.

3. Transformer with layer winding according to claim 1 and 2, characterized characterized in that only every third incision (10) down to the bottom of the cross-section longer leg is enough.

4. Transformer with layer winding according to claim 1 to 3, characterized characterized in that every third incision (10) to a V-shaped cutout is expanded and the trapezoids remaining between the cutouts with their the side facing the smaller baseline protrude into the cooling channel (7).

5. Transformer with layer winding according to claim 1 to 4, characterized in that that the part of the strip (1) protruding beyond the winding layer is in each case in the area of the spacer bars is tilted on the winding surface and in this position of the spacer bars is tested.