DE3501602A1 - Kuehlvorrichtung fuer elektrische maschinen, vorzugsweise transformatoren - Google Patents

Description

Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen, vorzugsweise Transformatoren

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung für elektrische Maschinen, insbesondere Transformatoren, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, mit deren Hilfe Wärme von dem in eine Kühlflüssigkeit eingetauchten Gerät über die Seitenwände eines Tanks abgeführt werden kann.

Elektrische Maschinen, wie z. B. Transformatoren oder Induktionsregler, werden in eine isolierende Kühlflüssigkeit eingetaucht, in einem Tank betrieben, so daß die einzelnen Teile des Gerätes gegen einander durch die Kühlflüssigkeit isoliert werden und andererseits durch die Zirkulation und die Leitfähigkeit des Kühlmittels vom Gerät erzeugte Wärme zur Wand des Tanks abgeführt wird. Um die Abstrahlung der Wärme von den Außenwänden zu verbessern, sind Kühlflächen oder Wärmeaustauscher an den Wänden des Tanks montiert, die die Wärme an die Umgebungsluft abgeben. Derartige bekannte Einrichtungen können sowohl bezüglich der Größe als auch des Wirkungsgrads des Transformators Probleme aufwerfen. Um sowohl die Volumenmenge als auch die Kosten für die Kühlflüssigkeit und die Tragkonstruktion zu verringern, ist es wünschenswert, Kühlvorrichtungen vorzusehen, die mit einem Minimum an Kühlflüssigkeit auskommen und hohe Abstrahlungsleistungen haben.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft bei einem rechteckigen Tank verwirklicht, der an gegenüberliegenden Seitenwänden eine Vielzahl von Kühlrippen trägt, die senkrecht zur Ebene der Wand nach außen ragen, wobei die Kühlrippen aus U-förmigen Elementen aufgebaut sind und mit zwei aneinander angrenzenden und längs der Peripherie miteinander verschweißten Schenkeln eine Kühlrippe bilden.

WS422P-2890 Im Ubergangsbereich

Im Ubergangsbereich der Schenkel zur Basis des U-förmigen Elementes sind benachbarte Elemente miteinander verschweißt, so daß eine durchgehende Wand entsteht, die die Tankwand darstellt. Die Schenkel des U-förmigen Elementes sind geprägt, so daß zwischen miteinander verschweißten Schenkeln Sammelleitungen entstehen, über welche auf der einen Seite die Kühlflüssigkeit zugeführt und auf der anderen Seite abgeführt werden kann. Ferner ist ein Bereich jenseits der ausgangsseitigen Sammelleitung vorgesehen, der als Gasspeicher dient.

Der Vorteil des Tankaufbaus gemäß der Erfindung besteht darin, daß das in jedem Transformator erforderliche Gasvolumen in dem Gasspeicher der Kühlvorrichtungen untergebracht werden kann und über eine entsprechende Sammelleitung mit dem gasgefüllten Raum des Transformators in Verbindung steht. Dadurch kann die Volumenanforderung an den eigentlichen Transformator und damit dessen Größe reduziert werden.

Die Erfindung mit ihren Vorteilen und Merkmalen ergibt sich auch aus der nachfolgenden Besehreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, schematische Ansicht eines Transformatortanks mit Kühlrippen als Wärmetauscher, die von zwei Außenwänden weg verlaufen;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie III—III der Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt durch die Mittelebene der Kühlrippe;

Fig. 4 einen Schnitt durch die Mittelebene einer Kühlrippe einer anderen Ausführungsform;

Fig. 5 einen perspektivischen Teilschnitt längs der Linie V-V der Fig. 3, welche die punktweise Verschweißung entlang vertikal verlaufender Kanäle zeigt;

Fig. 6 einen der Fig. 5 entsprechenden Schnitt durch die Ausführungsform der Kühlrippe gemäß Fig. 4;

Fig. 7 einen vertikalen Schnitt durch eine Kühlrippe gemäß Fig. 3. WS422P-2890 In Fig. 1

In Fig. 1 ist ein Transformatoraufbau 11 dargestellt, der aus einem Tank 13 und einer Transformatoreinheit 15 besteht und an zwei gegenüberliegenden Wänden zwei Felder 17 und 19 von Kühlrippen 21 trägt. Obwohl für die Beschreibung in dem Tank eine Transformatoreinheit 15 untergebracht ist, ist es für die Erfindung unerheblich, welche Art von elektrischer Maschine im Innern des Tanks für den Zweck der Kühlung untergebracht ist. So können z. B. Trennschalter oder Induktionsregler in einem gleichartigen Tank untergebracht und mit Hilfe einer di-elektrisehen Kühlflüssigkeit 22 gekühlt werden.

Der Aufbau umfaßt zwei einander gegenüberliegende Stirnwände 23 und 25 sowie einen oberen Boden 27 und einen unteren Boden 29 und zwei Seitenwände 31 und 33. An diesen Seitenwänden sind die Kühlrippen 21 montiert. An den Kanten, an welchen die einzelnen Wände zusammenlaufen, sind Winkelschienen 35 als Tragelemente montiert. Die Seitenwände und Stirnwände sowie die Winkelschienen sind miteinander in geeigneter Weise verbunden, vorzugsweise durch Verschweißen, wobei die Winkelschienen vorzugsweise entlang den Kanten des rechteckigen Tanks des Aufbaus gemäß Fig. 1 verlaufen. Selbstverständlich kann der Tank auch andere Formen haben und z. B. zylindrisch oder octagonal aufgebaut sein. Obwohl in der Darstellung Kühlrippen nur an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden angebracht sind, ist es selbstverständlich, daß der Aufbau drei und mehr Felder von Kühlrippen haben kann, die an entsprechenden außenliegenden Wänden bzw. Böden angebracht sind.

Zur Versteifung des Aufbaus sind an den Stirnwänden 23 und 25 Winkelschienen 37 und 39 angebracht, die quer verlaufen. Die Winkelschienen 37 sind mit den Winkelschienen 35 vorzugsweise durch Schweißen verbunden und dienen der Versteifung. Der obere Boden 29 ist vorzugsweise auf den oberen Kranz der Winkelschienen aufgeschweißt. Die abgekanteten Flansch 39 der Stirnwände 23 und 25 verlaufen in die Ebene der Seitenwände 31 und 33 und sind, wie nachfolgend noch näher erläutert, mit den von den Kühlrippen gebildeten Seitenwänden verschweißt. Die Stirnwand 23 trägt eine Öffnung 41 für eine nicht dargestellte Niederspannungsdurchführung. Entsprechend sind auch an der Stirnwand 25 Öffnungen 43 für nicht dargestellte Hochspannungsdurchführungen vorgesehen. Die Öffnungen 41 und 43 deuten lediglich Positionen für derartige Spannungsdurchführungen an

WS422P-2890 und können

und können auch an anderen Stellen des Gehäuses vorgesehen sein. So ist es z. B. möglich, die Durchführungen auch am oberen Boden 29 vorzusehen.

Jede Kühlrippe 21 des Feldes besteht aus zwei Plattenelementen 45 und 47 gemäß Fig. 2, die einander gegenüberliegen und durch Roll verformung mit rinnenförmigen Vertiefungen 49 und 51 versehen sind. Diese rinnenförmigen Vertiefungen liegen einander gegenüber und bilden Kanäle 53 zwischen konvexen Teilen 55 und 57, in denen die Kühlflüssigkeit geführt wird. Die rinnenförmigen Vertiefungen liegen dabei flächig aufeinander auf und sind flüssigkeitsdicht miteinander verbunden, so daß die einzelnen Kanäle 53 über die Kühlrippen 21 in vertikaler Richtung verlaufen.

Die Plattenelemente 45 und 47 sind ferner mit konvexen Ausformungen 59 und gemäß Fig. 7 versehen, die quer verlaufen und ebenfalls einander gegenüberliegen, so daß eine Sammelleitung 63 gemäß Fig. 3 und 7 entsteht. Eine entsprechende Sammelleitung 65 ist am unteren Ende der Plattenelemente vorgesehen und wird durch die konvexen Ausformungen 67 und 69 gebildet. Schließlich ist am oberen Ende der Plattenelemente mit Hilfe von weiteren konvexen Ausformungen 73 und 75 eine dritte Sammelleitung 71 ausgebildet. Die Sammelleitungen 63, 65 und 61 verlaufen vorzugsweise senkrecht zu den Kanälen 53. Beim Zusammenbau der Plattenelemente werden diese entlang der oberen und unteren Kante 77 und 81 sowie der äußeren Längskante 79 miteinander flüssigkeitsdicht verschweißt. Diese verschweißten Plattenelemente stellen die Kühlrippen dar, welchen die Kühlflüssigkeit vom Innern des Tankes aus durch die Öffnung 82 der Sammelleitung 63 zufließt und von dieser aus durch die Kanäle 53 nach unten zur Sammelleitung abfließt, durch welche die Kühlflüssigkeit wieder über die Öffnung 85 zurück zum Tankinnern geführt wird.

Gemäß der Erfindung stellen einander zugewandte Plattenelemente benachbarter Kühlrippen 21 die Schenkel 45a und 47a eines U-förmigen Elementes dar, die mit einem Basisabschnitt 87 einstückig verbunden sind. Dieser Basisabschnitt 87 verläuft z. B. rechtwinklig zu den Plattenelementen und wird mit benachbarten U-förmigen Elementen im Übergangsbereich von den Schenkeln zur Basis mit diesen verschweißt, wodurch die Seitenwand des Tanks 13 entsteht. Die Verschweißung 89 erfolgt vorzugsweise auf der Innenseite des Tanks, wobei die

WS422P-2890 Öffnungen

Öffnungen 91, 82 und 85 freigehalten werden. Die Öffnung 91 gemäß Fig. 3 für die Sammelleitung 71 mündet in den Tank in einem Bereich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 93 der Kühlflüssigkeit, so daß Gase wie ζ. Β. Stickstoff frei expandieren und sich in die Sammelleitung 71 sowie die Kanalabschnitte 54 zwischen den Sammelleitungen 71 und 63 ausbreiten können.

Wenn die Temperatur der Transformatoreinheit 13 während des Betriebs ansteigt, wandert auch der Flüssigkeitsspiegel der Kühlflüssigkeit über ein Niveau oberhalb der Öffnung 82. Dadurch fließt die Kühlflüssigkeit über die Sammelleitung und die Kanäle 53 nach unten zur Sammelleitung 65 und durch die Öffnung 85 zurück in das Tankinnere. Dabei gibt die Kühlflüssigkeit Wärme über die Kühlrippen nach außen ab. Der obere Teil der Kühlrippe 21 über der Sammelleitung 63 mit den Kanalabschnitten 54 dient über die Sammelleitung 71 der Gaszirkulation zwischen dem Gasraum im Tank und den Kühlrippen. Außerdem dient diese Speicherung auch zum Aufnehmen der Kühlflüssigkeit, wenn sich diese aufgrund einer erhöhten Temperatur ausdehnt, so daß der obere Teil der Kühlrippen auch zur * Sicherung gegenüber Druck dient.

Eine weitere Ausführungsform einer Kühlrippe 95 ist in Fig. 4 dargestellt, die im wesentlichen gleichartig wie die Kühlrippe 21 aufgebaut ist. Aus diesem Grund sind auch gleiche Teile mit gleichem Bezugszeichen versehen. Der Unterschied der beiden Kühlrippen besteht darin, daß die Kühlrippe 95 aus Plattenelementen und 99 aufgebaut ist, die nur durch Punktschweißung 101 in einem sy metrischen Muster miteinander verbunden sind. Bei dieser Kühlrippe kann die Kühlflüssigkeit von der oberen Sammelleitung 63 zur unteren Sammelleitung 65 frei um die Schweißpunkte herum nach unten abfließen und ist nicht, wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3, in Kanälen geführt.

Der Unterschied der beiden Kühlrippen ergibt sich auch aus den Darstellungen gemäß Fig. 5 und 6, die zeigen, daß die Kühlrippe 21 aus einer Vielzahl rinnenförmiger Vertiefungen 49 hergestellt ist, längs welchen das eine Plattenelement auf entsprechenden rinnenförmigen Vertiefungen 51 des zugeordneten Plattenelements aneinander anliegen und mit Schweißpunkten 103 verbunden sind. Die Kühlflüssigkeit läuft durch die Kanäle 53 und gibt dabei über die Plattenelemente die Wärme an die Umgebungsatmosphäre ab.

WS422P-2890 Bei der

Bei der Kühlrippe 95 gemäß Fig. 6 sind jedoch nur einzelne Schweißpunkte 101 vorgesehen, welche die beiden Plattenelemente 97 und 99 miteinander verbinden, so daß die Kühlflüssigkeit frei in der Kühlrippe vertikal von oben nach unten mit seitlicher Verteilung fließen kann.

Durch die Ausgestaltung gemäß der Erfindung entsteht ein Trasformatoraufbau, bei dem die aus einzelnen U-fÖrmigen Elementen aufgebauten Kühlrippen gleichzeitig die Funktion einer Seitenwand des Tanks übernehmen. Gleichzeitig bietet jede Kühlrippe ein Speichervolumen für das erforderliche Gasvolumen im Tank, so daß dieses Gasvolumen im Tank kleiner gehalten werden kann.

WS422P-2890 Zusammenfassung

- Leerseite -

Claims (4)

Patentansprüche

1. Kühlvorrichtung für ein elektrisches Gerät bzw. eine elektrische Maschine, welche in eine Kühlflüssigkeit eingetaucht ist, um von dem Gerät bzw. der Maschine Wärme zu der Tankwand der Kühlvorrichtung abzuführen, dadurch gekennzeichnet,

- daß zumindest ein Teil der Tankwand aus U-förmigen Elementen aufgebaut ist, die mit ihren Basisabschnitten aneinander angrenzend zu der Tankwand verschweißt sind, wobei die Schenkel der U-förmigen Elemente nach außen ragen und jeweils benachbarte Schenkel zweier Elemente als Plattenelement (45, 47) zu einer Kühlrippe (21) verschweißt sind,

- daß in dem Plattenelement (45, 47) konvexe Ausformungen angeordnet sind,

die als Sammelleitungen (71, 73, 65) dienen und mit dem Innern des Tankes durch Bohrungen (91, 82, 85) in Verbindung stehen,

- und daß der zwischen den beiden oberen Sammelleitungen befindliche Raum als Gasspeicher für das im Inneren des Tanks befindliche Gas dient.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß zumindest eines der zu einer Kühlrippe zusammengeschweißten Plattenelemente wellig ausgeführt ist und dadurch Kanäle (53) bildet, die von der oberen (71) zur unteren (65) Sammelleitung führen.

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3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

- daß beide miteinander verschweißten Plattenelemente wellenförmig ausgebildet sind und daß die flächig aufeinander aufliegenden Scheitel der Wellen flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

- daß die Plattenelemente durch Punktsehweißungen im Flächenbereich und durch eine Randschweißung entlang der äußeren Umfangslinie miteinander verbunden sind.

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FS/fr