EP0106856B1 - Kessel, insbesondere für transformatoren, und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

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EP0106856B1
EP0106856B1 EP83901183A EP83901183A EP0106856B1 EP 0106856 B1 EP0106856 B1 EP 0106856B1 EP 83901183 A EP83901183 A EP 83901183A EP 83901183 A EP83901183 A EP 83901183A EP 0106856 B1 EP0106856 B1 EP 0106856B1
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casing
wall
cooling fin
boiler
fin element
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Walter Kanis
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Zschokke Wartmann AG
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02Casings
    • H01F27/025Constructional details relating to cooling

Definitions

  • the invention relates to a boiler, in particular for transformers, which is formed from a plurality of wall parts each extending in one direction, each of which is composed of a cooling fin element, a boiler trough side wall and a frame part, the cooling fin element on the inside of the wall part with flat strips and is reinforced on the outside of the wall part with bars placed on the rib edges.
  • a boiler is known from JP-A-55132 013.
  • a boiler is therefore provided around the electrical machine, the housing of which usually has four walls with cooling fin elements and a floor pan. The upper end is bounded by a frame on which a lid is attached to complete the boiler, e.g. B. is screwed.
  • the boiler receives the electrical machine and an oil filling, the latter, in the simplest embodiment of the boiler, conducts the heat generated by the electrical machine to the outer wall of the boiler, from where it is convectively released to the outside air.
  • the ribbed housing walls and the floor pan are welded together by hand or with the aid of simple devices. In this method, the handling, in particular, of the cooling fin elements forming the housing walls is made considerably more difficult owing to their lack of rigidity.
  • the cooling fin element is stiffened by welded rods and flat strips, but a perfect connection of its edges to the edges of the tub side wall and the frame part remains expensive because of the preparation of these edges.
  • GB-A-2068 647 first fold plates are formed and these are bent into an arrangement directed towards a large cooling surface, whereupon the further parts can only be attached to form a complete boiler. This involves relatively complex welding work.
  • DE-A-2 413 617 the entire cooling fin section is first shaped, whereupon the remaining parts of the boiler are attached. This also involves complex welding work, which is further complicated by the lack of rigidity of the cooling fin part.
  • the object of the present invention is to design a boiler of the type described at the outset in such a way that the wall parts can be produced in a stiffened design without expensive adaptation work on the cooling fin element, on the side wall of the tub and on the frame part, without additional welding work being necessary, and that the boiler can be finished in a simple manner through the wall parts produced in this way.
  • a flange is preferably formed on the tub side wall and on the frame part, which has bores which serve to position the wall parts when the boiler is formed.
  • a further claimed method for producing the boiler according to the invention is characterized in that the wall parts with the flange of the frame part are supported on a base, pins inserted through the flange bores, fixed in the base and positioned by brackets inserted into the bores of adjacent flanges of the side wall be held together.
  • a cooling fin element 1 is manufactured.
  • a band of sheet steel the width of the cooling fin element 1 is unwound from a band roll and provided in a folding press with hollow cooling fins 4, the end 5 of which is squeezed together.
  • the beginning and end 6, 7 of this tape are bent, preferably at 45 ° to the tape level (Fig. 1).
  • the cooling fin element 1 produced in this way is stiffened on the side edges by welding a flat strip 8, 9, see FIG. 2, and the cooling fins 4 are stiffened at their ends by two round bars 10, 11. If the length of the cooling fins 4 is large, further round rods can be welded on.
  • a complete wall part is shown, which is composed of the cooling fin element 1, a boiler trough side wall 2 and a frame part 3.
  • the tub side wall 2 and the frame part 3 are welded according to FIG. 3 to the cooling fin element 1 and the flat strips 8, 9 stiffening it, after the ends 5 of the cooling fins 4 have previously been welded by tensile welding.
  • a flange 12, 13 is formed in each case and provided with bores 14, 15.
  • FIG. 4 shows the provision of wall parts 1, 2, 3 for welding together to form a transformer tank.
  • the wall parts 1, 2, 3 are supported and positioned with the part 3 down on a mounting plate 16.
  • the positioning is carried out by means of positioning pins 17 arranged in the mounting plate 16, onto which the flange 13 of the frame part 3 is inserted using some of the bores 15.
  • the holes 14 in the tub side wall 2 serve to insert a bracket 18 and thus hold two wall parts together. Since the cooling fin element 1 is stiffened by the parts 8-11, this also applies to the entire wall parts 1, 2, 3, so that they can be easily positioned.
  • the beginnings and ends 6, 7 of the strips are connected by spot welding, the welding points being expediently moved inwards, in order to prevent or at least keep bending stresses in the circumferential weld seam when internal pressure occurs. Due to the spot welding at the beginnings and ends 6, 7, the housing is fixed in its final shape and can be removed from the mounting plate 16 in order to carry out the final welding of the various welding seams.
  • FIG. 6 shows the welded transformer tank which, in addition to the housing frame according to FIG. 5, has a floor pan 19 welded onto the flanges 12 of the side wall 2 of the tub.
  • the welding of the seams between the wall parts 1, 2, 3 and the floor pan 19 can be carried out manually or by machine. It is essential that wall parts are first created in a stable, dimensionally stable design, the shape stability being achieved by producing the individual parts 1, 2, 3 by simultaneously creating well-weldable and defined welding points.
  • the flat strips 8, 9 (FIG. 2) create a defined welding point which favors the production of a perfect weld seam. In particular, an improvement of the welding point at the base points of the rib ends 5 is achieved.
  • the described boiler and the associated manufacturing process are suitable for all containers in which liquids have to be cooled by ribbed housing walls.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Kessel, insbesondere für Transformatoren, der aus mehreren, sich jeweils in einer Richtung erstreckenden Wandteilen gebildet ist, von denen jedes sich aus einem Kühlrippenelement, einer Kesselwannenseitenwand und einem Rahmenteil zusammensetzt, wobei das Kühlrippenelement auf der Wandteilinnenseite mit Flachbändern und auf der Wandteilaussenseite mit auf die Rippenkanten aufgesetzten Stäben verstärkt ist. Ein derartiger Kessel ist aus JP-A-55132 013 bekannt.
  • Zur Kühlung elektrischer Maschinen, insbesondere zur Kühlung von Leistungstransformatoren, ist es bekannt, Oel als Kühlmittel zu verwenden. Es wird deshalb um die elektrische Maschine ein Kessel vorgesehen, dessen Gehäuse meistens vier Wände mit Kühlrippenelementen und eine Bodenwanne aufweist. Das obere Ende wird durch einen Rahmen begrenzt, auf dem zur Vervollständigung des Kessels ein Deckel befestigt, z. B. angeschraubt, ist. Der Kessel nimmt die elektrische Maschine und eine Oelfüllung auf, welch letztere in der einfachsten Ausführungsform des Kessels die von der elektrischen Maschine erzeugte Wärme an die Aussenwand des Kessels leitet, von wo sie konvektiv an die Aussenluft abgegeben wird. Für die Herstellung eines solchen Kessels werden die mit den Rippen versehenen Gehäusewände und die Bodenwanne von Hand oder mit Hilfe einfacher Vorrichtungen zusammengeschweisst. Bei diesem Verfahren ist die Handhabung insbesondere "der die Gehäusewände bildenden Kühlrippenelemente infolge ihrer mangelnden Steifigkeit erheblich erschwert.
  • Zur Herstellung bekannter Kessel (JP-A-5 593 205 und 55 132 013) wird zwar das Kühlrippenelement durch aufgeschweisste Stäbe und Flachbänder versteift, jedoch bleibt eine einwandfreie Verbindung seiner Ränder mit den Rändern der Wannenseitenwand und des Rahmenteils wegen der Vorbereitung dieser Ränder aufwendig. Bei einem weiteren bekannten Kessel (GB-A-2068 647) werden zunächst Faltenbleche gebildet und diese in eine auf grosse Kühloberfläche gerichtete Anordnung gebogen, worauf dann erst die weiteren Teile zur Bildung eines vollständigen Kessels angebracht werden können. Damit sind verhältnismässig aufwendige Schweissarbeiten verbunden. In ähnlicher Weise wird bei einem weiteren bekannten Kessel (DE-A-2 413 617) zunächst die gesamte Kühlrippenpartie geformt, worauf dann die übrigen Teile des Kessels angebracht werden. Hierbei handelt es sich ebenfalls um aufwendige Schweissarbeiten, die durch die mangelnde Steifigkeit des Kühlrippenteils zusätzlich erschwert werden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kessel der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass die Wandteile ohne aufwendige Anpassarbeiten an dem Kühlrippenelement, an der Wannenseitenwand und an dem Rahmenteil in einer versteiften Ausführung hergestellt werden können, ohne dass zusätzliche Schweissarbeiten erforderlich sind, und dass der Kessel in einfacher Weise durch die so hergestellten Wandteile fertiggestellt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst; dass die Flachbänder bündig mit den Seitenrändern des Kühlrippenelementes an diesem anliegen und als Träger der Wannenseitenwand bzw. des Rahmenteils dienen. Hierzu ist vorzugsweise an der Wannenseitenwand und an dem Rahmenteil je ein Flansch angeformt, der Bohrungen aufweist, die der Positionierung der Wandteile bei der Bildung des Kessels dienen.
  • Ein weiterhin beanspruchtes Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Kessels zeichnet sich dadurch aus, dass die Wandteile mit dem 1 Flansch des Rahmenteils auf einer Unterlage abgestützt, durch die Flanschbohrungen eingeführte, in der Unterlage fixierte Stifte positioniert und durch in die Bohrungen benachbarter Flansche der Seitenwand eingesteckte Bügel zusammengehalten werden.
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen :
    • Figur 1 ein Kühlrippenelement aus einem gefalteten Stahlblech in räumlicher Darstellung,
    • Figur 2 das Kühlrippenelement nach Fig. 1 mit angebrachten Versteifungen,
    • Figur 3 einen Wandteil, der aus einem Kühlrippenelement nach Fig. 2, einer Wannenseitenwand und einem Rahmenteil zusammengesetzt ist, in räumlicher Darstellung,
    • Figur 4 den Aufbau zweier Wandteile und deren Positionierung auf einer Montagefläche,
    • Figur 5 den Aufbau und die Positionierung von vier Wandteilen auf einer Montagefläche in räumlicher Darstellung und
    • Figur 6 die zusammengeschweissten Wandteile nach Fig. 5 mit dem aufgeschweissten Wannenboden.
  • Die Fig. 1-3 zeigen die Herstellung eines Wandteils, wie er beispielsweise zur Herstellung eines Transformatorkessels verwendet wird. Zunächst wird ein Kühlrippenelement 1 hergestellt. Hierzu wird ein Band aus Stahlblech von der Breite des Kühlrippenelementes 1 von einer Bandrolle abgegewickelt und in einer Faltenpresse mit hohlen Kühlrippen 4 versehen, deren Ende 5 zusammengequetscht wird. Anfang und Ende 6, 7 dieses Bandes werden angebogen, vorzugsweise unter 45° zur Bandebene (Fig. 1).
  • Das so hergestellte Kühlrippenelement 1 wird an den Seitenrändern durch Aufschweissejen eines Flachbandes 8, 9, siehe Fig. 2, und die Kühlrippen 4 werden an ihren Enden durch zwei Rundstäbe 10, 11 versteift. Ist die Länge der Kühlrippen 4 gross, können weitere Rundstäbe aufgeschweisst werden.
  • In Fig. 3 ist ein vollständiger Wandteil dargestellt, der sich aus dem Kühlrippenelement 1, einer Kesselwannenseitenwand 2 und einem Rahmenteil 3 zusammensetzt. Die Wannenseitenwand 2 und der Rahmenteil 3 sind entsprechend Fig. 3 mit dem Kühlrippenelement 1 und den dieses versteifenden Flachbändern 8, 9 verschweisst, nachdem vorher noch die Enden 5 der Kühlrippen 4 Zugerschweisst worden sind. Am freien Ende der Wannenseitenwand 2 und des Rahmenteils 3 ist je ein Flansch 12, 13 angeformt und mit Bohrungen 14, 15 versehen.
  • In Fig. 4 ist die Bereitstellung von Wandteilen 1, 2, 3 für das Zusammenschweissen zu einem Transformatorkessel dargestellt. Die Wandteile 1, 2, 3 werden mit dem Teil 3 nach unten auf eine Montageplatte 16 abgestützt und positioniert. Die Positionierung erfolgt durch in der Montageplatte 16 angeordnete Positionierstifte 17, auf die der Flansch 13 des Rahmenteils 3 mit Hilfe einiger der Bohrungen 15 gesteckt wird. Die Bohrungen 14 der Wannenseitenwand 2 dienen dazu, einen Bügel 18 einzustecken und damit zwei Wandteile zusammenzuhalten. Da das Kühlrippenelement 1 durch die Teile 8-11 Versteift ist, trifft dies auch für die ganzen Wandteile 1, 2, 3 zu, so dass dieselben leicht positioniert werden können.
  • Aus Fig. 5 ist ersichtlich, dass vier Wandteile zu einem Kesselgehäuse vereinigt werden, wobei jeder Wandteil durch die Positionierstifte 17 positioniert und durch die Bügel 18 zusammengehalten ist. Aus Fig. 5 ist auch ersichtlich, dass die aufgebogenen Anfänge und Enden 6, 7 der Bänder der Kühlrippenelemente (1) dazu dienen, die Positionierung der Wandteile zu erleichtern und eine gute Schweissverbindung zwischen den Kühlrippenelementen 1 zu ermöglichen. Durch die geneigten Anfänge und Enden 6, 7 der Bänder können nicht vermeidbare Herstellungstoleranzen leicht ausgeglichen werden. Die Enden 6, 7 liegen aufeinander, so dass an deren Umfang eine genau definierte Schweissstelle entsteht, durch die die Schaffung einer einwandfreien Schweissnaht begünstigt wird.
  • Sind die Wandteile positioniert und zusammengehalten, werden die Anfänge und Enden 6, 7 der Bänder durch Punktschweissung verbunden, wobei zweckmässig die Schweisspunkte nach innen verlegt werden, um bei Auftreten von Innendruck das Entstehen von Biegespannungen in der Umfangsschweissnaht zu vermeiden oder mindestens klein zu halten. Durch die Punktschweissung an den Anfängen und Enden 6, 7 ist das Gehäuse in seiner Endform fixiert und kann zur Durchführung der Fertigschweissung der verschiedenen Schweissnähte von der Montageplatte 16 entfernt werden.
  • Figur 6 zeigt den fertiggeschweissten Transformatorkessel, der noch zusätzlich zum Gehäuserahmen nach Fig. 5 eine auf die Flansche 12 der Wannenseitenwand 2 aufgeschweisste Bodenwanne 19 aufweist.
  • Das Schweissen der Nähte zwischen den Wandteilen 1, 2, 3 und der Bodenwanne 19 kann manuell oder auch maschinell durchgeführt werden. Wesentlich ist, dass zunächst Wandteile in stabiler, formfester Ausführung geschaffen werden, wobei bei deren Herstellung aus den Einzelteilen 1, 2, 3 die Formfestigkeit durch die gleichzeitige Schaffung gut schweissbarer und definierter Schweissstellen erreicht wird. Durch die Flachbänder 8, 9 (Fig. 2) wird eine definierte Schweissstelle geschaffen, die die Herstellung einer einwandfreien Schweissnaht begünstigt. Insbesondere wird eine Verbesserung der Schweissstelle an den Fusspunkten der Rippenenden 5 erreicht.
  • Der beschriebene Kessel und das zugehörige Herstellungsverfahren eignen sich für alle Behälter in denen Flüssigkeiten durch mit Rippen versehenen Gehäusewände gekühlt werden müssen.

Claims (3)

1. Kessel, insbesondere für Transformatoren, der aus mehreren, sich jeweils in einer Richtung erstreckenden Wandteilen gebildet ist, von denen jedes sich aus einem Kühlrippenelement (1), einer Kesselwannenseitenwand (2) und einem Rahmenteil (3) zusammengesetzt, wobei das Kühlrippenelement (1) auf der Wandteilinnenseite mit Flachbändern (8, 9) und auf der Wandteilaussenseite mit auf die Rippenkanten aufgesetzten Stäben (10, 11) verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachbänder (8, 9) bündig mit den Seitenrändern des Kühlrippenelementes (1) an diesem anliegen und als Träger der Wannenseitenwand (2) bzw. des Rahmenteils (3) dienen.
2. Kessel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Wannenseitenwand (2) und an dem Rahmenteil (3) je ein Flansch (12, 13) angeformt ist, der Bohrungen (14, 15) aufweist, die der Positionierung der Wandteile bei der Bildung des Kessels dienen.
3. Verfahren zur Herstellung eines Kessels nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandteile (1, 2, 3) mit dem Flansch (13) des Rahmenteils (3) auf einer Unterlage (16) abgestützt, durch in die Flanschbohrungen (15) eingeführte, in der Unterlage fixierte Stifte (17) positioniert und durch in die Bohrungen (14) benachbarter Flansche der Seitenwand (2) eingesteckte Bügel (18) zusammengehalten werden.
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