FR2717299A1 - Echangeur thermique de cuve de transformateur électrique immergé. - Google Patents

Abstract

L'échangeur thermique selon l'invention est formé à partir d'un panneau ondé dont l'onde d'extrémité 9 présente elle-même une structure de panneau ondé à échelle réduite. Des ondes-filles 10, 11 sont présentes de préférence sur les deux faces de l'onde d'extrémité 9 qui les porte et en tous cas sur sa face externe 16. L'invention s'applique à tout échangeur thermique à ailettes creuses destiné à former un côté de la paroi latérale 1 d'une cuve pour transformateur, ou à former un radiateur rapporté sur cette cuve et que l'on va revêtir d'un matériau protecteur par immersion dans un bain de ce matériau en fusion à haute température. Elle permet de conserver à l'échangeur une qualité esthétique après immersion qui autrement serait dégradée par déformation permanente de la planéité des faces des ondes visibles par un observateur extérieur.

Description

I

EC:AEI-L ER TH$FtIQUE DE CUVE DE TRANSFOR1ATEUR ELE-TRIQUE IMMERGE.

La présente invention concerne les cuves de transforma-

teurs électriques immergés. Plus précisément. l'invention a trait à la fabrication des échangeurs thermiques constitutifs de la paroi de ces cuves

ou rapportés sur celles-ci. et destinés à assurer le refroidis- sement du liauide diélectrique dans lequel la partie électrique10 du transformateur est immergée au sein de la cuve.

On rappelle qu'un transformateur 'immergeé" est un trans- formateur dont la partie électrique (enroulements primaires et secondaires. ainsi que le circuit magnétique) est refroidie par immersion dans un liquide. à propriétés dielectriques élevées.15 généralement une huile minérale. contenu dans une cuve étanche dont les parois latérales. pourvues d'ailettes creuses. servent d'échangeur de chaleur avec le milieu extérieur. A cet effet. les parois sont désormais habituellement constituées par des panneaux ondes. chaque panneau formant un

coté de la cuve.

Dans le cas de transformateurs de puissance élevée. des échangeurs de chaleur supplémentaires. appelés radiateurs, et souvent formés eux- mêmes par des panneaux ondes, sont rapportés

distance sur la cuve. Des tubulures de liaison sont alors25 prévues pour permettre la circulation du liquide dielectrique entre la cuve et ces radiateurs externes.

Dans la suite. par souci de simplification. on utilisera le vocable "échangeur" pour désigner aussi bien les radiateurs

rapportés. que les parois latérales de cuves à ailettes de30 refroidissement.

Classiquement. les panneaux ondés constitutifs d'échan- geurs de transformateurs immergés sont réalises d'une seule pièce et selon une opération unique. a partir d'une bande de métal (généralement de l'acier) que l'on déforme a intervalles35 réguliers pour y former des plis parallèles et profonds. Les pans de ces plis sont accolés par leurs bords. que I 'on ferme

alors par soudage étanche pour former une onde. Ce sont ces éléments. une fois plies et soudés en bord. que l'on désigne par '"panneau onde".

Un panneau onde est donc un composant de la fabrication de transformateurs immergés essentiellement constitué par une

série d'ondes parallèles. réparties le long d'une base commune et qui. une fois montées sur la cuve. deviennent des ailettes 5 creuses mises en communication directe avec le volume intérieur de la cuve contenant le liquide diélectrique.

Quatre panneaux ondés montés bout à bout à angle droit forment ainsi la paroi latérale d'une cuve de transformateur.

Dans le cas de transformateurs de taille réduite. c'est un seul10 panneau ondé qui. plié en quatre. peut former le périmètre complet de la cuve. Un radiateur externe en revanche est clas-

siquement constitué de deux panneaux ondes identiques rapportés l'un contre l'autre selon un plan. qui est plan de symétrie de I 'ensemble. et assemblés de facçon étanche. Le radiateur. une15 fois terminé. est monté à distance sur la cuve en regard d'un côté de celle-ci. En général. les deux grands côtés de la cuve.

voire les quatre côtés. sont ainsi pourvus de radiateurs. Chaque extrémité d'un panneau ondé.quelque soit sa desti- nation (radiateur ou échangeur de paroi) est. comme on I e comprend. constituée par une onde - ou ailettedont une face est tournée vers l'extérieur. l'autre face étant en regard de

l'avant dernière onde. Un problème que l'on rencontre lors de la fabrication de transformateurs du type précité provient de la galvanisation.

L'opération de galvanisation.souhaitable avant peinture pour la protection de la cuve et des radiateurs. est de plus en plus

souvent exigée par la clientèle. Elle consiste à plonger l a cuve et les radiateurs éventuels dans un bain de zinc. ou d 'alliage de zinc. porté à une température de 450 C et plus.30 puis après les en avoir extrait.à les laisser refroidir à l'air libre.

Au cours de ce refroidissement. les ondes se déforment et gauchissent. La déformation est permanente après retour à la

température ambiante. Il semble acquis que la cause soit le35 dépassement de la limite élastique du métal constitutif de ces panneaux (en général de l'acier bas carbone) au cours de l'im-

mersion dans le bain de galvanisation.

Ce phénomène ne constitue pas un handicap réel au plan technique. encore que cela occasionne des surcapacités du fluide de refroidissement de la cuve. donc un surcoût. En revanche, I'onde aux extrémités de chaque panneau. qui elle est bien visible. présente alors un gauchissement peu esthétique de sa face tournée vers I 'extérieur, aggravé de surcroît par la mise en peinture, et qui rendent la cuve ou le radiateur difficilement acceptable pour une livraison a la clientèle.10 On pourrait parvenir à résoudre ces difficultés en empêchant la déformation grâce à une technique ancienne de

fabrication modulaire de radiateurs qui consiste à réaliser les ailettes de refroidissement par réunion d'éléments unitaires identiques juxtaposés dont le nombre défini la longueur de15 radiateur souhaitée.

Cet élément unitaire standard est fabriqué par emboutis- sage peu profond à la presse de tôles d'acier. que l'on apparie ensuite de manière que ces emboutis définissent deux à deux des cavités internes de l'élément ainsi réalise. dans lesquelles20 pourra circuler le fluide de refroidissement. Les redons corres- pondants en surface extérieure jouent alors probablement un rôle de nervures de raidissement suffisant pour empêcher l'ap- parition de déformations permanentes après galvanisation. Toutefois. cette technique de fabrication nécessite des

outils particuliers qui impliquent des investissements supplé- mentaires dans les lignes actuelles de Fabrication de transfor-

mateurs.et qui expliquent sans doute pourquoi elle est de moins en moins usitée. Il s'agit donc ici de trouver une solution au problème de la déformation permanente des faces d'extrémités des panneaux ondes a l'issue de la galvanisation, et ce par un moyen pu

onéreux pour le fabricant. aisé de mise en oeuvre industrielle et qui ne grève pas de manière sensible le coût de fabrication des transformateurs35 Avec ces objectifs en vue.l'invention a pour objet un pro- cédé de fabrication d'un échangeur thermique destiné à être gal-

vanisé (ou plus généralement revêtu par immersion dans un bain de matière en fusion à haute température).échangeur constitutif de la paroi latérale d'une cuve de transformateur électrique40 immergé. ou d'un radiateur extérieur rapporté sur ladite paroi.

et constitué par un panneau ondé, caractérisé en ce qu'il con-

siste à remplacer la dernière onde située à chaque extrémité du panneau ondé par une structure constitutive elle-même d'un panneau ondé à échelle réduite qui présente une onde principale 5 plane parallèle aux autres ondes et pourvue d'ondes-filles au moins sur sa face extérieure.

De préférence. des ondes-filles sont présentes sur les deux faces de l'onde principale.

L'invention a également pour objet un panneau ondé ainsi

réalisé. de même que toute cuve de transformateur ou de radia- teur externe associé qui en est constitué.

Etant réalisées par pliage. de la même manière que l es autres ondes du panneau et au même moment sur la machine plieuse d'ondes de l'atelier. ces ondes-filles remplissent deux fonctions: Elles forment avant tout des raidisseurs qui réduisent la portée des faces de I 'onde qui les porte et empêchent ainsi son

gauchissement ultérieur après refroidissement à la sortie du20 bac de galvanisation.

Etant creuses, elles ont également pour fonction de pouvoir accueillir du fluide diélectrique. moyennant quoi elles contribuent à accroître l 'efficacité du refroidissement par augmentation de la surface d'échange thermique globale.25

L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement au vu de la description

qui suit donnée en référence aux planches de dessins annexées sur lesquelles:30 - la figure 1 est une vue en perspective d ' une cuve vide de transformateur de type connu habituel: - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure 1. mais d'une cuve selon l'invention: - la figure 3 est un schéma représentant une extrémité d'un panneau ondé conforme à l'invention à un stade intermédiaire de fabrication: - la figure 4 représente le panneau ondé de la figure 3 une fois achevé: - la figure 5 est une vue partielle de la paroi latérale d'une cuve de transformateur selon une variante de réalisation de l'invention: - et la figure 6 montre schématiquement un coin de cuve selon une mise en oeuvre particulière de cette variante de réali- sation. Sur les figures. les mêmes éléments sont désignés par des

références identiques.

Comme on le voit sur la figure 1. une cuve traditionnelle de transformateur immergé comporte sur sa paroi latérale 1 des ailettes de refroidissement longitudinales 3. dont le maintien

mécanique est assuré par des tiges de liaison transversales 2. On rappelle que ces ailettes ont pour rôle essentiel d 'assurer l'équilibre thermique du transformateur en fonction-

nement à un niveau donné en température.

Pour améliorer l'efficacité du refroidissement. ces ailettes sont creuses et leur volume intérieur 4 est en commu-

nication directe avec l'enceinte 5 de la cuve de manière à recevoir le liquide diélectrique dont cette dernière est emplie20 après mise en place de la partie active -non représentée- du transformateur(enroulements électriques et circuit magnétique).

Ces ailettes creuses sont avantageusement obtenues en réalisant chacun des côtés de la paroi latérale 1 par un panneau ondé. Elles sont alors dénommées "ondes".25 On rappelle qu'un tel panneau est fabriqué à partir d'une bande d'acier 12. dont la largeur défini la hauteur des ondes

(ailettes). et que l'on plie à intervalles rapprochés -classi- quement tous les 4 à 8 cm environ-pour y former des plis paral-

lèles et profonds. Apres fermeture étanche de leurs bords 6 par30 soudage. ces plis forment les ondes qui deviendront les ailettes creuses de refroidissement recherchées. une fois l e panneau ondé monté sur la cuve. La technique propre de fabrication de ces panneaux ondés ne fait pas partie de la présente invention. Au besoin. on

pourra en trouver une description plus détaillée par exemple dans le document FR-A-92.13299.

L'invention. en revanche. porte spécifiquement sur une nouvelle conception des ondes terminales de tels panneaux des-

tinées à devenir les ailettes d'extrémité 7 des côtés de la paroi latérale 1 de cuve et exposées de ce fait à l'extérieur 5 bien plus que les ailettes centrales 3.

Comme déjà expliqué. sous l'effet de contraintes thermo- mécaniques générées par I 'opération de galvanisation après

peinture. les ondes perdent leur planéité. ce qui crée des défauts esthétiques biens visibles surtout sur les faces 8 des10 ondes d'extrémité 7 tournées vers l'extérieur.

Pour y remédier. l'invention consiste. comme le montre clairement la figure 2. à doter la face externe au moins des

ondes d'extrémité. référencées 9 sur cette figure. d'ondes- filles 10. De préférence. des ondes-filles 11 sont également15 prévues sur la face interne tournée en regard des ondes centrales 3.

Ces ondes-filles 10 (ou 11) sont disposées longitudina- lement sur leur onde-mère 9 et espacées l'une de la suivante de

3 à 6 cm environ. sans que cela soit critique pour la conser-

vation de la planéité. Leur largeur n'est pas non plus un para- mètre critique. Elle peut être choisie par exemple entre 3 et 6 cm environ. Les seules contraintes sont éventuellement celles liées aux aspects d'encombrement: l'étendue des ondes-filles externes 10 devra possiblement respecter le gabarit initial de la cuve. alors que les ondes-filles internes Il devront le cas échéant tenir compte de la proximité des ondes 3 voisines. Ces ondes-filles sont avantageusement creuses. elles aussi. comme déjà explicité. De la sorte. leur volume intérieur mis en communication avec l'enceinte de la cuve par l'intermé- diaire de celui de leur onde-mêre 9. contribue à accroître I ' efficacité du refroidissement par augmentation de la surface globale d 'échange thermique avec le milieu extérieur ambiant. Un mode préféré de réalisation des panneaux ondés selon l'invention est illustré par les figures 3 et 4 prises successivement dans cet ordre: On part d'un panneau ondé en phase d'achèvement. dont seule l'onde d'extrémité n'a pas été encore formée. La figure 3

représente uniquement la portion terminale de ce panneau. vu de profil. selon une représentation très schématique montrant bien 5 les formes des éléments uniquement.

On reconnaît les ondes 3 sous forme de plis profonds et parallèles s'élevant depuis la bande de base 12.

A la différence du processus habituel de fabrication. l'onde d'extrémité n'est pas formée à l'instar des autres ondes 3. mais est remplacée par plusieurs plis moins profonds que les plis des ondes 3. mais réalisés de la même manière et sur l e

même outil. Dans l'exemple considéré.ces plis sont organisés en deux séries successives 13 et 14. la première comprenant trois plis qui vont former les ondes-filles internes 1l. la seconde15 présentant les quatre plis constitutifs des ondes-filles ex- ternes 10 de l'onde mère 9.

On notera l'indication sur la bande de base 12 de trois points A. B et C. qui constituent les axes de pliage de cette

bande permettant de réaliser cette onde mère 9 en passant de20 l'ébauche de panneau ondé de la figure 3 au panneau ondé achevé de la figure 4.

Ce passage s'opère selon les trois opérations de pliage successives suivantes. présentées dans un ordre non imposé: 1. pliage de la bande 12 à angle droit autour du point A dans le sens anti-horaire. On forme ainsi la face interne 15 de l'onde mère porteuse 9: 2. pliage de 180' autour du point B dans le sens des aiguilles d'une montre. On forme alors la face externe 8' de l'onde mère 9; 3. on termine par un pliage anti-horaire de 90' autour du point C pour ramener à l 'horizontale le bout restant de la bande

de base 12 avant découpe à longueur.

Après fermeture par soudure étanche des bords libres des plis formés dans la bande 12. le panneau ondé est alors prêt à être monté sur le châssis de cuve pour former l'un des côtés de la paroi latérale, dont l'esthétique sera alors préservée après

son immersion dans un bain de galvanisation.

Les ondes-filles du coté interne peuvent présenter une hauteur de 3 à Scm environ. L'appareil de pliage de la bande

d 'acier constitutive du panneau ondé disposera donc au besoin d 'un espace dimensionné en conséquence pour effectuer le pliage $ à angle droit de l'onde d'extrémité pourvue de ses ondes filles sans être gène par l'onde précédente.

Comme on l'aura compris. ce sont les ondes-filles 10 sur la face externe de l'onde principale 9 qui sont indispensables à 'I obtention d'une ailette d'extrémité non déformée. donc

d'esthétique préservée.

Toutefois. la présence d'ondes-filles Il également sur la face interne est utile. sinon ce serait cette face qui. soumise

à des contraintes de déformation maximales. risquerait de subir une forte déformation. encore que. dans ce cas. l'aspect esthe-

tique n'en souffrirait que modérément puisque cette face est peu visible. en tous cas beaucoup moins que la face opposée.

L'écartement entre les ondes-filles. de l'ordre de 4 à 6 cm environ. peut-être le même sur chaque face.

De la sorte.la face externe 8' de l'ailette d'extrémité 9

se trouvera pourvue de 4 ou 5 ondes-filles sur une cuve de transformateur de 500 à 1000 KVA de puissance. par exemple.

Comme le montre la figure 5. conformément à une variante de réalisation de l'invention. l'onde-mêre 9 peut être formée.

non plus par pliage autour de la ligne B. mais à partir de deux25 demi ondes 16 et 17 assemblées par soudage étanche 18 de leur périphérie. Comme on le voit. l'extrémité des demi-ondes peut avantageusement être coudée à 90' pour faciliter le position- nement des pièces avant soudage. La demi-onde interne 17 porte les ondes-filles internes

Il provenant des plis 13. alors que la demi-onde externe 16 est pourvue des ondes-filles externes 10 issues des plis 14.

Cette facon d'opérer permet. comme le montre la figure 6. de réaliser sur une même bande de métal de base 19. donc d'une seule pièce. un ensemble 20 formé de deux demi-ondes externes35 16 et 16' disposées côte à côte à angle droit. Cette pièce 3D constitue alors avantageusement un coin de la paroi latérale de la cuve en venant s'ajuster sur les demi- ondes internes corres- pondantes 17 et 17' prévues pour les recevoir aux extrémités voisines de deux côtés adjacents. L'assemblage est achevé après formation de cordons de soudure étanche 18 et 18' le long des bords. L'invention s'applique à tout échangeur thermique à ailettes destiné à former un côté de la paroi latérale d'une cuve pour transformateur. ou à former un radiateur rapporté sur 5 cette cuve et que l'on va revêtir d'un matériau protecteur. tel qu'une pellicule de zinc. par immersion dans un bain de ce matériau en fusion à haute température. Elle permet de préserver Il'esthétique de l'échangeur après immersion qui autrement serait dégradée par déformation

permanente de la planéité des faces des ondes visibles par un observateur extérieur.

Il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples qui viennent d'être décrit.mais s'étend à de multiples

variantes ou équivalents dans la mesure o est reproduite I a15 définition de l'invention donnée par les revendications ci- après.

Io R EV E ND lIC ATI 0 N S 1) Procédé de fabrication d'un échangeur thermique. pouvant être revêtu par immersion dans un bain de matériau de revêtement en fusion à haute température. tel qu'un bain de galvanisation.pour cuve ou radiateur de transformateur immergé constitué par un panneau ondé.caractérisé en ce qu'il consiste à remplacer la dernière onde située à chaque extrémité du panneau ondé par une structure constitutive elle-même d'un

panneau ondé à échelle réduite qui présente une onde princi-

pale plane (9) parallèle aux autres ondes (13) et qui est

pourvue d'ondes-filles (10) au moins sur sa face externe (16).

2) Procédé selon la revendication 1.caractérisé en ce que que l'on dispose également d'ondes-filles (11) sur la face

interne de l'onde principale (9).

3) Echangeur thermique de cuve de transformateur élec-

trique immergé formé à partir d'un panneau onde. caractérisé en ce que ledit panneau ondé comporte une onde d'extrémité (9)

constitutive elle-même d'un panneau ondé à échelle réduite.

4) Echangeur thermique selon la revendication 3. carac-

terisé en ce que l'onde d'extrémité (9) porte des ondes-filles

(10.11) sur ses deux faces.

) Echangeur thermique selon la revendication 3. carac- Lérisé en ce que l'onde d'extrémité (9) est formée de deux demi-ondes (16. 17) assemblées de facon étanche (18) par leur périphérie.

6) Echangeur thermique selon la revendication 5. carac-

térisé en ce qu'il constitue la paroi latérale (1) d'une cuve de transformateur dont au moins un coin est formé par une pièce (20) constituée par deux demi-ondes (17.17') disposées

côte à côte à angle droit.