专利名称：变压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及变压器、变压器外壳、水下设施和海底碳氢化合物抽取设施。
背景技术：
在例如海底的水下电力分配应用中，将变压器越来越多地用于压力补偿外壳中。变压器容纳(house)在含有油的外壳中，并且当部署在水下时，使油压等于外部水压，使得变压器因而可在油中工作在很高压力，例如相当于3000m深或更深。变压器的磁芯通常由包漆铁芯(core)元件形成，并且这类高压力能够对它们具有损坏作用。这类包漆铁芯元件通常成形为“I”和“E”剖面，但是可使用其它形状因子。铁芯元件可由诸如钢或镍/铁合金等的金属形成。图1至3示出具有铁/镍合金铁芯的典型简易50Hz变压器构造。这包括通常厚度在0. 5与0. 35mm之间的多个叠片。所示叠片分别包括所谓的“I”和‘ ”剖面1和2的铁芯元件。在图2示意所示的组装过程期间，对于各叠片，“E”铁芯元件2的中心臂3经过支撑(carry)所需绕组的线轴4的中心。“E”铁芯元件2设置成对接到“I”铁芯元件1。各叠片以颠倒方式组装到其相邻叠片，如图2所示，其中对于第二层叠片，‘ ”铁芯元件5以相反方向组装到第一“E”铁芯元件2，并且在线轴4与第一“I”铁芯元件1的相对端对接到“I”铁芯元件6。该过程继续进行以形成如图2中示为部分组装的叠片的叠层，并且完全组装的叠层采用螺母9以及通过铁芯元件中的孔7定位的螺旋杆8(图3所示)结合在一起，其中仅示出各螺杆8上的一个螺母9。部分组装时的变压器的端点视图如图3所示。最常见的压力相关故障模式之一如下所述在压力下，铁芯元件可相互推压，使得存在清漆被损坏的可能性。这会引起铁芯元件之间的短路并且因而引起高于正常的感应电流，这可使铁芯变热。这种温度增加可极大降低变压器的效率，并且可能引起其损坏。本发明的目的是克服这些问题。这个目标通过提供一种变压器构造来实现，该变压器构造将压力均勻分布在整个变压器铁芯上，使得铁芯元件不会被过度挤压在一起。
发明内容
根据本发明，提供一种变压器，包括铁芯，由彼此相邻地堆叠在一起以处于实质平行的多个平坦叠片来形成；电绝缘间隔部件，设置在每个叠片与和其相邻的叠片之间以将它们分隔，以便在铁芯中提供多个空隙(void)，各空隙在叠片与和其相邻的叠片之间；以及位于所述空隙中并且填充所述空隙的电绝缘流体。每个叠片可包括至少一个铁芯元件，例如每个叠片可包括“I”和“E”型铁芯元件。间隔部件可包括多个隔离片。在这种情况下，对于各叠片与和其相邻的叠片，隔离片可由叠片之一的侧面来支撑，例如经由粘合剂通过附着或者通过定位在凹槽中来支撑。备选地，间隔部件可包括网孔(mesh)片材料。优选地，所述电绝缘流体包括油。
本发明还包括变压器外壳，包括填充有所述电绝缘流体的壳体；按照本发明的变压器，安装在壳体中，并且其流体与壳体中的流体接触；以及用于将壳体外部的压力传递到壳体中的流体使得流体在使用中驻留在与外壳外部的压力实质相同的压力的部件。本发明还包括包含按照本发明的变压器或变压器外壳的水下设施或者包含按照本发明的变压器或变压器外壳的海底碳氢化合物抽取设施。本发明提供优于现有技术的各种优点。按照本发明的变压器在例如海底的高大气压环境中是更为可靠的装置，因而节省经常在常规变压器安装之后出故障或者变为不可接受有损后不久引起的大量成本。虽然显而易见，这种变压器的性能与常规设计相比因铁芯铁密度的降低而降低，但是这种损失是有意的，并且在良好系统设计中会是允许的，而不是产生于安装之后的非预计降级。
现在将参照附图描述本发明，附图中图1以分解图示意示出已知变压器的一部分；图2示意示出制造图1中变压器的方法；图3示意示出图1和图2的已组装变压器的端视图；图4示意示出按照本发明的两个铁芯元件的透视图；图5示意示出按照本发明组装的变压器的端点视图；以及图6示意示出压力均衡的变压器外壳。
具体实施例方式图4分别示出按照本发明实施例的变压器的“I”和‘ ”铁芯元件11和12。如同前面所述的现有技术变压器中那样，各铁芯元件11、12的厚度在大约0. 35与0. 5mm之间。大量电绝缘隔离片13采用适当粘合剂固定到各铁芯元件的一侧。在铁芯元件11、12的每个上，隔离片13具有相同厚度，并且分布在铁芯元件表面周围。当以叠层组装在一起用于形成变压器的叠片时，这些元件通过隔离片13保持为实质平行。另外，隔离片13设置为非接触，即将它们间隔开以保持隔离片13之间的间隙，使得当变压器填充有油时油可在它们周围流动(参见下文)。隔离片13实质上是平坦的，厚度大约为铁芯元件11和12厚度的三分之一，即在大约0. 12与0. 17mm之间。隔离片13由对油呈惰性的电绝缘材料，例如云母、聚碳酸酯、三聚氢胺或PTFE片，来形成。隔离片13是细长的，并且附着到铁芯元件11、12，使得它们的长轴线与组装时铁芯元件通过线轴4的滑动的方向对齐，即与“E”元件12的“臂”实质平行。图5示意示出铁芯元件11和12的已组装叠层。能够看到，与常规叠层不同，这里在叠片之间形成由铁芯元件的平坦表面与隔离片13的边缘限定的空间或空隙14。也就是说，隔离片13在铁芯中提供空隙14，在每个叠片与和其相邻的叠片之间存在这种空隙。空隙14在铁芯元件之间形成通道，其宽度实质上等于隔离片13的厚度。变压器容纳在填充有电绝缘油的容器中(参见图6，并且下面进行描述)，其中也填充有油的空隙14与容器中的油接触。实践中，叠层采用螺旋杆和螺母(未示出)结合在一起，与图3所示以及参照图3所述的相似。
图6示意示出变压器外壳的布置，该变压器外壳包括在海底环境中安装在压力均衡壳体中的变压器组件。这种类型的壳体本身是本领域已知的。变压器组件15从支承框架16悬挂，支承框架16又附着到为装配提供主要附着点的组件基板17。在框架16中示出空腔18，它可容纳电气控制设备(未示出)，空腔由附着并且密封到基板17的壳体(未示出)来限定。变压器组件15、框架16和空腔18全部容纳在附着并且密封到基板17的薄壁容器19中。容器19在使用中填充有电绝缘油，这种油与容器19中容纳的变压器组件15的空隙14中的油相通和接触。另一个薄壁容器20附着到容器19的外侧。容器20包围可变形油填充气泡21，气泡21经由孔22连接到容器19，使得油可在气泡21与容器19之间流动。容器20的内部和气泡21的外部经由设置在容器20外壁中的孔23而暴露于环境、例如海水的压力。使用这种配置，通过经由气泡21的压力传递，使变压器组件15中油的压力与周围海水的压力实质相等。由于容器19与20内部和外部的压力实质相等，所以可以安全地使容器19、20的壁成为薄壁。如上所述，当变压器安装在例如海底时，变压器组件15周围的油压实质上等于外部海水压力。填充铁芯元件间空隙14的油将均勻地分布油压，并且因此铁芯元件不会被相互“推压”。因此消除铁芯元件相互“短路”的可能性。实践中，叠片之间的空隙14可以小到使得油因为表面张力作用而难以渗透它们。在这种情况下，变压器因此可必须在部署之前(即，在海底部署之前一般在水面位置)通过下列进行“预处理”i)将变压器浸入油填充容器中；ii)抽空以从空隙14去除空气；以及iii)使压力又恢复到环境压力，因而在空隙14之间推动油。这种处理对于以油进行操作的变压器是众所周知的，以便去除可存在的任何气穴。油填充容器例如可具有选择成耐受至少一巴(bar)大气压的壁厚度。容器装备有到真空泵的管连接。降低罐内部的压力使叠片之间的任何空气被去除。释放真空引起环境压力将油推入抽空的空隙。然后，变压器可转移到其驻留的油填充罐中供操作使用。空隙14中的油(油没有流动)允许将静水压力分布在铁芯元件11、12所提供的叠片之间，使得叠片没有被相互推压或挤压和引起电或机械损坏。上述实施例只是示范性的，并且本发明范围之内的其它可能性和备选方案对于本领域技术人员将是显而易见的。例如，通过粘合剂将隔离片固定到铁芯元件的备选布置是在铁芯元件中蚀刻凹槽、如锥形沟槽，以便定位和保持隔离片。虽然这可能使铁芯元件成本更高，但是装配的成本可能降低。上述实施例示出“I”和“E”铁芯元件的使用，但是，本发明并不局限于此，而是可使用任何其它形式或剖面的叠片-重要方面在于，无论什么类型的叠片或铁芯元件，在其之间提供间隔。可使用的间隔部件的一种备选形式是允许油经过其流动的开室网孔片材料。在这种情况下，网孔可被切割成与各叠片相似形状的片并且设置在它们之间。这个实施例的优点在于，间隔部件比较容易安装，并且无需粘附于叠片，而是通过被“夹”在相邻叠片之间来保持到位。
权利要求
1.一种变压器，包括铁芯，由彼此相邻地堆叠在一起以处于实质平行的多个平坦叠片形成；电绝缘间隔部件，设置在所述叠片中每个叠片与和其相邻的叠片之间以将它们分隔，以便在所述铁芯中提供多个空隙，所述空隙中的每个空隙在叠片与和其相邻的叠片之间；以及电绝缘流体，位于所述空隙中并且填充所述空隙。
2.如权利要求1所述的变压器，其中，所述叠片中的每个叠片包括至少一个铁芯元件。
3.如权利要求2所述的变压器，其中，所述叠片中的每个叠片包括“I”和“E”型铁芯元件。
4.如以上权利要求中任一项所述的变压器，其中，所述间隔部件包括多个隔离片。
5.如权利要求4所述的变压器，其中，对于每个叠片和与其相邻的叠片，所述隔离片由所述叠片之一的侧面支撑。
6.如权利要求5所述的变压器，其中，所述隔离片经由粘合剂通过附着来支撑。
7.如权利要求5所述的变压器，其中，所述隔离片通过定位在凹槽中来支撑。
8.如权利要求1至3中任一项所述的变压器，其中，所述间隔部件包括网孔片材料。
9.如以上权利要求中任一项所述的变压器，其中，所述电绝缘流体包括油。
10.一种变压器外壳，包括填充有所述电绝缘流体的壳体；如以上权利要求中任一项所述的变压器，安装在所述壳体中，并且其流体与所述壳体中的流体接触；以及用于将所述壳体外部的压力传递到所述壳体中的流体使得所述流体在使用中驻留在与所述外壳外部的压力实质相同的压力的部件。
11.一种水下设施，包括如权利要求1至9中任一项所述的变压器或者如权利要求10所述的外壳。
12.一种海底碳氢化合物抽取设施，包括如权利要求1至9中任一项所述的变压器或者如权利要求10所述的外壳。
全文摘要
一种变压器，包括铁芯，由彼此相邻地堆叠在一起以处于实质平行的多个平坦叠片(11，12)来形成；电绝缘间隔部件(13)，设置在每个叠片与和其相邻的叠片之间以将它们分隔，以便在铁芯中提供多个空隙(14)，每个空隙在叠片与和其相邻的叠片之间；以及电绝缘流体，位于所述空隙中并且填充所述空隙。
文档编号H01F27/02GK102368418SQ20111018979
公开日2012年3月7日 申请日期2011年6月29日 优先权日2010年6月30日
发明者G·T·莫利, S·L·辛普森, S·普奇亚努 申请人:韦特柯格雷控制系统有限公司