专利名称:液冷变压器的铁心冷却装置和方法
本发明涉及液冷变压器的铁心冷却装置和方法，尤其涉及用以将冷却液封装在液冷变压器铁心之内的装置。
在变压器设计中，通常期望优化空间利用率。也就是说，按照公认的电气设计原理，额定功率预定的变压器实际上应尽可能小。所需考虑的主要问题便是变压器在运行期间所产生的热量，而这正是通常限制变压器的尺寸降至预定限度以下的一个因素。已有若干种技术方案用来增强利用其外界环境可得到的变压器的冷却效果。其中有一种技术方案采用如同已转让给本受让人授予Cotzas的美国专利4，477，767中所揭示的那种气冷变压器，在该专利中，为有利地使用用来冷却一台大型电动发电机转子的冷却气体(具有代表性的是氢气)，该气冷变压器安置于该电动发电机的冷却罩中。然而，气冷变压器一般需要用以使冷却气体流过并直接接触变压器铁心的铁心片的内部风道和通风孔。(变压器的铁心一般是由许多成叠的铁心片制成，以便减少涡流和由此产生的热量。)通常在制造期间，将这些铁心片紧紧地压在一起，以保证相邻铁心片之间表面的均匀接触，并使总尺寸为最小)。与使用更有效(亦即导热率更高)的诸如水之类的液体的热交换介质时所可能达到的尺寸相比这些风道或通风孔增加了该变压器的实际总尺寸和/或需要空间;该空间本可有益地用于给变压器铁心增添铁心片，从而增加同一尺寸外壳内的变压器的额定功率。
用以冷却变压器的另一种技术使用液体，例如水，或最好使用去离子水或蒸馏水。在某些应用场合，最好是使水不直接接触变压器铁心的铁心片。为了在变压器的内部贮有水，使水不直接接触该铁心的铁心片，并仍与这些铁心片保持热流联系，可设置一个储液室，它被置于铁心片之间并与其保持热流联系。为了将该储液室尺寸减至最低限度，并优化变压器铁心的铁心片和储液室内的液体之间的热流，最好将储液室的壁厚减至最低限度。不过，在变压器铁心制造期间，为了最大限度地减小各个铁心片间的间隙和铁心的总尺寸，其间由储液室彼此注定隔开的这些铁心片必须受挤压。在这样挤压中所涉及的力势必要挤压该储液室的侧壁，从而减少通过储液室的液体流量，并由此减少储液室的冷却效果。此外，为了保证压紧铁心片，尤其在变压器运行期间，最好是利用从液体冷却剂那里可得到的压力，使其有益地对铁心片施加挤压力。
在运行期间，部分由铁心片中所感应的涡流引起的磁致伸缩力起到分离铁心片，并使其振动的作用。压得不紧的铁心片势必要振动，因此最好是保持铁心组装期间所达到的铁心片压紧和密集的程度。这种振动可引起微振磨损，和产生过大或不希望有的噪声，而铁心片松动可有害地降低铁心的导热性。
因此，本发明的一个目的是为提供一种盛装与变压器铁心的铁心片保持热流联系的液体，而不屈服于用来制造该铁心的安装压力的装置和方法。
本发明的另一目的是为在运行期间增大在变压器铁心上的、原制造该铁心所用的压力，而提供一种装置和方法。
按照本发明，安置于液冷变压器中，与该变压器的铁心保持热流联系的热交换装置包括一对面对面的、彼此隔开的部件，用以构成其间的储液室;包括至少与其中的一个部件相配合的分隔装置，每当构成储液室的部件受到势必要减小储液室尺寸的力的作用时，该分隔装置总是阻止储液室尺寸降至预定下限以下;包括和储液室配套的给排液装置，分别用于向储液室供液和从储液室排出液体。向储液室注入加压液体时，该热交换装置可有益地扩张，其结果使得由制造铁心期间作用于铁心片上的安装压力所造成的剩余挤压力增大。分隔装置可兼有许多凹坑、或凸泡(embossments)它们可按预定的、易于制造的图案排列。
此外，一种用以制造液冷(电气)变压器的方法包括将具有用以接纳液体冷却剂的储液室的热交换装置安置在两铁心片之间，这两铁心片至少构成该铁心的一部分;增设足量的附加铁心片，以便达到该铁心片的预期的电磁特性;用安装压力，将该热交换装置，两铁心片和附加铁心片压在一起，以构成夹心样装置;设置与所述的热交换装置配合、并伸入该储液室中的分隔装置，防止该储液室尺寸降至预定的限度以下;安置和该夹心状的装置保持磁通联系的初级绕组装置和次级绕组装置，并夹紧该夹心状装置，以便在该安装压力去除后剩余压力得以充分保留。另外，将加压的冷却液注入该储液室中，由此使该热交换装置扩张，这可增大该剩余压力。
在所附权利要求
书中，对于这些被认为是新颖的特征进行详细陈述。不过，参照结合附图所作的详细说明，对本发明本身的构成和操作方法，连同其进一步的目的和优点均可得到更好的了解。
图1为按照本发明、供液冷变压器使用的储液容器的平面图。
图2为沿图1中2-2线箭头方向的截面图。
图3为按照本发明的液冷变压器的透视图。
图4为沿图3中4-4线箭头方向的截面图。
参照诸图，特别是图1和图2，在图中所表示的是一个用以盛装液冷变压器的液体冷却剂的容器10。容器10包括一对基本上平行、彼此隔开、其间构成一个空腔或板间空隙23的板20和25，如同输入集流管、具有一对液体输入口15的给液装置12和如同输出集流管、具有一对液体输出口16的排液装置14。当然，如有要求也可用一个输入口15和一个输出口16。另一种办法是，板20和25可以是互为整体，沿着一边可被弯折成所需形状。集流管12最好沿着容器10的一边被紧固，并包含如同间距预定的孔。用以保持集流管12和空腔23间液流联系的出流装置11。集流管14最好紧固在集流管12对面的容器10的一边上，并包含如同若干个间距预定的孔、与空腔23有液流联系的入流装置13。出流装置11和入流装置13可各自包含一段分别沿着输入集流管12和输出集流管14的长度方向的纵向内腔。不过，据信，孔11和13对经过空腔23的液体起到较好的流量控制和分配的作用。考虑到与变压器中的操作条件相适应，最好将输入集流管12安置得低于输出集流管13，这样，流入集流管12的较冷液体必须克服重力而流动才能到达集流管13，从而将较热的液体从空腔23向集流管13，并最终向输出口16输送。若干条撑挡27可沿着容器10的周边按照预定的间距安置在板20和25之间，以便保持空腔23合适的尺寸，尤其在空腔23制造期间，当用诸如焊接的方法将板20和25的周边封接在一起时，为保持空腔23的尺寸，更有必要预置撑挡27。
实际上可能是平的板20和25包含一种具有良好导热性的、如同金属的材料，用诸如焊接之类的方法将其沿着容器10的周边封接，以便将液体封装在空腔23之中。板20和25包含一对用以构成切口17的、相互可对齐的分割装置，式洞19，以便安装变压器的绕组。为了将液体封装在空腔23中，也用焊接之类的方法将切口17沿其周边封接。切口17实际上将容器10分成若干区域，这些区域可被指名为铁心柱24、26和28以及横向伸展的各自连接铁心柱24、26和28的对立端的磁轭21和29、铁心柱24、26和28一般容纳变压器的绕组，各自构成该变压器的一相。因此，该所示实施例一般可和一个三相变压器一起使用。也可为单相变压器制造相似的容器10，此时就不需要切口17了。总的说来，要使容器10的形状具有相似于和其相配合的变压器铁心的铁心片的形状，以便为最佳热传导提供在该铁心片和容器10之间的最大表面接触;而另一方面，容器10的形状使该变压器的绕组有可能安置恰当，以便获得与该变压器铁心的预期磁通量耦合。
正如图1和更具体的图2所示。板20包含很多诸如凹坑或凸泡之类的指向空腔23并向着板25内表面的分隔装置22。凹坑22以合适的间距布及板20的整个表面(例如为易于制造起见按照一种矩形格子图案)，并向着板25的内表面伸展足够远，以致于在安装该变压器期间挤压这些铁心片和容器10时，可使空腔23的容积保持足够大，从而使得通过空腔23的冷却液的流量能合乎要求。虽然分隔装置22被描述为起源或附装于板20，但它们同样可起源、或附装于板25，或者采用这样的组合，即预定的分隔装置22的第一和第二部分，分别起源、或依附于板20和25。
在该变压器铁心安装期间，在箭头35所指方向上的安装压力作用在其间夹有容器10的铁心的铁心片30上(部分表示，供参考)，而这些安装压力势必要将板20和25挤压在一起，从而缩小空腔23的容积，或使其全部消失。不过，在板20的内表面上布满间距合适、数量充足的凹坑22(凹坑22的形状可是任意的，但为易于用诸如冲压之类的方法制造起见，最好是圆锥形的)，以便防止安装压力35使空腔23容积降至预定限定以下。在铁心心安装期间，当达到空腔23的预定的容积或尺寸下限时，凹坑22可接触板25的内表面，从而阻止空腔23的容积进一步缩小。不过，凹坑22仍然离开板25的内表面，而不连到、或紧固在该内表面上。
容器10的另一个优点是在运行期间获得的。一旦该变压器安装就绪、铁心片30和容器10所组成的该夹心状装置已被夹紧、以便在安装压力35去除后剩余压力得以充分保留，即可将冷却液注入输入集流管12。然后可控制空腔23中冷却液的压力，以使其趋于迫使板20和25分开，从而增大铁心片30和容器10上的该剩余挤压力。
分隔装置22还可包括固定在板20的内表面上或与该内表面成整体的凸台(rib)。然而，因为凹坑或凸泡22容易制造并对空腔23中的冷却液的流动阻力最小，故被优先选用。在希望提供绝对的液流控制(例如使冷却液流向容器10的预期的热点)的场合，可选用凸台，因为凸台的液流定向控制的效果比凸泡22要好。
参照图3，图中表示按照本发明的液冷三相变压器的透视图。该变压器包括许多构成铁心33的铁心片30，而铁心33包含铁心柱61、63和65和磁轭66和68;各自环绕铁心柱61、63和65的线圈71、73和75;各自一对分别安置在磁轭68和66的对边上，用以将铁心片30和容器10牢固地夹紧并压在一起的槽钢62和64，这二对槽钢可以是金属、但不构成该变压器的电路或磁路的任何一个部分。
参照图4，所表示的是图3中液冷变压器的截面图。变压器的铁心33包含许多预定分段排列的铁心片30，和若干个在铁心片30之间、预定间隔的容器10。当然，用单个容器10可获得适当冷却效果、和充分冷却的场合，可用一个容器10。线圈75包含一个呈圆形地环绕铁心片30和容器10、并与其相隔一定距离的绕线架42。第一、或初级绕组装置52的里层导线50呈圆形地环绕绕线架42，而构成第二、或次级绕组装置56的外层导线55呈圆形地环绕里层导线50、并与其相隔开一定距离。初级绕组装置52和次级绕组装置56安置于和变压器铁心33保持电磁通量联系之中。诸如玻璃棒之类的支承装置44可安置在里层导线50和外层导线55之间。此外，绕线架42和变压器铁心33之间的空间、初级绕组装置52和次级绕组装置56之间的空间，以及呈圆形环绕次级绕组装置56的外层空间均可填满如环氧树脂之类的、用于封装和对该变压器提供必要结构支承的夹持装置40。此外，夹持装置40固紧铁心33的铁心片30和容器10，以致在安装压力35(图2)去掉后剩余挤压力得以充分保留。为了制造铁心33，具有用以接纳液体冷却剂的空腔23的热交换装置10被置于两铁心片30之间，增添用以构成该铁心33的附加铁心片30，以便达到铁心33的预期的电磁特性。用安装压力将铁心片30和所包住的热交换装置10压在一起，结果构成一个夹心状装置。由于设置了如同凹坑之类的、与热交换装置10相结合并伸入空腔23之中的分隔装置，便可防止空腔23的容积降至预定极限以下。夹紧该夹心状装置，以便在该安装挤压力去掉后，剩余挤压力得以保留。把高于环境压力的冷却液注入该空腔，从而使热交换装置扩张，便可增大该剩余挤压力。线圈71和73可用类似于线圈75的方法制造。
这种液冷式结构，不需要气流管或通风孔使铁心片30能密集压叠，并由于与气冷变压器相比，该铁心散热更有效，因此，这种结构使得按照本发明变压器的额定功率能超过相同尺寸的使用气体冷却剂的变压器，和/或减小了具有与气冷变压器相同额定功率的该变压器的总尺寸。此外，按照本发明变压器的运行，使冷却液压力可增大该变压器铁心中的挤压力，从而保证铁心片在运行期间被压紧。
至此对用以盛装与变压器铁心的铁心片保持热流联系冷却液、并使该铁心不屈服于用来制造该铁心的挤压力，和用以在该变压器运行期间增大安装压力的装置和方法，已进行了描述和说明。
虽然通过图解说明仅仅指出了本发明的某些最佳特点，但是本领域的技术人员将会想到很多修正和变更。理所当然，所附的权利要求
书，旨在包罗符合本发明的精神实质和属于本发明范围之内的所有这些修改和变更。
权利要求
1.用以盛装液体的装置，特征在于包括-一对面对面彼此隔开的、其间用以构成一个储液室的部件；-至少与该部件对中的一个部件相结合的分隔装置，每当所述部件对受到势必要促使其合在一起的力的作用时，该分隔装置总是阻止该储液室的容积降至预定的限度以下；-与该储液室相配合的用于将液体注入该室的给液装置；和-与该室相配合的用于将液体从该室排出的排液装置。
2.根据权利要求
1的装置，其特征在于，所述部件对各自包括一块基本上平的板。
3.根据权利要求
1的装置，其特征在于，所述的分隔装置包括若干伸入所述储液室的凸泡。
4.根据权利要求
3的装置，其特征在于，该凸泡按照预定的图案排列。
5.根据权利要求
2的装置，其特征在于，所述的每一块板包含一对相互可对齐的分割装置，用于分割该装置以构成三个彼此隔开的、至少每一个的一端由一磁轭相连的铁心柱。
6.根据权利要求
5的装置，其特征在于，该分离装置包括若干伸入该储液室的凸泡。
7.根据权利要求
6的装置，其特征在于，该凸泡只与所述部件对中的一个部件相结合。
8.根据权利要求
7的装置，其特征在于，该分隔装置仅与这所述部件对中的一个部件成一整体。
9.在具有一个铁心、一个为冷却该铁心而设置的与该铁心保持热流联系的热交换装置的液冷变压器中，该热交换装置特征在于包括-一对面对面彼此隔开的、其间用以构成一个储液室的部件;-至少与这部件对中的一个部件相结合的分隔装置，每当所述部件对受到势必要促使其合在一起的力的作用时，该分隔装置总是阻止该储液室的容积降至预定的限度以下;-与该储液室相配合的用于将液体注入该室的给液装置;和-与该储液室相配合的用于将液体从该室排出的排液装置，在该室内部的至少一部分的液体与该铁心保持热流联系，以便带走铁心中的热量，从而冷却铁心。
10.根据权利要求
9的热交换装置，其特征在于，所述部件对各自包括一块基本上平的板。
11.根据权利要求
10的热交换装置，其特征在于，所述部件对互成整体。
12.根据权利要求
9的热交换装置，其特征在于，所述分隔装置包括若干伸入该储液室中的凸泡。
13.根据权利要求
10的热交换装置，其特征在于，所述变压器是一个三相变压器，所述铁心每相有一个铁心柱;而且，每块板包含一对相互可对齐的、用于分割该热交换装置以构成三个铁心柱的分割装置，所述的三个铁心柱各自与该铁心的每一相的铁心柱相结合。
14.根据权利要求
10的热交换装置，其特征在于，所述的分隔装置包括若干伸入该储液室中的凸泡。
15.根据权利要求
14的热交换装置，其特征在于，所述的凸泡只与这部件对中的一个部件相结合。
16.一种液冷(电气)变压器，特征在于包括-至少部分由很多铁心片构成的铁心装置;-被置于与所述铁心装置保持磁通联系的初级绕组装置;-被置于与所述的铁心装置保持磁通联系的次级绕组装置;-安置在所述铁心的两铁心片之间又与该铁心装置保持热流联系的热交换装置;所述热交换装置包括一对面对面彼此隔开的用以构成一个储液室的部件;该储液室具有分别用于向该室注入和从该室排出液体的给液和排液装置;所述部件对中至少一个部件包含与其结合的分隔装置，每当这部件对受到势必要缩小该储液室容积的力的作用时，所述的分隔装置总是阻止该室的容积降至预定限度以下;当该室中的液体超过周围环境压力时，这部件对还对所述两铁心片施加力的作用。
17.根据权利要求
16的变压器，其特征在于，进一步包括安置在其他有关铁心片之间的若干个交热交换装置，所述若干个热交换装置至少被一铁心片隔开。
18.用以制造液冷变压器铁心的方法，特征在于包括以下步骤-在至少构成该变压器铁心一部分的两铁心片之间，安置热交换装置，该装置具有一个用以容纳冷却液的小室;-增设足以提供该铁心的理想电磁特性的附加铁心片;-用安装压力将该热交换装置，两铁心片和附加铁心片挤压在一起，以构成一个“夹心状”装置，-设置与所述热交换装置相结合并伸入该储液小室之中的分隔装置，以阻止该小室的容积降至预定限度以下;和-夹紧该夹心状装置，以便在该安装压力去掉后剩余压力得以充分保留。
19.根据权利要求
18所述的方法，其特征在于，进一步包括通过将大于周围环境压力的冷却液注入该小室，以使该热交换装置扩张，从而增大该剩余挤压力。
专利摘要
一种用于将冷却液封装在液冷变压器内部的装置包括一个容器。该容器有一对用以构成小室的相对侧壁。设置若干分隔件使该室避免在压力作用于该容器时，降至预定的容积限度以下。向该室注入加压的液体时，该容器势必要扩张，因此，为冷却变压器而将该装置安置在该变压器铁心的铁心片之间时，便有力作用于这些铁心片上，从而保证在不利的运行条件下这些铁心片仍不致松动。
文档编号H01F27/10GK87100299SQ87100299
公开日1987年10月28日 申请日期1987年1月13日
发明者莫里斯·弗农·范杜森, 托马斯·埃德温·范沙伊克, 罗纳德·沃伦·特里布利 申请人:通用电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan