DE3245454A1 - Transformator mit gesteuertem kuehlfluessigkeitsstrom - Google Patents

Description

ASEA Aktiebolag, Västeras/Schweden Transformator mit gesteuertem Kühlflüssigkeitsstrom

Die Erfindung betrifft einen Transformator mit gesteuertem Kühlflüssigkeitsstrom gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Transformator ist bekannt aus der DE-OS 19 63 887.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art zu entwickeln, bei dem die Verbindungsvorrichtung zwischen Druckkammer und Sammelraum einerseits einen genügend hohen Strömungswiderstand in Richtung zum Sammelraum für den normalen Transformatorbetrieb hat und andererseits bei Ausfall der Zirkulationspumpe eine stärkere Selbstzirkulation ermöglicht, als dies bei den entsprechenden bekannten Verbindungsvorrichtungen der Fall ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Transformator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

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Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil eines Vertikalschnittes durch einen Transformator gemäß der Erfindung längs der Linie I-I in Figur 2,

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Fig. 2 die hydraulische Verbindungsvorrichtung in

Fig. 1 in einer Ansicht in Richtung der Pfeile H-II in Fig. 1.

Der Transformatorkern des gezeigten Ausführungsbeispieles ist in gleicher Weise aufgebaut und im wesentlichen in gleicher Weise im Transformatorkessel angeordnet wie in der genannten DE-OS 19 63 887. Er ist mit einer umlaufenden, die Schenkel umfassenden Druckkammer versehen, und ein mit Kühler und Zirkulationspumpe versehener Kühlkreis ist außerhalb des Transformatorkessels angeordnet und an diesen sowie an die Druckkammer hydraulisch angeschlossen.

In Figur 1 bezeichnet 1 den Transformatorkessel, 2 einen der Schenkel des Eisenkerns und 10 die Druckkammer. Jeder Kernschenkel 2 trägt zwei Wicklungen 3 und 4, und um die Wicklungen bzw. den Kernschenkel sind in bekannter Weise Isolierzylinder 5, 6, 7 zur Isolation und zur Führung eines durch die Wicklungen hindurch oder an den Wicklungen entlang strömenden axialen Kühlflüssigkeitsstromes angeordnet. Wicklungsstützen in Form einer Platte 8 und einer Konsole sind in bekannter Art an den unteren Stirnflächen der Wicklungen angebracht. Die Druckkammer 10 verläuft um den gesamten Kern herum, bedeckt die Stirnflächen der Wicklungen und ist zwischen der Platte 8 und den unteren Stirnflächen der Wicklungen angeordnet. Gekühltes öl wird von dem oben beschriebenen, nicht dargestellten Kühlkreis durch mindestens eine Zufuhrleitung 11 in die Druckkammer 10 gepreßt. An ihrer auf die Stirnflächen der Wicklungen gerichteten Seite hat die Druckkammer mindestens eine Abflußöffnung, vorzugsweise jedoch mehrere-Abflußöffnungen 12, die vorzugsweise direkt vor jeder Wicklung angeordnet sind. Es ist vorzugsweise eine große Anzahl solcher Abflußöffnungen vorhanden, damit man eine möglichst gleichmäßige Verteilung des Kühlmittels erhält. Abflußöffnungen, Wicklungen und Isolierzylinder sind so angeordnet, daß die durch die Abflußöffnungen 12 herausströmende Kühlflüssigkeit in die von den

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Wicklungen und den Isolierzylindern gebildeten Kanäle hineingelangt und an den oberen Stirnflächen der Wicklungen in einen Sammelraum 13 strömt. Das Volumen des Sammelraumes ist gleich dem inneren Volumen des Transformatorkessels 1 abzüglich des von dem Transformatorkern,den Wicklungen , der Druckkammer usw. eingenommenen Raumes. Der Raum 13 hat oberhalb des Transformatörkerns eine nicht dargestellte Abflußöffnung für Kühlflüssigkeit, die an eine Einlauföffnung des vorgenannten Kühlkreises angeschlossen ist.

Wenn die Zufuhr von Kühlflüssigkeit zur Druckkammer durch die Zufuhrleitung oder die -leitungen 11 aufhört, ist es wichtig, daß die erzwungene Kühlmittelzirkulation sofort durch eine Selbstzirkulation ersetzt wird, die so effektiv sein muß, daß bis zur Abschaltung des Transformators kein unzulässiger Temperaturanstieg erfolgt. Damit die Selbstzirkulation der Kühlflüssigkeit stattfinden kann, muß die Druckkammer 10 mit dem Sammelraum 13 hydraulisch verbunden sein. Zur Herstellung einer solchen Verbindung, die keine Ventile mit beweglichen Teilen benötigt, ist es bekannt, mindestens eine hydraulische Verbindungsvorrichtung zwischen der Druckkammer und dem Sammelraum 13 vorzusehen, die in Richtung von der Druckkammer zum Sammelraum einen großen Strömungswiderstand und in entgegengesetzter Richtung einen verhältnismäßig kleinen Strömungswiderstand hat. Bei dem Transformator gemäß Figur 1 ist diese Verbindungsvorrichtung 14 gemäß der Erfindung jedoch in besonderer Art ausgebildet und angeordnet, so daß sie in größerem Maße als die entsprechenden bekannten Vorrichtungen der Forderung nach einem großen Strömungswiderstand von der Druckkammer zum Sammelraum für den normalen Betrieb und einem kleinen Strömungswiderstand vom Sammelraum zur Druckkammer beim Ausfall der Zirkulationspumpe gerecht wird.

Die Verbindungsvorrichtung 14 besteht im wesentlichen aus einem hohlen Körper 15, der einen von der Oberfläche eines Rotationskörpers begrenzten Raum 19 umschließt„ Die geometrische Drehachse dieses Rotationskörpers ist mit A-A be-

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zeichnet. Der von der Oberfläche des Rotationskörpers umschlossene Raum ist im wesentlichen als Rotationsparaboloid mit einem verhältnismäßig schmalen Mittelteil ausgebildet. Der Durchmesser des Mittelteils ist kleiner als 80 %, vorzugsweise kleiner als 60 %, des Innendurchmessers des hohlen Körpers 15 an seinen Endabschnitten.

Der hohle Körper ist an seinem einen Ende mechanisch und hydraulisch mit der Druckkammer 10 verbunden und mit einem koaxial angeordneten, in Richtung zum anderen Ende schmaler werdenden, vorzugsweise massiven Körper 16 versehen, so daß ein Kanal 17 mit ringförmigem Querschnitt zwischen den Körpern 15 und 16 entsteht. Der Körper 16 ist mit Hilfe mehrerer dünner nicht dargestellter Stäbe am Körper 15 befestigt. Alternativ können statt dieser Stäbe mehrere dünne Leitschaufeln verwendet werden, wobei der Kanal 17 in mehrere Teilkanäle aufgeteilt wird. Jede Leitschaufel ist dabei dicht an der Druckkammer 10 mit einem in einer Axialebene liegenden Endabschnitt versehen, während in größerem Abstand von der Druckkammer 10 liegende Abschnitte der Leitschaufeln einen Winkel mit der Achse A-A bilden, wobei dieser Winkel mit zunehmendem Abstand von der Druckkammer 10 größer wird. Der Körper 16 ist vorzugsweise an seinem einen Ende spitz und im wesentlichen als Rotationskörper ausgebildet. Die Verbindungsvorrichtung 14 hat an ihrem von der Druckkammer abgewandten Ende ein im wesentlichen als hohler Kegelstumpf ausgebildetes integrales Teil, dessen innere konische Fläche einen koaxialen Kanal 18 begrenzt, durch welchen der von dem hohlen Körper umschlossene Raum 19 mit dem Sammelraum 13 in Verbindung steht. Die äußere Fläche des Kegelstumpfs 18' begrenzt in radialer Richtung einen ringförmigen Teil 20 des Raumes 19. Der ringförmige Teil 20 ist an seinem äußeren Umfang an ein Rohr 21 angeschlossen, das durch einen im wesentlichen kreiszylindrisehen Abschnitt der den ringförmigen Teil 20 radial nach außen begrenzenden Wand hindurchgeführt ist. Das Rohr 21 ist, zumindest am Einführende, im Verhältnis zu dem ge-

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nannten kreiszylindrischen Abschnitt der Wand im wesentlichen tangential gerichtet. Das freie Ende des Rohres ist über einen Planschverband mit der Zufuhrleitung 11 verbunden.
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Bei normalem Transformatorbetrieb strömt die Kühlflüssigkeit in den ringförmigen Teil 20 des Raumes 19 und kommt um die Achse A - A in Rotation. Während der weiteren Verschiebung der Kühlflüssigkeit in Richtung zum Mittelteil des hohlen Körpers 15 wird die axiale und tangentiale Ge-schwindigkeitskomponente der Kühlflüssigkeit größer,'was ein Sinke.n des Druckes zur Folge hat. Eine Wiederherstellung des Druckes erhält man, wenn die Kühlflüssigkeit durch den Kanal 17 strömt, dessen Durchmesser und Querschnitt in Richtung zur Druckkammer 10 größer werden. Der niedrige Druck im Mittelteil des hohlen Körpers 15 in Verbindung mit dem Einfluß der Trägheitskräfte bewirkt, daß keine nennenswerte Flüssigkeitsmenge durch den Kanal 18 in den Sammelraum 13 hinausströmt.

Wenn-der Flüssigkeitsstrom durch das Rohr 21, beispielsweise bei Ausfall der im Zirkulationskreis liegenden Pumpe, aufhört, strömt Kühlflüssigkeit vom Sammelraum 13 durch den Kanal 18 in die Druckkammer. Da die' Verbindungsvorrichtung 14 bei normalem Transformatorbetrieb im Stande ist, .praktisch den gesamten durch die Leitung 11 zugeführten Flüssigkeitsstrom zur Druckkammer zu leiten, kann die Verbindungsvorrichtung 14 so große Abmessungen haben, daß auT sie bei Selbstzirkulation nur ein sehr kleiner Teil des Gesamtströmungswiderstandes des Selbstzirkulationskreises entfällt. Alternativ kann man eine verhältnismäßig große Anzahl gemäß der Erfindung ausgebildeter hydraulischer Verbindungsvorrichtungen an die Druckkammer anschließen, wobei jede an eine eigene Zufuhrleitung angeschlossen ist.

Die Zufuhrleitungen können dabei an eine gemeinsame Zirkulationspumpe angeschlossen sein, oder Jede bzw. jeweils mehrere können an einen individuellen Kühlkreis angeschlos-

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sen sein, oder jede bzw. jeweils mehrere können an einen individuellen Kühlkreis angeschlossen sein.

Statt der in den Figuren gezeigten hydraulischen Verbindungsvorrichtung 14 kann gemäß der Erfindung eine ähnliche Vorrichtung verwendet werden, die sich von der dargestellten dadurch unterscheidet, daß sie mehrere Zufuhrkanäle hat, die in derselben Weise wie das dargestellte Rohr 21 gerichtet und angeschlossen sind.

In vielen Fällen kann bei einem Transformator gemäß der Erfindung eine zufriedenstellende Wirkung der Verbindungsvorrichtung 14 auch dann erzielt werden, wenn der Körper 16 nicht vorhanden ist.

Im übrigen kann die Erfindung im Rahmen des offenbarten allgemeinen Erfindungsgedankens in vielfacher Weise variiert werden.

Claims (4)

Patentansprüche

1. Transformator mit gesteuertem Kühlflüssigkeitsstrom mit einem Transformatorkessel (1), mit einem darin angeordneten aus Jochen und Schenkeln (2) aufgebauten Eisenkern mit auf den Schenkeln sitzenden Wicklungen, mit einer am unteren Joch angeordneten Druckkammer (10), mit Anordnungen zur Führung (Steuerung) mehrerer von der Druckkammer ausgehender Kühlflüssigkeitsströme in der Weise, daß sie vertikal an den Wicklungen entlangströmen und danach im Transformatorkessel aufgefangen werden, mit einem Anschluß des Transformatorkessels an mindestens einen Kühlkreis, der eine an den Transformatorkessel angeschlossene Abflußleitung, einen außerhalb des Transförmatorkesseis angeordneten Kühler, eine Zirkulationspumpe und mindestens eine zwischen der Ausgangsseite dieser Pumpe und der Druckkammer (10) angeschlossene Zufuhrleitung (11); enthält, und mit mindestens einer hydraulischen Verbindungsvorrichtung (14) zwischen der Druckkammer (10) und einem im Transformatorkessel befindlichen Sammelraum (13) für Kühlflüssigkeit, wobei der hydraulische Widerstand der Verbindungsvorrichtung in Richtung vom Sammelraum (12) zur Druckkammer (10) kleiner als in entgegengesetzter Richtung ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsvorrichtung (14) im wesentlichen aus einem hohlen Körper (15) besteht, dessen Innenwand im wesentlichen die Form der Oberfläche eines Rotationskörpers hat und der einen ersten und einen zweiten Endabschnitt hat, von denen der erste an die Druckkammer (10) angeschlossen ist, während der zweite einen zur Achse (A -A) des genannten Rotationskörpers koaxialen ersten Kanal (18) enthält, der das Innere des hohlen Körpers (15) mitdem

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Sammelraum (13) verbindet, daß der erste Kanal (18) von einer Kanalwand mit einer radial nach außen gerichteten Fläche umgeben wird, die zur Innenseite des hohlen Körpers (15) hin einen ringförmigen Teil (20) des Raumes (19) begrenzt, daß der ringförmige Teil (20) an seinem äußeren Umfang an mindestens einen zweiten Kanal (21) angeschlossen ist, der durch einen im wesentlichen kreiszylindrischen Abschnitt einer Außenwand geführt ist, die den ringförmigen Teil (20) begrenzt, daß der zweite Kanal/die zweiten Kanäle (21) im Verhältnis zu dem genannten kreiszylindrischen Abschnitt im wesentlichen tangential gerichtet ist/sind und daß der zweite Kanal/ die zweiten Kanäle (21) mit seinem /ihrem freien Ende an die Zufuhrleitung(en) (11) angeschlossen ist/sind.

2. Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte hohle Körper (15) ein Mittelteil ist, dessen kleinster Innendurchmesser weniger als 80 % des größten Innendurchmessers eines der beiden Endabschnitte beträgt.

3. Transformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte erste Endabschnitt einen koaxial zu ihm angeordneten in Richtung auf den genannten zweiten Endabschnitt dünner werdenden Körper (16) umschließt, wobei ein Spalt (17) mit einem im wesentlichen ringförmigen Querschnitt zwischen dem genannten ersten Endabschnitt und dem Körper (16) gebildet wird.

4. Transformator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Rotationskörper im wesentlichen ein Rotationsparaboloid mit einem verhältnismäßig schmalen Mittelteil ist.