CN111448627B - 具有用于压力补偿和体积补偿的筒状波纹件的电气设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种充油型电气设备，其包括用于充油和密闭地密封电气设备的组件。该组件包括筒状波纹件，该筒状波纹件通过一个或更多个装配件安装在电气设备的板上。波纹件在电气设备中提供压力补偿和体积补偿。该波纹件包括筒体，该筒体具有用于膨胀和收缩以提供补偿的多个卷褶。该波纹件还包括两个盖，这两个盖在筒体的两个端部处与筒体附接。每个盖包括筒状部分，该筒状部分在第一端部处敞开且在第二端部处闭合。第一端部终止于环形面，该环形面用于将盖安装在筒体的相应端部处的卷褶上。第二端部包括开口，该开口用于充油和密闭地密封电气设备以及将波纹件安装在板上。
Description
技术领域
本发明总体上涉及用于电气设备的膨胀波纹件(bellow)。更具体地，本发明涉及充油型电气设备，其包括带有用于电气设备中的压力补偿和体积补偿的筒状波纹件的组件。
背景技术
膨胀波纹件在制造中用以简化组装、抽空/干燥和充油的过程。盘状波纹件通常用在电气设备、比如互感器(比如电容式电压互感器(CVT))中。盘状波纹件由两个盘状件1和装配件2组成。图1示出了附接到电气设备的板3上的盘状波纹件的截面图。两个盘状件1在边缘和靠近中心处焊接。该盘状波纹件使用底部处的装配件2安装。有时，会设置额外的支撑件以提供额外的支撑。
在充油型电气设备中使用这种盘状波纹件存在一些问题。在其预定寿命之前，可能会由于疲劳失效(例如，由于裂纹/变形)而漏油。或者，可能会由于焊接区域(或接头)处产生裂纹而漏油。另外，考虑到盘状波纹件的有限容量，用于油补偿的轴向运动可能不足。
这些问题可能与这种电气设备在加工/制造、运输和/或正常运行期间盘状波纹件所承受的应力有关。加工通常可以涉及组装、真空干燥、加热、充油和密封(在压力下)。在加工(例如，真空和过挤压)期间数次发现盘状件变形。
如图2所示，通常使用额外的支撑件4以在运输期间提供支撑。由于充油波纹件仅具有底部支撑，边缘处的支撑很少，它在运输期间(例如，由于恶劣的道路条件)会持续振动并且可能会面临较大冲击。因此，底部盘状件处的焊接接头和支撑件可能会受到严重的应力，这可能会导致裂纹或变形。如果波纹件以某种方式经受住了运输，它仍然容易出现故障。这归因于在运输期间受到的应力的影响以及在其正常使用寿命(约30年左右)期间的应力集中。这部分故障被认为是电气设备的故障(例如，变压器故障)。
因此，需要一种具有带膨胀波纹件的组件的充油型电气设备，其足够坚固以经受住加工和运输，并且能够在正常操作期间(即，在变压器的使用寿命内)承受应力。
发明内容
本发明提供了一种充油型电气设备，其包括用于充油和密闭地密封所述电气设备的组件。所述电气设备可以是变压器，例如互感器(instrument transformer)。
所述组件包括筒状波纹件，所述筒状波纹件通过一个或更多个装配件安装在所述电气设备的板上。所述筒状波纹件用于所述电气设备中的压力补偿和体积补偿。在一实施例中，所述筒状波纹件设计成用于轴向运动以提供所述压力补偿和体积补偿。
所述筒状波纹件包括筒体，所述筒体具有多个卷褶(convolution)和两个盖。所述筒体可以由不锈钢薄板通过液压成型工艺制成。所述卷褶用于膨胀和收缩(由于油温变化而根据需要进行膨胀和收缩)以提供所述压力补偿和体积补偿。这两个盖在所述筒体的两个端部处与所述筒体附接。
每个盖包括筒状部分，所述筒状部分在第一端部处敞开且在第二端部处闭合。所述筒状部分的所述第一端部终止于环形面，所述环形面用于将所述盖安装在所述筒体的相应端部处的卷褶上。所述筒状部分的所述第二端部包括开口。所述开口用于对所述电气设备充油，以及用以在充油完成时密闭地密封所述电气设备。另外，该开口用于通过所述一个或更多个装配件将所述筒状波纹件安装在所述板上。所述板可以是所述电气设备的壳体上的板，所述板具有用于所述充油和密闭地密封(例如通过使用O形环)的相应开口。每个盖可以具有位于所述第二端部上且靠近装配件区域的凸起，所述凸起用于在制造、组装和运行操作期间为所述筒状波纹件提供强度。
在所述组件中，所述筒状波纹件通过一个或更多个装配件安装在所述板上。在一个实施例中，所述组件包括两个装配件，其中，每个装配件设置在所述筒状波纹件的相应盖上且在所述第二端部处。所述装配件可用于充油、密闭地密封所述电气设备和/或将所述筒状波纹件安装在所述板上。这里，所述两个装配件中的第一装配件(例如，用于与所述板接合的装配件)在所述装配件的端部处包括方形开口。所述开口可以用于(例如，通过使用适当的工具)施加扭矩，以将所述波纹件与所述电气设备的所述板附接。例如，所述装配件可具有螺纹以与所述板(例如具有相应接口的板)附接，并且可使用适当的工具来旋转所述波纹件以将所述波纹件安装在所述板上。所述第一装配件可以由钢制成，以便在所述筒状波纹件充满油时提供刚度和阻尼。
在一个实施例中，所述组件还包括两个或更多个夹持件，以在所述波纹件与所述板之间的接合处保持所述波纹件。这里，在所述卷褶(所述筒体的端部处的卷褶)与所述板之间进行夹持。可以根据所述波纹件的尺寸确定所述夹持件的数量。在一实施例中，使用了四个夹持件。因此，所述筒状波纹件与所述板附接成使得：保持在预紧力下的接触区域位于所述筒状波纹件和所述板之间的接合处以及位于所述第一装配件的***(periphery)。
附图说明
在下文中，将参考附图中示出的示例性实施例更详细地解释本发明的主题，其中：
图1(现有技术)示出了安装在电气设备的板上的盘状波纹件；
图2(现有技术)示出了针对盘状波纹件设置的支撑件；
图3示出了根据本发明的实施例的筒状波纹件300的立体截面图；
图4示出了筒状波纹件的盖；
图5示出了筒状波纹件的具有多个卷褶的筒体；
图6示出了根据本发明的实施例的筒状波纹件的组件与电气设备的板的接触区域；
图7示出了根据本发明的实施例的组件的装配件；
图8示出了根据本发明的实施例的组件通过装配件安装在板上的安装状态；以及
图9是在组件的安装状态中示出的筒状波纹件的夹持件的放大图。
具体实施方式
本发明涉及充油型电气设备，比如但不限于互感器、配电变压器。本发明提供了一种电气设备，其具有用于充油和密闭地密封(hermetically sealing)电气设备的组件。该组件包括用于密闭地密封的电气设备的膨胀***。该膨胀***起到压力补偿和体积补偿装置的作用，并克服了这种电气设备中所使用的传统盘状波纹件的问题。本发明的膨胀***包括筒状波纹件。
筒状波纹件被设计成沿轴向方向进行操作，横向移动极小。当油因参数(例如温度、压力、体积等)变化而膨胀时，筒状波纹件会轴向膨胀，反之亦然。即使油压在各种条件下(例如在加工期间、气候变化期间等)发生显著变化，密闭地密封的***中的筒状波纹件也会将压力保持在所需的工作极限内。
图3示出了筒状波纹件300的立体截面图。筒状波纹件轴向地(沿302)膨胀/收缩以提供压力补偿和体积补偿。如图所示，筒状波纹件包括两个盖304、306，两个盖304、306与包括多个卷褶的筒体308附接。这两个盖(即顶盖和底盖)与端部处的卷褶(例如，顶部卷褶、底部卷褶)附接(例如焊接)，以形成筒状波纹件的所需形状，以便进行压力补偿和体积补偿(例如，通过筒体308围绕轴线302膨胀或收缩)。
如图4所示，每个盖是大致筒状的，其具有筒状部分402和朝向端部的环形面404。因此，筒状部分在第一端部406处敞开，并且在第二端部408处闭合，这形成了盖的U形形状。这种中空的U形形状提供了许多益处。其中一些益处是节省油量、提供空间以及最重要的是便于安装。而且，设置在第二端部的开口412使充油、密闭密封以及将波纹件安装在板上成为可能。
由盖的形状所产生的空间提供了多种用途。该空间用于装配件(参见图3中的310、312)、充油(顶盖304)、固定波纹件(顶盖304和底盖306)以及可选地用于稍后描述的扭矩施加。底盖的平坦环形面置于主油单元***的顶部。在工厂加工期间以及在运行操作中的真空和压力升高期间，靠近装配件区域的凸起410赋予了波纹件强度，这使波纹件的任何永久变形的改变最小化。
图5中示出了具有多个卷褶的筒体308。该筒体沿轴向方向(即围绕302)膨胀和收缩，以根据油温(或压力、体积等)的变化提供所需的补偿。该部件可以由不锈钢薄板通过液压成型工艺制成。筒体的尺寸取决于某些参数，比如但不限于行程长度(例如，膨胀量和收缩量)、工作压力和寿命周期数。卷褶的数量能够根据所需的波纹件容量和要求(例如，对补偿油体积的热膨胀和压力变化的要求)来调节。卷褶数越多，膨胀量和收缩量就越大。端部处的卷褶502、504是盖304、306所附接的位置。
如图3所示，设置了两个装配件，与顶盖304附接的顶部装配件310以及位于底盖306上的底部装配件312。筒状波纹件安装在电气设备的主组件的顶部。筒状波纹件布置在板602(例如，变压器的板)上，以在如图6中所突出显示的接触区域604处在***保持于预紧力下。
波纹件通过底部装配件312与板602附接。在图7所示的实施例中，底盖的平坦环形面和底部装配件的设计有助于产生预紧力。底部装配件是紧凑的部件，底部装配件可以由钢制成并且特别地设计成用以将波纹件安装在主单元上。在一实施例中，装配件的底端具有螺纹(未示出)用以固定在单元的顶部。在图7的实施例中，在底部装配件312的顶部设置了(例如通过拉削加工)方形开口702。这可用于施加扭矩(例如，类似于螺母)。这可以有助于防止在波纹件与主单元固定时引起应力。由于设置了方形开口，该方形开口可以用于(例如，通过适当的工具)使波纹件旋转，以便将波纹件与主单元固定(例如，固定在变压器的相应装配件上)。当波纹件充满油并且不得不承受随机振动和冲击时，底部装配件还可以提供刚度和阻尼。
可选地，如图8所示，使用一个或更多个夹持件(保持夹持件802、804)使波纹件与板附接。夹持件的数量可以基于波纹件的容量确定。在一实施例中，使用了四个夹持件。可选地，如图8所示，夹持件802、804通过螺钉803、805固定至板602。如图9所示，夹持件在端部处的卷褶/盖与板之间的接合处(例如，806、808)牢固地保持波纹件。夹持件有助于减少寿命周期操作期间产生的疲劳应力。
因此，与常规电气设备相比，本发明的具有膨胀***的电气设备能够更好地承受不同方向上的随机振动和冲击。筒状波纹件设计用于轴向运动，并在运输期间和在现场安装后的正常工作期间保持牢固地安装。此外，与盘状波纹件相比，由于轴向地提供补偿(归因于卷褶)，油体积补偿明显更高。底部装配件上的可选的方形开口用于施加扭矩以便正确固定。底部设置的可选支撑件(夹持件)也有助于将运输期间受到的应力减到最少。
Claims (10)
1.一种充油型电气设备，包括用于充油和密闭地密封所述电气设备的组件，其中，所述组件包括筒状波纹件(300)，所述筒状波纹件(300)通过一个或更多个装配件(310、312)安装在所述电气设备的板(602)上，用于所述电气设备中的压力补偿和体积补偿，其中，所述筒状波纹件包括：
筒体(308)，所述筒体(308)具有多个卷褶，所述多个卷褶用于膨胀和收缩以提供所述压力补偿和体积补偿；以及
两个盖(304、306)，所述两个盖(304、306)在所述筒体的两个端部处与所述筒体附接，其中，每个盖包括筒状部分(402)，所述筒状部分(402)在第一端部(406)处敞开且在第二端部(408)处闭合，其中，所述第一端部终止于环形面(404)，所述环形面(404)用于将所述盖安装在所述筒体的相应端部(502、504)处的卷褶上，并且其中，所述第二端部包括开口(412)，所述开口(412)用于充油和密闭地密封所述电气设备以及通过所述一个或更多个装配件将所述筒状波纹件安装在所述板上。
2.根据权利要求1所述的充油型电气设备，其中，所述组件的所述一个或更多个装配件中的每个装配件安装在相应的盖上且在所述筒状部分的所述第二端部处，以便进行充油和密闭地密封所述电气设备，并且其中，所述一个或更多个装配件中的第一装配件(312)在一端部处包括方形开口(702)，所述方形开口(702)用于施加扭矩以将所述波纹件与所述电气设备的所述板附接。
3.根据权利要求2所述的充油型电气设备，其中，所述组件还包括两个或更多个夹持件，其中，每个夹持件在所述卷褶与所述板之间的接合处保持所述筒状波纹件。
4.根据权利要求3所述的充油型电气设备，其中，所述筒状波纹件与所述板附接，使得保持在预紧力下的接触区域(604)位于所述筒状波纹件与所述板之间的所述接合处以及位于所述第一装配件的***。
5.根据权利要求1所述的充油型电气设备，其中，所述组件的所述筒状波纹件设计成用于围绕轴线(302)轴向运动，以提供所述压力补偿和体积补偿。
6.根据权利要求2所述的充油型电气设备，其中，所述第一装配件由钢制成，以便在所述筒状波纹件充满油时提供刚度和阻尼。
7.根据权利要求1所述的充油型电气设备，其中，每个盖包括位于所述第二端部上且靠近装配件区域的凸起(410)，所述凸起用于在制造、组装和运行操作期间为所述筒状波纹件提供强度。
8.根据权利要求1所述的充油型电气设备，其中，具有所述多个卷褶的所述筒体由不锈钢薄板通过液压成型工艺制成。
9.根据权利要求1所述的充油型电气设备，其中，所述电气设备是互感器。
10.一种用于充油型电气设备中的压力补偿和体积补偿的筒状波纹件(300)，所述筒状波纹件包括：
筒体(308)，所述筒体(308)具有多个卷褶，所述多个卷褶用于膨胀和收缩以提供所述压力补偿和体积补偿；以及
两个盖(304、306)，所述两个盖(304、306)在所述筒体的两个端部处与所述筒体附接，其中，每个盖包括筒状部分(402)，所述筒状部分(402)在第一端部(406)处敞开且在第二端部(408)处闭合，其中，所述第一端部终止于环形面(404)，所述环形面(404)用于将所述盖安装在所述筒体的相应端部(502、504)处的卷褶上，并且其中，所述第二端部包括开口(412)，所述开口(412)用于充油和密闭地密封所述电气设备以及通过一个或更多个装配件(310、312)将所述筒状波纹件安装在所述电气设备的板上。
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Address after: Swiss Baden Applicant after: Hitachi energy Switzerland AG Address before: Swiss Baden Applicant before: ABB grid Switzerland AG |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Effective date of registration: 20231226 Address after: Zurich, SUI Patentee after: Hitachi Energy Co.,Ltd. Address before: Swiss Baden Patentee before: Hitachi energy Switzerland AG |
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