Brevet FR2135046A1 — publié le 19721215

La présente invention concerne une cuve perfectionnée pour transformateur à huile ou autre liquide diélectrique (produits chlorés tels que ceux contus sous les noms commerciaux de Pyralène et Chlophène). On connaît déjà deux types principaux de cuves de transformateurs à huile : les cuves ondulées ou à ondes et les cuves a radiateurs de refroidissement rapportés. Les cuves ondulées comportent comme paroi latérale une tôle pliée en accordéon, le pliage étant effectué à la main ou à la machine. Ces ondulations sont soudées à la partie supérieure à un cadre en cornière et à la partie inPér-eure à un fond et elles s'étendent en principe sur tout le périmètre de la cuve La surface développée aes ondes est calculée de façon à assurer l'évacua- tion des watts correspondant aux pertes du transformateur. De tels transforn:-ateurs présentent divers inconvénients : les ondulations ne peuvent être exécutées qu'avec des machines spécialement construites à cet effet dont les réglages ne permettent pas de souplesse d'utilisation. Le rendement thermique du système de refroidissement ainsi établi est médiocre du fait dtune mauvaise utilisation des mouvements de convection du diélectrique interne et de l'air extérieur à la cuve, ce qui oblige à prévoir une surface de refroidissement importante, augmentant ainsi le volume extérieur du transformateur.Enfin les cuves sont fragiles et elles ne supportent ni une pression intérieure atteignant 25 nar cm2 ni le vide car les ondes se cilatent. La constructicn elle-même des cuve nécessite un travail manuel important très difficile à mécaniser et donc onéreux. Les cuves à radiateurs ce refroidissement rapportés sont de deux types ; dans le premier, elles sont constituées par une tôle lande formant une surface perallélépipédique sur laquelle sont montés de diverses manières bes radiateurs de refroidissement. Ces rauiateurs qui communiquent avec la cuve par un orifice inférieur et un orifice supérieur sont ainsi ménagés en saillie relativement à Ca paroi e la tôle .Ils sont constitués d'éléments en tôle scudés à l'intérieur desquels circule l'huile. Ces éléments débcuchent en haut et en bas dans des collecteurs qui sont soudés ou fixés par prides sur les orifices des cuves, ces cuves elles-mêmes @'@tant @@e de simples bacs renforcés pour tenir aux pressions nécessaires.Ce mode de réalisation assure un refroidissement meilleur que les cuves à ondes, ce qui permet de réduire la surface de refroidissement. De plus, les cuves sont plus rigides, car les radiateurs constitués de panneaux soudés par points font office de raidisseurs. Ces cuves sont également de réalisation plus économique et peuvent être fabriquées au moyen d'appareils largement utilisés en chaudronnerie pour la construction de radiateurs. Le domaine d'application de ce type de cuves s'étendait essentiellement aux fcrtes et moyennes puissances de transformateurs puis, au fur et à mesure des progrès de la fabrication des radiateurs, les plus petits transformateurs sten virent également équipés. Pour les fortes puissances, ce type s'avère toujours le mieux adapté quand on veut assurer un refroidissement naturel des transformateurs. Dans le domaine des petites et moyennes puissances, l'avantage essentiel de ce type de cuves par rapport aux cuves à ondes est que le radiateur oriente mieux les mouvements de convection du diélectrique interne et de l'air extérieur.Lorsque la cuve est conçue de façon suffisamment simple, et en utilisant des radiateurs appropriés, on arrive ainsi à réduire les surfaces d'évacuation d'environ 10 à 20S. La construction par elle-même est plus soliae et son coût est également sensiblement comparable ou inférieur à celle de la cuve à ondes D'autre part, étant donné la forme des radiateurs et la diminution des surfaces, le volume du diélectrique nécessaire se trouve diminué. Néanmoins, les cuves à radiateurs de ce premier type présentent des inconvénients sérieux. Leur poids reste assez appréciable car la tôle de la cuve elle-même doit avoir une épaisseur d'au moins 3 mm pouvant aller pour les grosses cuves Jusqu'à 8 mm. Les cuves ne tiennent ni la pression, ni le vide si lton n'y adjoint pas un certain nombre de renforts sur les parois, lesquels augmentent d'autant le prix et le poids. Dans les cuves à radiateurs de refroidissement rapportés du second type, une partie au moins des parois de la cuve elle-même est constituée par un élément de radiateur, cet élément comprenant deux feuilles de tôles embouties et soudées l'une à l'autre par points. Ce second type de cuve présente encore toutefois l'inconvénient majeur constitué par le fait que les mouvements de convection de l'air sont encore mal utilisés et que, par ailleurs, étant donné que les différences de température de l'air ambiant et de lthuile sont faibles, de l'ordre de 500, la puissance d'évacuation thermique au décimètre carré est encore faible, malgré un progrès par rappert aux cuves on@ulées. C'est courquci la présente invention a pour but de remédier à tous les inconvénients précédents et d'améliorer encore les caractéristi@ues ther@iques et mécaniques des cuves à radiateurs ce facon à augmenter l'efficacité des a convection de la cuve et des radietetrs. A cet effet elle a pour objet une cuve à radiateur de refroicassement -cL:r transformeteur, caractérisée en ce que des éléments en saillie en matière conductrice ce la chaleur sont fixés sur la face extérieure d'au moins une parol de l'ensemble constitué par la cuve proprement dite et par les radiateurs. Les avantages ainsi oètenus sont les suivants Au point de vue thermique, l'utilisation connue des radiateurs était un prcgrès ; en effet, l'efficacité au m2 des parois de refroidissement était améliorée de 10 à 20% par rapport aux cuves ondules ; les arcs s de la cuve et les parois des radia- teurs étaient des surfaces au contact du diélectrique d'un côté et de l'air de l'autre côté, ces parois servant à trarsmettre les calories à évacuer.Les éléments en saillie prévus conformément à l'invention jouent le rôle prépondérant stivant dans la thermodynasique du système : ils servent de pompe à calories ; en effet, par le contact avec la paroi associée ils abscrbent ces calories qu'ils rétrocèdent à l'air ambiant ; mais ils le rétrocèdent sur leurs deux faces alors que la paroi n'a qu'une seule face d'éva- cuation thermique. es éléments en saillie peuvent présenter les formes les plus diverses sous réserve qu'ils présentent deux faces d'évacuation ces caiories : ils peuvent être pleins ou creux ; ils peuvent par exemple présenter la forme d'ailettes. Toutefois, dans un mode d' exécution particulièrement avantageux de l'invention, chaque élément er saillie comprend un passage en forme de conduit qui est @élimité par une parci mince: dans ce cas, les éléments en saillie @@@ent un secene @ôle dans la t@ermedynamique du système ; ils seivent èga@ement de conduits pour l'air. Ces conduits accentuent @@@@@ @@@@et @e enetinée de teile façon que la vitesse de passa @e @e @'@ir se trouve aug@entée de façon très sensible. Les @léments er sail@ie peuvent être à distance les uns des eiotes @u @uxtatosfs et être solidaires les uns des autres ou non; se pr@@érence cependant les éléments en saillie associés à chaque par@i sont constitués par une feuille plissée en matière conduc tri ce de la chaleur dans laquelle les faces des plis sont écartées de façon à délimiter les passages voulus. La forme des plis peut être très variable et elle doit être adaptée technologiquement à la paroi de fixation. rune façon avantageuse par exemple chaque feuille plissée peut présenter des parties planes alternées avec des parties en saillie dont la section est trapézoïdale, ce qui consttSue un mode de réalisation très peu onéreux cotte on le verra par la suite. Bien que lton puisse ne prévoir d'éléments en saillie que sur une seule paroi de l'ensemble, c'est-à-dire soit sur une seule paroi de la cuve, soit sur une seule paroi d'un radiateur, il est évident qu'il est plus avantageux d'en prévoir sur plusieurs parois; c'est ainsi que de la façon la plus avantageuse, on peut prévoir des éléments fixés sur toutes les parois de la cuve et sur toutes les parois des radiateurs, à l'exception des parois les plus extérieures. Bien que lton puisse ne disposer les éléments que sur des zones limitées de la paroi considérée, on peut prévoir qu'ils sont disposés sur pratiquement toute la surface de chaque paroi qui en est munie, à ltexcepticn des zones de raccordement relatives à la cuve proprement dite et aux radiateurs, ctest-à-dire entre la cuve et les radiateurs directement fixés sur elle et/ou entre les différents radiateurs lorsqu'ii y en a plusieurs sur chaque paroi. Lorsquton adopte les trois dispositions préférentielles cidessus, les essais élémentaires exécutés permettent S'envisager une augmentation de l'efficacité du système cuve-radiateurs de l'ordre de 30 à 100% ; en effet, la surface des parois de la cuve et des radiateurs peut être réduite à une valeur de 6 & 6 à 50% de celle nécessaire lorsque l'onndtilise pas ces feuilles ondulées. Au point de vue mécanique, les avantages que présente l'ad Jonction des éléments en saillie sont de quatre ordres Tout d'abord ces éléments, outre leur rôle thermodynamique, servent en même temFs de raidisseurs : les panneaux ou éléments de radiateurs se trouvent beaucoup plus rigides ; mais l'avantage est encore plus évident en ce qui ccncerne la paroi proprernent dite de la cuve : cette paroi n'a plus besoin d'aucun renforcement mécanique, les éléments en saillie servant également de renforcement. De ce fait, dans une réalisation particulière de l'invention, chaque paroi latérale de la cuve proprement dite peut être constituée par une feuille plane de matière conductrice de la chaleur.Ainsi cette paroi peut être une simple tôle emboutie suivant la forme vouiae et cette paroi, d'une épaisseur faible pouvant aller de 2 à 3 mm, peut constituer avec quelques soudures d'assemblage ltenve- loppe ae la cuve. Bien que l'on paisse en outre prévoir, pour la fixation du couvercle de la cuve, un cadre supérieur constituant une pièce distincte que lton souàerait sur la cuve, on peut de préférence prévoir un cadre supérieur constitué de côtés qui sont chacun venus d'une pièce, par pliage, avec la paroi correspondante de la cuve.De façon avantageuse également, ce cadre peut présenter une gorge dont la concavité est tournée vers le haut pour permettre le logement d'un joint plat ou torique, cette gorge se réalisant facilement par emboutissage. Ensuite, du fait de la réduction des surfaces du radiateur proprement dit, un avantage important apparat quant à la contenance de diélectrique, car on arrive à réduire d'autant le volume de ce diélectrique. Un radiateur classique contenant en général environ 4 litres de diélectrique par m de refroidissement, pour une cuve équipée de 20 m2 de radiateurs, puisquton arrive à réduire à 50% la surface nécessaire, l'économie réalisée sera de 40 litres de diélectrique, ce qui représente un avantage économique important. De plus, le systeme de cuve à paroi de convection équipée de radiateurs convecteurs permet également de réduire considérablement les encombrements au sol des transformateurs. Cette réduction d'encombrement ramenée au seul système de refroidissement peut atteindre 30% à 50% de la surface précédemment nécessaire. Les appareils peuvent ainsi être plus compacts et l'augmentation des puissances peut se faire très souvent sans modifier les cabines elles-mêmes. Enfin, l'adoption de ce système permet d'utiliser dans une réalisation particulière des parois embouties comme indiqué ci aesstls. Or, un problème fréquent apparaît dans la fabrication de transformateurs à remplissage intégral, dans lesquels cuves et couvercles sont assemblés par soudure.C'est pourquoi, suivant une autre particularité de l'invention, on peut de préférence prévoir de -ixer le couvercle de la uve sur celle-ci par soudure par points ; ainsi l'assemblage se réalise ae façon élégante e pro pre. a so@dure couvarcle sur cadre de cuve peut se faire en effet par rapprochement avec une pince à souder par poins se trouvant dans le commerce. cette @pération peut être exécutée dans l'atelier même de construction du transformateur après ltessai électrique de celui-ci sans gêner, alors que jusqu'ici les réalisations par sou dure à l'électrode ne pouvaient raisonnablement pas être exécutées dans le meme atelier pour des raisons de sécurité et de propreté essentiellement. Bien entendu, on peut également réaliser normalement l'assemblage par boulon-écrou. Par contre les différents cotés de la cuve doivent être fixés ensile eux par soudure continue tanch La description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés a uniquement pour but de bien faire comprendre comment l'invention peut eAtre mise en pratique La figure 1 représente une vue en élévation d'une cuve suivant un mode d'exécution particulier conforme à l'invention, couvercle ôté. La figure 2 en représente une vue de dessus. La figure 3 en représente une vue partielle en perspective, radiateurs ôtés, La figure 4 représente une vue en coupe de llobjet de la figure 2 prise suivant la ligne IV-IV de cette figure et la figure 5 une vuè en coupe de l'objet de cette figure 4 prise suivant sa ligne V-V. Les figures 6 à 8 représentent trois profils particuliers du cadre supérieur de la cuve, la première montrant en outre le procédé d'assemblage du couvercle La cuve représentée par ces figures comprend une cuve proprement dite i et des radiateurs de refroidissement 2. La cuve 1 comprend quatre parois latérales la, lb, 1c et id constituées chacune par une tôle plane rectangulaire et réunies par soudure de façon à constituer un parallélépipède rectangle qui est complété par un fond 3 et par un couvercle 4 que l'on ne voit que sur la figure 6. Les radiateurs sont d'une structure classique en elle meme connue et ils sont au nombre de huit, deux sur chaque paroi de la cuve, un premier 2a, 2b, 2c ou 2d relié à la cuve par des raccords tubulaires supérieurs 5 (deux sur les grands cotés et un seul sur les petits côtés) et des raccords tubulaires inférieurs 6 alignés verticalement avec les raccords 5 et en meme nombre, ces raccords débouchent dans la cuve i à travers des orifices 7 ménagés à cet effet aux niveaux voulus dans les totales de cette cuve, et un deuxième radiateur 3a, 3b, 3c ou 3d relié au premier par des raccord tubulaires supérieur et inférieur 5 et 6 identiques aux précédents et alignés avec eux.Chaque radiateur comprend à la façon connue deux tôles embouties symétriquement et soudées entre elles de façon à ménager des conduits verticaux 8 qui débouchent dans des collecteurs supérieurs et inférieurs 9 auxquels sont fixés les raccords 5 et 6. Des tôls ondulées l-3 sont fixées une sur chaque paroi la, 1b, lc ou la de la cuve, une sur chaque tôle interne et sur chaque tôle externe de chaque radiateur interne 2a, 2b, 2c ou 2d et une sur chaque tôle interne de chaque radiateur externe 3a; 3b, 3c ou 3a. Chaque tôle ondulée présente des ondulations qui sont orientées verticalement et sont constituées par des parties planes alternées avec des parties en saillie dont la section est celle d'un trapèze sans grande base, ces dites parties planes étant soudées sur les tôles de la cuve et des radiateurs.Sur ceux-ci, elles sont soudées sur les parties qui séparent les conduits verticaux 8, les parties en saillie à sectIon trapézoïdale chevauchant ces conduits. Sur les tôles de la cuve, elles s'étendent verticalement jusqu'à faible distance de leurs bords supérieur et inférieur sauf à l'endroit des orifices 7 où les ondulations sont limitées à la hauteur qui sépare ces orifices. De même, sur les tôles des radiateurs, elles s'étendent verticalement jusqu'à faible distance des collecteurs supérieurs et inférieurs 9 sauf à l'endroit des raccords 5 et 6 où elles sont limitées à la nauteur qui sépare ces raccords, avec toutefois un écart sufflsent permettant un écoulement convenable de l'air. Chaque paroi la, lo c et Lo présente, réalisé par pliage, un rebord horizontal 11 présentant un bord 12 rabattu vers le bas, également -éalisé par cliage, et une gorge 13 dont la concavité est tournée vers le haut et qui est réalisée par emboutissage.L'ensemble des reboras il constitde n cadre sur lequel on pose le couvercle + après avoir interposé u oint annuiaire 15 dans la gorge 13. cette gorge présente une secs on soit trapézoïdale (figure 6), soit rectangulaire (figure @), soit encore en are de cercle (figu re 8) et elle sépare le rebord 11 en deux perties 16 et 17, la tartie 10 exterpe étant à un niveau légèrement inférieur à celui ce @a pertie @ interne. Cette aifférence de niveau est rattrapée @@@sa@@@@@ se@re le couvevcle sur le rebord pour le fixer, cette @ation se faisant par soudure par points 18 comme le montre la @ure @. @@evacuation des calories successivement à travers les parois --e la c@@ et des radiateurs et à travers les tôles ondulées 10 se fait avec un rendement supérieur de-30 à lOO/c, en fonction notamment de la puissance et des dimensions des transformateurs, par rapport aux cuves sans tôles rapportées ; cette augmentation de rendement permet de réduire à une valeur de 50 à 66% la surface des parois des cuves et des radiateurs, donc d'autant l'encombrement au sol et le volume de diélectrique utilisé. On rappelle pour mémoire les avantages d'ordre mécanique mentionnés plus haut. REVENDICATIONS 1. Cuve à radiateurs de refroidissement pour transformateur, caractérisée en ce que des éléments en saillie en matière conductrice de la chaleur sont fixés sur la face extérieure d'au moins une paroi de ltensemble constitué par la cuve proprement dite et par les radiateurs. 2. Cuve selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque élément en saillie comprend un passage en forme de conduit qui est délimité par une paroi mince. 3. Cuve selon la revendication 2, caractérisée en ce que les éléments en saillie associés à chaque paroi sont constitués par une feuille plissée en matière conductrice de la chaleur dans laquelle les faces des plis sont écartées de façon à délimiter les passages voulus. 4. Cuve selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque feuille plissée en matière conductrice de la chaleur présente des parties planes alternées avec des parties en saillie dont la section est trapézoidale. 5. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant sur chaque face latérale de la cuve proprement cite au moins un radiateur, caractérisée en ce que des éléments en saillie en matière conductrice de la chaleur sont fixés sur toutes les parois de la cuve et sur toutes les parois des radiateurs, à ltexception des parois extérieunes des radiateurs les plus extérieurs. 6. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, ceractérisée en ce que des éléments en saillie en matière conductri ce de la chaleur sont fixés sur pratiquement toute la surface de car paroi qui en est munie, à ltexcention des zones de rac cordeoent relatives à la cuve proprement dite et aux radiateurs. 7. cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que chaque paroi latérale de la cuve proprement cite est constituée par une feuille plane de matière conductrice de la chaleur 8. Cuve selon l'une puelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la cuve proprement dite présente un cadre supérleur constitué de côtés qui sont chacun venus d'une pièce, par pliage, avec la paroi correspondante de la cuve. 9. Cuve selon la revendication 8, caractérisée en ce que le cadre supérieur présente une gorge dont la concavité est tournée vers le haut. 10. Cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le couvercle de la cuve est fixé sur celle- ci par soudure par points. 11. Transformateur équipé d'une -cuve selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.