Brevet FR2248593A1 — publié le 19750516

La présente invention se raoporte aux appareils dlectriques et concerne plus carticulierement la circulation du réfrigércnt des transformateurs de puissance. Les transformateurs de puissance refroidis par liquide sont souvent pourvus d'une ou plusieurs pompes qui envoient le réfrigérant liquide dans des radiateurs dissipant une certaine partie de sa chaleur. Dans certains types de transformateurs, ou dans des applications particulières, une ou plusieurs pompes de réserve sont fixées au transformateur pour être utilisées en cas de défaillance de la pompe principale. La commutation de la pompe principale à la pompe de réserve s'accomolit habituellement automatiquement, souvent au moyen de dispositifs de commande répon- dant à la pression -ou au débit. Pour empocher la circulation du réfrigérant dans la pompe en inactivité et la réduction résultante de l'efficacité du dispositif de refroidissement, la pratique courante consistait à installer des clapets anti-retour dans le parcours d'écoulement des pompes principale et de réserve. Ces clapets permettent ltécou- lement du liquide seulement dans une direction et empêchent ainsi la circulation du réfrigérant dans la pompe en inactivité. Les clapets anti-retour présentent plusieurs inconvénients. Ils sont bruyants puisqu'ils fonctionnent librement et comportent habituellement une texte qui oscille pour 5'ouvrir et se fermer selon le sens d'écoulement. Certains clapets sont susceptibles de défaillance mécanique en raison des pièces mobiles qu'ils renferment. Des surfaces à garniture d'étanchéité supplémentaires, qui sont des sources potentielles de fuite, sont nécessaires pour la fixation correcte des clapets. L'espace requis pour le montage de ces derniers s'ajoute à la dimension générale du dispositif de refroidissement sans en accroître l'efficacité. La présente invention a pour objet de réaliser un agencement destiné à dériver la pompe de refroidissement en inactivité sans l'utilisation d'éléments contenant des pièces mobiles. Selon la présente invention, un appareil électrique comprend une enceinte, constituée par une cuve renfermant un réfrigérant liquide, un dispositif de radiateurs fixé à cette cuve et dans lequel passe le réfrigérant, un dispositif collecteur dans lequel est dirigé le réfrigérant qui circule dans les radiateurs, une première et une seconde pompes ayant chacune une ouverture d'admission et une ouverture de décharge, l'ouverture d'admission de chaque pompe étant en liaison avec une ouverture du collecteur, agencement caractérisé par un tube de décharge ayant une première ouverture en liaison avec l'ouverture de décharge de la première pompe, une seconde ouverture en liaison avec l'ouverture de décharge de la seconde pompe, et une troisième ouverture en liaison avec le réfrigérant contenu dans la cuve, ce tube de décharge ayant un premier étranglement situé entre la première et la troisième ouvertures, et un second étranglement situé.entre la seconde ouverture et la troisième, la-dimension du premier étranglement étant celle nécessaire pour assurer une charge d'énergie potentielle au second étranglement, due au liquide qui passe dans le premier étranglement lorsque la première pompe fonctionne, et qui est sensiblement égale à la charge d'énergie potentielle du liquide à l'ouverture d'admission de la seconde pompe, la dimension du second étranglement étant celle voulue pour assurer une charge d'énergie potentielle au premier étranglement, due au liquide qui passe dans le second étranglement lorsque la seconde pompe fonctionne et qui est sensiblement égale à la charge d'énergie potentielle du liquide à l'ouverture d'admission de la première pompe. Pratiquement, l'appareil électrique comporte une pompe principale de refroidissement et une pompe auxiliaire ou de réserve derefroidissement. Les rompes principale et de réserve ont chacune une ouverture d'admission qui est raccordée avec un conduit contenant le liquide refroidi par son sassage dans un radiateur. Chacune des pompes est pourvue d'une ouverture de décharge qui est raccordée à un tube de décharge. Ce tube de décharge est pourvu d'une ouverture de sortie qui permet au liquide réfrigérant qui y passe d'entrer dans l'appareil électrique et d'en refroidir les éléments constitutifs. Deux étranglements sont situés dans le tube de décharge. L'un de ceux-ci est disposé entre l'ouverture de sortie et la pompe principale. L'autre est disposé entre l'ouverture de sortie et la pompe de réserve. Quand la pompe orincipale fonctionne, le réfrigérant est envoyé dans un étranglement qui en augmente la charge cinétique -et en diminue la charge potentielle. La charge potentielle est diminuée suffisamment pour rendre celle du réfrigérant sortant de ltétranglement égale a celle régnant à l'ouverture d'admission de la pompe de réserve, de sorte qu'aucun réfrigérant ne circule dans cette dernière. Lorsque la pompe de réserve fonctionne et que la pompe orincipale est inactive, l'étranglement dans le parcours de circulation produit une chute similaire dans la charge Dotentielle pour empêcher la circulation du réfrigérant dans la pompe principale en anactivité. Aucun clapet de retenuen'est requis suivant l'agencement de la présente invention. On décrira maintenant l'invention, 'a titre d'exemple, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue d'un transformateur, en partie interrompu et construit selon la présente invention; La figure 2 est une vue partielle de coté, tartie en coupe, de l'agencement de pompe représenté à la figure 1; La figure 3 est une vue de dessus, partie en coupe, prise suivant la ligne générale 111-I Il de la figure 2; La figure 3A est une vue agrandie, interrompue, de la partie encerclée de la figure 3; et La figure 4 est un schéma de l'agencement de pompe représenté à la figure 3 et en illustrant le fonctionnement. Au cours de la description qui va suivre, les caractères similaires de référence désignent les éléments similaires sur toutes les figures des dessins. La figure 1 représente un transformateur de Duissance 10, refroidi par liquide. Une cuve 12 renferme un ensemble 14 de noyau-enroulements qui est immergé dans un réfrigérant liquide, tel que l'huile minérale, qui remplit la cuve 12 jusau'au niveau 16. La cuve 12 supporte les manchons du transformateur, tels -que les mancnons 18, ainsi que les radiateurs 20 et 22. Le radiateur 20 est reorésenté en traits mixtes.Le radiateur 22 est illustré artiellement en traits mixtes, sous la forme dtune rangée de tubes 24 qui sont raccordés sur le côté 26 de la cuve 12. Normalement, plusieurs de ces rangées seraient utilisées pour constituer le radiateur-22, mais une seule est représentée à la figure 1 pour la clarté du dessin. Les radiateurs 20 et 22 fonctionnent de manière similaire. Le liquide chaud entre par les ouvertures 26, circule dans le radiateur 20 dans lequel il se refroidit et pénètre dans la cuve 12 par les ouvertures situées au fond du radiateur 20, telles que l'ouverture 28. On neut utiliser les moyens nécessaires Dour envoyer le liquide dans les radiateurs 20 et 22, tels que les pompes 30 et 32 que l'on peut f-aire fonctionner pour envoyer le réfrigérant dans le radiateur 22. Le réfrigérant liquide du radiateur 22, qui teut être recueilli dans un collecteur contenu dans la cuve 12, s'écoule soit par le tube d'admission 34, soit par le tube d'admission 36, dans la pompe appropriée 30 ou 32, et par le tube de décharge 38 dans l'intérieur de la cuve 12 dans laquelle il refroidit l'ensemble 14 de noyau et enroulements.Les pompes 30 et 32 fonctionnent indépendamment l'une de l'autre plutôt que simultanément. Ainsi, l'une des pompes peut être la pompe principale en activité, et l'autre la pompe de réserve utilisée seulement en cas de défaillance de la pompe principale. Suivant l'agencement antérieur destiné à empêcher l'écoulement en retour dans une pompe en inactivité, le réfrigérant du transformateur entre dans le radiateur, est mis en circulation par une pompe principale ou auxiliaire et fait retour au transformateur. Des clapets anti-retour sont distossés dans le parcours de circulation du réfrigérant afin d'en empocher l'écoulement inverse. La figure 2 est une coupe partielle en élévation du transformateur, vu de cotéJO. Un dispositif collecteur, comprenant le collecteur 40 et le conduit 42, dirige le liquide réfrigérant 44 dans l'ouverture 46. Le liquide 44 est pompé- à travers l'ouverture 46 et la valve d'évacuation 48 par la pompe 30 entraînée tar le moteur 50. Le liquide refroidi s'écoule à travers la pompe 30 et le tube de décharge 38 vers l'intérieur de la cuve 12. Dans cette forme particulière He ralisalin de ltinvention, le conduit 42 est situé à l'inté-leu~ ce la cuve 12. Le conduit 42 Dourraet être situé à l'extérieur de cette dernière tout en restant dans le cadre de l'invention. De même, les orifices d'admission de la Dompe 30 et l'ouverture de sortie 52 du tube de décharge 38 pourraient être situés à des niveaux différents. La figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. Lorsque le moteur 50 fonctionne, la pompe 30 fait passer le liquide refroidi 44 du conduit 42 vers l'intérieur de la cuve 12 renfermant l'ensemble 14 de noyau et enroulements. Lorsque le moteur 50 est inactif, le moteur 56 fonctionne pour pomper le liquide dans l'ouverture 58 et hors de l'ouverture 52. Les valves d'évacuation 48, 60, 62 et 64 sont normalement tou Jours en position d'ouverture, quelle que soit la pompe en activité. Elles sont utilisées principalement pour l'évacuation et la remise en activité des pompes et ne doivent Qtre fermées qu'à ce moment seulement. Le tube de décharge 38 est construit de manière que, lorsqu'une Dompe n'est pas en fonction, le débit de liquide produit par l'autre pompe ne cause pas un écoulement appréciable de liquide dans la pompe en inactivité. Ce résultat est obtenu sans l'utilisation de clapets en créant une condition statique de pression dans la pompe en inactivité. La figure 3A est une vue avec arrachement d'une partie du tube de décharge 38 comprise dans le cercle IIIA de la figure 2. L'ouverture de decharge de la pompe 30 est raccordée à la branche 68 du tube de décharge. L'ouverture de décharge de la pompe 32 est raccordée à la branche 70 du tube de décharge. Le liquide s'écoulant par la branche 68 entre dans la branche 72 d'où il passe dans la cuve 12. En raison de la dimension de l'étrangle- ment 74 formé par la cloison 76 et le boîtier 78 du tube de décharge, la pression de liquide développée dans la région 80 est suffisante Dour empêcher l'écoulement du liquide dans la branche 70. On obtient un résultat similaire quand le liquide s'écoule de la branche 70 et qu'il reste statique dans la branche 68. On peut utiliser divers autres agencements physiques pour produire les étranglements 74 et 84 tout en restant dans la nortée de l'invention. Diverses ouvertures des éléments du dispositif de pompage sont raccordées ensemble, oar exemple l'ouverture 46 et l'ouver- ture d'admission de la pompe 30 qui est fixée à la valve 48. Ces ouvertures, bien qu'elles ne soient sas raccordées ensemble directement, sont raccordées en relation de communication d'écoulement Duisque le liquide passant ou contenu entre les ouvertures ne change pas sensiblement de pression ou de vitesse entre les deux ouvertures. La figure 4 est un schéma illustrant le fonctionnement du dispositif statique de la pompe de réserve. Le liquide du radiateur est recueilli dans le conduit 42. Si la pompe 30 est en activité, la pompe 32 se trouve en resserve et ne fonctionne pas, le liquide est attiré dans l'ouverture 46, envoyé dans l'étrangle- ment 74, et sort par l'ouverture 52. I1 est au plus haut point désirable d'empêcher i'écoulement de tout liquide refroidi 44 dans l'étranglement 84 et hors de l'ouverture 58, puisque cela fait simplement recirculer le liquide refroidi dans le conduit 42 et ne refroidit sas les éléments du transformateur. L'équation de Bernouilli donne la relation entre les conditions dynamique et statique du liquide au repos ou en écoulement laminaire sans résistance. En raison de la conservation de l'énergie, la somme de la charge potentielle, ou le terme pression de l'équation de Bernouilli, et la charge cinétique, ou le -terme vitesse de cette équation, doivent rester égales. Une charge potentielle peut donc être convertie en charge cinétique sans une diminution aopréciable d'énergie, et de même une charge cinétique oeut être convertie en une charge potentielle. A la figure 4, le liquide à proximité de ltouverture 46 a une pression et une vitesse définies. La meme oression et vitesse existe pour le liquide à proximité de l'ouverture 58. En général, les tommes augmentent la charge ootentielle des liquldes, la pompe 30 augmente donc la charge potentielle du liquide 44 dans la branche 68 du tube de décharge. Ce résultat est obtenu sans augmentation C-e la charge cinétique ou dynamique si les ouvertures d'admission et de décharge de la pompe 30 ont la même dimension. Le liquide 44 est envoyé dans l'étranglement 74 et la branche 72 du tube de décharge. L'étranglement 74 ayant une superficie inférieure à celle 11 ouverture de sortie de la pompe 30, la charge dynamique du liquide 44 est suDérieure,dans la région 80, à celle existant à ltouverture 46 ou à l'ouverture 58. L'énergie étant conservée, l'augmentation de la charge dynamique est accompagnée d'une diminution de la charge sotentielle. L'étranglement a la dimension correcte pour produire une charge potentielle résultante dans la région 80, gale à la charge potentielle aux ouvertures 46 et 58. En général, l'étranglement 74 est suffisasment petit pour diminuer la charge potentielle du liquide qui y passe, de la quantité dont elle a été accrue par la pompe 30. Les charges potentielles dans la région 80 et à l'ouver- ture 58 sont égales, par suite aucun liquide ne peut s'écouler par 11 étranglement 84 et la pompe 32. Tout le liquide envoyé par la pompe 30 entre donc dans la cuve du transformateur pour l'efficacité maximale de son refroidissement. Le liquide 44 passe. dans la partie 72 du tube de décharge qui est évasée pour augmenter la superficie de l'ouverture 52 par rapport à la superficie de l'étranglement. La charge dynamique du liquide 44 est donc diminuée et la charge potentielle augmentée. La dimension de ltouverture 52 est suffisante pour rendre la charge dynamique du liquide à cet endroit identique à la charge dynamique du liquide 44 à l'ouverture 46.Puisque la charge potentielle à l'ouverture 52 est supérieure à celle régnant à ltouverture 46, de la quantité ajoutée par la pompe 30, le liquide 44 stécoule de l'ouverture 52, par le transformateur 10 et le radiateur 22, dans 11ouverture 46. Un fonctionnement similaire est assuré quand la pompe 32 est en activité, et la pompe 30 en réserve, ou en cas de défaillance de cette dernière. Les dimensions de l'étranglement 84 sont établies selon les mêmes critères que celles de l'étran- gleent 74. En supposant que les deux pompes 30 et 32 sont d'éaale capacité, les étranglements 74 et 84 doivent avoir les mêmes dimensions. L'agencement de la présente invention emDêche la circulation du liquide dans la @om@e en inactivité sans avoir recours à des claoets mécaniques. REVUE IhTICNS 1.- Appareil électrioue comprenant une enceinte constitue par une cuve renfermant un réfrigérant liquide, un dispositif de radiateurs fixé à cette cuve et dans lequel passe le réfrigérant, un dispositif collecteur dans lequel est dirigé ie réfrigérant qui circule dans les radiateurs, une première et une seconde~ pompes ayant chacune une ouverture d'admission et une ouverture de décharge, ltouverture d'admission de chaque nompe étant en liaison avec une ouverture du collecteur, agencement caractérisé Dar un tube de décharge ayant une première ouverture en liaison avec l'ouverture de décharge de la première pompe, une seconde ouverture en liaison avec l'ouverture de décharge de la seconde pompe, et une troisième ouverture en liaison avec le réfrigérant contenu dans la cuve, ce tube de décharge ayant un premier étranglement situé entre la Dremière et la troisième ouvertures, et un second étranglement situé entre la seconde -et la troisième ouvertures, la dimension du premier étranglement étant celle nécessaire pour assurer une charge potentielle au second étranglement due au liquide qui passe dans le premier étranglement lorsque la première pompe fonctionne et qui est sensiblement égale à la charge potentielle du liquide à l'ouverture d'admission de la seconde pompe, la dimension du second étranglement étant celle voulue pour assurer une charge potentielle au premier étranglement, due au liquide qui passe dans le second étranglement lorsque la seconde pompe fonctionne et qui est sensiblement égale à la charge potentielle du liquide à ltouverture d'admission de la première pompe. 2.- Appareil électrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les ouvertures d'admission des première et seconde pompes sont situées sensiblement à la même position verticale afin d'assurer d'égales charges barométriques aux ouvertures d'admission des première et seconde pompes. 3.- Appareil électrique selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la troisième ouverture du tube de décharge est située au même niveau que les ouvertures d'admission des première et seconde pompes. 4.- Appareil électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé car le fait nue la section transversale du tube de décharge est olus grande à sa troisième ouverture qu1a' la position du premier étranglement afin de rendre la charge cinétique du liquide à la troisième ouverture inférieure à la charge cinétique du liquide au Dremier étranglement. 5.- Appareil électrique selon la revendication 4, caractérisé nar le fait que le liquide quittant le premier étranglement lorsque la oremière pompe fonctionne s'écoule pratiquement parallèlement à son parcours à la sortie du second étranglement lorsque la seconde pompe fonctionne. 6.- Appareil électrique selon la revendication 5, caractérisé par le fait que les premier et second étranglements sont situés pratiquement à la même distance de la troisième ouverture. 7.- Appareil électrique selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les première et seconde pompes ont pratiquement les mêmes capacités, et les oremier et second étranglements ont pratiquement la même section transversale. 8.- Appareil électrique selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait que le premier étranglement a une dimension qui diminue la charge oo- tentielle du liquide qui-y passe d'une quantité pratiquement égale à l'accroissement de la charge potentielle du liquide par son sassage dans la première pompe lorsque celle-ci est en fonction.