"Réservoirs utilisables dans des appareils électriques remplis de liquide"
Priorité des cinq demandes de brevet déposées au Japon, respec- tivement le 2 mai 1979 sous le n[deg.] 54298/1979, le 2 mai 1979 sous le n[deg.] 54299/1979, le 10 mai 1979 sous le n[deg.] 57425/1979, le 5 novembre 1979 sous le n[deg.] 143077/1979, et le 9 novembre 1979 sous le n[deg.] 145192/1979, toutes au nom de la Société déposante.
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La présente invention concerne des appareils électriques remplis d'huile tels que des transformateurs et des réacteurs
et se rapporte plus spécialement à des réservoirs conçus pour contenir ces appareils électriques. Bien que divers liquides isolants, à savoir l'huile minérale, le diphényle chloré, etc.,
soient utilisés et que l'huile minérale est employée dans la
plupart des cas, il faut entendre, par le terme huile cité dans ! le présent mémoire, tous ces liquides isolants connus.
Dans un appareil électrique rempli d'huile, par exemple,
un transformateur, il est d'usage pratique, dans le but de garantir une résistance élevée à l'isolement, de sécher tout d'abord le transformateur à l'air, de disposer le transformateur
ainsi séché dans un réservoir, puis de verser de l'huile sous
vide dans ce réservoir pour imprégner complètement d'huile les isolateurs du transformateur.
Dans un transformateur d'une grande capacité où de grands manchons et radiateurs sont montés sur le réservoir, la dimension hors tout du transformateur augmente, si bien que la pratique mentionnée ci-dessus est préférée. Par conséquent, des profilés de renforcement sont fixés sur les plaques latérales
du réservoir par soudage, de façon à le rendre résistant au vide.
Si de l'azote est introduit dans l'espace situé au-dessus
de l'huile pour prévenir la détérioration, il est nécessaire
de prévoir une chambre à gaz pour empêcher la pression interne
du réservoir de dépasser un niveau admissible provoqué par l'augmentation de la température du transformateur et de l'air ambiant. Cette chambre à gaz se trouve généralement au-dessous du couvercle du réservoir, mais une ou des chambres à gaz agissant également comme des éléments de renforcement ont été utilisées
dans un certain cas dans le but de diminuer la hauteur du transformateur et de renforcer le réservoir. Cette construction non seulement réduit le volume de gaz au-dessus de l'huile, <EMI ID=1.1>
d'huile qu'il contient. Ordinairement, le réservoir de cette construction est en général elliptique, comme le montrent les figures 1 à 3. Ainsi, le réservoir comprend des plaques latérales planes la en substance parallèles, des plaques finales 1 en substance semi-circulaires, une bride supérieure 2, une plaque de fond 3, des éléments de renforcement 6 en forme de boîtes rectangulaires fixés hermétiquement sur les plaques latérales
1 et agissant comme des chambres à gaz 5, et des profilés de ba-
<EMI ID=2.1>
pose d'un cadre rectangulaire 7, d'une plaque plane 8 fermant une ouverture du cadre 7 et de plusieurs plaques de renforcement 9 dont une des extrémités est fixée sur la surface interne de la plaque plane 8 et dont les autres extrémités sont légèrement distantes de la surface extérieure de la plaque latérale la pour définir les voies de passage de gaz. Bien que ceci ne soit pas représenté, l'intérieur de la chambre de renforcement 6 communique avec la chambre à gaz de la partie supérieure du réservoir par des tubes appropriés.
Lorsque le réservoir est mis sous vide, la pression atmosphérique exerce une pression sur le réservoir et les éléments
<EMI ID=3.1>
flèches des figures 3 et 4. Plus particulièrement, la même pression est exercée sur les plaques latérales la et les plaques 8, tandis qu'aux joints compris entre les plaques latérales la et les plaques finales semi-circulaires 1, c'est-à-dire à proxi-
<EMI ID=4.1>
joints, comme indiqué à la figure 5.
Dans ces conditions, en vue de construire un réservoir pos- sédant une résistance suffisante pour supporter l'effort élevé.
il est nécessaire d'augmenter l'épaisseur des plaques à proximité des joints proportionnellement à l'effort, ce qui diminue ainsi le coefficient de section droite pour limiter l'effort maximal qui peut se produire à un niveau inférieur à une valeur admissible. Ceci accroît non seulement le coût du réservoir, mais aussi son poids.
Dès lors, un but de l'invention consiste à réaliser un réservoir amélioré utilisable dans des appareils électriques remplis de liquide et dont l'effort maximal engendré dans les plaques du réservoir et provoqué par la pression externe s'exerçant sur ce réservoir, peut être diminué, ce qui réduit donc l'épaisseur de la plaque, le poids et le coût de la fabrication du réservoir.
Conformément à l'invention, on a prévu un réservoir utilisable dans des appareils électriques remplis de liquide et du type comprenant une paire de plaques latérales planes en substance parallèles, une paire de plaques finales en substance semi-circulaires, raccordées chacune aux extrémités des plaques latérales
et des éléments de renforcement fixés sur les surfaces extérieures des plaques latérales planes. Ce réservoir est caractérisé en
ce que les surfaces latérales des éléments de renforcement forment un angle prédéterminé e par rapport à l'horizontale et en ce que les extrémités des surfaces latérales sont reliées à des endroits des ou proches des joints compris entre les plaques latérales planes et les plaques finales semi-circulaires pour être tangentielles à celles-ci. Les éléments de renforcement peuvent avoir la forme de chambres à gaz, de barres ou de profilés. A
titre d'exemple, les surfaces latérales des chambres à gaz sont inclinées et jointes aux plaques finales semi-circulaires pour être tangentielles à celles-ci. Selon un autre exemple, on a
prévu des éléments de renforcement verticaux en V dont une branche est fixée aux surfaces latérales des chambres à gaz ou des 1
traverses et dont l'autre branche est reliée aux plaques finales semi-circulaires pour être tangentielle à celles-ci.
Aux dessins ci-annexés :
la figure 1 est une vue en plan d'un réservoir de la technique antérieure; la figure 2 est une vue en élévation du réservoir de la figure 1;
les figures 3 et 4 sont des vues partielles en coupe du réservoir et montrent la répartition de la pression dans celuici; la figure 5 est une vue partielle en coupe semblable à la figure 4, mais montre la répartition de l'effort dans le réservoir; la figure 6 est une vue en plan d'un réservoir conforme à l'invention; la figure 7 est une vue en élévation du réservoir de la figure 6; la figure 8 est une vue en coupe longitudinale du réservoir, établie le long de la ligne VIII-VIII de la figure 7; la figure 9 est une vue partielle en coupe réalisée le long de la ligne IX-IX de la figure 7 et montrant la répartition de la pression dans le réservoir; la figure 10 est une vue partielle en coupe semblable à celle de la figure 9, mais reproduit la répartition de l'effort dans le réservoir; la figure 11 est une vue en plan d'une variante de l'invention;
la figure 12 est une vue en élévation du réservoir de la figure 11; la figure 13 est une vue en plan d'un autre exemple de réalisation de l'invention;
les figures 14 et 15 sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation d'un réservoir modifié; et la figure 16 est une vue en coupe transversale semblable à celle de la figure 8 et représente une chambre à gaz modifiée.
Un exemple de réalisation préféré du réservoir de l'invention est reproduit aux figures 6, 7 et 8, où les éléments correspondant à ceux des figures 1, 2 et 3 sont désignés par les mêmes références numériques.
Conformément à l'invention, des éléments de renforcement en V 10 sont prévus aux deux extrémités des plaques latérales la. Préférablement, chaque élément de renforcement 10 a une longueur en substance égale à la hauteur des plaques latérales
la et est muni d'un évidement 12 le long d'une branche, cet évidement 12 ayant une largeur égale à la hauteur de l'élément de renforcement 13 en forme de boite. Ainsi, l'élément de renforcement 13 en forme de boite est reçu dans l'évidement 12, de sorte que les éléments de renforcement 10 constituent les deux parois latérales de l'élément de renforcement 13 en forme de boite. Les autres branches ou parois latérales 14 de l'élément de ren-
<EMI ID=5.1>
extrémité de chaque paroi latérale 14 est positionnée à un endroit de la plaque finale semi-circulaire lb où le moment périphérique est un minimum. L'angle d'inclinaison 0 de la paroi latérale 14 est un angle par lequel la surface extérieure de la plaque latérale 14 est tangente aux plaques semi-circulaires lb, où cette paroi latérale 14 est soudée au réservoir.
La figure 9 montre la répartition de la pression qui s'exerce sur le réservoir lorsqu'il est mis sous vide. Comme représenté, la même pression est appliquée sur les surfaces opposées des plaques latérales la. Puisque la paroi latérale 14 de l'élé- <EMI ID=6.1>
laire de la plaque finale 1, la forme de la section droite varie d'une manière relativement graduelle, ce qui allège forte-ment la concentration de l'effort à et à proximité de l'endroit
; où la paroi latérale se transforme en une partie semi-circulai- re.
Ainsi, la répartition de l'effort dans le réservoir se dé- veloppe comme le montre la figure 10, l'effort maximal
<EMI ID=7.1>
antérieure, représentée par des lignes interrompues. En prolongeant les éléments de renforcement 10 au-delà des extrémités supérieure et inférieure de la chambre à gaz, la charge agissant
sur la bride supérieure 2 et la plaque de fond 3 est partagée
par les éléments de renforcement, ce qui continue à alléger la concentration de l'effort aux joints situés entre les parois latérales 14 et les plaques finales semi-circulaires 1.
Il est donc possible de diminuer l'épaisseur de la plaque
du réservoir, tout en en réduisant le coût et le poids.
Selon la variante représentée aux figures 11 et 12, on
utilise des éléments de renforcement d'une construction plus
simple. Ainsi, des éléments de renforcement 20 comprenant cha-
cun une plaque d'acier en V sont mis en place aux quatre coins
de chaque chambre à gaz 6 ou élément de renforcement en forme
de boite. Un côté de chaque plaque de renforcement 20 est soudé
à un coin de l'élément de renforcement 6 et l'autre côté est
soudé au joint compris entre la plaque latérale la et la plaque finale semi-circulaire lb pour être tangentielle à celle-ci. Même avec une construction ainsi simplifiée, il est possible d'obtenir les mêmes effets avantageux que ceux du premier exemple
de réalisation.
Selon un autre exemple de réalisation davantage simplifié j de la présente invention, représenté à la figure 13, l'élément
de renforcement 6 en forme de boîte définissant la chambre
à gaz 5 comporte des parois latérales 21 inclinées selon un
<EMI ID=8.1> renforcement 6 et l'autre extrémité de chaque paroi latérale
21 est soudée au joint entre la plaque latérale la et la plaque finale semi-circulaire lb.
Dans un certain cas, les chambres à gaz extérieures ne sont pas utilisées. Même dans ce cas, des éléments de renforcement
en forme de profilés horizontaux distants l'un de l'autre sont prévus sur l'extérieur des parois latérales. Grâce à cette construction également, au moment de la mise sous vide du réservoir, l'effort se concentre aux endroits du réservoir où les deux extrémités des éléments de renforcement sont raccordées aux plaques latérales du réservoir, exactement de la même façon que celle reproduite à la figure 5. Au surplus, si des vibrations sont appliquées au réservoir dans le sens longitudinal, les pointes d'effort apparaissent dans la plaque de fond à proximité des deux extrémités des éléments de renforcement en forme de profilés, tandis que, si les vibrations se produisent dans le sens transversal, des pointes d'effort se manifestent dans la plaque de fond, à proximité des plaques latérales planes.
L'effort maximal est inversement proportionnel à la distance entre les bases 4 et l'épaisseur de la plaque latérale, de sorte que, même si l'accélération des vibrations est petite, l'effort maximal dépasse une valeur admissible lorsque le nombre de fréquences naturelles du transformateur, y compris son organe de montage, entre en résonance avec les vibrations entrantes ou lorsque la fréquence de répétition des vibrations est élevée. Pour résister de nouveau à ce grand effort, il est nécessaire d'augmenter l'épaisseuir des plaques latérales et de la plaque de fond du réservoir.
Les figures 14 et 15 montrent une variante de l'invention proposée pour résoudre ce problème. Tel que ceci est visible
à la figure 15, au lieu d'utiliser un élément de renforcement
en forme de boite (agissant également comme une chambre à gaz),
"Tanks usable in electrical devices filled with liquid"
Priority of the five patent applications filed in Japan, respectively on May 2, 1979 under the number [deg.] 54298/1979, on May 2, 1979 under the number [deg.] 54299/1979, on May 10, 1979 under the number [deg.] 57425/1979, on November 5, 1979 under the number [deg.] 143077/1979, and on November 9, 1979 under the number [deg.] 145192/1979, all in the name of the Depositing Company.
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The present invention relates to oil-filled electrical devices such as transformers and reactors
and relates more particularly to tanks designed to contain these electrical devices. Although various insulating liquids, namely mineral oil, chlorinated diphenyl, etc.,
be used and that mineral oil is used in the
in most cases, it should be understood, by the term oil cited in! this memo, all of these known insulating liquids.
In an electrical appliance filled with oil, for example,
a transformer, it is of practical use, in order to guarantee a high resistance to insulation, to dry the transformer first of all with air, to arrange the transformer
well dried in a tank and then pour oil under
vacuum in this tank to completely impregnate the transformer insulators.
In a large capacity transformer where large sleeves and radiators are mounted on the tank, the overall dimension of the transformer increases, so that the practice mentioned above is preferred. Therefore, reinforcing profiles are fixed on the side plates
of the tank by welding, so as to make it vacuum resistant.
If nitrogen is introduced into the space above
oil to prevent deterioration, it is necessary
to provide a gas chamber to prevent internal pressure
of the tank to exceed an admissible level caused by the increase in the temperature of the transformer and the ambient air. This gas chamber is generally located below the cover of the tank, but one or more gas chambers also acting as reinforcing elements have been used.
in some cases in order to reduce the height of the transformer and strengthen the tank. This construction not only reduces the volume of gas above the oil, <EMI ID = 1.1>
of oil it contains. Ordinarily, the reservoir of this construction is generally elliptical, as shown in FIGS. 1 to 3. Thus, the reservoir comprises flat side plates 1a substantially parallel, final plates 1 substantially semicircular, an upper flange 2, a bottom plate 3, reinforcing elements 6 in the form of rectangular boxes hermetically fixed on the side plates
1 and acting as gas chambers 5, and base profiles
<EMI ID = 2.1>
installation of a rectangular frame 7, of a flat plate 8 closing an opening of the frame 7 and of several reinforcing plates 9 one of whose ends is fixed to the internal surface of the flat plate 8 and the other ends of which are slightly distant from the outer surface of the side plate 1a to define the gas passageways. Although this is not shown, the interior of the reinforcement chamber 6 communicates with the gas chamber of the upper part of the tank by suitable tubes.
When the tank is evacuated, atmospheric pressure puts pressure on the tank and the elements
<EMI ID = 3.1>
arrows of Figures 3 and 4. More particularly, the same pressure is exerted on the side plates la and the plates 8, while at the joints between the side plates la and the semi-circular end plates 1, that is to say - say to proxi-
<EMI ID = 4.1>
seals, as shown in Figure 5.
Under these conditions, in order to build a tank with sufficient strength to support the high effort.
it is necessary to increase the thickness of the plates near the joints in proportion to the force, which thus decreases the cross-section coefficient to limit the maximum force which can occur at a level below a permissible value. This not only increases the cost of the tank, but also its weight.
Therefore, an object of the invention is to provide an improved tank usable in electrical devices filled with liquid and whose maximum force generated in the tank plates and caused by the external pressure exerted on this tank, can be decreased, which therefore reduces the thickness of the plate, the weight and the cost of manufacturing the tank.
In accordance with the invention, a reservoir is provided which can be used in electrical devices filled with liquid and of the type comprising a pair of substantially parallel planar side plates, a pair of substantially semicircular end plates, each connected to the ends of the plates. lateral
and reinforcing elements attached to the outer surfaces of the flat side plates. This tank is characterized by
that the lateral surfaces of the reinforcing elements form a predetermined angle e with respect to the horizontal and in that the ends of the lateral surfaces are connected to places at or near the joints between the flat side plates and the semi final plates -circular to be tangential to them. The reinforcing elements can be in the form of gas chambers, bars or profiles. AT
by way of example, the lateral surfaces of the gas chambers are inclined and joined to the semicircular end plates to be tangential thereto. According to another example, we have
provided with vertical V-shaped reinforcing elements, one branch of which is fixed to the lateral surfaces of the gas chambers or of the 1
sleepers and the other branch of which is connected to the semi-circular end plates to be tangential thereto.
In the attached drawings:
Figure 1 is a plan view of a tank of the prior art; Figure 2 is an elevational view of the tank of Figure 1;
Figures 3 and 4 are partial sectional views of the tank and show the distribution of pressure therein; Figure 5 is a partial sectional view similar to Figure 4, but shows the distribution of the force in the tank; Figure 6 is a plan view of a tank according to the invention; Figure 7 is an elevational view of the tank of Figure 6; Figure 8 is a longitudinal sectional view of the reservoir, established along line VIII-VIII of Figure 7; Figure 9 is a partial sectional view taken along line IX-IX of Figure 7 and showing the distribution of pressure in the tank; Figure 10 is a partial sectional view similar to that of Figure 9, but shows the distribution of the force in the tank; Figure 11 is a plan view of a variant of the invention;
Figure 12 is an elevational view of the tank of Figure 11; Figure 13 is a plan view of another embodiment of the invention;
Figures 14 and 15 are respectively a plan view and an elevational view of a modified tank; and Figure 16 is a cross-sectional view similar to that of Figure 8 and shows a modified gas chamber.
A preferred embodiment of the tank of the invention is reproduced in Figures 6, 7 and 8, where the elements corresponding to those of Figures 1, 2 and 3 are designated by the same reference numerals.
According to the invention, V-shaped reinforcing elements 10 are provided at the two ends of the side plates la. Preferably, each reinforcing element 10 has a length substantially equal to the height of the side plates
and is provided with a recess 12 along a branch, this recess 12 having a width equal to the height of the reinforcing element 13 in the form of a box. Thus, the box-shaped reinforcing element 13 is received in the recess 12, so that the reinforcing elements 10 constitute the two side walls of the box-shaped reinforcing element 13. The other branches or side walls 14 of the reinforcement element
<EMI ID = 5.1>
end of each side wall 14 is positioned at a location on the semi-circular final plate 1b where the peripheral moment is a minimum. The angle of inclination 0 of the side wall 14 is an angle by which the outer surface of the side plate 14 is tangent to the semicircular plates 1b, where this side wall 14 is welded to the reservoir.
Figure 9 shows the distribution of pressure on the tank when it is evacuated. As shown, the same pressure is applied to the opposite surfaces of the side plates 1a. Since the side wall 14 of the element <EMI ID = 6.1>
area of the final plate 1, the shape of the cross section varies in a relatively gradual manner, which greatly reduces the concentration of effort at and near the location
; where the side wall turns into a semi-circular part.
Thus, the distribution of the effort in the tank is developed as shown in Figure 10, the maximum effort
<EMI ID = 7.1>
anterior, represented by broken lines. By extending the reinforcing elements 10 beyond the upper and lower ends of the gas chamber, the load acting
on the upper flange 2 and the bottom plate 3 is shared
by the reinforcing elements, which continues to lighten the concentration of the force at the joints located between the side walls 14 and the semi-circular end plates 1.
It is therefore possible to reduce the thickness of the plate
of the tank, while reducing its cost and weight.
According to the variant shown in Figures 11 and 12, we
uses reinforcing elements of a higher construction
simple. Thus, reinforcing elements 20 comprising each
cun a V-shaped steel plate at the four corners
of each gas chamber 6 or shaped reinforcing element
of box. One side of each reinforcement plate 20 is welded
at one corner of the reinforcement element 6 and the other side is
welded to the joint between the side plate la and the semi-circular end plate lb to be tangential thereto. Even with a construction thus simplified, it is possible to obtain the same advantageous effects as those of the first example
of achievement.
According to another more simplified embodiment j of the present invention, shown in FIG. 13, the element
6 box-shaped reinforcement defining the chamber
gas 5 has side walls 21 inclined at a
<EMI ID = 8.1> reinforcement 6 and the other end of each side wall
21 is welded to the joint between the side plate 1a and the semi-circular final plate 1b.
In some cases, the external gas chambers are not used. Even in this case, reinforcing elements
in the form of horizontal profiles spaced from one another are provided on the outside of the side walls. Thanks to this construction also, when the tank is evacuated, the force is concentrated in the areas of the tank where the two ends of the reinforcing elements are connected to the side plates of the tank, exactly in the same way as that reproduced in Figure 5. In addition, if vibrations are applied to the tank in the longitudinal direction, the stress points appear in the bottom plate near the two ends of the reinforcing elements in the form of profiles, while, if the vibrations occur in the transverse direction, peaks of effort appear in the bottom plate, near the flat side plates.
The maximum force is inversely proportional to the distance between the bases 4 and the thickness of the side plate, so that, even if the acceleration of the vibrations is small, the maximum force exceeds a permissible value when the number of frequencies the transformer, including its mounting element, resonates with incoming vibrations or when the frequency of repetition of vibrations is high. To resist this great effort again, it is necessary to increase the thickening of the side plates and of the tank bottom plate.
Figures 14 and 15 show a variant of the invention proposed to solve this problem. As seen
in Figure 15, instead of using a reinforcing element
box-shaped (also acting as a gas chamber),