本发明涉及一种水下电气设备领域，特别是关于一种采用圆环状波纹管进行压力补偿的封闭式水下变压器。
背景技术：
水下变压器基本结构是将变压器安装在密封的壳体内，变压器和壳体之间充满绝缘油。水下变压器在深海工作过程中需要同时承受海水压力和热作用。水下变压器工作在深海海底，承受海水的压力作用。变压器损耗以热的形式向外发散，因此水下变压器还承受热作用。在变压器经历不同工作状态的同时，绝缘油还会随温度变化进行热胀冷缩。若水下变压器壳体内绝缘油有海水渗入，将导致变压器失效。因此，除特殊情况外，应保证水下变压器在压力和热作用下正常和可靠的运行。
为了保证水下变压器的密封和可靠性，需要确保水下变压器壳体的内部压力高于其外部压力，压差要求约在0.02～0.05mpa。压力补偿器是保证水下变压器内外存在要求的压差值，确保水下变压器正常运行的主要装置之一。简单的讲，压力补偿器是一个弹性元件，在水下变压器上同时发挥压力补偿和体积补偿两个作用：
1、压力补偿
通过控制水下变压器壳体内的充油量大小，压力补偿器会产生相对应的形变位移，使壳体内的油压与壳体外部压力和压力补偿器弹性力(两者方向一致)之和平衡，这样可使得水下变压器箱体内部压力高于外部压力。通过设置合理的压力补偿器的弹性刚度和充油量，可使箱体内外压差控制在0.02～0.05mpa范围内。当外部压力变化时，油液体积会相应的产生微小的变化，这样将重新使壳体内外压力达到平衡，压差会有微小的波动。因此压力补偿器使壳体内压力随时跟随外部压力的变化而变化，并保证要求的压差。
2、体积补偿
变压器的使用过程中，箱体内绝缘油会不断发生体积热胀冷缩。尽管绝缘油的体积热膨胀率只有0.00075，但当油体积较大时，这种由于温度变化引起的有体积变化不可忽略。在变压器非运行状态和满负荷运行状态之间，绝缘油温差较大，两种状态下的油体积变化较大。当油体积变化时，压力补偿器通过产生形变以应对油体积变化。否则，水下变压器的壳体将承受很大的压力，壳体会发生过大形变导致开裂。
有的水下变压器主要通过外置的压力补偿器来对变压器主体进行压力补偿。从现有技术来看，当水深较大时，一般采用波纹管式压力补偿器。而当变压器体积较大时，所需要的补偿量会随之增加，故所需压力补偿器的数量也会随之增多，这样就造成变压器整体的结构复杂、维修困难、制造成本较高等一系列问题。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明的目的是提供一种封闭式水下变压器，其有效减小了补偿器的高度尺寸，降低了变压器总体结构的重心，使其稳定性增强，并使变压器内部压力与外部海水压力保持一致。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种封闭式水下变压器，其特征在于：它包括壳体、变压器绕组、底座、封闭式波纹管补偿器和监控舱；所述壳体底部设置有底板，顶部设置有顶盖，所述壳体与所述底板焊接，且所述底板通过螺栓固定在所述底座上；所述变压器绕组横向吊装在所述壳体内底部，在所述壳体的顶盖周缘处开设有环形槽，所述封闭式波纹管补偿器安装在该环形槽中；位于所述壳体的顶盖上，在所述环形槽中间位置处设置有所述监控舱；除所述变压器绕组及由所述顶盖、监控舱和封闭式波纹管补偿器构成的壳体顶部组件外，所述壳体其余部分均为全焊接或全铸造结构；将所述壳体顶部组件安装完毕后，再将所述壳体顶部组件整体焊接到壳体上，形成全封闭式结构。
进一步，所述壳体内部设置有工字钢框架，所述壳体底部外侧设置有散热片。
进一步，所述监控舱采用两段式圆柱形结构，两段之间采用焊接方式连接在一起。
进一步，所述监控舱的任意一段圆柱形结构端部开设有小孔，并设置有连接件。
进一步，所述封闭式波纹管补偿器中心线环面与所述壳体的顶盖平面平行。
进一步，所述环形槽的宽度大于所述封闭式波纹管补偿器的直径。
进一步，所述封闭式波纹管补偿器下方焊接有硬管，所述硬管一端与所述封闭式波纹管补偿器连通；该硬管另一端与所述壳体内部的变压器油连通，并直通到所述壳体内的底部。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明的变压器采用封闭式波纹管补偿器，其内部充满变压器油，当外部压力或变压器内部温度变化时，封闭式波纹管补偿器的总长也随之变化，从而引起体积变化，为水下变压器进行压力补偿。其中封闭式波纹管补偿器安装于变压器壳体顶部的环形槽内，在保证封闭式波纹管补偿器拥有足够的补偿率的前提下，有效的减小了大补偿量波纹管补偿器的高度尺寸，降低了变压器总体结构的重心，使其稳定性增强。2、本发明除壳体顶部组件外，壳体其余部分为全焊接或全铸造结构。将壳体顶部组件安装完毕后，再将顶部组件整体焊接到变压器壳体上，从而达到全封闭的状态，可以长期免维护。3、本发明采用封闭式波纹管作为补偿器，其内部压力增大时，封闭式波纹管总长增大；内部压力减小时，封闭式波纹管的总长减小。封闭式波纹管补偿器的总长变化引起其内部容积变化，从而补偿由于变压器壳体内部温度及压力变化引起的变压器油体积变化。使得变压器内部压力与外部海水压力保持一致。4、本发明的封闭式波纹管安装于变压器壳体顶部的环形槽内，并使封闭式波纹管补偿器中心线环面与变压器壳体顶部平面平行，降低了大补偿量波纹管的高度尺寸，同时也减小了变压器的总体高度，从而降低了重心，增加了变压器的稳定性。5、本发明的环形槽中心线长度与封闭式波纹管补偿器的中心线平均长度一致，但环形槽的宽度大于封闭式波纹管补偿器的直径，使得封闭式波纹管补偿器有足够的空间进行自由的伸展和压缩。综上所述，本发明适用于水下油气生产系统。
附图说明
图1是本发明的壳体底部结构示意图；
图2是本发明的壳体顶部组件结构示意图；
图3是本发明的变压器绕组结构示意图；
图4是本发明的封闭式波纹管补偿器及硬管结构示意图；
图5是本发明的监控舱结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1～图5所示，本发明提供一种封闭式水下变压器，该变压器采用全封闭式结构，其包括壳体1、变压器绕组2、底座、封闭式波纹管补偿器3和监控舱4。壳体1底部设置有底板，顶部设置有顶盖；壳体1与底板焊接，且底板通过螺栓固定在底座上。变压器绕组2横向吊装在壳体1内底部，在壳体1的顶盖周缘处开设有环形槽，封闭式波纹管补偿器3安装在该环形槽中，由封闭式波纹管补偿器3作为变压器补偿器，其内部充有变压器油，其内部压力增大时，封闭式波纹管补偿器3总长增大；内部压力减小时，封闭式波纹管补偿器3的总长减小，封闭式波纹管补偿器3的总长变化引起其内部容积变化，从而补偿由于壳体1内部温度及压力变化引起的变压器油体积变化，使得变压器内部压力与外部海水压力保持一致。位于壳体1的顶盖上，在环形槽中间位置处设置有监控舱4，监控舱4通过接头连接在壳体1顶部预留好的接口上。在壳体1内部还设置有工字钢框架5，用于加强壳体1结构强度并制成变压器绕组2；壳体1底部外侧设置有散热片6，起到导热和加强筋的作用。除变压器绕组2及由顶盖、监控舱4和封闭式波纹管补偿器3构成的壳体顶部组件外，壳体1其余部分均为全焊接或全铸造结构。将壳体顶部组件安装完毕后，再将壳体顶部组件整体焊接到壳体1上，从而达到全封闭的状态，可以长期免维护。
上述实施例中，如图5所示，监控舱4采用两段式圆柱形结构，两段之间采用焊接方式连接在一起；这样的结构有利于线缆的布置及电子监控设备的安装，并且方便两部分之间的焊接。在监控舱4任意一段圆柱形结构端部开设有小孔，并设置有连接件，用于与外界连接，方便外界监控变压器。
上述各实施例中，封闭式波纹管补偿器3中心线环面与壳体1的顶盖平面平行，降低了大补偿量波纹管的高度尺寸，同时也减小了变压器的总体高度，从而降低了重心，增加了变压器的稳定性。
上述各实施例中，环形槽中心线长度与封闭式波纹管补偿器3的中心线平均长度一致，但是环形槽的宽度大于封闭式波纹管补偿器3的直径，使得封闭式波纹管补偿器3有足够的空间进行自由的伸展和压缩。
上述各实施例中，在封闭式波纹管补偿器3下方焊接有硬管7，硬管7一端与封闭式波纹管补偿器3连通，该硬管7另一端与壳体1内部的变压器油连通，硬管7另一端直通到壳体1内的底部。其中，该硬管7属于壳体顶部组件。
综上所述，本发明的变压器在工作前，首先应该向壳体1与变压器绕组2之间的空间充满压力油，使其内部油压高于外部压力约0.05mpa。变压器在放入水中时，变压器壳体内部的压力始终比壳体外部大0.05mpa，从而保证壳体1不受海水压力的影响。
上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。