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VENTILATEUR SEPARE POUR!LA VENTILATION DE'GENERATEURS.
L'invention concerne les ventilateurs à moteurs pour le refroi- dissement de générateurs refroidis à l'hydrogène.
Jusqu'ici les générateurs refroidis à l'hydrogène étaient géné- ralement pourvus de ventilateurs montés sur l'arbre pour entretenir la cir- culation voulue de l'hydrogène. Avant l'avènement du refroidissement à l'hydrogène, certaines machines refroidies à l'air ont été pourvues de ven- tilateurs séparés ou commandés par moteur, non montés sur l'arbre de la machine refroidie., Avec le refroidissement à l'hydrogène au contraire, la construction doit être compacte et pouvoir résister à la pression de l'hydrogène, au cas où l'hydrogène est maintenu à une pression nettement supérieure à la pression atmosphérique, et même avec des pressions d'hy- drogène peu élevées comme la pression relative, classique jusqu'ici, d'une demi livre (0,035 Kg/cm2),
l'enveloppe doit être suffisante pour résister aux pressions explosives éventuelles. En tout cas, les ventilateurs sé- parés ou commandés par moteurs utilisés jusqu'ici par analogie au cas des turbo-générateurs ou autres machines dynamo-électriques refroidies à l'air, ont donné lieu à des constructions trop encombrantes et trop compliquées pour pouvoir être utilisées dans l'espace réduit disponible à l'intérieur des machines refroidies à l'hydrogène construites jusqu'ici.
D'autre part, les machines modernes refroidies à l'hydrogène commencent à exiger des pressions de ventilation plus élevées que celles utilisées jusqu'ici dans des machines de ce genre, Parfois les pressions de ventilation requises ont dépassé la pression différentielle pouvant être obtenue avec des ventilateurs montés directement sur l'arbre du rotor de la machine et exigent des bouts d'arbre plus longs sur lesquels plusieurs étages de pales peuvent être montés, ce qui augmente la portée de l'arbre entre les deux paliers supports de rotor, avec comme résultat un danger accru de fouettement du rotor et mème de panne mécanique de :La machine.
La présente invention a pour but de procurer un dispositif ou
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système de refroidissement ainsi qu'une disposition et un emplacement de ventilateur, grâce auxquels, dans une machine refroidie à l'hydrogène des ventilateurs à moteurs puissent être utilisés le plus économiquement sans devoir trop agrandir les dimensions nécessaires de l'enveloppe.
Jusqu'ici le dispositif le meilleur, et donc le plus courant, utilisé dans les machines refroidies à l'hydrogène, consiste en une cir- culation en circuit fermé de l'hydrogène qui s'écoule dans des directions circonférentielles opposées et passe sur deux: réfrigérateurs circonfé- rentiellement espacés et disposés axialement entre le pourtour extérieur du noyau de stator et l'enveloppe, d'où il s'écoule ensuite axialement vers les extrémités opposées de l'espace entre les réfrigérateurs, pour revenir sur les faces d'entrée de deux ventilateurs montés sur l'arbre du rotor, aux extrémités respectives de celui-ci.
On connait aussi un sys- tème de circulation en circuit fermée dans lequel l'hydrogène s'écoule radialement vers l'extérieur (non circonférentiellement) et passe sur la partie milieu d'un seul réfrigérateur disposé axialement, puis circule axialement entre le réfrigérateur et l'enveloppe, pour atteindre les ex- trémités opposées de la machine, d'où il revient radialement vers l'inté- rieur en passant sur la zone d'extrémité du réfrigérateur et de là sur les faces d'entrée des deux ventilateurs montés sur l'arbre.
Suivant la présente invention, soit l'espace circonférentiel entre les deux réfrigérateurs dans la machine du type à écoulement cir- conférentiel, soit l'espace radial entre le réfrigérateur unique et l'en- veloppe dans la machine du type à écoulement radial, est légèrement agran- di et des ventilateurs à moteurs sont placés dans cet espace agrandi. Il y a ici toute la place ou longueur voulue dans le sens axial pour monter des ventilateurs avec autant d'étages de pales ou avec une longueur de ven- tilation aussi grande que l'on veut de manière à créer toute pression de ventilation voulue pour maintenir la circulation de l'hydrogène en cir- cuit fermé.
Ces ventilateurs à moteurs peuvent être utilisés avec ou sans les ventilateurs normaux montés sur l'arbre, ceux-ci étant omis dans la construction la plus simple, ce qui supprime les chicanes ou blindages de ventilation nécessaires dans les zones d'extrémité de la machine, et réduit aussi la longueur de l'arbre.
Différentes formes d'exécution seront représentées, à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel
La Fig. 1 est une coupe transversale d'un turbo-générateur à écoulement radial conforme à l'invention, suivant la ligne 1-1 de la Fig.
2.
La Fig. 2 est une coupe .longitudinale verticale de la machine représentée à la Fig. 1 ou à la Fig 3.
La Fig. 3 est une vue semblable à la Fig. 1, montrant une con- struction variante d'un type de machine semblable.
La Fig. 4 est une coupe transversale d'un turbo-générateur à écou- lement circonférentiel conforme à l'invention, suivant la ligne IV-IV de la Fig. 6.
La Fig. 5 est une coupe transversale de la machine représentée aux Figs. 4 et 5 , suivant la ligne V-V de la Fig. 6, et
La Fig. 6 est une vue partielle en plan de la machine représen- tée à la Figo 4, avec l'enveloppe enlevée, approximativement suivant la lig- ne VI-VI de la Fig. 4.
La machine dynamo-électrique représentée aux Figs. 1 et 2 est un turbo-générateur polyphasé 60 cycles bipolaire, avec un stator 7 et un rotor 8. Une enveloppe remplie de gaz 9 enferme la machine entière, le gaz de remplissage étant de préférence de l'hydrogène sous une pression re- lative, de préférence de 15 livres par pouce carré (1,05 atm.), quoique 1' invention ne soit pas limitée à ce détail.
Le stator 7 et le rotor 8 comprennent des canalisations de re-
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froidissement, dont une ou plusieurs radiales. En ce qui .concerne le sta- tor, les canalisations radiales sont représentées sous la forme d'espaces de ventilation 11 entre des paquets de tôles du noyau cylindrique du sta- tor. Pourle rotor, les canalisations radiales comprennent plusieurs ouvertures radiales 14 qui descendent de l'entrefer 15 en communication avec plusieurs canalisations axiales 16 dans le noyau cylindrique de rotor 17.
Les noyaux de stator et de rotor comprennent des encoches à enroulements 19 dans lesquels se placent respectivement un enroulement polyphasé d'induit ou de stator 21 à tension relativement élevée, et un enroulement inducteur ou de rotor 22 à tension relativement faible. La présente invention est applicable à une construction dans laquelle les enroulements du stator et du rotor, ou un des deux, peuvent être de forme classique, la chaleur de l'enroulement passant à travers l'isolement prin- cipal dans le noyau de stator ou de rotor, suivant le cas, et étant ensuite extraite du noyau, ou bien, un où les deux enroulements sont à refroidisse- ment interne avec des canalisations de refroidissement longeant les conduc- teurs de l'enroulement, en bon contact thermique avec eux à l'intérieur de l'isolant principal servant de doublure d'encoche,
la chaleur étant ainsi directement enlevée du conducteur sans devoir passer à travers l'isolant principal et le noyauo
Les machines refroidies à l'hydrogène exigent un échangeur de chaleur pour refroidir l'hydrogène circulant en circuit fermé. Dans la forme d'exécution de l'invention représentée aux Figs. 1 et 2, l'échan- geur ou réfrigérateur est représenté sous la forme d'un réfrigérateur 24 dis- posé axialement entre l'enveloppe 9 et le noyau de stator 13, et radialement espacé de ceux-ci.
Les machines refroidies à l'hydrogène demandent aussi un dis- positif d'entretien de la circulation de l'hydrogène, comprenant tous les chicanages nécessaires pour faire passer l'hydrogène dans-les canalisations de refroidissement du stator et du rotor et dans le réfrigérateur 24. Dans la forme d'exécution de la présente invention représentée aux Figs. 1 et 2 ce dispositif d'entretien de la circulation, comme le montrent les flèches fait circuler l'hydrogène radialement dans les espaces radiaux 14 et 11 du.
rotor et du stator et dans la partie milieu du réfrigérateur 24. Les chi- canages d'entretien de la circulation, comme les flèches d'écoulement du gaz le montrent,font aussi circuler l'hydrogène radialement en sens opposés sur les extrémités du réfrigérateur 24 et dans les zones d'extrémité 30 de la machine.
La présente invention, dans la forme d'exécution représentée aux Figs. 1 et 2, est caractérisée par un dispositif de ventilation logé spécialement dans l'espace radial 31 entre le réfrigérateur 24 et l'enve- loppe 9, pour maintenir ou augmenter la circulation de l'hydrogène. Dans l'espace 31 entre le réfrigérateur et l'enveloppe, deux ventilateurs axia- lement espacés 32 et 33 sont disposés de manière à produire des mouvements de gaz axiaux en sens opposés entre le mouvement radial central et les mouvements de gaz dans les zones d'extrémité respectives. Ces ventilateurs 32 et 33 sont entraînés par tout dispositif moteur convenable comme un mo- teur électrique 36 ou autre, par opposition à un ventilateur monté sur l'arbre du rotor 37 de la machine principale ou turbo-générateur.
Dans l'espace 31 où les deux ventilateurs 32 et 33 sont placés, il est facile de trouver ou d'aménager la place pour y monter les ventila- teurs et leurs moteurs. Il y a assez d'espace axialement pour utiliser des ventilateurs axiaux à plusieurs étages'ou d'autres ventilateurs ayant une longueur axiale considérable, à l'opposé des espaces axiaux disponi- bles aux extrémités respectives 37.du rotor 8 de la machine principale.
Il est donc pos.sible de donner à l'hydrogène ou autre gaz de refroidisse- ment toute vitesse de circulation en circuit fermé voulue, sans augmenter la longueur axiale totale de la machine, d'un palier 41 à l'autre.
Il va de soi que les ventilateurs voisins du réfrigérateur 32 et 33 des Figs. 1 et 2 constituent le seul dispositif d'entretien de la
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circulation ou bien constituent un supplément aux ventilateurs montés sur le rotor. Dans la forme d'exécution préférée de l'invention les ventila- teurs montés sur l'arbre sont omis, comme représenté, de manière à réduire la longueur axiale totale de la machine de la partie autrement nécessaire pour le montage des ventilateurs de rotor.
Le chicanage ou cloisonnage des zones d'extrémité est simplifié, en supprimant les ventilateurs habi- tuels montés sur l'arbre
Dans la forme d'exécution à écoulement radial décrite ci-dessus l'invention peut utiliser toute forme d'enveloppe compacte prévoyant les espacements radiaux nécessaires pour le ou les réfrigérateurs 24 à,l'exté- rieur du noyau de stator 13 et pour les ventilateurs 32 et 33 placés à l'ex- térieur de chaque réfrigérateur, mais à l'intérieur de l'enveloppe 9. Il est bon aussi que l'enveloppe soit compacte et assez solide mécaniquement pour résister aux pressions requises. Deux formes d'enveloppe sont repré- sentées aux Figs. 1 et 3 respectivement.
Sur la Fig. 1, l'enveloppe 9 com- prend une partie principale essentiellement cylindrique 45 surmontée d'un renflement axial 46 dans lequel se logent le réfrigérateur 24 et les ventila- teurs 32 et 33. Sur la Fig. 3, l'enveloppe 9' est essentiellement cylindri- que mais excentrique par rapport au noyau de stator 13, de manière à pré- voir un espacement radial où se logent le réfrigérateur 24 et les ventilateurs 32 et 33.
Les Figs. 4, 5 et 6 représentent une application de l'invention à une machine du type à écoulement centrifuge., comprenant deux réfrigérateurs 24a et 24b disposés axialement et espacés circonférentiellement entre l'enve- loppe excentrée 9' et le noyau de stator 13, de manière à avoir un espace . circonférentiel 31', dans lequel on peut placer les ventilateurs 32 et 3'3 avec leur moteur 36.
Comme les flèches de la Fig. 4 le montrent,le chica- nage est arrangé de façon que le gaz s'écoule radialement vers l'extérieur à travers le rotor et le stator 8 et 7, et passe ensuite dans des directions circonférentielles opposées sur les parties centrales des deux réfrigéra- teurs 24a et 24b respectivement, pour pénétrer dans l'espace circonférentiel 31' entre les réfrigérateurs. Le chicanage est tel que les deux ventilateurs 32 et 33 font circuler les gaz axialement dans des directions opposées, dans l'espace précité 31',vers les extrémités respectives de la machine.
Comme les flèches des Figs. 5 et 6 le montrent., le chicanage fait revenir ensuite les gaz circonférentiellement en sens opposés sur les extrémités des réfrigérateurs respectifs 24a et 24b et de là dans les zones d'extré- mité de la machine, où la circulation reprend à travers le rotor 8 et le stator 7.
R E V E N D I C A TIRONS
1.- Dispositif réfrigérateur pour machines dynamo-électriques, comprenant une enveloppe remplie de gaz contenant la machine entière, un réfrigérateur disposé axialement entre l'enveloppe et le noyau de stator, et un dispositif d'entretien de la circulation comprenant des chicanages pour faire passer les gaz radialement dans les canalisations radiales du stator et du rotor et dans la partie centrale du réfrigérateur, caracté- risé en ce que deux ventilateurs axialement espacés sont placés dans le voisinage du réfrigérateur, de manière à provoquer des mouvements de gaz axiaux en sens opposés dans les parties d'extrémité du réfrigérateur et de là dans les zones d'extrémité de la machine.
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SEPARATE FAN FOR! GENERATOR VENTILATION.
The invention relates to motor-driven fans for cooling hydrogen-cooled generators.
Hitherto, hydrogen-cooled generators have generally been provided with fans mounted on the shaft to maintain the desired circulation of the hydrogen. Before the advent of hydrogen cooling, some air-cooled machines were provided with separate or motor-driven fans, not mounted on the shaft of the cooled machine., With hydrogen cooling. on the contrary, the construction must be compact and able to withstand the pressure of the hydrogen, in the case where the hydrogen is maintained at a pressure significantly higher than the atmospheric pressure, and even with low hydrogen pressures such as the relative pressure, conventional until now, of half a pound (0.035 Kg / cm2),
the enclosure must be sufficient to withstand any explosive pressures. In any case, the separate or motor-driven fans hitherto used by analogy with turbo-generators or other dynamo-electric machines cooled in air, have given rise to constructions too cumbersome and too complicated to be able to operate. be used in the limited space available inside the hydrogen-cooled machines built so far.
On the other hand, modern hydrogen-cooled machines are starting to require higher ventilation pressures than hitherto used in machines of this kind. Sometimes the required ventilation pressures have exceeded the differential pressure obtainable with fans mounted directly on the machine rotor shaft and require longer shaft ends on which multiple blade stages can be mounted, which increases the span of the shaft between the two rotor support bearings, with as a result an increased danger of rotor whipping and even mechanical failure of: The machine.
The object of the present invention is to provide a device or
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cooling system as well as a fan arrangement and location, whereby in a hydrogen-cooled machine motor fans can be used most economically without having to excessively enlarge the necessary dimensions of the enclosure.
So far the best, and therefore the most common, device used in hydrogen-cooled machines consists of a closed-loop circulation of hydrogen which flows in opposite circumferential directions and passes over two : refrigerators circumferentially spaced and disposed axially between the outer periphery of the stator core and the casing, from where it then flows axially towards the opposite ends of the space between the refrigerators, back to the faces of inlet of two fans mounted on the rotor shaft, at the respective ends thereof.
A closed-circuit circulation system is also known in which the hydrogen flows radially outwards (not circumferentially) and passes over the middle part of a single refrigerator disposed axially, then circulates axially between the refrigerator and the casing, to reach the opposite ends of the machine, from where it returns radially inward, passing over the end zone of the refrigerator and thence over the inlet faces of the two mounted fans on the tree.
According to the present invention, either the circumferential space between the two refrigerators in the circumferential flow type machine or the radial space between the single refrigerator and the casing in the radial flow type machine is slightly enlarged and motor fans are placed in this enlarged space. There is here all the space or length required in the axial direction to mount fans with as many blade stages or with a ventilation length as large as required so as to create any ventilation pressure desired for maintain the circulation of hydrogen in a closed circuit.
These motor driven fans can be used with or without the normal shaft mounted fans, these being omitted in the simplest construction, eliminating the need for ventilation baffles or shields in the end areas of the machine. , and also reduces the length of the shaft.
Different embodiments will be shown, by way of example, in the appended drawing in which
Fig. 1 is a cross section of a radial flow turbo-generator according to the invention, taken along line 1-1 of FIG.
2.
Fig. 2 is a vertical longitudinal section of the machine shown in FIG. 1 or in Fig 3.
Fig. 3 is a view similar to FIG. 1, showing a variant construction of a similar type of machine.
Fig. 4 is a cross section of a circumferential flow turbo-generator in accordance with the invention, taken along the line IV-IV of FIG. 6.
Fig. 5 is a cross section of the machine shown in Figs. 4 and 5, taken along the line V-V of FIG. 6, and
Fig. 6 is a partial plan view of the machine shown in FIG. 4, with the casing removed, approximately along line VI-VI of FIG. 4.
The dynamo-electric machine shown in Figs. 1 and 2 is a polyphase 60 cycles bipolar turbo-generator, with a stator 7 and a rotor 8. A gas-filled jacket 9 encloses the entire machine, the filling gas preferably being hydrogen under a relative pressure. , preferably 15 pounds per square inch (1.05 atm.), although the invention is not limited to this detail.
The stator 7 and the rotor 8 comprise re-pipes.
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cold, including one or more radials. As far as the stator is concerned, the radial ducts are shown in the form of ventilation spaces 11 between the packets of sheets of the cylindrical core of the stator. For the rotor, the radial ducts comprise several radial openings 14 which descend from the air gap 15 in communication with several axial ducts 16 in the cylindrical core of the rotor 17.
The stator and rotor cores comprise winding slots 19 in which a relatively high voltage polyphase armature or stator winding 21, and a relatively low voltage inductor or rotor winding 22, respectively sit. The present invention is applicable to a construction in which the stator and rotor windings, or one of the two, can be of conventional shape with the heat of the winding passing through the main insulation in the stator core or rotor, as the case may be, and then being extracted from the core, or alternatively, one where the two windings are internally cooled with cooling pipes running alongside the conductors of the winding, in good thermal contact with them at the inside of the main insulation serving as a notch liner,
the heat being thus directly removed from the conductor without having to pass through the main insulation and the core.
Hydrogen-cooled machines require a heat exchanger to cool the hydrogen circulating in a closed circuit. In the embodiment of the invention shown in Figs. 1 and 2, the exchanger or refrigerator is shown in the form of a refrigerator 24 disposed axially between the casing 9 and the stator core 13, and radially spaced therefrom.
Hydrogen-cooled machines also require a hydrogen circulation maintenance device, including all the baffles necessary to pass the hydrogen through the stator and rotor cooling pipes and into the refrigerator. 24. In the embodiment of the present invention shown in Figs. 1 and 2 this circulation maintenance device, as shown by the arrows, circulates the hydrogen radially in the radial spaces 14 and 11 of the.
rotor and stator and in the middle of the refrigerator 24. The circulation maintenance chi- nages, as the gas flow arrows show, also circulate the hydrogen radially in opposite directions on the ends of the refrigerator. 24 and in the end areas 30 of the machine.
The present invention, in the embodiment shown in Figs. 1 and 2, is characterized by a ventilation device housed specially in the radial space 31 between the refrigerator 24 and the casing 9, to maintain or increase the circulation of hydrogen. In the space 31 between the refrigerator and the casing, two axially spaced fans 32 and 33 are arranged so as to produce axial gas movements in opposite directions between the central radial movement and the gas movements in the zones of. respective end. These fans 32 and 33 are driven by any suitable motor device such as an electric motor 36 or the like, as opposed to a fan mounted on the shaft of the rotor 37 of the main machine or turbo-generator.
In the space 31 where the two fans 32 and 33 are placed, it is easy to find or arrange the place to mount the fans and their motors therein. There is enough space axially to use multi-stage axial fans or other fans having considerable axial length, as opposed to the axial spaces available at the respective ends 37 of the rotor 8 of the main machine. .
It is therefore possible to give the hydrogen or other cooling gas any desired closed circuit circulation speed, without increasing the total axial length of the machine, from one bearing 41 to another.
It goes without saying that the fans adjacent to the refrigerator 32 and 33 of Figs. 1 and 2 constitute the only maintenance device of the
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circulation or are a supplement to the fans mounted on the rotor. In the preferred embodiment of the invention the shaft mounted fans are omitted, as shown, so as to reduce the total axial length of the machine from the part otherwise required for mounting the rotor fans.
The baffling or partitioning of the end zones is simplified by eliminating the usual fans mounted on the shaft.
In the radial-flow embodiment described above the invention may use any form of compact enclosure providing the necessary radial spacings for the refrigerator (s) 24 outside the stator core 13 and for them. fans 32 and 33 placed outside each refrigerator, but inside the casing 9. It is also good for the casing to be compact and mechanically strong enough to withstand the pressures required. Two forms of envelope are shown in Figs. 1 and 3 respectively.
In Fig. 1, the casing 9 comprises an essentially cylindrical main part 45 surmounted by an axial bulge 46 in which the refrigerator 24 and the fans 32 and 33 are housed. In FIG. 3, the casing 9 'is essentially cylindrical but eccentric with respect to the stator core 13, so as to provide a radial spacing where the refrigerator 24 and the fans 32 and 33 are housed.
Figs. 4, 5 and 6 show an application of the invention to a machine of the centrifugal flow type, comprising two refrigerators 24a and 24b arranged axially and spaced circumferentially between the eccentric casing 9 'and the stator core 13, of so as to have a space. circumferential 31 ', in which the fans 32 and 3'3 can be placed with their motor 36.
As the arrows in FIG. 4 show, the baffle is arranged so that the gas flows radially outward through the rotor and stator 8 and 7, and then passes in opposite circumferential directions over the central parts of the two refrigerators. tor 24a and 24b respectively, to enter the circumferential space 31 'between the refrigerators. The baffling is such that the two fans 32 and 33 circulate the gases axially in opposite directions, in the aforementioned space 31 ', towards the respective ends of the machine.
Like the arrows in Figs. 5 and 6 show, the baffling then returns the gases circumferentially in opposite directions over the ends of the respective refrigerators 24a and 24b and thence to the end areas of the machine, where circulation resumes through the rotor. 8 and stator 7.
R E V E N D I C A TIRONS
1.- Refrigeration device for dynamo-electric machines, comprising a gas-filled envelope containing the entire machine, a refrigerator disposed axially between the envelope and the stator core, and a circulation maintenance device comprising baffles to make pass the gases radially through the radial ducts of the stator and the rotor and into the central part of the refrigerator, characterized in that two axially spaced fans are placed in the vicinity of the refrigerator, so as to cause axial gas movements in direction opposites in the end portions of the refrigerator and thence in the end areas of the machine.