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Rotor de machine dynamo-électr @un à turbine hydraulique.
La présente invention concerne les rotors de machines dy- namo-électriques entraînées par une turbine à fluide ou à eau et, plus spécialement, des rotors de ce genre comportant une.couronne polaire et une ossature en forme de croisillon.
L'énergienécessaire à de telles machines dynamo-électriques est fournie par un fluide, habituellement de l'eau, et, de ce fait, la vitesse de rotation du rotor de la machine est ordinairement relativement faible, par exemple 120 tours/minute. Quand on utilise de telles machines pour produire du courant alternatif ayant une fréquence voisine de ou égale à 60 hertz, le pourtour .du rotor doit nécessairement comporter un nombre relativement grand de pbles saillants. A son tour, le diamètre du rotor est nécessairement re- lativement grand pour que ce grand nombre de pôles puisse trouver place sur la périphérie du rotor.
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La nécessité d'un rotor de grande dimension a donné nais- aance à une structure de rotor comportant une couronne portant les pôles saillants et un croisillon servant à supporter la couronne sur un arbre de rotor qui est entrai par une turbine à fluide au eau. La couronne polaire sert non seulement à supporter les dit- férents pôles mais constitue aussi un chemin magn4tique pour le flux, inducteur. Le croisillon permet de porter la couronne à l'aide d'un bâti éliminant les excès de poids et de coût qu'entraînerait un sup- part du type plein.
La couronne polaire du rotor doit être solidement fixée ' au croisillon afin d'obtenir une intégrité structurelle du rotor malgré les couples s'exerçant dans le sens opposé de la rotation et aussi à l'effet d'équilibrer le rotor. Une façon d'effectuer cette fixation consiste à dilater à chaud la couronne de rotor, à placer la couronne de rotor autour du croisillon et à refroidir ensuite la couronne de rotor qui se contracte sur le croisillons Mais ce procédé offre l'inconvénient que les forces de contraction font naître des contraintes relativement importantes dans le croi- sillon. Pour que celui-.ci puisse résister à ces contraintes, il doit être relativement épais et lourd et il en résulte un mauvais ren- dement du point de vue fabrication et fonctionnement.
Selon un autre mode de fixation, la couronne de ro- tor est posée sur le croisillon à température normale ou au- tre, et on chasse des clavettes en coin entre la couronne de rotor et le croisillon. Quoique, dans leur position finale, les clavettes en coin permettent d'obtenir une fixation solide de la couronne de rotor sur le croisillon, la résistance de frottement des clavet- tes que'l'on chasse et la force importante requise pour les chasser en place rendent l'opération peu commode.
Il est souhaitable que la matière en excès du croisillon nécessitée par les efforts déployés pour y fixer la couronne puisse être évitée et qu'en outre, on puisse fixer aisément la couronne au croisillon tout en pouvant les séparer ensuite à volonté. En outre, il est souhaitable qu'un rotor soit construit de telle
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façon qu'on puisse régler,facilement les positions relatives de la couronne de rotor et du croisillon après un assemblage préliminaire.
Ceci permettrait de répartir uniformément sur toute la circonférence les efforts de fixation exercés entre la couronne de rotor et le croisillon.
A ces fins, il est nécessaire d'envisager, la construction d'un rotor de machine dynamo-électrique à turbine Hydraulique sous un angle original. Conformément aux principes de base de la pré- sente invention, un rotor de machine dynamo-électrique à turbine hydraulique comprend un croisillon destiné à être calé sur un arbrc et une couronne pouvant être montée sur le pourtour du croisillon.
La fixation rigide de la couronne sur le croisillon est obtenue par des moyens de fixation comportant des dispositifs de serrage disposés entre le croisillon et la couronne et réglables de façon à pouvoir serrer étroitement la couronne après que celle-ci été posée sur le croisillon. Quand on le désire, on peut par la suit séparer facilement la couronne du croisillon en desserrant les dis- positifs de serrage-
La présente invention ressortira clairement de la des- cription détaillée d'une forme d'exécution préférée de l'invention donnée ci-après avec référence aux dessins annexés, dans lesquels: la fig. 1 montre une partie de la coupe verticale d'une machine dynamo-électrique ou génératrice à turbine hydraulique construite suivant les principes de la présente invention.
La fig. 2 montre une partie vue en plan à plus grande échel- le, d'un rotor à l'état desserré, utilisé dans la génératrice de la fig. 1.
La fig. 3 montre une partie, vue en plan à grande échelle, du rotor de la fig. 2 à l'état serré.
La fig. 4 montre une partie, vue en élévation, du rotor de la fig. 2 ainsi qu'un dispositif de serrage y utilisé.
Les figs. 5 et 6 montrent des flans de tôle dont peut se com- poser un croisillon du rotor de la fig. 2, et
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La fig. 7 est une vue en perspective de dessous d'une partie du rotor de la fig. 2.
La fig. 1 représente, à titre d'exemple, une machine dynamo- électrique ou génératrice 10 verticale hydro-électrique conforme aux principes de la présente invention. La génératrice 10 comporte un stator 12 monté sur un bâti ou cuve 14 qui repose sur une fonda- tion 16 entourant une fosse 18 qui contient une turbine à fluide ou à eau (non représenté) destinée à entraîner le rotor 20 de la gé- nératrice 10.
Le rotor 20 est disposé à l'intérieur du stator 12 et .est monté de façon appropriée sur un support 22 avec palier de butée de manière à pouvoir tourner. Un arbre 24 accouple le rotor 20 à la turbine à fluide précitée qui fournit l'énergie nécessaire à la .rotation du rotor. Lorsque les enroulements inducteurs 26 du rotor 20 sont excités de façon appropriée, de l'énergie électrique est créée dans les enroulements 28 du stator 12.
En outre, le rotor 20 comprend un croisillon 30 claveté ou fixé d'une autre façon appropriée sur l'arbre 24, ainsi qu'une couronne 32 qui est portée ou fixée sur la périphérie du croisillon 30. Ce mode de construction est particulièrement nécessaire pour réaliser des économies de poids et de matière, lorsque le diamètre du rotor est relativement grand. Dans le cas des génératrices hydrauliques ou hydro-électruques, il en est habituellement ainsi parce que la périphérie du rotor doit porter un grand nombre de pô- les pour pouvoir produire, par exemple, de l'énergie électrique à 60 hertz dans le stator de la génératrice.
Dura ce cas, le croisillon 30 comprend une tôle de croi- sillon supérieure 34 (voir figs. 2 et 7) et une tôle de croisil- lon inférieure 36 entretoisées par des tôles transversales 38 et faites on acier de construction, par exemple. Chaque tôle de croi- sillon 34 ou 36 comporte plusieurs bras en tôle 40 et 42 ou 44 et 40 dirigés radialement versl'extérieur à partir d'une partie centrale 48 ou 30; er. outre, ces tôles de croisillon peuvent
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être usinées en une seule pièce ou en deux pièces qui peuvent être réunies au moment de l'assemblage du rotor. D'autre part, comme celà est indiqué ici, les tôles de croisillon 34 et 36 peuvent se composer de plusieurs flans de tôles 52 et 54 que l'on réunit par brasage ou par un procédé semblable, comme celà est indiqué en 55.
De préférence, le*! tôles transversales 38 sont aussi en @eier de construction et sont agencées de façon à donner la résistance mécanique et la rigidité requises au croisillon 30. Une tôle transversale 38 comprend, par exemple, une tôle 56 de direc- tion générale radiale qui est fixée ou brasée transversalement entre les tôles de croisillon 34 et 36 le long de la ligne de jonc- tion de chacune des paires successives de bras 40 et 42 ou 44 à la périphérie (six, dans le cas considéré) ou bien le long de la ligne de jonction de flans de tôle 52 ou 54 adjacents.
En outre, une plaque support de bras 58 est fixée .ou brasée transversalement entre chaque paire de bras opposés 40 et 44 ou 42 et 46 et longe ces bras ou se dirige extérieurement sous un certain angle à partir de la titre radiale 56 et jusqu'à une pièce support de couronne 60 fixée transversalement entre les extrémités extérieures des paires de Lras opposés 40 et 44 ou 42 et 46.
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Pour vider à supporter le poids de la courons 3?, rhiaq;"3 p1e sudur ' couri' 3 60 e pourvue d-,lire o^:4.dE +adi<1> extérieure 62 près de son extrémité inférieut'e. Afin d'éviter que l'extrémité inférieure de chaque plaque @@pport @@ coouronne 60 ne puisse fléchir vers l'intérieur et afin de constituer un support supplémentaire pour la couronne 32, une plaque transversale 64 et une console 66 sont fixées ou brasées à chaque pièce support da couronne 60 tout en étant dirigées dans le sens radial de façon à longer et se fixer ou se souder au bras adjacent 44 ou 46 de la tôle de croisillon inférieure 36.
Un patin de frein 68 peut être monté sur chaque console 66 de façon à être tourné vers le bas, a in de venir en contact avec une bague de freinage (non représenté)
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lorsqu'on désire ralentir le rotor 20.
La couronne 32 est construite, de préférence, en acier élec- trique feuilleté comme indiqué en 70 et son diamètre intérieur est suffisant pour que la couronne 32 puisse passer au-dessus des pièces.supports de couronne 60 en venant se poser contre les brides 62 de ces pièces supports. Plusieurs encoches 72 et 74 sont pratiquées sur le pourtour extérieur de la couronne 32 pour fixer des pièces polaires 76 et des dispositifs de refroidissement ou de¯ ventilation 78. Les enroulements inducteurs 26 sont disposés sur les pièces polaires 76.
Lorsqu.on monte la couronne 32 sur le croisillon 30, on la dispose de telle façon qu'une des encoches 80 se trouvant sur son pourtour intérieur soit en alignement avec une encoche cor- respondante 82 (voir fig. 7) de chacune des pièces supports de couronne-60..On introduit ensuite une barre 84 (voir fig. 3) dans les encoches correspondantes 80 et 62 jusque ce que celle-ci vienne buter contre la bride de pièce support correspondante 62. L'em- boitement ainsi réalisé permet d'éviter toute rotation relative du croisillon 30 et de la couronne 32 pendant les accélérations et les
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", décélérations du rotor.
La fixation rigide de la couronne 32 sur le croisillon
30 est obtenue par plusieurs dispositifs de serrage réglables 86, qui, à l'état de desserrage représenté à la fig. 2, peuvent être insérés entre la couronne 32 et le croisillon 30. C'est ainsi que chaque dispositif de serrage 86 peut se composer d'une paire de plaques oblongues 88 et 90 disposées côte à côte et dans le sens radial entre une encoche 91 pratiquée dans l'extrémité de chaque tôle radiale 56 et une encoche radialement opposée 80 de la couronne
32, les plaques 88 et 90 é ant normalement réunies par des boulons d'extrémité 92 et 94 se trouvant respectivement du côté croisillon,, et du côté couronne des plaques 88 et 90.
'L'encoche de plaque 91 peut aller jusqu'après de l'extrémité inférieure de la tôle 56, com-
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me indiqué par la référence 96 sur la tige 7, de manière à limiter la course de descente de chaque dispositif de serrage 86 inséré.
De préférence,, les extrémités à boulons des plaques 88 et 90 sont usinées planes et parallèles entre elles. La distan- ce entre les extrémités usinées des plaques 88 et 90 est, de prêté- rance,, égale à la: distance radiale entre l'encoche de plaque 91 et l'encoche de couronne radialement opposée 80, plus un certain .'eu requis pour obtenir l'emboîtement voulu par serrage ou "contrsetion du croisillon 30 et de la couronne 32, au moment où les bleques 68 et 90 sont devenues planes.
Un ou plusieurs boulons 98 (voir fig. 2) servant de vérin sont vissés dans des ouvertures 100 (voir fig' 4) pour maintenir les plaques 88 et 90 bombées, c'est-à-dire resserrées ou raccourcies, afin de faciliter l'introduction et le retiait des dispositifs de serrage 86 entre le croisillon ge et la cour'. -:.
32. Une fois que les dispositifs de serrage 86 sont introduits dans les encoches radialement opposées 91 et 80, on retire les boulons-vérins 98 et on utilise plusieurs boulons 102 pour serrer les plaques 88 et 90 à plat l'une contre l'autre. On obtient ainsi une fixation rigide dans le sens radial de la couronne 32 au croisillon 30, puisque les plaques 83 et 90 sont réglées, c'est- à-dire que leur dimension radiale est augmentée, de façon à obtenir un emboîtement rigide, et la fixation obtenue est en substance ré- gulière sur tout le pourtour de la couronne, surtout si les dimen- sions des composants ont été respectées avec précision.
Cependant, si. l'emboîtement de la couronne 32 et du croisillon 30 ne donne pas satisfaction pour l'une ou l'autre rai- son, on peut facilement corriger ce défaut en enlevant les boulons 102 du dispositif de serrage 86 impliqué et en intercalant des ca- les (non représentées) là où il le faut, ou en faisant d'autres ré- glages appropriés. Le dispositif de serrage 86 corrigé peut ensuite être resserré afin d'obtenir l'emboîtement voulu. De préférence, renforce notablement la rigidité de la construction en utilisant
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une poutre appropriée 104, par exemple lune poutre à section en U, disposée radialement le long de chaque dispositif de ser- rage 86 et y fixée par les boulons 102 au cours de l'opération de serrage.
Le seul outil nécessaire pour réunir ou pour séparer le croisillon 30 et la couronne 32 est une clé, ce qui signifie ,une-construction de rotor 20 très efficace. La structure du rotor 20 à l'état fini est d'excellente qualité puisque l'embottement par contraction de la couronne 32 sur le croisillon 30 peut être réglé avec précision dans son stade final à la fois du point de vue de l'importance et de la répartition des forces de contraction.
On évite ainsi des forces de contraction exagérées et on peut uti- -liser-des tôles de croisillon 34, 36 et des tôles transversales 38 ayant une section transversale de dimensions relativement faibles.
.En outre, comme le dispositif de serrage 86 peut être desserré faci- lement après l'assemblage final, il est aisé, à condition de modi- fier de façon appropriée les pièces supports de couronne 60, de re- tirer le croisillon et son arbre de la génératrice 10 après instal- lation en laissant la couronne 32 en place à l'intérieur du stator
28, ce qui réduit le poids à soulever lors des opérations d'entre- tien et de réparation.
R E V E N D I C A T I N S.
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