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Machine dynamo-électrique.
La présente invention se rapporte, de façon généra- le, aux machines dynamo-électriques et concerne, plus spéciale. ment, les systèmes de ventilation de turbo-générateurs de dimen- sions relativement grandes.
Les turbo-générateurs de grandesdimensionssont habi- tuellement du type à refroidissement interne ou direct, le fluide de refroidissement circulant dans des canalisations pratiquées dans les encoches du stator et du rotor en contact thermique di- rect avec les conducteurs véhiculant le courant et se trouvant à l'ihtérieur de l'isolant mis à la terre. Ce type de construc- tion permet d'obtenir un système de refroidissement très effica-
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ce qui a lui-même permis d'augmenter fortement les puissances nominales maximum 'des gros turbo-générateurs sans dépasser les li- mites admissibles de leur encombrement.
Ces machines ont été habituellement refroidies par un gaz de refroidissement, l'hydrogène ayant été couramment ùti- lisé, ce gaz de refroidissement remplissant une enceinte étan- che au gaz et étant mis en circulation par une soufflerie mon- tée sur l'arbre du rotor, le gaz parcourant les canalisations des enroulements de stator et de rotor ainsi que des canalisa- %ions radiales pratiquées dans le noyau du stator.
Cependant; au fur et à mesure que les puissances nominales de ces gros tur- bo-générateurs augmentent) il est de plus en plus souhaitable d'améliorer le refroidissement des enroulements de stator et, à cet effet, il a été proposé d'utiliser des fluides de refroi- - dissement plus efficaces dans les canalisations des enroulements de stator, De tels fluides de refroidissement peuvent'être constitués, par exemple, par un liquide comme l'eau ou un gaz à ' haute pression comme de l'hydrogène sous une pression de plusieurs kilos par centimètre carré.
L'utilisation de tels fluides de refroidissement implique que le fluide circule dans les bobi- nagés du stator en un circuit fermé séparé et hermétiquement iso- lé du gaz de refroidissement se trouvarit dans l'enceinte précitée et refroidissant le noyau du stator et les enroulements du rotor.
Une des difficultés présentées par un tel système de circulation en circuit fermé du fluide de refroidissement dans. les bobinages du atator d'un turbo-générateur est d'éta- blir un raccord satisfaisant 'ntre la partie extérieure du sys'- tème de refroidissement et les tubes ou canalisations de ventila- tion se trouvant à l'intérieur de chaque bobinage de stator.Un procédé possible consisterait à raccorder chaque tube de ventila-' tion séparé de chaque bobinage à la partie extérieure du système.
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Cependant, du point de vue 'de la fabrication, ceci serait un sys- tème prohibitif à cause du grand nombre de bobinages et de tubes dans chaque machine, ce nombre exigeant l'établissement de plus de 1,500 raccords pour une machine typique. Un autre procédé consiste à faire aboutir tous les tubes de ventilation aux extré- mités de chaque bobinage du stator,en parallèle, à un raccord ou collecteur métallique. Ceci a pour inconvénient que les tubes métalliques de ventilation sont mis en court-circuit les uns par rapport aux autres, ce quine permet plus d'effectuer des trans- positions de groupe avec, comme résultat, des pertes dans les tu- bes par courants de circulation et courants de Foucault.
La présente invention a pour but principal de pro- curer une machine dynamo-électrique du type à refroidissement interne ayant un système en circuit fermé pour la circulation du fluide de refroidissement dans les canalisations de refroidis- sement des bobinages du stator et utilisant des raccords ou col- - lecteurs isolants de fabrication simple et aisée pour raccorder les canalisations de refroidissement au système de refroidisse- ment.
L'invention a aussi pour but de raccorder les cana- ¯lisations métalliques de refroidissement dans les bobines de sta- tor d'une machine dynamo-électrique au système de refroidissement général de la machine de façon à empêcher qu'il y ait des courants de circulation et à réduire au minimum les pertes par courants de Foucault dans les canalisations.
L'invention a encore pour but de procurer un disposi- tif pour raccorder plusieurs canalisationsmétalliques de ventila- tion d'une bobine de stator à un seul collecteur de telle façon que l'extrémité de chaque canalisation soit séparée et isolée par rapport aux autres canalisations.
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D'autres buts ressortiront clairement de la descrip- tion donnée ci-après.
Selon la présente invention, les extrémités des ca- .. nalisations de refroidissement ou de ventilation de chaque bobina - ge du stator d'un gros turbo-générateur sont introduites dans ; une extrémité.d'un tuyau en matière plastique constituant un raccord ou collecteur isolant.pour raccorder les canalisations de ventilation au système général de refroidissement. Les extré- mités des canalisations sont maintenues séparées les unes des au-, ' tres par deux gabarits en matière plastique emboités dans le tuyau en matière plastique, à une certaine distance l'un de lautre. Un raccord de tuyauterie servant à raccorder le tuyau en plastique au système général de refroidissement est emboîte et supporté dans l'autre extrémité du tuyau,au moyen de deux gabarits espacés semblables.
Le tuyau en matière plastique ; et les deux gabarits des canalisations de ventilation constituent l'enveloppe extérieure d'un moule qui devient une partie permanente' du collecteur. De façon semblable, le tuyau en matière plastique et les gabarits du raccord constituent un moule similaire. Ces moules sont remplis d'une matière résineuse convenable qui, vul- canisée, réunit le tout en un ensemble isolant rigide.
La nature et les buts de la présente invention res- sortiront clairement de la description détaillée donnée ci-après d'une torme d'exécution préférée de l'invention représentée aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 est une vue, partiellement en coupe longitudinale et partiellement en élévation, d'un turbo-généra- teur auquel est appliquée la présente invention.
La figure 2 est une coupe transversale à plus grandè échelle d'un bobinage du stator du turbo-générateur.
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La figure 3 est une vue, partiellement en coupe lon- gitudinale et partiellement en élévation, d'un collecteur cons- truit suivant la présente invention.
La figure 4 est une vue en élévation d'un gabarit utilisé pour maintenir les canalisations de ventilation daris le collecteur.
La figure 5 est une vue en élévation d'un autre ga- barit qui peut être utilisé au lieu du gabarit représenté à la figure 4.
La figure 6 est une vue en élévation d'un gabarit utilisé avec le gabarit représenté à la figure 4 pour supporter le raccord de tuyauterie dans le collecteur, et
La figure 7 est une vue en élévation d'un autre ga- barit qui peut être utilisé avec celui représenté à la figure 5 pour supporter le raccord de tuyauterie dans le coll ecteur.
Le turbo-générateur représenté à titre d'exem- ple, en particulier sur la figure 1, est de construction générale semblable à celui décrit dans le brevet belge n 606.922. Il va de soi cepehdant que la présente invention peut être utilisée, avec toute machine dynamo-électrique ayant un système de refroi- dissement en circuit fermé pour les bobines de stator de la ma- chine. Comme la figure le montre, le turbo-générateur a un noyau de stator 10 porté par des disques 12 constituant entre- toise à l'intérieur d'une enveloppe extérieure étanche au gaz 13.
Le noyau de stator 10 est généralement du type feuilleté et comporte, au centre, un creux pratiquement cylindrique, @e noyau 10 est composé d'empilages de tôles espacés de ma- nière à former des canalisations radiales 14 de ventilation entre les empilages tandis que les tôles du noyau sont serrées entre-des plaques d'extrémités appropriées de façon classique.
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A sa périphérie intérieure,1 noyau de stator 10 est pourri' d'encoches longitudinales 15 dans lesquelles se loge un enroulement de stator qui peut être de tout type approprié et qui consiste en plusieurs demi-bobines 16 Connectées entre elles à ,leurµ extrémités pour constituer l'enroulement. L'enroulement ' , de stator est du type à refroidissement interne et, comme la fi- gure 2 le montre, chaque demi-bobine 16 se compose de plusieurs ; barrés ou conducteurs 17 qui sont légèrement isolés et transpo- ' - ses de la manière habituelle et qui sont séparés par un empila- ge de canalisations 18 en un métal à haute résitance et légère- ment isolées les unes des autres ainsi que par rapport aux barre±
17.
Les canalisations 18 s'étendent longtudinalement d'une ex- trémité à l'autre de la demi-bobine 16 de façon qu'un fluide de refroidissement circule en bon contact thermique avec les barres ou conducteurs 17. La demi-bobine 16 est enfermée dans une for- te gaine isolante 19 afin d'obtenir l'isolement à haute tension voulu par rapport à la te@re. Deux demi-bobines sont placées dans chaque encoche 15 du noyau de stator et les encoches sont obturées par des coins appropriés, de la manière habituelle. Un , rotor 21 est introduit dans le creux du noyau de stator 10 et est séparé du stator par un entrefer annulaire.
Le rotor 21 repose dans des paliers 22 de tout type approprié montés dans les extré- mités de l'enveloppe 13, èt des bourrages d'étanchéité 23 sont prévus afin d'empêcher que du gaz ne s'échappe de l'enveloppe le long de l'arbre du rotor, Le rotor 21 comprend des encoches longitudinales 24 à sa périphérie afin d'y loger un enroulement inducteur.25. Les conducteurs de l'enroulement 25 sont disposés longitudinalement par rapport au rotor et ont des têtes de bobine
26 disposées circonférentiellement et maintenues contre les forces centrifuges par des anneaux de retenue 27 de type classique.
L'en-
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roulement du rotor 25 peut être du type décrit dans le brevet précité, comprenant, dans ce cas, plusieurs spires isolées, cha- que spire consistant en deux conducteurs ayant une section trans- versale en forme de U et disposés face à face de manière à cons- tituer une canalisation longitudinale s'étendant d'une extrémité à l'autre du rotor en passant au centre de chaque spire de l'en- roulement. Des passages radiaux 28 sont prévus dans les conduc- teurs du rotor afin de mettre les canalisations'longitudinales en communication avec l'entrefer de manière que le gaz de refroi- dissement se trouvant dans l'enceinte puisse circuler dans ces canalisations.
L'enveloppe 13 de la machine est faite aussi étan- che que possible au gaz et est mu@ie de garnitures aux en- droits où l'arbre de rotor sort de l'enveloppe en passant par les bourrages 23. L'enveloppe est remplie d'un gaz de refroidisse- ment approprié, de préférence de l'hydrogène qui est utilisé pour refroidir le rotor et le noyau du stator dans la forme d'exécution représentée. Une soufflerie 33 est montée sur l'arbre du rotor près d'une extrémité de la machine afin de faire circuler le gaz dans la machine. Tout type de soufflerie ap- proprié peut être utilisé et une soufflerie à étages multiples du type à écoulement axial est représentéeaux dessins annexés,à. titre d'exemple seulement.
Le gaz se trouvant à l'intérieur de la machine est maintenu à une pression statique convenable qui peut être:, par exemple, d'environ 2,1 à 5,25 kilos par cm2 au-dessus de la pression atmosphérique, quoi qu'on puisse utili- ser des pressions de gaz plus basses ou plus élevées suivant la puissance nominale désirée de la machine. La soufflerie 33 produit une pression différentielle suffisante pour maintenir la circulation de gaz désirée à l'intérieur de l'enveloppe ainsi
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que dans les canalisations du rotor et du noyau de stator.
Le gaz se trouvant à l'intérieur de l'enveloppe peut être mis en circulation de toute manière voulue par la souf- flerie 33 de façon à parcourir les canalisations radiales 14 du noyau du stator ainsi que les canalisations de l'enroulement du rotor, afin. de refroidir le noyau du stator et le rotor.
Dans la machine déterminée représentée aux dessins annexés, l'entre- fer est divisé transversalement en plusieurs zones annulaires au moyen de cloisons 34 montées sur le noyau du stator et de cloisons 35 montées sur le rotor, des zones adjacentes étant maintenues à des pressions de gaz différentes afin que le gaz passe d'une zone à haute pression à une zone à plus basse pres- sion en parcourant les canalisations de l'enroulement du rotor,
Des cloisons et des canalisations appropriées sont prévues dans l'enceinte pou que le gaz circule de la façon voulue,
c'est-à- dire comme les flèches de la figure 1 l'indiquent. Le procédé de refroidissement du rotor et la façon dont on fait circuler le gaz de la manière appropriée sont décrits en détail dans le brevet belge précité n 606.922,auquel bn se réfèrera pour une description plus complète. Les moyens de refroidissement du rotor et du. noyau du stator ne sont pas décrits plus en détail ici parcaqu'ils ne font pas partie de la présente invention et que le système de refroidissement des enroulements de stator peut être utilisé dans toute machine ayant n'importe quel sys- tème voulu de refroidissement pour le rotor.
Selon la présente invention, l'enroulement du sta- tor est refroidi par un système de circulation en circuit fermé faisant passer lè fluide de refroidissement dans les canalisa- tions 18 .des bobinages du stator. Comme la figure 1 le montre, un tel système de refroidissement du stator peut comprendre ur.
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collecteur d'entrée 50 se trouvant à une extrémité 10 du stator et un collecteur de décharge 51 se trouvant à l'autre extrémité du noyau du stator. Ces collecteurs peuvent consister en des passages annulaires entourant circonfénentie'llement le noyau et montés aux extrémités du noyau de toute manière appropriée. Le collecteur d'entrée 50 est relié, par plusieurs tubes isolants .
52, à l'extrémité de chaque demi-bobine 16 de l'enroulement, les tubes 52 communiquant avec les canalisations 18 du bobinage au moyen.de collecteurs 53 appropriés. A l'autre extrémité, des collecteurs 53 semblables font communiquer les canalisations 18 avec des tuyaux isolants 52 qui sont reliés au collecteur de dé- charge 51. Les canalisations 18 sortent des bobines à chaque extrémité, et les têtes des barres ou conducteurs 17 de chaque demi-bobine sont reliées à une autre déni-bobine de la ma- 'nière habituelle, comme cela est représenté en 54.
Le fluide de refroidissement pour l'enroulement du stator est mis en circulation au moyen d'une pompe ou d'un compres seur 55 suivant .que l'on utilise un liquide ou un gaz,le fluide de re- froidissement qui sort de la machine passant par un dispositif de refroidissement 56 de tout type approprié pour atteindre ensui- te une tuyauterie d'entrée 57 qui traverse l'enveloppe 13 et com- munique avec le collecteur d'entrée 50. Le fluide de refroi- dissement sortant à l'extrémité opposée de la machine passe du dollecteur de décharge 51 dans une tuyauterie de décharge 58 qui traverse l'enveloppe 13 pour rejoindre la pompe ou le compres- seur 55.
On dispose ainsi d'un système de circulation en cir- cuit fermé entièrement séparé du système de refroidissement du rotor et du noyau du stator, ce qui permet d'obtenir un refroi- dissement plus efficace de l'enroulement du stator. Le fluide
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de refroidissement de l'enroulement du stator peut être un liqu- de approprié comme l'eau ou bien,ôn peut utiliser d'autres flûtes ,
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de terroidissement appropries, C'est ainsi que l'on peut faiza circuler de l'hydrogène à une haute pression de plusieurs kilos par Centimètre carré dans l'enroulement du stator. Tout type voulu de système en circuit fermé peut être utilisé pour faire circuler le fluide de refroidissement.
Comme il est souhaitable de maintenir une pression relativement élevée dans le système à circuit fermé refroidis - .. sant ies bobines de stator, il est nécessaire que les collecteurs 53 faisant communiquer les extrémités des canalisations de refroi- dissement 18 avec les tuyauteries 52 du système de refroidisse- ment soient capables de résister à une pression relativement éle- vée. En outre, afin d'éviter un court-circuit entre les tubes métalliques de ventilation et afin de réduire au minimum les per- tes par courants de Foucault, le collecteur doit être fait en une matière isolante et doit aussi maintenir les extrémités des dif- férentes canalisations séparées les unes des autres.
Comme on le voit sur la,figure 3,le collecteur 53 con- siste en un corps isolant creux pouvant être un court tuyau en matière plastique 61,ayant une section transversale de forme ronde ou.ovale. Les canalisations de refroidissement 18 sont supportées dans une extrémité du tuyau 61 au moyen de deux ga- barits 62 en une matière plastique stratifiée appropriée, ces ,gabarits étant emboîtés dans le tuyau à une certaine distan- ce l'un de l'autre. Si on utilise un tuyau de section ron- de et des gabarits d forme ronde, on pratique plusieurs trous ' rectangulaires 63 dans le gabarit 62 de la façon représentée à la figure 4.
Dans ce cas, les extrémités des canalisations de refroidissement 18 sont déformées progressivement de la façon re-
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présentée à la figure 3 afin de pouvoir être introduites dans les trous rectangulaires 63 des gabarits 62,
Si on utilise un tuyau 61 de section ovale, on uti- lise des gabarits 62' aussi de forme ovale et on pratique alors une série verticale de trous rectangulaires 63' dans le gabarit. Les trous 63' sont légèrement écartés les uns des au- tres. Dans ce cas, les tubes ou canalisations de ventilation
18 gardent la même disposition qu'à l'intérieur de la bobine 16 mais elles sont séparées les unes des autres par l'écartement des trous 63' pratiqués dans le gabarit 62'. Les gabarits doi- vent pouvoir s'emboîter avec une aisance relative à l'intérieur du tuyau 61.
Comme la figure 3 le moatre, un raccord de tuyaute- rie 64 de tout type approprié est monté à l'intérieur de l'autre extrémité'du tuyau 61 au moyen de deux gabarits espacés 65 dans chacun desquels est percé un trou 66, comme la figure 6 le mon- tre. Si on utilise un tuyau 61 de forme ronde, le gabarit 65 a une forme ronde comme sur la figure 6. Si on utilise un tuyau 61 de forme ovale, on utilise un gabarit 65' de forme ovale dans lequel est percé un trou rond 66' pour la fixation du rac- cord de tuyauterie 64, Les gabarits 65 doivent entrer relative- ment aisément dans le tuyau 61 et sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre comme la figure 3 le montre.
Le tuyau en matière plastique 61 et les deux paires de gabarits constituent l'enveloppe extérieure d'un moule qui devient une partie permanen- te du connecteur. Comme la figure 3 le montre, le tuyau 61 et les gabarits 65 délimitent un compartiment contenant les extrémi- tés des canalisations de refroidissement 18. 'Le tuyau 61 et les gabarits 65 délimitent un autre compartiment contenant le raccord de tuyauterie 64. Les extrémités intérieures des canalisations
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18 et le l'accord de tuyauterie 64 dépassent les gabarits intérieurs 62 et 65.
Après assemblage du collecteur et des canalisations 18, les gabarits et le raccord 64. étant en place, on coule une résine appropriée 67 par les trous 68 Ménagés dans les dessins du tuyau 61 de manière à immobiliser l'ensemble par enrobage et à former un collecteur isolant rigide et fortement résistant qui isolo les canalisations 18 les unes des autres. On peut alors rattacher les raccords 64 aux tuyauteries 52 pour compléter le système de refroidissement en circuit fermé.
Le tuyau en matière plastique 61 peut être fait en verre-époxy, en verre-calamine oU en dacron-époxy.
La matière peut être-stratifiée et avoir une épaisseur suffisan- te pour convenir aux conditions d'utilisation. Les gabarits n stratifié de matière plastique peuvent être faits d'une matiè- re semblable ayant une épaisseur comprise entre 0,8 mm. et l,6jmm, Les gabarits peuvent être estampés dans une matière en feuille appropriée.
La résine d'enrobage peut'être une des nombreuses résines à formule à base de polyester bu de résine époxy du commerce. La résine peut être du type polymérisant à la tem- pérature ambiante, mais de meilleure résultats sont obtenus avec une résine ayant une température de polymérisation plus élevée ,
La description ci-dessus montre que l'invention pro- cure un collecteur isolant particulièrement destiné à relier les canalisations de refroidissement ou de ventilation d'un bobinage de stator d'une machine dynamo-électrique à refroidissement interne,
à la tuyauterie d'un système de refroidissement en éir- cuit fermé pour le bobinage de.stator.'' Le collecteur a pour effet de maintenir les extrémités des canalisations de refroidissement séparées les unes des autres et n'a pas d'in -
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fluence sur les connexions électriques normales des bobinages ni sur les connexions découlant de transpositions de groupe. Le connecteur est d'une construction'relativement simple et peut ê- tre fabriqué à un prix de revient relativement bas tout en étant capable de résister sans-fuites à des hautes pressions.
Comme.de nombreuses modifications peuvent être ap- portées à la forme d'exécution décrite ci-avant et que différen- tes autres formes d'exécution peuvent être réalisées sans sortir du cadre de la présente invention, il doit être bien entendu que - les détails donnés dans la description ci-dessus ou représentés aux dessins annexés sont donnés uniquement à titre d'exemple et non dans un sens limitatif.
REVENDICATIONS.