Machine électrique rotative La présente invention a pour objet une machine électrique rotative, dont le stator comprend un noyau feuilleté serré, susceptible de se raccourcir en direction axiale par dessè chement.
Dans les grandes machines électriques rota tives connues, comme par exemple les turbo- générateurs refroidis à l'hydrogène, le noyau du stator est fait de lamelles fixées dans un cadre entre des plateaux extrêmes rigides tirés axialement l'un* vers l'autre par des boulons, de manière à serrer les lamelles entre elles. Ces boulons doivent être resserrés quand le noyau se dessèche, un tel dessèchement produisant un raccourcissement de la longueur du noyau par suite du rattrapage de petites irrégularités dans les lamelles et de l'écrasement de petites écailles de verni sous l'influence de la chaleur et de la pression.
Les plateaux extrêmes débordent en général radialement au delà de la périphérie du noyau, obligeant ainsi de disposer la carcasse entourant le noyau du stator à distance du noyau lui-même.
La machine électrique faisant l'objet de l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens élastiques agencés de manière à effectuer le serrage du noyau et à maintenir la pression exercée sur lui lorsqu'il se raccourcit.
Cette disposition présente de nombreux avantages. Le noyau du stator est ainsi serré en direction axiale sans emploi de boulons traversant le noyau, et les lamelles sont fixées sous une pression qui est maintenue lors des variations de la longueur du noyau dues au dessèchement. Les moyens élastiques assurant le serrage n'ont pas besoin de s'étendre au-delà de la périphérie du noyau, ce qui évite la néces sité d'espacer la carcasse du noyau et permet l'emploi d'une carcasse de plus petit diamètre. On peut diminuer ainsi le diamètre extérieur hors-tout de la machine.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine électrique faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une coupe longitudinale d'une partie de cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une coupe, à plus grande échelle, d'une partie du noyau du stator représenté à la fig. 1, montrant les diverses pièces pendant l'assemblage.
La fig. 3 est une coupe semblable à celle de la fig. 2, montrant les diverses pièces après l'assemblage.
La fig. 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la fig. 3.
La fig. 5 montre un segment d'une lamelle du noyau du stator représenté à la fig. 1. La fig. 6 est une vue d'un détail.
La fig. 7 est une vue, à plus grande échelle, d'une partie du détail représenté à la fig. 6. La fig. 8 est une coupe selon la ligne VIII- VIII de la fig. 7.
La machine électrique rotative représentée est un turbogénérateur comprenant un rotor 11 et un stator 12 enfermés dans une carcasse susceptible d'être remplie avec de l'hydrogène dans un but de ventilation. La carcasse comprend une enveloppe extérieure cylindrique 13 fixée à des cloches extrêmes 14 et 15.
Un arbre rotatif 16 s'étend à travers les cloches 14 et 15, en formant avec celles-ci un joint étanche au gaz, et il est supporté par des paliers non représentés. Un ventilateur à haute pression 17 est monté sur l'arbre 16 près de la cloche 14. Il est destiné à faire circuler le gaz de ventilation à travers un refroidisseur 18 et à travers des passages axiaux de ventilation dans le rotor 11 et le stator 12. Le refroidisseur 18 est disposé à l'extérieur de l'enveloppe 13 et fixé sur elle longitudinalement à la carcasse. Une entrée 19 du refroidisseur 18 communique avec la sortie du ventilateur, et une sortie 20 disposée à l'autre extrémité du refroidisseur débouche dans l'extrémité de la carcasse de la machine éloignée du ventilateur.
Le rotor 11 comprend un noyau magnétique cylindrique à encoches, d'une pièce avec l'arbre 16 et présentant un enroulement induc teur 21. Les conducteurs formant l'enroulement du rotor sont disposés dans les encoches du noyau du rotor, de manière à former des conduits de ventilation disposés axialement à travers le noyau du rotor et amenant le gaz de ventilation en contact direct avec le métal des conducteurs du rotor.
Le stator 12 comprend un noyau feuilleté cylindrique à encoches, disposé dans l'axe du rotor et supporté par un châssis. Ce châssis comprend une enveloppe cylindrique 26 disposée coaxialement dans l'enveloppe extérieure 13 et fixée seulement à ses extrémités opposées à des plateaux extrêmes rigides 27 et 28 solidaires de l'enveloppe 13. Le noyau du stator est fait de lamelles 29 à encoches (fig. 5) empilées sur des barres 30 s'étendant longitudinalement et fixées à l'en veloppe interne 26. L'une au moins de ces lamelles, ou un écran approprié est disposé de manière à buter contre l'enveloppe 26 pour empêcher l'écoulement axial du gaz de ventila tion entre l'enveloppe 26 et le noyau du stator.
L'épaisseur des lamelles du noyau est suscep tible de diminuer lors d'un dessèchement du noyau, produisant un raccourcissement de la longueur de ce dernier par suite du rattrapage de légères irrégularités dans les lamelles et de l'écrasement de petites écailles de verni sous l'influence de la chaleur et de la pression. Les lamelles 29 du noyau présentent des ouvertures 31, 32, alignées axialement et d'une dimension relativement faible, destinées à former des passa ges axiaux de ventilation à travers les dents 22 du noyau et à travers le corps du noyau en dehors des dents.
Les ouvertures 31 (fig. 5) sont dis posées selon des lignes s'étendant radialernent à travers chaque dent, et de même les ouvertures 32 sont disposées selon des lignes s'étendant radialement à travers les encoches d'enroule ment 23.
Des moyens agencés pour serrer et main tenir les lamelles du noyau du stator sous une pression axiale déterminée comprennent des plateaux 33 (fig. 6, 7 et 8) en matière non magné tique, dont le nombre correspond à celui des dents du noyau du stator et qui sont disposés radialement côte à côte sur les lamelles extrêmes du noyau (voir fig. 6). Chaque plateau 33 présente une extrémité à fourche formant des doigts 34, 35 qui s'appuient contre les dents 22 du noyau de part et d'autre des ouvertures 31. Des perçages 36 dans ces plateaux sont alignés avec les ouvertures 31 des lamelles.
Les plateaux présentent sur les côtés des encoches 37 agencées de manière que les enco ches des plateaux adjacents constituent des ouvertures alignées avec les ouvertures 32 des lamelles du noyau.
Les parties en forme de dents des lamelles extrêmes du noyau du stator sont en gradins pour réduire les pertes par courants de Foucault dues au flux entrant par les côtés des lamelles. Des blocs 39 faits en une matière non conduc trice et non magnétique présentent des gradins correspondant à ceux des lamelles et sont dis posés contre chaque dent extrême du noyau de stator. Les blocs 39 sont maintenus en place par la pression de serrage exercée sur eux par les doigts des plateaux 33. Les doigts 34 et 35 présentent des extrémités 40 qui s'étendent axialement vers l'intérieur contre une face à gradins des blocs 39.
Deux disques annulaires élastiques 41 et 42 sont placés aux extrémités du noyau et agencés pour exercer une pression axiale (de la manière qui sera décrite plus loin) sur chaque plateau 33 aux extrémités respectives du noyau, en une zone située au milieu de chaque plateau. Les disques élastiques 41 et 42 sont de lourds anneaux d'acier, bombés comme le montre la fig. 2 pour le disque 41. Plusieurs paires de clavettes 43 et 44 engagées les unes avec les autres sont espacées selon la circonférence dans une rainure de clavette annulaire de l'enveloppe interne 26, à chaque extrémité du noyau du stator. Des espaces 38 (fig. 4) entre les paires adjacentes de clavettes constituent des passages pour le gaz de ventilation du noyau du stator au delà des disques élastiques.
On voit aux fig. 2 et 3, qui ne montrent que l'extrémité gauche du noyau du stator représenté à la fig.. 1, que chaque clavette 44 chevauche une partie de la clavette correspondante 43, de manière que les clavettes soient bloquées. Les clavettes 44 butent contre la face d'un épaulement du disque élastique 41 et fixent ainsi l'extrémité radiale extérieure du disque élastique de manière à empêcher tout mouvement axial du noyau du stator. Le disque élastique 42 est fixé de la même manière par les paires de clavettes 43 et 44 dans une rainure annulaire de clavettes taillée à l'autre extrémité du noyau dans l'enveloppe interne du stator.
La pression de serrage des disques élastiques 41 et 42 est transmise aux plateaux 33 à chaque extrémité du noyau par des vis réglables 45 (dont une seule est visible aux fig. 2 et 3), uni formément espacées selon la circonférence au voisinage du bord interne de chaque disque élastique, comme le montre la fig. 4 pour le disque 41. Chaque vis 45 est engagée par vissage dans le disque correspondant, une extrémité de la vis prenant siège dans un bossage à cuvette 46 que présente le plateau 33, environ à mi-distance des bords de ce plateau. Dans le bossage à cuvette 46 est logée une rondelle d'acier 47 noyée dans ce bossage pour former un siège résistant à l'usure pour la vis.
Les axes des vis 45 sont perpendiculaires au noyau du stator quand les disques élastiques sont assemblés et soumis à un effort de serrage, comme le montre la fig. 3 (et comme on le verra plus loin), de sorte que les axes des vis sont parallèles à l'axe de rotation de la machine. Pendant l'assemblage, chaque vis 45 est en conséquence inclinée légèrement par rapport à l'axe de la machine, comme le montre la fig. 2, jusqu'à ce que les disques élastiques soient déformés.
Lors de l'assemblage du noyau du stator, les lamelles sont empilées sur le disque élastique 41 et les plateaux 33 associés, les autres plateaux 33 sont ensuite déposés sur les lamelles empilées, et le disque élastique 42 est alors forcé en position par des moyens tels que des vérins hydrauliques. Comme les bords extérieurs des disques élastiques sont fixés contre tout mou vement dans l'enveloppe 26 par les clavettes 43 et 44, les bords intérieurs des disques élastiques sont déformés axialement, de manière à ne pas dépasser leur limite d'élasticité,
de sorte que les disques élastiques subissent une tension et que leurs parties radiales intérieures exercent une pression de serrage axiale sur les extrémités du noyau du stator par l'intermédiaire des vis 45, comme le montre la fig. 3 pour le disque élastique 41. La déformation du disque est suffisamment grande pour assurer sur les lamelles du noyau une pression suffisante lorsque la longueur du noyau varie à la suite d'un desséchement ou de tout autre effet ther mique. La déformation élastique assure une pression continue relativement élevée sur les lamelles du noyau, pression qui ne pourrait être maintenue continuellement par des boulons.
Chaque disque élastique présente en section transversale une épaisseur qui va en diminuant vers son bord intérieur, comme le montrent les fig. 2 et 3, de manière à permettre une plus grande déformation pour une matière de résis tance donnée. Le serrage ou le desserrage d'une vis 45 modifie la pression exercée par le disque élastique correspondant sur le plateau 33 associé sur lequel s'appuie la vis.
Les vis 45 constituent ainsi des moyens pour faire varier la pression de serrage individuelle du disque élastique sur chaque plateau 33, de sorte que la pression sur un plateau peut être réglée relativement à la pression sur un autre plateau, ce qui permet d'établir une répartition de la pression élastique qui assure l'uniformité maximum de la pression sur les lamelles. Un réglage des vis 45 permet aussi un rattrapage des variations d'épaisseur des lamelles dues aux tolérances de fabrication.
Un enroulement de stator 49 (fig. 1) est disposé dans les encoches du stator et comprend des conducteurs construits et arrangés pour assurer des passages axiaux de ventilation dans les encoches du noyau, amenant le gaz de ventilation pratiquement en contact direct avec les conducteurs. Un tube 51 fait en une matière non conductrice et non magnétique, de préfé rence une matière moulée ou laminée résistant à la chaleur, est disposé autour des spires extrê mes de l'enroulement du stator. Le tube 51 bute contre le disque élastique 41 et présente des découpures formant des passages 53 entre le disque élastique et le tube, pour permettre un libre écoulement du gaz de ventilation à travers le noyau du stator.
Le disque élastique 41 étant constitué par une grande masse métallique et se trouvant dans le trajet du flux dispersé aux extrémités du stator, il doit être protégé contre l'échauffe ment dû aux courants de Foucault. A cet effet, un trajet magnétique de faible réluctance est ménagé pour le flux dispersé. Ce trajet est formé par des anneaux 54 qui constituent des noyaux axialement séparés et sont formés de lamelles enroulées en spirale noyées dans le tube 51. Les anneaux 54 constituent un trajet magnétique lamellé entre les pôles magnétiques créant le flux à travers les extrémités des enroulements du stator.
Sans ce trajet magnétique, le flux passerait par le disque élastique 41 dans la carcasse du stator. L'écran magnétique formé par les anneaux 54 tend aussi à augmenter la déperdition du flux à travers les extrémités de l'enroulement, spécialement pour une machine à deux pôles, ce qui limite au mieux le courant de court-circuit. Un tube 52, semblable au tube 51, est disposé autour des spires extrêmes de l'enroulement du stator adjacentes au disque élastique 42. Des anneaux 54 sont également noyés dans ce tube pour former un écran magnétique pour le disque élastique 42 et la carcasse du stator.
D'autres tubes 55 et 56, de préférence faits de la même matière que les tubes 51 et 52, sont disposés coaxialement au noyau du stator, aux extrémités opposées de ce dernier, dans le cylindre défini par les spires extrêmes de l'enroulement du stator. Les tubes 55 et 56 présentent des parois d'épaisseur variable et sont forcés axialement vers l'intérieur pour venir buter contre les lamelles du noyau du stator s'étendant radialement vers l'intérieur au delà des plateaux 33. Quand ces tubes sont forcés dans la position voulue, ils maintiennent rigidement les spires extrêmes de l'enroulement de stator entre eux-mêmes et les tubes 51 et 52 respectivement.
Quand la machine fonctionne, du gaz de ventilation envoyé par le ventilateur 17 circule à travers le refroidisseur 18, vers la droite de la machine quand on regarde la fig. 1, puis selon des trajectoires parallèles axiales à travers les passages dans le rotor et les passages dans le stator. En plus du gaz de ventilation s'écoulant à travers les encoches d'enroulement pour refroidir dirèctement les conducteurs du stator, du gaz de ventilation s'écoule aussi à travers des passages ménagés entre les pièces en fer supportant le noyau du stator, en passant à travers les passages 53 des tubes 51 et 52 et à travers les espaces 38 entre les clavettes.
Dans la machine représentée, le courant du stator peut être considérable et les pertes correspon dantes dans l'extrémité de l'enroulement sont également importantes. Les disques élastiques qui fixent le noyau du stator ne demandent pas de réglage, même après un dessèchement du noyau, et ces disques sont protégés contre un échauffement excessif dû aux pertes aux extré mités de l'enroulement.