<B>Machine électrique à rotor refroidi par liquide</B> Différents moyens constructifs et technologiques ont été mis en oeuvre au fur et à mesure que la puis sance unitaire des turbogénératrices, de courant alter natif en particulier, augmentait, afin de refroidir les bobinages induit et inducteur de ces machines.
Dans ces machines, c'est le rotor qui a le volume le plus réduit et c'est par son échauffement que la puissance unitaire a été en premier lieu limitée. Pour augmenter l'efficacité du refroidissement de cet or gane, on a fait passer un gaz refroidisseur 'tel que l'hydrogène directement sur les conducteurs de l'en roulement, ce quia permis d'en doubler facilement la capacité.
Des perfectionnements à ce système de refroidissement; ainsi qu'une augmentation possible de la pression du gaz refroidisseur, sont susceptibles d'être appliqués pour réaliser encore quelques pro grès.
Cependant, ces moyens se révéleront insuffisants pour des puissances nettement supérieures à 700 MW qu'on envisage actuellement, et il conviendra alors de remplacer le gaz par un liquide refroidisseur tel que l'eau par exemple. L'établissement d'une circulation d'eau dans un rotor rencontre quelques difficultés technologiques, étant donné la constitution assez com plexe et hétérogène de cet organe.
L'emploi de con ducteurs creux, si séduisant en soi, nécessite soit leur pliage sur champ dans les têtes de bobine, ce qui peut les déformer, soit de nombreux raccards; si on veut constituer les bobines de parties droites assemblées par brasure, comme cela a été proposé ou pratiqué, et alimenter en liquide chacune des spires. Dans d'au tres systèmes, il est nécessaire d'assurer l'étanchéité des compartiments sous les frettes ainsi que des cales de fermeture d'encoche.
Une autre disposition proposée pour refroidir les bobinages .consiste à composer les côtés de bobine de deux nappes de conducteurs empilés radialement, entre lesquelles on dispose des tubes parcourus -par un fluide refroidisseur, empilés suivant l'axe radial de symétrie de l'encoche ;
cette disposition, telle qu'elle est appliquée dans certains cas aux barres d'un enroulement statorique, présente l'inconvénient de comporter, entre les nappes de conducteurs et les tubes, un intervalle rempli d'isolant, qui peut se com poser de ruban appliqué sur les tubes et de résine d'imprégnation remplissant les intervalles pouvant exister, à l'assemblage des barres, entre les trois nap pes les constituant ;
on sait que la chute de tempé rature entre les tubes refroidisseurs et les conducteurs est une cause importante de l'échauffement, de ces derniers: Cette constitution des bobines n'a pas en core été appliquée aux rotors de turbogénératrices ; si elle l'était, le même inconvénient apparaîtrait ; de plus, sous l'influence des démarrages et des effets de reptation, le risque existerait d'une séparation entre les trois rangées, introduisant un jeu nuisible à la bonne transmission de la chaleur.
La présente invention se rapporte à une disposi tion des éléments constituant les bobines inductrices des rotors de machines électriques, en -particulier de grands turboalternateurs, qui permet d'augmenter la puissance de ces machines, de réduire leurs dimen sions, ou de réaliser dans une certaine mesure les deux avantages à la fois,
sans avoir recours à une construction trop différente de celle qui est classique pour les bobinages rotoriques à refroidissement direct actuellement en service.
La présente invention a donc pour objet une ma chine électrique à rotor refroidi par liquide, dans laquelle chaque bobine inductrice comporte trois par ties :
deux parties latérales et une partie médiane, les deux parties latérales étant constituées par un empi- lage radial de conducteurs isolés les uns des autres et la partie médiane étant constituée par une pile de tubes refroidisseurs en métal bon conducteur de la chaleur,
parcourus par un liquide. Cette machine est caractérisée en ce que cette partie médiane est incli- née par rapport au rayon -du rotor qui passe par son centre de gravité, de manière que les trois piles soient pressées les unes contre les autres par la force centri fuge à laquelle elles sont soumises en rotation et que la transmission de:
la chaleur se fasse des conducteurs au liquide dans les meilleures conditions.
Les tubes refroidisseurs de chaque bobine peu vent être raccordés, soit par l'intermédiaire d'une boîte de jonction, soit directement, à une tubulure qui assure l'acheminement du liquide aux collec teurs fixés à l'une des extrémités du rotor, ou éven tuellement à chaque extrémité de ce dernier,
le li quide parcourant alors une spire complète dans le premier cas ou une demi-spire dans le second cas.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, plusieurs formes de réalisation de l'objet de l'inven tion.
On supposera que ces exemples se rapportent au refroidissement de l'enroulement du rotor d'un turbo- alternateur synchrone.
La fig. 1 représente une coupe transversale faite dans une encoche, perpendiculairement à l'axe de rotation du rotor.
La fig. 2 représente une disposition de raccorde ment des tubes refroidisseurs d'une bobine à deux boîtes composites reliées aux collecteurs d'entrée et de sortie du liquide qui les parcourt, ce raccordement étant réalisé dans les -têtes de bobine.
La fig. 3 montre la constitution d'une boîte de raccordement entre les tubes refroidisseurs et la con- nevion hydraulique reliée au collecteur de liquide situé à l'une des extrémités du rotor.
La fig. 4 est une vue de l'un des éléments consti tuant une boîte de raccordement.
La fig. 5 représente une coupe d'encoche variante de la disposition de la fig. 1.
Suivant l'exemple représenté sur la fig. 1, cha que bobine comporte deux nappes de conducteurs 1 qui peuvent être subdivisés, empilés radialement, pla cés de part et d'autre d'une nappe- médiane de tubes métalliques 2, en cuivre de préférence, parcourus par un liquide refroidisseur,
de même hauteur que les conducteurs- adjacents avec lesquels ils sont -en con tact par leurs deux faces latérales, de manière à for mer un ensemble dans chaque couche, les différentes couches étant isolées les unes des autres par une bande 3 en matériau approprié ;
l'axe de symétrie de la rangée de tubes fait un angle avec le rayon du rotor qui passe par son centre de gravité, afin d'utili ser la force centrifuge pour appliquer les conducteurs et les tubes les uns contre les autres, ce qui assume une transmission optimale- de la chaleur des conducteurs au liquide refroidisseur ; une gaine isolante 4 isole chaque bobine de la masse du-rotor 5 ;
les conducteurs 1 sont connectés en parallèle deux à deux, soit un dans chaque nappe d'un même niveau géométrique. Afin: que les tubes soient également parcourus par une partie du courant inducteur et que les intervalles nuisibles entre conducteurs et tubes subissent une première réduction, on rend chacun de ces derniers solidaire des conducteurs qui l'encadrent dans chaque couche par quelques points de soudure ou de brasure judicieusement situés le long de chaque spire,
de façon à utiliser ainsi toute la matière métallique pour le passage du courant, et à faciliter la transmission de la chaleur.
La fig. 2 donne un exemple de raccordement des tubes 2 aux boîtes composites 6, effectué dans les régions frontales des bobines ; on a supposé que la couche antérieure de conducteurs a été enlevée.
Les tubes 2 sont incurvés vers le fond de la bobine tout en restant isolés les uns des autres : cha cun d'eux est brasé dans un élément 7 de la boîte 6, qui comporte autant d'éléments creux isolés électri- quementantre eux que de tubes, ainsi qu'un ajutage à l'une des deux extrémités pour y fixer un tuyau 8 canalisant le liquide refroidisseur jusqu'au collecteur correspondant.
La fig. 3 représente une vue plus détaillée de l'une de ces boîtes de raccordement qui ne comporte que six éléments dans un but de simplification du schéma;
ces éléments sont séparés les uns des autres par un joint d'étanchéité 9, en matériau isolant et plastique, et éventuellement par deux rondelles 10, également en matériau isolant, qui bloquent ce joint 9 dans le sens radial, tout en limitant le serrage de ce dernier dans le sens axial ;
les deux éléments d'ex trémité I1 et 12 comportent de légères saillies per- famées, non figurées, qui permettent de fixer des tiges filetées, à l'aide desquelles on serre les éléments cons tituants les uns contre les autres, pour en assurer l'étanchéité au liquide.
La fig. 4 représente un des éléments 7, compor tant une saillie 13 dans laquelle est fixée l'extrémité de l'un des tubes 2 ; les joints toriques sont logés dans la gorge 14 ; l'espace annulaire 15 délimite le canal d'écoulement du liquide; les éléments 7 peu vent avoir également d'autres formes que la forme annulaire représentée, carrée ou rectangulaire par exemple.
Dans le cas où les bobines ne comporteraient qu'un petit nombre de conducteurs, les deux boîtes 6 pourraient n'en constituer qu'une seule, avec une cloison étanche en son milieu, pour séparer,rentrée et la sortie du liquide refroidisseur.
Les éléments constituant les boîtes de raccorde ment 6 peuvent être soit métalliques, soit en matériau isolant ; dans le premier cas, les tubes y sont fixés par brasage de préférence et, dans l'autre cas, ils le seraient au moyen d'un produit adhésif approprié ; si la boîte était constituée d'une seule pièce, les tubes y seraient fixés suivant une même génératrice, par exemple, avec un écart suffisant entre eux.
En variante aux dispositions décrites ci-dessus, les tubes refroidisseurs sont isolés des conducteurs 1, soit, par exemple, par une couche d'émail ou d'oxyde, soit par un enrubannage de faible épaisseur, ou en core par une feuille isolante 16 disposée entre les piles de conducteurs et de tubes, comme dans l'exem ple de la fig. 5,
mais la position des tubes par rap port au rayon qui passe par le centre de gravité de leur pile est conforme à celle de la fig. 1.
L'efficacité du refroidissement est moindre que dans le cas de la fig. 1, en raison, d'une part, d'une chute de tempéra ture qui reste toutefois modérée dans l'isolant sépara teur et, d'autre part, du fait qu'une partie du courant d'excitation ne passe plus par les tubes, mais cette efficacité est supérieure à celle obtenue dans une barre de stator de composition analogue, mais avec l'empilage habituel des tubes,
non inclinés sur le rayon du rotor, qui est alors confondu avec l'axe de symétrie de l'encoche, en raison de l'appui donné par la force centrifuge sur les faces communes des con ducteurs et des tubes, et de l'absence de jeu qui en résulte.
Comme pour le cas de la fig. 2, -les tubes sont courbés vers la partie inférieure de chaque tâte de bobine, où ils sont reliés tous ensemble, et sans inter position d'isolant entre eux, à une boite métallique isolée de la masse du rotor ou en matière isolante, ce qui ne présente aucun inconvénient puisqu'ils ne sont pas en contact avec les- conducteurs, d'où il résulte une simplification appréciable dans la pose du bobi nage.