CH422137A - Machine dynamo-électrique refroidie par un liquide - Google Patents

Description

  Machine     dynamoélectrique    refroidie par un liquide    La présente invention se rapporte à une machine       dynamoélectrique,    pouvant fonctionner comme géné  ratrice ou moteur et refroidie par un liquide.  



  Le refroidissement des moteurs     industriels,        utilisés     en régime poussé s'est révélé avantageux dans un  grand     nombre        d'applications.    En     premier    lieu, le       refroidissement        .adéquat    d'un moteur permet de       réduire    ses dimensions     matérielles    d'environ cin  quante pour cent pour une     puissance    donnée.

   Ce     fac-          teur    se répercute favorablement sur la     réduction    de  la mise     @de    fonds     initiale    et sur d es facilités plus gran  des concernant     l'aménagement    de     l'atelier.     



  Dans la     technique        antérieure    on avait déjà suggéré  de refroidir les moteurs par un courant de gaz ou       d'air    qu'on faisait passer en contact avec les parties  chaudes du moteur. On avait également     établi    que  dans     certaines    conditions bien précises et avec des  moteurs de     constructions    spéciales,     il    serait possible  de refroidir     le    moteur :avec un liquide.

   Dans, ce der  nier cas, on introduit un liquide     évaporable    dans       l'enveloppe        hermétique    du moteur et on     laisse    ce  liquide     s'évaporer    au contact des organes chauffés.  Puis ces     vapeurs        circulent    entre ces organes et sont       finalement    aspirées hors de l'enveloppe, en vue de  leur condensation et remise en circulation.  



  Un procédé très efficace permettant de     refroidir     très rapidement     les        organes    d'un     moteur    est la pro  jection     directe    d'un jet liquide     évaporable    contre les       surfaces    chauffées. Le liquide est ainsi     injecté    avec  force dans     la    carcasse     hermétique    du     moteur,    avanta  geusement en une série de     courants    dirigés tant vers  les     organes    mobiles que vers les organes fixes.

   La pro  jection directe tire     ;avantageusement        parti    de la cha  leur     latente    et de     l'évaporation    du liquide et     constitue       un moyen     particulièrement    efficace, assurant un       refroidissement    rapide.    Bien que le     re        .roidissement     &  moteur par ce der  nier     procédé    soit désirable,     il    n'en .présente pas, moins       certains    inconvénients.

   Par     exemple,    lorsque l'agent  de     refroidissement    est un liquide, la     projection    à une  vitesse élevée d'un jet ou courant contre un organe  mobile ou même     contre    un organe fixe du moteur  risque de provoquer l'usure ou la détérioration de cet  organe.

   Plus     particulièrement,    l'application de cou  rants de     liquide    projetés à une     vitesse    élevée, de la  façon pratiquée à     l'heure        actuelle,        entraîne    le risque  d'érosion de     l'isolement    des fils     métalliques    et des sur  faces revêtues, pouvant provoquer rapidement un  court-circuit.  



  L'invention vise à remédier à ces inconvénients et  a     pour    objet une     machune,dynamo-électrique        refroidie     par un liquide, comprenant un stator -et un rotor, une  enveloppe     hermétique        définissant    une     enceinte    autour  du stator et .du     rotor    et comprenant des     moyens    pour  évacuer le liquide de cette enceinte.

   Cette machine  est     caractérisée    en ce qu'elle comprend un     conduit     relié à une source     d'un    liquide de     refroidissement    sous  pression et en communication avec l'enceinte hermé  tique, pour injecter ce liquide dans cette enceinte, et  des moyens     coopérant        ,

  avec    ce conduit pour transfor  mer au moins une partie de ce liquide de refroidisse  ment en un courant -tourbillonnaire de     gouttelettes          liquides    dirigé     vers    les organes rotatifs de la machine  pour venir au contact     @de        leurs    surfaces chaudes et  s'y évaporer.  



  Le dessin annexé représente, à     titre    d'exem  ple, deux formes d'exécution de la     machine    selon       l'invention.         La     fig.    1 est une coupe     axiale    de     la    première  forme     d'exécution.     



  La     fig.    2 est une coupe     transversale        ,partielle    par  la     ligne    2-2 de la     fig.    1,     et     la     fig.    3 est une vue     partielle    à plus grande     échelle     de la seconde forme     d'exécution.     



  La machine selon     fig.    1 et 2     constitue    un groupe  moteur hermétique 10,     comprenant    une     :enveloppe          extérieure        définissant    une enceinte étanche à la  vapeur     autour    du     groupe.    L'enveloppe, de forme  généralement     allongée,        comprend    une section centrale  12, à laquelle des sections terminales     opposées    13 et  14 sont assujetties et     définissent    des     chambres    de  bout 16 et 17,

       respectivement.    Chacune des sections       terminales        est        pourvue    de dispositifs de montage pour  des     paliers    18 et 19. Une des     sections        terminales    13,  au moins, présente une ouverture     axiale    pour le pas  sage de l'arbre 21 du moteur en vue de sa liaison  avec un élément     commandé,    tel qu'une pompe,     un          engrenage    réducteur, etc.  



  L'enveloppe est pourvue de     connexions        séparées     permettant     d'introduire    un courant de     liquide        évapo-          rable    et de faire le vide dans cette     enveloppe        afin          d'établir    une     différence    de     :

  pression        suffisante        pour     provoquer l'écoulement     d'un    liquide de refroidisse  ment suivant un     parcours        désiré    à     travers    le moteur.

    Le trajet     préféré    pour cet     écoulement    est celui qui  assure l'échange de     chaleur    .le plus     :efficace    entre des  parties     chauffées    du     moteur    et la vapeur en     circula-          tion.    Un trajet adéquat du courant et un rapport  élevé de la     surface        mouillée    à la -masse,

   contribuent à       éliminer    du moteur les     zones    chaudes     éventuelles    où  le     refroidissement        risquerait    alors :d'être réduit au       minimum.        Par    exemple,

   les     surfaces    non exposées au  courant de     refroidissement    ont     tendance    à développer  des zones chaudes susceptibles de provoquer le brû  lage ou le     fendillement    d'éléments isolants     par    suite  d'une     différence    de     température    entre lesdits éléments  et les zones     adjacentes.     



  L'enveloppe du moteur, quoique représentée  comme étant composée de plusieurs parties compre  nant la     section        centrale    assemblée et des     sections        t-          minales    opposées, pourrait .aussi être du type soudé  de construction     essentiellement    unitaire. Le     moteur     comprend un stator 23 fait de minces tôles assem  blées au contact les unes des     @auires    et maintenues  l'une contre     d'autre    de     manière    à former un noyau  unitaire.

   Les tôles sont     assemblées    en     groupes    et  ceux-ci sont séparés par des éléments     intermédiaires     de telle manière qu'après avoir été assemblés, un ou  plusieurs     passages    27 soient formés à     travers    le sta  tor en permettant ainsi 'a l'agent de     refroidissement    de  passer du côté     intérieur    du bobinage à sa     surface          extérieure.    Des bobinages 24 et 26 portés     par    le sta  tor et s'étendant     latéralement    à partir des deux  extrémités de celui-ci     

  pénètrent    dans des     chambres        ter-          minal-es        respectives    16 et 17.  



  Le stator 23 peut, comme représenté à la     fig.    1,  être assujetti à     l'intérieur    de l'enveloppe par un  anneau de     support    ou des barres     longitudinales,        de       façon qu'il soit légèrement espacé de la     paroi    inté  rieure de l'enveloppe. Les moyens de support sont  ainsi formés de manière à     permettre    au     fluide    de  refroidissement de couler     librement    le long de la sur  face extérieure du stator d'une     extrémité    à l'autre.

    Pendant le     fonctionnement        normal,    la force     centrifuge     provoque le mouvement du courant du refroidisseur       vers    l'extérieur par des passages 27 et     longitudinale-          ment    par le passage 38.  



  Le rotor 30 est composé d'un arbre 21 dont une  -des     extrémités    au     moins,    31, traverse la paroi de  d'enveloppe et     est    pourvue d'une paire de     paliers        espa-          cés.    Le     palier    19 est supporté par la section     termi-          nale    13, :alors que le palier 18 est supporté par la  section terminale 14.

   Ce rotor est pourvu d'une série  de     barres    de rotor     excitables    qui sont soit     maintenues          directement    au contact de d'arbre 21, soit     espacées          dudit    arbre -et montées sur un croisillon 33, lui-même  monté sur un arbre de façon     rotative.     



  Grâce à cette     construction    à     croisillon,    on     obtient     des longs passages 32 qui s'étendent     longitudinale-          ment    à     travers    le     moteur    et font communiquer les  chambres 16 et 17 de manière à     contribuer    à la for  mation -d'un courant de     liquide    réfrigérant     dans    une  seule direction.

   Dans le cas de moteurs de petites       dimensions,    dans lesquels les tôles du     feuilletage    sont  montées: directement sur d'arbre, des passages longitu  dinaux faisant partie intégrante du rotor peuvent être  formés pour assurer le passage -du liquide de     .refroi-          dissement    de l'une à l'autre :extrémité.  



  Au cours du     fonctionnement    normal de la     cons-          truction        ;représentée,    un liquide évaporable est     intro-          duit    dans l'une des     extrémités    -du passage central 32,       principalement    dans le but de refroidir les surfaces       intérieures    du rotor.

   Un refroidissement supplémen  taire est     :effectué    pour les passages radiaux 36 et 27  qui     permettent        ainsi    au fluide de passer     vers    l'exté  rieur sous l'action de la force :centrifuge, que ce soit  à     l'ébat        liquide    ou sous     forme    d'un mélange de goutte  lettes de liquide et de vapeur, pour pénétrer dans       l'entrefer        annulaire    34.  



  Cet     entrefer    34 prévu     entre    les surfaces     adjacentes     du rotor et du     stator    :est     suffisamment        large    pour  assurer le jeu qu'exige la rotation. Les passages       radiaux    36 débouchant dans     d'entrefer    34 sont de pré  férence disposés suivant le même axe que les passa  ges 27     formés    :dans le stator, de telle sorte que la  vapeur passe sur le rotor et le stator avant de     péné-          trer    dans le passage     extérieur    38 formé au bord exté  rieur du stator.  



  Un liquide est introduit     dans    l'enceinte herméti  que par un tube 41 fixé à l'enveloppe à l'aide d'un  dispositif ou bride d'attache     approprié    étanche au       fluide.    L'extrémité extérieure du tube 41 communique  avec une source sous pression d'un liquide     évapora-          ble,        telle    que le     condenseur    ou     économiseur    de     liquide     d'un appareil     réfrigérant.     



       Comme    représenté à la     fig.    1, le conduit 41     com-          porte    un     distributeur    pourvu d'une série de     gicleurs     43 et 44 qui     projettent    des courants d'agent de refroi-           dissement    dans différentes directions. La position du  gicleur 44 est     telle    que celui-ci dirige un     premier    cou  rant de liquide de manière     qu'il    pénètre dans le pas  sage central 32.

   Un second gicleur 43 éjecte un cou  rant de liquide dans, une     direction    qui est     diamétrale-          ment    opposée au premier courant et qui entre en       contact    avec une plaque de diffusion 53.  



  La plaque ou diffuseur 53 est supporté de façon  rotative à l'intérieur de l'enveloppe du moteur de  manière à recevoir     .au    moins une portion du courant  de liquide provenant de la source de     liquide    sous  haute pression. Le     diffuseur    53, représenté à la     fig.    1,  comprend, en principe un disque 54     dont    le diamètre  est plus petit que celui     du    rotor .et qui est disposé  dans la chambre     terminale    17. Un moyeu 46, qui  coopère avec le disque 54, est supporté de façon rota  tive par l'arbre 21.

   Une lèvre périphérique 47, située  au bord     extérieur    du     disque    54, s'étend dans une  direction     allant    vers des enroulements de l'extrémité  du rotor. Des ailettes ou éléments de poussée similai  res peuvent être prévus sur la face de     diffusion    de       manière    que -du liquide soit projeté vers l'extérieur et  vers la lèvre 47.  



  Le diffuseur 53 est suffisamment espacé des faces  extrêmes du rotor et du stator pour qu'il soit possible  d'introduire un courant de     liquide    de refroidissement  qui est projeté     contre    la surface intérieure du diffu  seur, en permettant à la     force    centrifuge de projeter  le liquide vers l'extérieur et de le     diffuser.    Le cou  rant résultant quittant la lèvre 47 est un courant en  forme de spirale     conique,    composé de très petites       gouttelettes    de liquide qui sont de préférence dirigées  vers l'intérieur de     l'entrefer    34 ou qui sont projetées  contre la face     extrême    rotative du rotor.  



  Bien que le diffuseur 53 ait été représenté selon  un agencement particulier, d'autres formes de réalisa  tion de cet élément et de la façon de le disposer le  long de l'arbre 21     peuvent    être prévues de manière à  assurer la dispersion nécessaire d'un liquide sous  forme d'un jet conique de     particules    pulvérisées.  



  Par exemple, comme représenté à la     fig.    3, le  déflecteur     rotatif    56 peut être formé et disposé sur  l'arbre du rotor de manière     que    sa face arrière reçoive  le     liquide.    Un injecteur de liquide 61 projette un cou  rant de liquide vers le passage central du rotor.  Des ouvertures primaires 57     (fig.    3) permettent  l'entrée d'une quantité proportionnelle d'un réfrigé  rant     liquide,    qui pénètre dans le passage central du  rotor.

   Le reste du liquide .traverse des ouvertures  secondaires 58 équipées d'ailettes ou chicanes ser  vant à     rediriger    le courant vers l'extérieur et vers une  lèvre 59, les gouttelettes étant     ainsi    projetées sous  forme d'un courant tourbillonnant.  



  On se référera de nouveau à la     fig.    1 où l'on voit  que la lèvre 47 se comporte essentiellement comme  un guide servant à diriger le courant de liquide dis  persé de manière à le projeter contre la face extrême  du rotor et, en général, vers l'entrefer 34. Normale  ment, comme le     diffuseur    est assujetti à l'arbre 21 et  tourne à la même vitesse que cet     arbre,    un     liquide       de refroidissement projeté     radialement    à partir de la  lèvre du diffuseur est doté d'une vitesse initiale qui  est     approximativement    égale à la vitesse de rotation  du moteur.

   Il s'ensuit que de     minuscules    gouttelettes  seront projetées contre celle des extrémités du rotor  qui est la plus proche du     diffuseur,    tout en n'étant  soumises qu'à une faible réduction de leur vitesse  angulaire, en évitant ainsi dans une mesure impor  tante l'érosion des isolements prévus pour le rotor.  



  Pour obtenir le maximum de recouvrement .de la  face du rotor, on peut donner à la lèvre extérieure du       diffuseur    une forme lui permettant de diriger le liquide  dans toute direction désirée. Cette lèvre peut, par  exemple, recevoir la forme d'une     ailette    ou être  biseautée ou encore être     pourvue    d'un autre agence  ment pour obtenir la forme désirée du courant de       refroidissement.     



  Il est clair que la fonction coopérative du moteur  et des moyens propres     d'admission    du fluide réalise  deux objets, à savoir    1. Le courant de     liquide    est animé d'un mouvement       tourbillonnaire    dont la     vitesse    finale est à peu près  du même ordre que la vitesse de rotation du  moteur.    2.

   Le courant de liquide introduit est diffusé sous  forme d'un grand nombre de petites     gouttelettes.       A mesure que la vapeur et le liquide s'accumu  lent dans la chambre de décharge 16, le fait que  cette chambre est maintenue sous une     pression    nette  ment     inférieure    à celle régnant .dans la chambre  d'admission 17 a     romane    conséquence que     d'orifice     d'échappement 49     aspre    de la vapeur qui circule       dans    l'installation pour être à nouveau     utilisée.        Lors-          que    l'appareil entier, y compris l'enveloppe herméti  que,

   constitue un     circuit    de réfrigération fermé, la  vapeur aspirée à travers le susdit orifice 49 est     dirigée     soit vers l'orifice de succion d'un compresseur, pour  y être à nouveau comprimée, soit vers l'évaporateur à  basse pression, dans lequel il     pénètre.     



  Bien que le diffuseur représenté soit monté de  façon rotative sur une des extrémités de l'arbre du  moteur, le refroidissement pourrait aussi être     réalisé     en faisant usage d'un second .diffuseur. Celui-ci pour  rait aisément être monté     sur    l'autre     extrémité    de  l'arbre, afin que le     liquide    de     refroidissement    soit  dirigé simultanément à partir des deux     extrémités    du  rotor vers le centre de celui-ci. Dans le cas de ce  second agencement, l'enveloppe et le stator seraient       modifiés    de façon que le conduit de décharge occupe  une position plus commode pour s'adapter au dou  ble courant.  



  De même, bien que le     diffuseur    ait été représenté  et décrit comme étant supporté par l'arbre 21 du  rotor, il pourrait encore être incorporé au noyau  dudit rotor, dont il ferait partie intégrante, par exem  ple en faisant corps avec les ailettes de refroidissement  62     dudit    rotor.

Claims (1)

1. REVENDICATION Machine dynamoélectrique refroidie par un liquide, comprenant un stator et un rotor, une enve loppe hermétique définissant une enceinte autour du stator et :

   du rotor et comprenant des moyens pour évacuer le liquide de cette enceinte, caractérisée en ce qu'elle comprend un conduit relié à une source d'un liquide de refroidissement sous pression et en com munication avec l'enceinte hermétique, pour injecter ce liquide dans cette enceinte,

   et des moyens coopé rant avec ce conduit pour transformer au moins une partie de ce liquide de refroidissement en un courant tourbillonnaire de gouttelettes liquides dirigé vers les organes rotatifs de la machine pour venir .au contact de leurs surfaces chaudes et s'y évaporer. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Machine dynamoélectrique selon la revendica tion, caractérisée en ce que les moyens susdits coopé rant avec le conduit d'amenée du liquide comprennent un diffuseur placé dans l'enveloppe hermétique et recevant au moins une portion du courant liquide à grande vitesse sortant dudit conduit, ce diffuseur étant agencé pour former un courant tourbillonnaire de gouttelettes liquides et le diriger vers les surfaces chaudes du rotor. 2.

   Machine dynamoélectrique selon la revendica tion, caractérisée .en ce que le conduit susdit com prend un distributeur pour injecter le courant du liquide vers les surfaces chauffées de la machine, ce distributeur comprenant un .ajutage monté pour envoyer au moins une partie du liquide évaporable vers les surfaces des organes rotatifs de la machine, lesdits moyens comprenant un diffuseur recevant tout le restant du liquide provenant d'un autre ajutage du distributeur,

   et le courant tourbillonnaire -engendré par ce diffuseur étant dirigé dans le sens de la rota tion -du rotor. 3. Machine dynamoélectrique selon la sous revendication 2, caractérisée en ce que le diffuseur est solidaire en rotation du rotor. 4.

   Machine dynamo-élactrique selon la sous- revendication 2, caractérisée en ce que le diffuseur comprend un organe porté par l'arbre du rotor au voisinage d'au moins une face terminal du rotor; de sorte qu'un courant tourbillonnaire de gouttelettes liquides est projeté contre .la face terminale du rotor pour passer de là par des passages assurant son contact avec les surfaces chaudes. 5.

   Machine dynamo-électrique selon la revendi cation, constituant un moteur, caractérisée en ce que l'enveloppe définit des chambres terminales opposées, en ce que le conduit précité communique su moins avec une des chambres terminales, en ce qu'un diffu- seur solidaire du rotor présente une surface qui reçoit une partie du courant liquide à grande vitesse prove nant du conduit, cette surface :

   du diffuseur présentant une partie centrale dont le bord extérieur forme une lèvre périphérique, cette lèvre périphérique étant diri gée vers la face terminale -du rotor, pour diriger un courant tourbillonnant de gouttelettes du liquide éva porable vers les surfaces chaudes -du rotor, et en ce qu'un second conduit communique avec l'enceinte hermétique pour évacuer le fluide de celui-ci, aussi bien en phase liquide qu'en phase vapeur. 6.

   Machine dynamoélectrique selon la sous revendication 5, caractérisée en ce que le diffuseur comprend une série d'ailettes sur -sa face recevant le courant :liquide du premier conduit, afin de diriger le courant vers ladite lèvre périphérique. 7.

   Machine dynamoélectrique selon la sous- revendication 5, caractérisée en ce que le premier conduit comprend un premier injecteur pour envoyer un courant liquide dans une chambre du rotor voisine de l'arbre du rotor, un second injecteur pour mettre du liquide en contact avec la paroi du stator,

   et un troisième injecteur pour envoyer un courant liquide contre la face du diffuseur en vue de son envoi en un courant spiralé contre les surfaces terminales du .rotor. 8.

   Machine dynamo-électrique selon la sous revendication 7, caractérisée en ce que le diffuseur est placé dans une des chambres terminales entre la-sur- faceextrême du rotor et le premier conduit, ce diffu- seur étant percé d'ouvertures -en alignement avec le premier injecteur pour faire passer un courant liquide du premier injecteur dans la chambre du rotor.

   9. Machine dynamoélectrique selon la sous- revendication 5, caractérisée en ce que le diffuseur est fixé sur l'arbre :du rotor à côté de la surface termi nale de celui-ci. 10.

   Machine dynamoélectrique selon la revendi cation, caractérisée en ce que l'enveloppe définit -des chambres terminales opposées, le stator étant espacé de la paroi de l'enveloppe pour former un passage extérieur communiquant avec lesdites: cham bres terminales:

   , le rotor présentant des -passages lon gitudinaux situés .au voisinage de l'arbre et qui ont au moins une extrémité ouverte, le stator et le rotor ayant des. passages radiaux qui font communiquer les- dits passages longitudinaux avec l'entrefer et le pas sage extérieur respectivement, en ce que -des injecteurs sont disposés -dans au moins une des chambres termi- nales et reliés à ladite source de liquide sous pres sion évaporable,

   l'un de ces injecteurs étant orienté pour diriger un premier courant liquide dans lesdits passages longitudinaux du rotor, de sorte que la force centrifuge refoule ce liquide dans les passages radiaux du rotor et du stator, en ce qu'un diffuseur solidaire en rotation de l'arbre .du rotor est disposé dans cette chambre terminale pour coopérer avec un .autre injec teur de cette chambre et recevoir un second courant liquide de ce dernier,

   le diffuseur étant formé de façon que sa rotation projette ce second courant en mouvement tourbillonnant si bien que les gouttelettes liquides de ce courant viennent heurter les surfaces terminales du rotor et pénètrent dans l'entrefer annu- laire, .de sorte que les gouttelettes liquides. qui tou chent les parties chaudes du rotor et du stator sont évaporées, et en ce qu'un moyen est disposé dans l'autre chambre terminale pour évacuer le liquide et la vapeur de l'enveloppe.