Brevet FR2011223A1 — publié le 19700227

La présente invention se rapporte en gén-éral aux dispositifs de refroidissement des machines dynamo-électriques, et plus particulièrement aus£ raccords reliant les bobines de stator des gros turbo-générateurs aux parties externes du dispositif 5 de refroidissement. Les gros turbo-générateurs sont habituellement à refroidissement interne, ou à refroidissement direct, construction selon laquelle un fluide de refroidissement circule au moyen de conduits dans les encoches de stator et de rotor en contact ther-10 mique direct avec les conducteurs porteurs de courant à l'intérieur de l'isolement par rapport à la terre. Ce type de construction constitue un dispositif de refroidissement très efficace et a permis d'augmenter considérablement les caractéristiques-maximales que l'on peut obtenir des gros générateurs sans excéder 15 les limites permises d'encombrement. Ces machines étaient habituellement refroidies par un gaz, l'hydrogène étant d'un usage courant, qui remplit la carcasse étanche et qu'une soufflerie fait circuler sur l'arbre de rotor, au moyen des conduits des enroulements de stator et de rotor et 20 des conduits radiaux formés dans le moyeu de stator. Cependant, à mesure de l'accroissement des caractéristiques- de ces gros générateurs, il est devenu désirable de perfectionner le refroidissement des enroulements de stator, et à cette fin, il a été proposé d'utiliser des fluides de refroidissement plus efficaces 25 dans les conduits de l'enroulement de stator. Ces agents de refroidissement peuvent consister par exemple en un liquide tel que l'eau, ou en un gaz sous haute pression tel que l'hydrogène sous une pression de l'ordre de quelques dizaines de Kg/em . L'usage de tels fluides de refroidissement exige leur mise en 30 circulation dans les bobines de stator dans un dispositif de recirculation clos, distinct, et étanche par rapport au gaz de refroidissement contenu dans là carcasse et destiné à refroidir le noyau de stator et l'enroulement de rotor. L'un des problèmes posés par la réalisation d'un tel 35 dispositif de refroidissement clos est l'obtention d'un raccordement satisfaisant entre la partie externe du dispositif et les tubes ou conduits de refroidissement situés à l'intérieur des bo-biaes de stator qui peuvent être des conducteurs creux- ou tubes évents distincts. Un procédé possible consisterait à relier 69 20373 -2- 2011223 chaque tube individuellement au dispositif externe de tuyauterie» Toutefois," cette solution serait prohibitive du point de vue fabrication, en raison du grand nombre de tubes individuels compris dans un générateur. Un autre procédé consisterait à adapter 5 un ^raccord ou connecteur de métal sur la totalité des tubes en parallèle aux extrémités de chaque bobine de stator» Cette solution présente le sérieux inconvénient de court-circuiter mutuellement les tubes métalliques d*évent aux extrémités des bobine®, empêchant ainsi d'effectuer les transpositions de groupes et 10 créant des pertes par courants de circulation et courants de Foucault dans les tubes» La présente invention a principalement pour objet de réaliser une machine dynamo-électrique du type à refroidissement interne, pourvue d*un dispositif fermé pour la circulation du 15 fluide de refroidissement par les conduits formés dans les bobines de stator, et pourvue de connecteurs ou raccords pour relier les conduits au dispositif de refroidissement, en évitant les susdites difficultés»- Selon une forme préférée de réalisation de. l'invention, 20 les extrémités des conducteurs de deux bobines de stator connectées en série sont réunies au moyen de manchons rectangulaires-de métal, de préférence de cuivre. Chaque manchon est percé d'un trou autour duquel est brasée une courte section de tube de métal. Une section de tuyau de métal, fermée à une extrémité, est percée 25 de trous en alignement avec, les trous formés dans les manchons, et autour de chacun desquels est brasé un court tube de métal» Les deux sections de tube de chaque paire de trous en alignement sont réunies par un tube de céramique, brasé aux: tubes de métal. L'extrémité ouverte du tuyau est pourvue d'un raccord pour la con-30 nexion de la tuyauterie externe du dispositif de refroidissement» Les caractéristiques et objets de 1*invention ressor-tirônt mieux de la description détaillée qui va suivre en réfé-rènce- aux dessins annexés, sur iesquels : La Figure 1 est une vue, partie en coupe et partie en 35 élévation, d'un"turbo-générateur pourvu d'un dispositif de refroidissement réalisé selon les principales caractéristiques de l'invention; • \ copi 69 20373 -3- 2011223 La Figure 2 est une vue, partie en coupe et partie en élévation en bout, de l'une des bobines de stator du générateur; La Figure 3 est une vue isométrique d'une partie de l'un des conducteurs de la bobine de stator; 5 La Figure 4 est une vue agrandie, en élévation, du rac cord destiné à relier les conducteurs des bobines de stator en série et à la tuyauterie du dispositif de refroidissement; La Figure 5 est une vue, partie en élévation et partie en coupe, suivant la ligne V-V de la Figure 4; et 10 Les Figures 6, .7 et 8 sont des vues détaillées de rac cords modifiés» En référence aux dessins, et en particulier à la Figure 1, la construction de générateur représentée a titre d'exemple est en général similaire a celle représentée dans un brevet R.A» Bau-15 dry N° 3 110 827, en date du 12 Novembre 1963. Mais on remarquera que la présente invention peut être utilisée avec toute machine dynamo-electrique dont les bobines de stator sont pourvues d'un dispositif de refroidissement fermé. - . Ainsi que représenté, le générateur comprend un noyau 20 10 de stator supporté par les couronnes 12 de bâti, dans une carcasse extérieure étanche 13. Le noyau 10 est du type usuel feuilleté, percé d'un alésage de forme générale cylindrique. Il est construit de tôles agencées en piles espacées de manière à former entre elles des conduits radiaux 14 de ventilation, les tôles- du 25 noyau étant serrées entre des flasques convenables de la manière usuelle. Le noyau 10 de stator est pourvu d'encoches longitudinales 15 formées a sa périphérie interne pour recevoir un enroulement de stator qui peut, être de tout type convenable, et qui consiste de préférence en un certain nombre'de demi-bobines 16 con-.30 nectées à leurs extrémités pour former l'enroulement. L'enroulement de stator est de construction a refroidissement interne, ainsi que le montre la Figure 2; chaque demi-bobiné 16 peut être constituée d'un certain nombre de conducteurs creux 17, de forme générale rectangulaire, qui sont légèrement 35 isolés et peuvent être transposés de la manière usuelle. L'isolement recouvrant le conducteur 17 n'est pas représenté à la Figure 2, mais il-est indiqué en 18 a la Figure 3 qui..illustre l'un des GOPV 69 20373 -4- 2011223 conducteurs creux 17» On utilise des conducteurs 17 creux pour permettre la circulation d'un fluide de refroidissement dans chacun d'eux, les conducteurs formant ainsi eux-mêmes les tubes de refroidissement. On remarquera qu'il n'est pas nécessaire 5 que la totalité des tubes soient creux, dans certains cas, on peut utiliser une combinaison de conducteurs creux et pleins, ou encore des tubes de refroidissement, distincts des conducteurs. Chaque demi-bobine 16 est enclose dans une forte gaine d'isolement 19 afin d'assurer l'isolement nécessaire de la haute tension 10 par rapport au sol. On dispose deux demi-bobines dans chaque encoche 15 du noyau de stator, et on ferme ces encoches au moyen de cales convenables de la manière habituelle'. Un rotor 21, disposé dans l'alésage du noyau de stator 10, est séparé de celui-ci par un entrefer annulaire. Le rotor 15 21 est supporté dans des paliers 22 de tout type convenable montés dans les extrémités de la carcasse 13, et des joints à presse-étoupe 23 sont utilisés pour empêcher la fuite de gaz: de la carcasse le long de l'arbre du rotor. Le rotor 21 est pourvu à sa périphérie d'encoches longitudinales 24 destinées à recevoir un 20 enroulement inducteur 25. Les conducteurs de l'enroulement 25, disposés longitudinalement au rotor, présentent des'parties 26 de tours d'extrémités disposées circonférentiellement, qui sont supportées à 1'encontre des forces centrifuges au moyen de bagues de retenue 27 de construction usuelle. L'enroulement 25 de rotor 25 peut être du type décrit dans le susdit brevet, comprenant un certain nombre de tours isolés composés chacun de deux conducteurs de forme générale en U placés face-à-face pour former un conduit longitudinal s'étendant d'une extrémité à l'autre du rotor, m centre de chaque tour de l'en roulement., Des passages radiaux 28 30 sont formés dans les conducteurs de rotor pour relier les conduits longitudinaux a l'entrefer afin de permettre la circulation du gaz de refroidissement dans la carcasse par ces conduits. La carcasse 13 de la machine est rendue aussi étanche que possible, et est obturée hermétiquement aux: points de passage 35 de l'arbre de rotor dans les presse-étoupe 23. Elle est remplie d'un gaz de refroidissement convenable, de préférence d'hydrogène, qui est utilisé dans la forme de réalisation illustrée pour le 69 20373 2011223 refroidissement du rotor et du noyau de stator. Une soufflerie 33, montée sur l'arbre de rotor a proximité d'une extrémité de la machine, fait circuler le gaz dans, celle-ci. On peut utiliser tout type convenable de soufflerie, 5 un compresseur à étages multiples, du type à écoulement axial» étant représenté aux dessins à titre d'exemple» Le gaz contenu dans la machine est maintenu sous une pression statique convena- ty ble qui peut être, par exemple, de 2,1 à 5,3 kg/cm au-dessus de la pression atmosphérique, bien que,l'on puisse appliquer des 10 pressions de gaz plus ou moins fojbtes selon la caractéristique nominale de la machine. La soufflerie 33 développe une différence de pression suffisante pour maintenir la circulation désirée de gaz à l'intérieur de la carcasse et dans les conduits du rotor et du noyau de stator. 15 On peut faire circuler le gaz dans la carcasse de toute manière désirée au moyen de la soufflerie 33, pour le faire passer dans les conduits radiaux 14 du noyau de stator et dans les conduits de 1*enroulement de rotor afin de refroidir ce noyau et le rotor. Dans la machine particulièrement représentée, l'entrefer 20 est divisé transversalement en un certain nombre de zones; annulaires gu moyen de chicanes 34 disposées sur le noyau de stator, et de chicanes 35 disposées sur le rotor, les zones adjacentes étant maintenues sous des pressions différentes de gaz pour produire une circulation de ce dernier des zones de haute pression 25 aux zones adjacentes de basse pression, par les conduits de l'enroulement de rotor. La carcasse est pourvue de chicanes et de conduits convenables pour faire circuler le gaz de la manière désirée, indiquée par les flèches de la Figure Ce procédé' de refroidissement du rotor et les moyens permettant d'obtenir la 30 circulation désirée de gaz sont décrits en détail dans le susdit brevet Baudry N° 3 110 827, auquel on pourra se référer pour une description plus complète. On ne décrira pas davantage les moyens appliqués pour refroidir le rotor et le noyau de stator puisqu'ils ne font pas partie de la présente invention, et que le 35 dispositif de refroidissement d'enroulement de stator peut être utilisé dans toute machine dont le rotor est pourvu de tout dispositif de refroidissement désiré fcAD ORIGINAL 69 20373 -6- 2011223 Selon la présente invention, l'enroulement de stator est refroidi par un dispositif de recirculation à cycle fermé qui fait circuler le fluide de refroidissement d§ns les tubes ou conducteurs creux de l'enroulement de stator. Ce dispositif de re-5 froidissement de stator peut comprendre une rampe d'admission 50 située à une extrémité du noyau 10 de stator, et une rampe 51 de décharge située à l'extrémité opposée. Ces rampes peuvent être des passages annulaires disposés circonférentiellement autour du noyau et monté aux extrémités de celui-ci de toute manière conve-10 nable. La rampe d'admission 50 est raccordée par un certain nombre de tuyaux ou tubes isolants 52 à l'extrémité de chaque demi bobine 16 de l'enroulement, les tubes 52 étant reliés par des connecteurs 53 aux conducteurs creux 17n A l'extrémité opposée, des connecteurs similaires 53 relient les conducteurs 17 aux 15 tuyaux isolants 54 qui sont raccordés à la rampe de décharge 51» La circulation du fluide de refroidissement de l'enroulement de stator est obtenue au moyen d'une pompe ou compresseur extérieur 55, selon que l'on utilise un liquide ou un gaz, et qui envoie l'agent de refroidissement déchargé de la machine, dans un 20 refroidisseur 56, de tout type convenable, puis dans un tuyau d'entrée 57 lequel traverse la carcasse 13 et est raccordé à la rampe 50 d'admissiotto L'agent déchargé à l'extrémité opposée de la machine s'écoule de la rampe 51 dans un tuyau de décharge 58 qui passe dans la carcasse 13 pour aboutir à la pompe ou au com-25 presseur 55. De cette façon, se trouve donc assuré un dispositif de recirculationr à cycle fermé qui est entièrement séparé du dispositif de refroidissement de rotor et de noyau de stator, ce qui permet d'obtenir un refroidissement plus efficace de l'enroulement 30 de stator. L'agent de refroidissement de l'enroulement de stator est de préférence un liquide convenable, tel que l'eau, d'autres fluides convenables tels que l'hydrogène sous haute pression pouvant être également utilisés « Selon l'explication qui précède, l'enroulement de stator 35 est du type à conducteurs à refroidissement direct, chaque demi bobine 16 de 12enroulement comprenant un certain nombre de conducteurs creux 17 agencés en deux piles dans la bobine. Il est donc BAD ORIGINAL 69 20373 -7- 2011223 nécessaire d'assurer la connexion de chaque conducteur creux 17 au dispositif externe de refroidissement d'enroulement de stator# Il est également nécessaire d'assurer la connexion électrique des extrémités des conducteurs de chaque demi-bobine aux conduc-5 teurs de l'autre demi-bobine. En outre, il est habituellement nécessaire d'assurer les transpositions de groupes des bobines de stator afin de réduire les pertes par courants de Foucault. Afin de satisfaire aux susdites conditions requises, l'invention apporte le connecteur hydraulique et électrique com-10 biné décrit. Ainsi que le montrent plus clairement les Figures 4 et 5, chaque connecteur 53 comprend un tuyau de métal 61 qui est fermé a une de ses extrémités et est pourvu à l'autre d'un raccord 62 fixé a la tuyauterie 52 ou 54 du dispositif externe de refroidissement. Le tuyau 61 est percé d'un certain nombre de 15 trous espacés 63. Une courte section de tube 64 de métal est fixée au tuyau 61 autour de chaque trou 63 par brasure ou de toute autre manière convenable. Un manchon 65, de forme générale rectangulaire est associé à chaque trou 63 du tuyau 61. Les manchons 65 sont constitués -20 d'une matière conductrice, de préférence de cuivre, et ainsi que le montre la Figure 4, chaque manchon 65 réunit les extrémités de deux conducteurs 17 de demi-bobines 16 différentes. Ces deux conducteurs sont donc ainsi connectés en série. Les extrémités des conducteurs peuvent être brasées daps le manchon 65, ou 25 fixées d'autre manière au moyen d'un joint étanche de bonne conductibilité électrique. Ainsi que le montre plus clairement la Figure 5, les manchons 65 ont une forme générale rectangulaire et sont chacun percés d'un orifice 66. Une section de tube 67 de métal est bra-30 sée ou fixée d'autre manière au manchon 65 autour de son orifice 66. Le tube 67 est d'un diamètre inférieur à celui du tube 64 à d'intérieur duquel il est introduit avec un tube isolant 68 intercalé entre les deux sections de tube 64 et 67. Le tube isolant 68 est de préférence constitué de céramique, et chaque 35 tube 68 présente à une de ses extrémités un rebord 69 disposé entre l'extrémité du tube 67 et le tuyau 61. Le manchon conducteur 65 se trouve donc ainsi isolé du tuyau 61 par le tube de 69 20373 -8~ 2011223 céramique 68, qui est de préférence brasé au tuyau 61 et au manchon 65, respectivement» On remarquera que la section de tube 67 située en haut ou en bas du connecteur est plus longue que les autres sections, afin de décaler ainsi l'un des manchons 65 pour 5 faciliter la transposition des conducteurs» Selon l'explication qui précède, les conducteurs 17 sont agencés dans chaque demi-bobine 16 en deux piles disposées côte-à-côte. Par suite, ainsi que le montre la Figure 4, un connecteur 53 est utilisé pour raccorder chaque pile de conduc-10 teurs d'une demi-bobine à une pile de conducteurs d'une autre demi-bobine disposée dans une encoche différente de stator» Ainsi que le montre la Figure 5, deux connecteurs 53 sont donc utilisés à chaque connexion entre deux derni-bobines connectées en série» 15 Le raccord 62 est destiné au raccordement au tuyau 52 ou 54 du dispositif externe de refroidissement» L'agent de refroidissement s'écoule donc dans le tuyau 61 et par les trous. 63 dans les conducteurs creux 17, puis par ces conducteurs dans un connecteur similaire 53 situé à l'autre extrémité de la bobine 20 de laquelle l'agent de refroidissement retourne au dispositif externe. Le connecteur 53 assure donc les raccordements hydrauliques et électriques entre les extrémités des bobines connectées en série. Les tubes de céramique 68 isolent la partie électrique du connecteur de la partie hydraulique, empêchant ainsi 25 le court-circuit ou la mise à la terre des conducteurs aux extrémités des bobines. La céramique est préférable comme matériau isolant car elle peut supporter la chaleur appliquée pour les opérations de brasure. Le tuyau 61, les manchons 65, les sections de tube de 30 métal 64 et 67 et les tubes de céramique 68 peuvent être préalablement assemblés avec leurs parties brasées» Lorsqu'ils sont prêts pour la connexion, les conducteurs appropriés sont disposés dans les manchons 65 et brasés à ceux-ci d'une manière similaire à la pratique usuelle de connexions des bobines» 35 Les Figures 6, 7 et 8 représentent d'autres agencements de tube de céramique et de courtes sections de tube de métal fixés au tuyau 61 et aux manchons 65» Selon la Figure 6', les 69 20373 2011223 deux sections de tube de métal 64' et 67* ont le même diamètre. Elles sont alignées et maintenues espacées au moyen du tube de céramique 68* disposé à l'intérieur des deux sections 64* et 67*« Une saillie 69* entourant la périphérie extérieure du tube 68* 5 est disposée entre les extrémités des deux sections de tube 64* et 67* qui sont fixées au tuyau 61 et au manchon 65, respectivement. La construction représentée à la Figure 7 est similaire a celle de la Figure 6, sauf que la saillie 69* est supprimée 10 sur le tube 68'» Toutefois, les deux sections de tube de métal 641 et 67* sont maintenues espacées par leur brasure au tube de céramique 68'. La construction représentée a la Figure 8 est similaire à celle de la Figure 7, sauf que le tube de céramique 68* est 15 fixé a l'extérieur des deux sections de tube de métal 64* et 67'. Dans tous les cas, les manchons électriquement conducteurs 65 sont donc isolés du tuyau 61 de métal. De la précédente description, il ressort que l'invention offre un connecteur hydraulique et électrique combiné qui 20 convient particulièrement pour le raccordement des conducteurs à refroidissement direct d'un enroulement de stator a la tuyauterie d'un dispositif à cycle fermé, de refroidissement des bobines de stator. Ce connecteur assure l'isolement des conducteurs électriques par rapport au dispositif hydraulique et permet d'effec-25 tuer sans difficulté les transpositions de groupes usuelles. Le connecteur est de construction relativement simple et peut être fabriqué a un prix de revient relativement faiblee La portée de l'invention permettant d'apporter de nombreuses modifications à la construction que l'on vient de décrire 30 et de réaliser d'autres formes de construction, tous les détails décrits et représentés aux dessins annexés doivent être considérés comme des exemples sans aucun caractère restrictif• 69 20373 -10' 2011223 REVENDICATIONS la) Machine dynamo-électrique comprenant un noyau annulaire de stator sur lequel sont formées un certain nombre d'encoches longitudinales, et un enroulement de stator composé d'un 5 certain nombre de demi-bobines disposées dans ces encoches, chaque demi-bobine comprenant un certain nombre de conducteurs dont certains, au moins, sont creux, un dispositif de refroidissement destiné à faire circuler un agent de refroidissement dans les conducteurs creux, un dispositif de raccordement comprenant des 10 manchons conducteurs destinés à raccorder les conducteurs d'une demi-bobine à ceux d'une autre demi-bobine, une rampe destinée à être raccordée à une source d'alimentation constante, pourvue d'ouvertures communiquant avec les manchons respectifs et isolées de ces derniers» 15 2«) Machine selon revendication 1, caractérisée par le fait que des sections tubulaires relient la rampe à chacun des manchons et comportent un dispositif destiné à isoler la rampe par rapport à ces manchons. 3») Machine selon revendication 1 ou 2, caractérisé! par 20 le fait que chaque orifice formé dans la rampe est raccordé à un manchon correspondant au moyen d'un premier tube de métal fix;é.; à la rampe, d'un second tube de métal fixé au manchon, et des moyens destinés à réunir ces premier et second tubes par une connexion isolante étanche» 25 4o) Machine selon revendication 3, caractérisée par le fait que le dispositif réunissant les premier et second tubes consiste en un tube de céramique disposé entre ces tubes et fixé à ces derniers.