Brevet FR2210854A1 — publié le 19740712

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement pour un rotor d'une machine électrique comportant des bobinages supraconducteurs. Selon les brevets suisses n 516250 et 519264 il a déjà été suggéré une machine à courant alternatif synchrone dont le rotor alimenté en courant'continu comporte un bobinage d'excitation supraconducteur. Un fluide cryolitique de l'hélium liquide par exemple est utilisé pour abaisser la température du bobinage rotorique de manière à rendre ce bobinage rotorique de manière à rendre ce bobinage supraconducteur, ce qui se produit pour une température d'environ 100K de fluide cryolitique peut aussi être utilisé pour le refroidissement de certaines pièces extérieures qui constituent un obstacle thermique entre le bobinage du rotor et les bouts d'arbre. Conformément aux brevets suisses rappelés ci-dessus et en particulier au brevet suisse n 519 264 la machine électrique comporte un rotor creux avec une partie centrale et deux pièces intermédiaires reliant la partie centrále aux bouts d'arbre qui reposent dans les paliers. Elle comporte également un bobinage rotorique supraconducteur supporté par 2 partie centrale du rotor, les conduits nécessaires à la réfrigération du bobinage du rotor au moyen d'un fluide cryolitique ainsi que ceux servant au refroidissement des pièces intermédiaires à l'aide de ce même fluide, et un appareil pour l'alimentation en fluide cryolitique qui est relié à l'aide d'un canal disposé à peu près radialement avec les conduits servant au refroidissement du bobinage du rotor et par un second canal avec les conduits servant au refroidissement des pièces intermédiaires. Afin de diminuer le rayonnement calorifique dirigé en direction du rotor, vers l'intérieur, il est prévu contre les radiations une couche protectrice qui peut de préférence 3tre isolée grâce à un espace sous vide et constitué par des corps cylindriques creux. Cet espace sous vide est limité par un bâti disposé autour du rotor et entourant un écran protecteur contre le rayonnement, le bâti étant fixé à une certaine distance de l'écran. Ce dernier est refroidi au moyen des tuyaux qui conduisent le fluide réfrigérant, ce dernier pouvant être de l'hélium. Les bobinages rotoriques supraconducteurs ont une forme quelconque et sont noyés dans un lit de résine époxy, suivant un procédé connu. L'inconvénient de ces dispositions connues réside toutefois, entre autres, uans le fait qu'elles correspondent à une exécution relativement onéreuse. Le but de l'invention est de réaliser un dispositif qui ne présente pas les inconvénients des exécutions existantes. Le problème précité sera résolu, conformément à l'invention, en munissant le corps du rotor portant les bobines constituées par les supraconducteurs d'une enveloppe cylindrique. Un espace est prévu entre les clavettes d'encoche bloquant chaque bobine et cette enveloppe afin de permettre la circulation du fluide réfrigérant. Cet espace est mis en relation, par des ouvertures radiales qui traversent les clavettes et les bobines, avec des canaux collecteurs disposés axialement dans le fond des encoches. L'avantage de l'invention réside en particulier dans le fait que le bobinage baigne dans l'hélium par l'intermédiaire d'un grand nombre de canaux de réfrigération fonctionnant en parallèle. Ceci se produit que l'hélium soit liquide ou bien dans un état supercritique c'est-à-dire intermédiaire entre l'état liquide et l'état gazeux. L'hélium s'écoule perpendiculairement au conducteur c'est-à-dire radialement et pat suite la chaleur est évacuée perpendiculairement à sa direction normale de propagation qui est celle du conducteur. Un autre avantage découle du choix du sens de l'écoulement qui se produit de l'extérieur vers l'intérieur car ce sens correspond pour le fluide frigorifique au sens naturel d'écoulement de l'hélium liquide résultant de la diminution de densité de l'hélium avec son échauffement et à l'action de la force centrifuge. La disposition radiale des canaux de ventilation dans les bobines affaiblissent celles-ci au minimum car la fatigue mécanique entraînée par la présence de ces canaux est plus faible dans le sens tangentiel que dans le sens radial. On trouvera ci-dessous à l'aide d'un plan un exemple d'exécution d'une installation de réfrigération s'appliquant à un rotor. La figure l représente une coupe partielle faite à travers un rotor muni d'un bobinage supraconducteur la figure 2 représente une vue de détail grossie, d'une encoche et d"nne bobine du rotor. Conformément aux figures 1 et 2 le rotor 1 présente des encoches 2 réparties sur sa périphérie et dans lesquelles sont placées les supraconducteurs constituant les bobines, 3. Les bobines 3 sont maintenues dans les encoches 2 au moyen des clavettes 4. Entre les bobines 3 et le fond 5 des encoches se trouve un canal collecteur 6. Le rotor l avec les bobines 3 placées dans les encoches 2 est placé à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique 7. Entre les clavettes d'encoche 4 qui maintiennent les supraconducteurs constituant les bobines 3 et l'enveloppe cylindrique 7 il existe un espace 8 servant à l'amenée du fluide réfrigérant. Les canaux collecteurs 6 disposés dans le fond 5 de chaque bobine 3 sont reliés avec l'espace 8 à l'aide des perçages radiaux 9. La disposition radiale des perçages 9 à travers les supraconducteurs constituant les bobines 3 affaiblissent ces dernières le moins possible. En même temps, l'écoulement radial vers l'intérieur, c'est-à-dire en direction du centre du rotor, du fluide frigorifique qui circule à travers l'espace 8, les perçages radiaux 9 et les canaux collecteurs 6, correspond avec la direction naturelle de l'écoulement car l'échauffement du liquide frigorifique provoque une diminution de la densité de l'hélium. On peut en déduire que les parties des bobines 3 qui sont le plus exposées thermiquement sont refroidies par le fluide réfrigérant présentant la plus grande densité c'est-à-dire le plus froid. L'arrivée du fluide réfrigérant au bobinage du rotor ainsi que son départ de celui-ci se fait conformément aux dispositions connues. REVENDICATION Dispositif de refroidissement pour un rotor d'une machine électrique comportant des bobinages supraconducteurs, caractérisé en ce que le rotor (1) portant les supraconducteurs constituant les bobines (3) est entouré par une enveloppe cylindrique (7) et qu'en vue de la conduite du fluide réfrigérant un espace est prévu entre les clavettes (4) maintenant chaque bobine (3) dans son encoche et l'enveloppe cylindrique (7). Cet espace communique avec des collecteurs axiaux (6) placés dans le fond (5) des encoches par intermé- diaire de fentes radiales (9) qui traversent chaque clavette (4) et chaque bobine (3).