Brevet FR2306556A1 — publié le 19761029

ta re'rte invention concerne un rotor refroidi par un liquide, d' Ull diamètre d'au moins 1000 mm, qui est prévu pour une turbogénératrice d'au moins 400 MVA, ce rotor étant réalisé avec des encoches de bobinage et avec plusieurs pôles ainsi qu'avec un noyau rotorique sur lequel sont montées plusieurs bobines d'induit pour chaque pâle, chaque bobine comprenant une extrémité de bobine qui est située en dehors du noyau rotorique en direction axiale et comprend deux segments dirigés axialement et un segment intermédiaire dirigé périphériquement, chaque bobine étant formée à partir d'un conducteur muni de tuyaux de refroidissement, conducteur qui est réalisé en plusieurs spires et est équipé d'un certain nombre de conduites raccordées aux tuyaux de refroidissement, conduites qui Eont reliées à une chambre de distribution d'eau de refroidissement par des tuyaux qui s'étendent axialement et qui sont disposés à l'intérieur des extrémités de bobine en direction radiale. Plus précisément, l'invention a pour but de parvenir, avec une plus grande sécurité que dans le cas des turbogénératrices connues à refrcidissement par liquide, à une jonction entre les tuyaux de refroidissement dans un enroulement rotorique refroidi par un liquide et des tuyaux qui s'étendent axialement et sont fixés à 'arbre du rotor, tuyaux qui sont raccordés à une chambre de'dire tribution pour ùii liquide de refroidissement.Avec une forme de onstruction selon l'invention, on parvient à une solution parti culièrement satisfaisante du problème consistant à établir une onction qui soit suffisamment flexible pour pouvoir suivre, sans réformation nuisible, les mouvements que le conducteur de l'enroulement effectue avec les variations de la température et, en même temps, une jonction qui soit en mesure de supporter les forces centrifuges intenses qui se manifestent dans un système rotorique refroidi par liquide lorsqu'il tourne à un régime élevé, de 3000 tr/mn par exemple. La présente invention est essentiellement caractérisée en ce qu'un semblable tuyau dirigé axialement est raccordé audit tuyau de refroidissement par un tuyau matériel qui est plus long que le double de la dimension radiale d'une quelconque bobine d'induit et qui est cintré de sorte que sa surface convexe regarde vers l'extérieur en direction radiale. L'invention est décrite ci-après en référence aux dessins annexés. Pour des raisons de technique du dessin, on a représenté des tuyaux isolés endégageant leur demi-circonférence, les surfaces de coupe de l'isolation restante ayant été colorées en foncé. La figure 1 représente un rotor pour une turbogénératrice, en une coupe axiale partielle dans le plan passant par la ligne I-I de la figure 2. La figure 2 est une ooupe transversale partielle dans le plan passant par la ligne II-II de la figure 1 et la figure 3 est une coupe transversale partielle selon la ligne III-III de la figure i. La figure 4 est une vue radiale d'un bloc de distribution hydraulique qui est destiné à être fixé, dans l'arbre du rotor, à l'extrémité interne axialement de tuyaux d'eau qui s'étendent axialement et sont fixés dans la rainure de l'arbre. La figure 5 est une vue radiale d'une pièce de raccordement hydraulique qui est destinée à être disposée aux extrémités de bobine, entre une partie radialement interne et une partie radialement externe du conducteur de bobine. La figure 6 représente ce dispositif, vu en direction tangentielle. La figure 7 est une coupe transversale partielle d'une autre forme possible de réalisation d'un rotor selon l'invention. Sur les dessins, 1 désigne un noyau rotorique massif pour ane turbogénératrice bipolaire. Chaque pôle est muni de plusieurs bobines d'induit 3, dont chacune est disposée dans une paire d'encoches de bobinage 2 dirigées axialement. Chaque côté de bobine com- prend plusieurs segments radialement successifs d'un conducteur 5 légalisé avec un tuyau de refroidissement central 4. Chaque extrémité du rotor est munie d'une capsule de bobinage 6 qui renferme les extrémités de bobine. Une partie de l'arbre, formée avec un diamètre relativement grand, est munie de plusieurs rainures 7, dont chacune contient deux tuyaux d'eau 8 et 9, dirigés axialement, maintenus au moyen d'une cale d'encoche 10.Par leurs extrémités externes en direction axiale, les tuyaux 8 et 9 sont raccordés à une chambre de distribution d'eau, et cela de la même manière que ce qui est décrit dans le brevet des Etats-Unis nO 3 878 413. les deux tuyaux 8 et 9 sont raccordés respectivement à des blocs distributeurs 11 et 12 qui sont maintenus dans la rainure 7 par deux cales d'encoche 13 et 14 disposées successivement en direction axiale, ainsi que par des blocs d'appui 27 et 28 situés en position tout-à-fait interne axialement dans la rainure 7. les blocs de distribution 11 présentent, à l'une de leurs extrémités, une ouverture 11,'' qui est soudée au tuyau 8 dirigé axialement et muni d'une isolation électrique et qui est en communication avec deux ouvertures 11' et 11" à l'autre extrémité du bloc.De la même manière, le bloc de distribution 12 est raccordé par son extrémité axialement externe au tuyau 9 isolé électriquement, tandis que son extrémité axialement interne est munie d'ouvertures de raccordement 12' et 12". les blocs 11 et 12 sont garnis d'une isolation 15. les ouvertures 11' et 11 " sont raccordées directement par soudage, respectivement aux tuyaux cintres 16 et 16' qui leur sont extérieurs et qui sont disposés de part et d'autre d'un segment d'extrémité de bobine dirigé axialement. De part et d'autre de ce même segment axial d'extrémité de bobine sont disposés également les tuyaus cintrés 17 et 17'.Ceuxci sont fixés par soudure aux ouvertures 12 et 12'. les deux paires de tuyaux 16, 16' et 17, 17' sont soudées, par leurs extrémités axialement internes, respectivement à des pièces de raccordement hydraulique 20, 21. les deux pièces de raccordement sont assujetties dans leur position au moyen d'une pièce de fibres de verre 22 dans laquelle est formé un renfoncement et qui est coincée entre deux blocs de cuivre 23 et 52 qui sont brasés par de la soudure d'argent au plus interne radialement des conducteurs 5 dudit segment d'extrémité de bobine dirigé axialement. Du fait que les tuyaux 16, 16', 17, 17' sont fortement cintrés, on obtient une grande souplesse élastique, d'où il résulte que les tuyaux peuvent suivre, sans risque de rupture par fatigue, les variations dues à la température qui se pro-. duisent en ce qui concerne l'étendue axiale des conducteurs. Du fait que les tuyaux. cintrés ont reçu une forme spéciale, on parvient en outre à ce qu'ils ne peuvent être influencés que dans une faible mesure par les forces centrifuges intenses qui se manifestent à la vitesse de rotation existante. Plus précisément, les tuyaux cin trés sont réalisés de telle sorte que biaxe central du tuyau ne s'écarte guère d'une ligne de chanettequi a pour formule y = c cosh x , où la constante c se situe dans la gamme comprise entre c 10 et 50 mm. Si l'écart était égal à zéro, le moment de flexion serait aussi égal à zéro sur toute l'étendue du tuyau, conformément à la théorie connue relative à la chntnette. Dans la pratique, il va de soi qu'un effort de flexion modéré est admissible.Par des calculs, on a déterminé qu'il suffit dans bien des cas que le tuyau cintré ait une forme telle qu'une ligne de chaînette, tracée comme indiqué ci-dessus, ayant la gamme mentionnée pour la constante c,se situe dans un tuyau imaginaire qui a le même axe central que le tuyau..utilisé, mais un diamètre double. Ces conditions sont satisfaites par les tuyaux cintrés 16, 16', 17,-17'.Ceux-ci et les autres tuyaux cintrés du rotor décrit sont fabriqués individuellement de la manière suivante : deux tuyaux rectilignes sont fixés par soudage à un secteur annulaire dont l'axe central a un rayon de courbure qui est 1,5 à 10 fois plus grand que le diamètre extérieur du tuyau. les deux tuyaux rectilignes forment, avec un plan radial, les angles (90 - a)o et, respectivement, thO - i3)o Les valeurs d'angles a = 720, ss = 820 conviennent pour le tuyau 16. Pour le tuyau 17, on applique les valeurs a = 720, a = 850. De façon générale, on peut dire que l'angle qui est formé entre les deux segments rectiligne d'un tuyau cintré de cette manière doit se situer dans la gamme comprise entre 15 et 400. Au niveau de tous les segments de bobine d'induit dirigés axialement, les différentes spires sont canprimées au moyen de deux jougs 24 et 25 isolés électriquement qui sont disposés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur d'un cEté de bobine en direction radiale et qui sont interconnectés par deux boulons isolés 26. les faces des extrémités de bobine qui regardent vers l'intérieur en direction radiale se trouvent le plus souvent sur une surface cylindrique, mais la force centrifuge provoque, à la vitesse de rotation du rotor qui est normalement de 3000 tr/mn, un passage à une forme légèrement conique d'une surface tangente imaginaire dans laquelle se trouvent les faces des extrémités de bobine dirigées radialement vers l'intérieur. Cela veut dire qu'un axe y pour un tuyau en forme de ligne de chaSnette, situé priwit,vement dans un plan radial, ne se trouvera plus dans un plan radial après que le rotor a atteint son plein régime. Dans le cas du rotor représenté sur la figure 1, les tuyaux cintrés 16 et 17 ont donc été orientés de sorte que la bissectrice de l'angle entre les branches forme un angle de 60 environ avec un rayon. On parvient de cette manière à ceZ que le moment qui croit en raison de l'influence de la force centrifuge sur ladite ligne de chatne à forte pente compense le moment de flexion qui se produit dans les tuyaux lorsque les faces des extrémités de bobine prennent ladite position conique à la pleine vitesse de rotation du rotor. De façon générale, il convient que l'angle d'inclinaison en question se situe dans la gamme de 3 à 120. De la pièce de raccordement hydraulique 21 part une paire de tuyaux 53, 53' dirigés axialement vers une pièce de raccordement métallique 51 où la paire de tuyaux 53, 53' est raccordée à deux tuyaux 29, 29' dirigés radialement, situés de chaque côté de la bobine, tuyaux qui sont raccordés, par l'intermédiaire d'une paire de tuyaux 30 et 30' dirigés axialement et enfin d'une paire de tuyaux 31 et 31' dirigés radialement, à une pièce de raccordement hydraulique 32 qui est reliée directement aux tuyaux de refroidissement de l'enroulement. On voit que la jonction entre le tuyau cintré 17 et la pièce de raccordement 32 a un tracé analogue à un C.La raison d'une telle forme est, entre autres, de parvenir à une jonction hydraulique flexible entre une pièce de raccordement fixée au bord inférieur de la bobine et un point de jonction sur l'un des tuyaux de refroidissement situés dans la bobine. Bien qu' au montage, la bobine soit pressée très fortement en direction radiale, on ne peut pas éviter que son étendue radiale varie considérablement lorsque la vitesse du rotor passe de zéro au plein régime. la paire de tuyaux 16, 16' est raccordée, par la pièce de raccordement 20, à une paire de tuyaux 19, 19' dirigés axialement, qui est raccordée, par la pièce de raccordement 18, à la paire de tuyaux 33, 33' dirigés radialement et en outre, par la paire de tuyaux 34, 74' dirigés axialement et la paire de tuyaux 35, 35' dirigés radialement, à une pièce de raccordement 36 qui a la même structure que la pièce de raccordement 32. La pièce de raccordement 32 comprend une partie tubulaire centrale 37 dont le diamètre extérieur coïncide avec celui du tuyau de refroidissement 4 situé dans le conducteur de la bobine et qui remplace un segment de tuyau de refroidissement de longueur correspondante. De la partie centrale 37 partent dix passages 40 dirigés tangentiellement, dont cinq sont raccordés à une chambre collectrice 38 à l'extérieur de l'une des faces latérales du côté de bobine et dont les cinq autres sont raccordés à une chambre collectrices 38' en dehors de l'autre face latérale du côté de bobine. tes chambres collectrices 38 et 38' sont munies de tubulures 39 et 39' respectivement qui sont destinées à être fixées par soudage aux tuyaux 31 et 3t' dirigés radialement. La forme de réalisation représentée sur la figure 7 d'un rotor de turbogénératrice selon l'invention se différencie entre autres de celle qui a été décrite ci-dessus par le fait que des raccordements hydrauliques au niveau des bobines d'induit sont situés sur les segments des bobines qui s'étendent en direction périphérique. Sur la figure 7, 41 désigne un segment de l'arbre qui est situé radialement à l'intérieur d'une capsule de bobinage 42. L'arbre du rotor est muni de plusieurs rainures 43 dirigées axialement, dont chacune oontient un tuyau d'eau qui s'étend axialement et dont chacun est raccordé, par l'intermédiaire de la pièce de raccordement 44 qui lui correspond, à son tuyau cintré qui est réalisé selon les mêmes principes que le tuyau correspondant dans le rotor représenté sur les figures 1 à 6. Sur la figure 7, on a représenté deux tuyaux cintrés 45 et 46 qui sont situés dans un même plan radial et sont ancrés, au moyen d'un organe d'ancrage commun 47, au niveau de la spire la plus interne radialement, dans un segment d'extrémité de bobine qui s'étend périphériquement, la force tangentielle résultante sur l'organe 47 étant presque égale à zéro. L'organe 47 est également réalisé en tant que piède de raccoddement hydraulique et chacun des tuyaux cintrés est accouplé à un tuyau 48, 49 dirigé radialement et est raccordé, par d'autres tuyaux, à son organe de raccordement 50 qui est relié directement à un tuyau de refroidissement. Celui-ci se différencie essentiellement de l'organe de raccordement 32 décrit ci-dessus par le fait que les passages 40 dirigés tangentiellement et leschambres collectrices qui leur sont adjointes ne sont présentes que d'un côté de la partie centrale 37. - REVENDICATIONS 1.- Rotor refroidi par un liquide, d'un diamètre d'au moins 1000 mm, prévu pour une turbogénératrice d'au moins 400 MVA, ce rotor étant réalisé avec des encoches de bobinage et avec plusieurs pôles ainsi qu'avec un noyau rotorique sur lequel sont montées plusieurs bobines d'induit pour chaque le, chaque bobine comprenant une extrémité de bobine qui est située en dehors du noyau rotorique en direction axiale et comprend deux segments dirigés axialement et un segment intermédiaire dirigé périphériquement, chaque bobine étant formée à partir d'un conducteur muni de tuyaux de refroidissement, conducteur qui est réalisé en plusieurs spires et est équipé d'un certain nombre de conduites raccordées aux tuyaux de refroidissement, conduites qui sont reliées à une chambre de distribution pour l'eau de refroidissement par des tuyaux qui s'étendent axialement et qui sont situés à l'intérieur des extrémités de bobine en direction radiale, caractérisé en ce qu'un semblable tuyau dirigé axialement 8,9 est raccordé audit tuyau de refroidissement 4 par un tuyau matériel 16, 17 qui est plus long que le double de la dimension radiale d'une quelconque bobine d'induit et qui est cintré de sorte que sa surface convexe regarde vers l'extérieur en direction radiale, ses deux extrémités étant fixées à l'intérieur des extrémités de bobine en direction radiale et ce tuyau ayant une forme telle qu'une ligne de chaînette ayant un axe d'ordonnée qui s'étend dans une direction essentiellement radiale entre ses deux points d'extrémité se trouve dans un tuyau imaginaire, coaxiale avec le tuyau matériel et de même longueur que celuici, mais dont le diamètre intérieur s' élève à 20046 du diamètre intérieur du tuyau matériel. 2.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce x que ladite ligne de chaînette répond.à l'équation y = c . cosh c la constante c se situant dans la gamme comprise entre 10 et 50 mm. 3.- Rotor selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit tube cintré se compose de deux branches rectilignes qui sont raccordées à un secteur en anneau de cercle intermédiaire. 4.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit tuyau cintré est ancré solidement à l'arbre du rotor par l'une de ses extrémités. 5.- Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit tuyau cintré est ancré solidement, par son autre extrémité, au conducteur radialement interne des extrémités de bobine. 6.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites conduites sont raccordées auxdits segments d'extrémité de bobine qui s'étendent axialement. 7.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites conduites sont raccordées auxdits segments des extrémités de bobine qui s'étendent en direction périphérique.