Brevet FR2306555A1 — publié le 19761029

La présente invention concerne un rotor refroidi par Ii- quide, prévu pour une turbogénératrice, avec des encoches de bobinage, avec plusieurs piles et avec un noyau rotorique sur lequel sont disposées plusieurs bobines d'induit pour chaque pâle, chaque bobine comprenant une extrémité de bobine qui s'étend en dehors du noyau rotorique en direction axiale et qui présente deux segments dirigés axialement et un segment intermédiaire qui s'détend en direction périphérique, et chaque bobine étant formée d'un conducteur muni de tuyaux de refroidissement qui est réalisé avec 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 d'eau de refroidissement par des tuyaux qui s'étendent axialement et sont disposés à l'intérieur des extrémités des bobines en direction radiale. En termes plus précis, on veut parvenir par l'invention à une plus grande sQreté que dans les turbogénératrices connues à refroidissement par liquide, en ce qui concerne une jonction entre les tuyaux de refroidissement dans un enroulement rotorique refroidi par liquide et des tuyaux dirigés axialement et fixés à l'arbre du rotor qui sont raccordés à une chambre de distribution du liquide de refroidissement. Avec une forme de construction selon l'invention, les efforts imposés aux jonctions entre les tuyaux précités dirigés axialement et les tuyaux de refroidissement situés dans l'enroulement sont réduits. Si l'on raccorde ces tuyaux de refroidissement aux segments rectilignes des extrémités des bobines, on peut placer lesdites jonctions plus près de la partie la plus épaisse du rotor que cela ne serait possible autrement.Une telle situation est avantageuse, car les variations de distance entre l'extrémité des bobines et l'arbre, dues aux oscillations mécaniques du rotor, ont leur valeur minimale à proximité du noyau rotorique. I1 en va de même pour les variations de distance entre arbre et extrémités des bobines produites par la force centrifuge. La présente invention est essentiellement caractérisée en ce qu'au moins au niveau de l'une des extrémités du rotor, un nombre prépondérant desdites conduites est raccordé aux tuyaux de refroidissement des bobines au moyen d'organes de raccordement hydraulique qui sont disposés au niveau desdits segments dirigés axialement. L'invention sera décrite c--après de façon plvfs détaillée en référence aux dessins annexés. Pour des raisons tenant à la technique du dessin, on a représenté des tuyaux isolés en dégageant leur demi-circonférence, tandis que les surfaces de coupe de l'isolation qui reste ont été coloriées 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 coupe transversale partielle dans le plan passant par la ligne Il-Il de la figure 1 et la figure 3 est une coupe transversale partielle dansle plan passant par la ligne III-III de la figure 1. La figure 4 représente en une vue radiale un bloc distributeur hydraulique qui est destiné à être fixé dans l'arbre du rotor à l'extrémité interne en direction axiale de tuyaux d'eau, dirigés axialement et fixés dans la rainure de l'arbre. La figure 5 représente en une vue radiale une pièce de raccordement hydraulique qui est destinée à être montée aux extrémités des bobines entre une partie interne et une partie externe en direction radiale du conducteur de ces bobines. La figure 6 représente le même dispositif, vu en direction tangentielle. Sur les dessins, 1 désigne un.noyau rotorique massif pour une turbogénératrice bipolaire. Chaque pôle est équipé de plusieurs bobines d'induit 3 qui sont placées chacune dans une paire d'enco sheds d'enroulement 2 s'étendant en direction axiale. Chaque côté de bobine comprend plusieurs segments disposés à la suite les uns des autres en direction radiale, d'un conducteur 5 réalisé avec un tuyau de refroidissement central 4. Chaque extrémité du rotor est équipée d'une capsule d'enroulement 6 qui renferme les extrémités des bobines.Un segment de l'arbre, réalisé avec un diamètre relativement grand, est muni de plusieurs rainures 7 dont chacune contient deux tuyaux d'eau 8 et 9, s'étendant axialement, maintenus à l'aide d'une cale d'encoche 10. les tuyaux 8 et 9 sont raccordés, par leurs extrémités externes en direction axiale, f' 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 à leurs blocs distributeurs respectifs 11 et 12 qui sont assujettis 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 placés dans la rainure 7 tout-à-fait à l'intérieur en direction axiale. les blocs distributeurs 11 présentent, à l'une de leurs extrémités, une ouverture 11"' qui est fixée par soudure 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 distributeur 12 est raccordé au tuyau 9 isolé électriquement par son extrémité externe en direction axiale, tandis que son extrémité interne axialement est munie d'ouvertures de raccordement 12' et 12". les blocs il et 12 sont munis d'une isolation 15. Chacune des ouvertures 11' et 11" est soudée au tuyau cintré 16, 16' qui lui est extérieur, ces tuyaux étant disposés de part et d'autre d'un segment d'extrémité de bobine s'étendant axialement.l > e chaque côté du même segment axial d'extrémité de bobine sont également disposés les tuyaux cintrés 17 et 17'.Ceux-ci sont fixés par soudure aux ouvertures 12 et 12'. les deux paires de tuyaux 16, 16' et 17, 17' sont soudés, par leurs extrémités internes axialement, à des pièces de raccordement hydraulique 20 et 21 respectivement. lies deux pièces de raccordement sont maintenues dans une position fixe par un élément de fibres de verre 22 dans lequel est formé un renfoncement et qui est coincé entre deux blocs de cuivre 23 et 52 qui sont fixés par brasage à la soudure d'argent aux conducteurs 5 les plus internes radialement, au niveau dudit segment d'extrémité de bobine s'é- tendant axialement. Du fait que les tuyaux 16, 16', t7, 17' sont très fortement cintrés, on obtient une grande souplesse élastique, d'où il résulte que ces tuyaux peuvent suivre, sans qu'il existe le risque d'une rupture par fatigue, les variations en fonction de la température qui se manifestent en ce qui concerne l'étendue axiale des conducteurs. En outre, étant donné que les tuyaux cintrés ont reçu une forme spéciale, on parvient à ce qu'ils ne puissent être influencés que dans une mesure extrêmement faible par les forces centrifuges intenses qui se produisent à la vitesse de rotation existante.Plus précisément, les tuyaux cintrés sont réalisés de sorte que leur axe médian ne s'écarte guère d'une ligne de chaî x nette qui a pour formule y = c . cosh c- , où la constante c se c situe dans la gamme comprise entre 10 et 50 mm. Si l'écart était égal à zéro, le moment de flexion serait lui aussi égal à zéro, partout dans le tuyau - d'après la théorie connue au sujet de la chaînette. Dans la pratique, il va de soi qu'un effort de flexion modéré est admissible. Par des calculs, on a déterminé qu'il suffit dansla plupart des cas que le tuyau cintré ait une forme telle qu' une ligne de chaînette tracée selon ce qui est indiqué ci-dessus et ayant la gamme mentionnée pour la constante c, se situe dans un tuyau imaginaire ayant le même axe que le tuyau utilisé, mais un diamètre intérieur double.Ces conditions nécessaires sont satisfaites par les tuyaux cintrés 16, 16', 17, 17'. Ceux-ci et les autres tuyaux cintrés du rotor décrit sont fabriqués de la manière suivante : pour chacun d'entre eux, deux tuyaux rectilignes sont soudés à un secteur annulaire dont 1' axe médian a un rayon de courbure qui est égal à 1,5 - 10 fois le diamètre extérieur du tuyau. Les deux tuyaux rectilignes forment respectivement les angles (90 - a) et (90-ss) avec un plan radial. lies valeurs d'angles a = 720, ss = 820 conviennent pour le tuyau 16. lies valeur a = 720, B = 850 s'appliquent au tuyau 17.De façon générale, on peut dire que l'angle qui est formé entre les deux segments rectilignes d'un tuyau courbé de cette manière doit se situer dans la gamme comprise entre 15 et 400. Au niveau de tous les segments de bobines d'induit s'étendant axialement, les différents enroulements sont comprimés au moyen de deux jougs 24 et 25 isolés électriquement qui sont disposés respectivement à l'intérieur et à l'extérieur radialement d'un cô- té de bobine et qui sont interconnectés par deux boulons isolés 26. lie plus souvent, , les faces des extrémités de bobine qui regardent vers l'intérieur en direction radiale se trouvent sur une surface cylindrique, mais la force centrifuge provoque, avec la vitesse de rotation du rotor qui est ordinairement de 3000 tr/mn, une modification en une forme faiblement conique d'une surface tangente imaginai- re dans laquelle se situent les faces d'extrémité des bobines dirigées radialement vers l'intérieur. Cela signifie qu'un axe Y pour un tuyau en forme de ligne de chaînette, situé pr-mitivement dans un plan radial, ne se trouve plus dans un plan radial après que le rotor a atteint sa pleine vitesse de rotation.Pour cette raison, dans le cas du rotor représenté sur la figure 1, les tuyaux cintrés 16 et 17 sont orientés de sorte que la bissectrice de l'angle entre les côtés forme avec un rayon un angle de 60 environ. De la sorte, on parvient à ce que le moment qui croît en raison de l'influence de la force centrifuge sur ladite ligne de chaînette à forte pente compense le moment de flexion qui se produit dans les tuyaux du fait que les faces d'extrémité des bobines prennent ladite position conique lorsque le rotor tourne à plein régime. De façon générale, il convient que l'angle d'inclinaison en question se situe dans la gamme comprise entre 3 et 120. De la pièce de raccordement hydraulique 21 part une paire de tuyaux 53, 53' dirigés axialement vers une pièce de raccordement mécanique 51 où la paire de tuyaux 53, 53' est connectée à deux tuyaux 29, 29' dirigés radialement, disposés de chaque côté de la bobine, tuyaux 29, 29' qui sont raccordés, au moyen d'une paire de tuyaux 30 et 30' s'étendant axialement et, enfin, au moyen d'une paire de tuyaux 31 et 31' dirigés radialement, à une pièce de raccordement hydraulique 32 en communication directe avec les tuyaux de refroidissement de l'enroulement. On voit que la jonction entre le tuyau cintré 17 et la pièce de raccordement 32 présente un tracé semblable à un C.La raison d'une semblable 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 connexion sur un tuyau de refroidissement situé dans la bobine. Bien que la bobine soit très fortement pressée en direction radiale lors du montage, on ne peut pas éviter que l'étendue radiale de la bobine varie considérablement lorsque la vitesse du rotor croît de zéro au plein régime. La paire de tuyaux 16, 16' est raccordée, par l'intermédiaire de la pièce de raccordement 20, à une paire de tuyaux 19,19' s'étendant axialement qui est raccordée, au moyen de la pièce de raccordement 18, à la paire de tuyaux 33, 33' dirigés radialement et en outre, au moyen de la paire de tuyaux 34, 34' dirigés axialement et de la paire de tuyaux 35, 35' dirigés radialement, à une piè ce de raccordemcl*t 36 qui a li msme structure que la pièce de rac- cordement 32. La pièce de raccordement 32 comprend une partie tubulaire centrale 37 dont le diamètre extérieur coïncide avec le diamètre extérieur 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 surfaces latérales du côté de la bobine et les cinq autres sont raccordés à une chambre collectrice 38' à l'extérieur de l'autre surface latérale du c8té de la bobine. les chambres collectrices 38 et 38' sont munies de tubulaure respectiv-es 39 et 39' qui sont destinées à être fixées par soudure aux tuyaux 31 et 31' dirigés radialement. - REVElZICATIONS 1.- Rotor refroidi par liquide, prévu pour une turbogénératrice, à encoches de bobinage, à plusieurs pôles et à noyau rotorique sur lequel sont disposées plusieurs bobines d'induit pour chaque pôle, chaque bobine comprenant une extrémité de bobine qui s'étend axialement en dehors du noyau rotorique et qui présente deux segments dirigés axialement et un segment intermédiaire s'étendant en direction périphérique, chaque bobine étant formée d'un conducteur muni de tuyaux de refroidissement qui est réalisé avec plusieurs spires et est équipé d'un certain nombre de conduites raccordées aux tuyaux de refroidissement, conduites qui sont reliées à des chambres de distribution d'eau de refroidissement disposées axialement en dehors des extrémités des bobines par des tuyaux qui s'étendent axialement et sont disposés radialement à l'intérieur des extrémités-des bobines, caractérisé en ce qu'au moins au niveau de l'une des extrémités du rotor, un nombre prépondérant desdites conduites est raccordé aux tuyaux de refroidissement des bobines au moyen d'organes de raccordement hydraulique 32 qui sont disposés au niveau desdits segments dirigés axialement. 2.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on nombre prépondérant desdits segments d'extrémité de bobine dirigés axialement sont munis d'un système de coincement 24, 25, 26 pour comprimer radialement un côté de bobine. 3.- Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que les systèmes de coincement sont disposés à l'extérieur des organes de raccordement hydraulique en direction axiale et à l'inté- rieur des plus internes axialement des segments d'extrémité de bobine dirigés péripheriquement. 4.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de raccordement est une pièce métallique dans laquelle est formé un passage principal central 37 intercalé entre les extrémités des tuyaux de refroidissement, pièce qui est placée entre une partie externe radialement et une partie interne radialement de la section du conducteur et est munie d'une chambre collectrice 38, 39 disposée de chaque côté du conducteur, chambres dont chacune est raccordée au passage principal central par un certainXnombre de passages tangentiels 40 formés dans ladite pièce métallique, et dont chacune est en outre raccordée à un tuyau de jonction 31, 31'. 5.- Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tuyaux de jonction 31, 31', 35, 35' de l'organe de raccordement sont dirigés radialement vers l'extérieur. 6.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite conduite comprend une jonction flexible 16, 17 entre lesdits tuyaux dirigés axialement 8,9 et une pièce de raccordement hydraulique 20, 20', 21, 21' fixée au conducteur radialement interne des extrémités de bobine. 7.- Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite conduite comprend un segment flexible qui est destiné à faire ressort dans le cas d'une éventuelle variation des dimensions radiales des bobines d'induit, et encre que ce segment flexible comprend un segment 19 dirigé axialement, à l'intérieur des extrémités de bobine en direction radiale et raccordé à ladite pièce de raccordement, un segment 29, 33 qui est dirigé radialement vers 1' extérieur à partir de ce premier segment, un segment 30 s'étendant axialement et un segment 31, 31', 35, 35' qui, à partir de ce dernier, est dirigé radialement vers l'intérieur et est raccordé au dispositif de raccordement. 8.- Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que la jonction flexible est un tuyau matériel 16, 17 qui est plus long que le double de la dimension radiale d'une bobine d'induit quelconque et qui est cintré de sorte que sa surface convexe regarde vers l'extérieur en direction radiale, ce tuyau étant fixé par ses deux extrémités à l'intérieur des extrémités de bobine en direction radiale et ayant une forme telle qu'une ligne de chaînette ayant un axe d'ordonnée en direction essentiellement radiale entre ses deux points d'extrémité se place dans un tuyau imaginaire, coaxial avec le tuyau matériel et de même longueur que lui, mais dont le diamètre intérieur s'élève à 200fi du diamètre intérieur du tuyau matériel. 9.- Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce x que la ligne de chaînette suit une équation y = c . cosh c, la cons- tante c se situant dans la gamme comprise entre 10 et 50 mm. 10.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les tuyaux cintrés sont deux côtés rectilignes qui sont raccordés par un secteur annulaire intermédiaire. 11.- Rotor selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le tuyau cintré est ancré solidement à l'arbre du rotor par l'une de ses extrémités. 12.- Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que le tuyau cintré est ancré solidement, par son autre extrémité, au conducteur radialement interne des extrémités de bobine.