Brevet FR2379934A1 — publié le 19780901

La présente invention se rapporte au domaine de grosses machines électriques, et particulièrement, aux dispositifs de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique des machines électriques. Elle peut être le plus efficacement appliquée dans les puissants turbo-alternateurs, les compensatrices synchrones et les turboalternateurs de choc. Bes têtes de bobines de l'enroulement statorique de turbo-alternateur fonctionnent dans des conditions comnliquées, caractérisées par une action de forces électro-magnétiques alternatives importantes, par des déformations thermiques et parue variation incessante des conditions de l'assemblage provoquée par le fluage et par la re-. laxation des contraintes dans les pièces de fixation réalisées en matériaux non métalliques. Bes facteurs indiqués conditionnent la complexité de la solution constructive du problème que pose une fixation fiable et stable des têtes de bobines de l'enroulement. Be facteur principal d'endommagement des tetes de bobines d'enroulement est l'effort électro-magnétique alternatif sollicitant les arcs desdites têtes. La vibration des tetes de bobines entrasse l'apparition de défauts de brasure des connexions de barres, l'usure par frottement et le froissement de l'isolant aux points de fixation et à la sortie des encoches et à l'endommagement des conducteurs de cuivre à la suite de la fatigue. Un faible niveau de vibration des tê- tes de bobines ne peut entre assure que par leur fixation rigide extérieure. Dans la pratique universelle le problème de fixation des têtes de bobines est généralement résolu de l'une des deux façons suivantes: à l'aide de la fixation des têtes de bobines entre les surfaces coniques de deux bagues isolantes et par enrobage des têtes de bobines dans une masse polymérisable, rendant les têtes de bobines solidaires d'une couronne de serrage du noyau ou d'une-bague isolante extérieure. La fixation des textes de bobines suivant le deuxième procédé constitue un obstacle considérable à la réparation de l'en- roulement. Parmi les constructions réalisées suivant la première des variantes indiquées, on connatt un dispositif de fixation de tes de bobines d'enroulement statorique, dans lequel une bague isolante intérieure porte sur la surface intérieure des têtes de bobines,et est fixée axialement par des boulons en matériau amagnétique vissés dans des éléments de fixation de la zone d'extrémité du noyau statorique. Bes défauts de cette structure sont les suivants a) la fixation rigide de la position axiale de la bague isolante intérieure par rapport au noyau statorique, sans tenir compte du déplacement axial de la partie d'enroulement logée dans les encoches lors de la dilatation thermique, ledit déplacement étant provoqué par des températu:es différentes et par les coefficients dif érents en dilatation linéaire du cuivre et de l'acier, peut entratner un relachement ou à un serrage excessif de la fixation; b) la possibilité de desserrage des boulons retenant la bague, des éléments de fixation du noyau et d'un relâchement de la compression de la partie active de la zone dentée du noyau. On connaît également une variante de fixation des têtes de bobines d'enroulement statorique entre deux bagues isolantes, dans laquelle les têtes de bobines sont solidarisées par des cales s'appu- yant sur les surfaces coniques des têtes de bobines du côté de l'alésage, entre les couches de ltenroulement, et en dehors. Bes cales, s 'appuyant sur la surface intérieure portent sur la bague isolante intérieure, fixée axialement dans lesdites cales par des clavettes. le serrage des têtes de bobines est assuré par des coins insérés entre la bague isolante extérieure et les cales et s'appuyant en dehors sur les têtes de bobines. Toutes les cales sont fixées axialement par des saillies s'appuyant sur l'isolation des barres de l'en- roulement dans la zone des têtes de bobines. Bes défauts de cet-e construction sont a) la multiplicité d'éléments constitutifs intermédiaires, un grand nombre d'éléments isolants et l'impossibilité de maintenir intact le système de fixation en cas de changement pratiquement inévitable des dimensions et de la disposition relative de ces éléments; b) des défauts de rigidité électrique de l'isolation des barres de l'enroulement causés par les saillies des cales. L'invention vise à réaliser un dispositif de fixation des têtues de bobines de l'enroulement statorifue d'une machine électrique de manière que soit garantie une fixation radiale rigide des têtues de bobines de l'enroulement à une couronne de serrage du noyau avec une possibilité de déplacer axialement les taxes de bobines comme un tout par rapport à la couronne de serrage du noyau, sans endommager par les éléments de fixation l'isolation des têtes de bobines et sans réduire la compression du fer actif du noyau. Elle a donc pour objet un dispositif de fixation des têtes de phobies de l'enroulement statorique d'une machine électrique, sur 1P surfaces d'extrémité du noyau statorique de laquelle sont montés es éléments effectuant la compression axiale des paquets du circuit magnétique et comprenant des couronnes de serrage et des axes de -errage, ledit dispositif comportant deux bagues coniques en matériau isolant, entre les surfaces coniques desquelles sont disposées les +tes de bobines de l'enroulenent et dont la bague conique extérieure est couplées la couronne de serrage avec une possibilité du déplacement axial de ladite bague par rapport à ladite couronne, la bague conique intérieure étant retenue axialement par l'intermédiaire de tiges axiales, caractérisée en ce que les tiges axiales sont raccor ces par articulation à la bague conique extérieure à l'aide de sup po:-s de butée situés à la sortie de l'enroulement des encoches et fixes par des charnières aux éléments assurant un serrage axial des - -,uets du circuit magnétique, à l'aide de tiges radiales. L'avantage de la construction proposée réside dans le fait qu' 2i' elle assure une haute rigidité et un faible niveau de vibration des ezes de bobines de l'enroulement statorique, car celles-ci sont serrées solidement entre deux baguez solantes rigides. De plus, ladite cons,-uction permet de déplacer axialement lesdites têtes de bobines ----3c les bagues isolantes comme un tout dans des limites voulues, rapport à la couronne de serrage du noyau statorique pour compenser la dilatation thermique irrégulière du noyau et de la partie d'encoche de l'enroulement, en maintenant rigide l'-assemblage radial a la couronne de serrage. En outre, une telle conception n'endommage pas l'intégrité de l'isolation de l'enroulement, car les éléments serrant les bagues isolantes ne touchent pas à l'isolation de l'enroulement. La compression de la zone d'extrémité du noyau n'en est pas altérée, vu que la composante axiale de l'effort de serrage des bagues- isolantes n'est transmise ni à la couronne de serrage ni au coyau. Suivant une variante de réalisation de l'invention les supports. de butée sont liés par articulation, à l'aide de tiges radiales, aux -res de serrage. 11 est également possible de fixer les supports de butée à la renne le serrage à l'aide de tiges radiales. Il est utile de monter des ressorts sur les tiges de serrage axiales, du côté de la surface d'extrélnité extérieure de la bague conique intérieure, pour assurer un serrage stable ce la bague conique intérieure contre les têtes de bobines de l'enroulement, de façon que l'effort de serrage ne s'affaiblisse pas lors des déformations non élastiques possibles ou des déplacements des éléments survenant lors du fonctionnement de la machine clectrique. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la-description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnes uniquement à titre d'exemples: la Fig. 1 représente en coupe longitudinale un dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique pour un puissant turbo-alternateur, suivant l'invention; la Fig. 2 représente, en coupe longitudinale, une variante de fixation des têtes de bobines de stator d'un puissant turbo-alternateur suivant l'invention. Le dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique contient deux bagues coniques 1, 2 (Fig. 1) en matériau isolant, par exemple, en plastique verrerésine ou en stratifié de bois. l'es têtes de bobines 3 de l'enroule- ment statorique 4 portent sur la surface conique intérieure de la bague isolante extérieure 1 et sont serrées contre ladite surface à l'aide de la bague isolante intérieure 2. Bes barres de l'enroule- ment 4 sont logées dans des encoches du noyau 5 constitué de paquets du circuit magnétique.Du côté des deux surfaces d'extrémité du noyau 5 sont disposés des éléments de serrage axial des paquets du circuit magnétique et, compo--tant une couronre de serrage 6 et des axes de serrage 7, couplés à ladite couronne 6. la bague isolante extérieure 1 est fixée dans la couronne de serrage 6 de façon que soit assurée la possibilité de son déplacement axial par rapport au noyau 5 lors des déformations thermiques de l'enroulement 4 et du noyau 5. La bague isolante intérieure 2 porte par sa surface conique extérieure sur les tettes de bobinage 3 de l'enroulement 4 du c8té de l'alésage, ladite bague 2 tant retenue à l'aide de tiges axiales 8, disposées dans des orifices de ladite bague intérieure 2. les tiges axiales 8 peuvent également être disposées sur la surface cylinarique intérieure de la bague 2. Les tiges axiales 8 sont réalisées en un métal amagnétique ou en matériau iso lant.Par l'une de leurs extrémités les tiges axiales 8 sont fixées à la face d'extrémité extérieure de la bague conique intérieure 2 et par leur autre extrémité, elles sont articulées sur des supports de butée 9, réalisés en matériau isolant et disposés entre les barres de l'enroulement 4, à leur sortie des encoches du noyau 5. Les supports de butée 9 prennent appui dans une gorge annulaire 10 pratiquée dans la face d'extrémité de la bague conique extérieure 1 faisant face au noyau 5, lesdits supports de butée 9 étant retenus à l'aide de tiges radiales 11 réalisées en acier amagnétique et disposées radialement dans la zone d'extrémité du noyau 5. Chacune des tiges radiales Il est articulée par l'une de ses extrémités dans le support de butée 9 et par son autre extrémité, dans l'axe de serrage 7. Bes tiges radiales 11 avec les supports de butée 9 forment des consoles susceptibles de recevoir une charge axiale. Entre les surfaces coniques des bagues isolantes 1, 2 et les têtes de bobines 3 de l'enroulement 4 sont placées des garnitures élastiques 12 en matériau déformable assurant une répartition régulière de l'effort de serrage du coté des bagues 1, 2 sur la tête de bobine 3. ASin de compenser les déplacements de l'anneau conique intérieur, inévitable lors du fonctionnement, provoqués par le retrait et la compression des tetes de bobines 3 de l'enroulement 4, de même que par les-déformations thermiques, des ressorts 14 assurant la constance de l'effort de compression de la bague intérieure 2, sont montés sous les écrous 13 des tiges axiales 8, du côté de la face d'extrémité extérieure de la bague intérieure 2. Sur la Fig. 2 on a représenté un dispositif de fixation des td- tes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique, dans lequel les tiges radiales 11 sont fixées à la couronne de serrage 6 du noyau 5. lors du fonctionnement du turbo-alternateur les tes de bobine 3 de l'enroulement 4 serrées rigidement entre les deux bagues coniques 1, 2 et appuyées sur la couronne de serrage 6 du noyau 5 par la bague extérieure 1, ne peuvent ni se déformer ni, non plus, se déplacer l'une par rapport à l'autre sous l'action des charges électrodynamiques variables. L'effort avec lequel la bague conique intérieure 2 est serrée contre les têtes de bobines 3 de l'enroulement 4, est transmis à la bague conique extérieure 1 par la channe: bague intérieure 2 - tige axiale 8 - support de butée 9 - bague extérieure 1 - têtes de bobines 3 - bague intérieure 2. L'effort radial dans le support de butée 9 est compensé par l'effort radial dans la tige radiale Il du type pendulaire, qui n'empêche pas le déplacement axial des têtes de bobines 3 de l'enroulement 4 conjointement avec les bagues coniques extérieure 1 et intérieure 2 par rapport à la couronne de serrage 6 du noyau 5. Les éléments de force (tiges 8, 11 et supports de butée 91 effectuant la compression axiale des bagues coniques extérieure 1 et intérieure 2 l'une contre l'autre, ne sont pas liés à l'enroulement statorique 4 et ne chargent pas en plus les têtes çe bobines 3 et n'altèrent pas non plus la compression du fer actif de la zone d'extrémité du noyau 5, vu que la tige radiale 11 n'est pas soumise à l'action de la composante axiale rne l'effort. Les ressorts 14 permettent de régler l'effort de serrage des tetes de bobines 3 de l'enroulement 4 entre les bagues coniques iso lantes I, 2. la fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique proposée est fiable et facile à réaliser. Revendications 1 - Dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroule- nuent statorique d'une machine électrique sur les faces d'extrémité du noyau statorique de laquelle sont installés des éléments assurant la compression axiale des paquets du circuit magnétique et comprenant des couronnes de serrage et des axes de serrage, ledit dispositif comprenant deux bagues conique en matériau isolant entre les surfaces coniques desquelles sont disposées les têtes de bobines de l'enroulement, la bague conique extérieure étant liée à la couronne de serrage avec une possibilité du déplacement axial de ladite bague par rapport à cette couronne de serrage et la bague conique intérieure étant retenue axialement par l'intermédiaire de tiges axiales, caractérisé en ce que les tiges axiales sont reliées par articulation à la bague conique extérieure à l'aide de supports des butée situés à la sortie de l'enroulement des encoches et fixés par articulation aux éléments effectuant la compression axiale des paquets du circuit magnétique, par l'intermédiaire de tiges radiales. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les supports de butée sont fixés par articulation, à l'aide des tiges radiales, aux axes de serrage. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les supports de butée sont fiaés par articulation, à l'aide des tiges radiales, à la couronne de serrage. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que sur les tiges axiales, du ctté de la surface d'extrémité extérieure de la bague conique intérieure, sont montés des ressorts.