Brevet FR2376542A1 — publié le 19780728

La présente invention concerne un domaine de la construction des grosses machines électriques, et notamment les stators des machines electriques, en particulier les stators des turbo-générateurs puissants. Pendant le fonctionnement d'une grande machine électrioue, le noyau de son stator se déforme à la suite de l'interaction de ce noyau avec le champ magnétique du rotor. La déformation de la section transversale du noyau staterique se déplace suivant une circonférence en synchronisme avec le rotor ce qui engendre une vibration radiale et tangentielle du noyau.Ces vibrations sont transmises à la carcasse de stator et à la fondation, provoquent un fort bruit acoustique et peuvent aboutir à un endommagement, dû à la fatigue, des éléments de fixation du noyau dans la carcasse, de la carcasse ellememe et des appareils et équipements instaliés sur la fondation à côté de la 1-chine électrique. flans le but de limiter ia transmission des vibrations du noyau à la carcasse et à la fondation, on fait appel à une fixation élastique du noyau dans la carcasse statorique. On connaît une conception de stator de machine électrique dans aquelle le noyau est fixé dans la carcasse au moyen d'éléments elastioues placés sur ses surfaces frontales. Les défauts d'une telle conception sont s ivants : la nécessité de réaliser le montage du noyau dans une carcasse intérieure appro-riee, les déformations de flexion considérables du noyau ayant lcngueur importante et les difficultés de construction pd- ou won doit surmonter à la mise au point des amortisseurs de petites dimeisijns aui doivent posséder en même temps une heute résistance mécanique et une souplesse élevée. On connaît ne autre conception de stator dans ;aque-le la fixation du noyau dans la carcasse de machine est réalisée le long de deux à auatre goncratrices de la surface pylindrioue extérieure de noyau. Dans ce cas, le noyau est également monté dans la carcasse intérieure à laquelle on attache les éléments élastiques qui sont ordinairement exécutés sous la forme de plaques flexibles placées tangentiellement par rapport au dos de noyau et destinées à assurer la liaison entre la carcasse intérieure et la carcasse statorique du turbogénérateur. Les agencements sont comclioués par la carcasse intérieure.A l'apparition de vibrations, la jonction rigide de la carcasse intérieure au noyau se trouve affaiblie, les vibrations et le bruit s'agrandissent et on doit résoudre de plus un problème complémentaire d'assurer la résistance mécanique de la carcasse intérieure. Sn outre, les plaques élastiques ne garantissent que la protection de la carcasse et de la fondation de la machine électrique contre les composantes radiales des vibrations du noyau. On connaît également une conception de stator selon laquelle la 4-ison entre le noyau et la carcasse est réalisée en plusieurs points où un grand nombre d'éléments élastiques est réparti régulièrement suivant la longueur et la périphérie du stator. Dans ce cas, les éléments élastiques sont habituellement fixés aux ailettes de raccordement du noyau ou réalisés en une seule pièce avec lesdites ailettes et peuvent se déformer tant dans le sens radial que dans le sens tangentiel. Les ailettes de raccordement disposées d'une manière régulière suivant la périphérie extérieure de noyau et attachées à celui-ci par un verrou de type "queue d'aronde", réalisent non seulement le serrage du noyau dans le sens axial mais servant de plus d'éléments de fixation du noyau à la carcasse tatoriaue. Du fait que la carcasse comporte deux pattes d'appui installées sur la fondation, la rigidité de la carcasse suivant sa périphérie n'est pas régulier. C'est dans le voisinage des pattes d'appui oua la rigidité de la carcasse est la plus grande. C'est pourquoi la fixation du noyau au moyen des ailettes de raccordement présent un défaut @@@siste en ce que la carcasse est liée au noyau par toute sa surface périphérique c'est-à-dire tant aux points ayant des amplitudes de vibration minimale; qu'à ce x ayant des ampli- tudes maximales.Etant donné que l'énergie, transmise par l'intermédiaire d'un élément élastique pendant une période d'oscillations, est directement proportionnelle au produit des amplitudes d'oscillations à l'entrée et à la ortie, l'énergie des vibrations qui, dans les constructions envisagées de la fixation élastique, est transmise du noyau statorique à la carcesse et à la fondation peut atteindra une valeur importante. Dans les agencements de type décrit, les ailettes de raccordement srt d plus soumises à une charge statique irrégulière résultent du poids du ncyau et du couple moteur. La charge la plus importante est appliquée aux ailettes lstJraies et inférieures.Du fait que les déformations radiaies dues au poids du noyau et à l'augmentation du diamètre du noyau lors du serrage sont dirigées inversement et compensées mutuellement, les ailettes supérieures sont chargées failement. Lors de la marche de la machine électrique, les vibrations provoquent une usure des surfaces de contact dans les entailles prévues pour les "queues d'aronde" des ailettes de sorte que les jeux augmentent tandis que les ailettes supérieures r sont plus du cout sous charge. Les ailettes suDé- rleures déchargées peuvent réalIser des oscillations indépendantes de grandes amplitudes et engendrer des chocs importants dans les entailles, ce qui conduit à l'augmentation du bruit de la machine et peut aboutir à l'endommagement des éléments do fixation du noyau. L'invention a donc pour out de mettre au point une conception de stator de machine électrique à fixation élastique du noyau dans la carcasse, assurant une disposition avartageuse des liaison élastiques du noyau avec la carcasse pour réduire les vibrations et le bruit transmises à la carcasse et à la fondation, de même que l'élimination du risque de formation de vibrations indépendantes des ailettes de raccordement élastiques du noyau, vibrations ayant de grandes amplitudes et provoquant des chocs importants dans les entailles prévues pour les "queues d'aronde". L'invention a pour objet un stator de machine électrique comportant une carcasse installe par des pattes d'appui sur une fondation, un noyau constitué par un empilage qui est monté dans lå carcasse et dont les tôles sont serrées dans le sens axial au moyen d'ailettes de raccordement disposées d'une manière régulière suivant la périphérie extérieure du noyau, ce stator étant caractérisé en ce que seules les ailettes de raccordement placées en face des secteurs de carcasse possédant la plus grande rigidité, sont fixées à la carcasse et sont réalisées de façon élastique. L'agencement proposé du stator assure un niveau de vibrations et de bruit plus bas, car le noyau est fixé à la carcasse aux points où la réaction de la carcasse aux excitations vibratoires est la plus faible. Grêee au fait que les ailettes fixées à la carcasse sont chargées plus régulièrement et que l'éventualité d'une suppression de la charge des ailettes est annulée la fiabilité de la structure se trouve augmentée. Suivant une variante de réalisatior de l'invention, les ailettes de raccord aent élastiques fixées à la carcasse sont disposées dans la zone des pattes d'appui de la carcasse alors que les autres ailettes de raccordement sont disposées sur la partie restante de la périphérie extérieure du noyau. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les ailettes de raccordement élastiques fixées à la carcasse sont disposées dans la zone des pattes d'appui de la carcasse et dans la zone de la fondation, tandis que les autres ailettes de raccordement sont disposées sur la partie restante de le périphérie extérieure du noyau. I1 est aussi possible de placer, dans la zone des pattes d'appui de la carcasse, des ailettes élastiques supplémentaires attachées à la carcasse et situées dans les entailles sur la surface extérieure du noyau entre les ailettes de serrage élastiques. I1 est utile que les ailettes de raccordement disposées en regard des secteurs de carcasse possédant une plus faible rigidité, soient fixées à la périphérie du noyau suivant sa longueur à l'aide de pièces de raccordement supplémentaires. Les pièces de raccordement supplémentaires peuvent être réalisées sous la forme d'un étrier en Uqul s'appuie sur la surface du-noyau et est fixé à l'ailette par un boulon. Drautres caractéristiques de l'invention apparaitront eu cours de la description qui va suivre des exemples de divers rodes de réalisation de l'invention, description faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels La F;g. 1 représente une vue en coupe transversale d'un stator de machine électrique pourvu d'une fixation élasticue du noyau dans la carcasse, suivant l'invention La Fig. 2 représente, à plus grande échelle, une ailette de raccore- dement élastique fixée sur le noyau et la carcasse statoriquel suivant l'invention;; La Fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne III-III de la Fig. 2 Les Fig. 4 et 5 montrent la fixation au noyau statoriaue des ailettes de raccordement qui ne sont pas liées à la carcasse La i--;g. g. e est une vue en coupe transversale d'un stator de machine électrique dans lequel a fixation du noyau dans la carcasse est effectuée, suivant l'invention, au moyen d'ailettes de raccordement élastiques disposées dans la zone des pattes d'appui de la carcasse et dans la zone de la fondation. La Fig. 1 représente un stator de machine électrique comprenant un noyau 1 constitué par un empilage nui est fixé dans la carcasse 2 installée par ses pattes d'appui n sur une fondation 4. Le noyau 1 est serré dans le sens axial au moyen d'ailettes de raccordement 5 et 6 disposées-suivant la périphérie extérieure du noyau 1 et fixées longitudinalement à celui-ci par un blocage de type "queue d'aronde" 7. Les ailettes de raccordement 5 et 6 sont réparties régulièrement suivant la périphérie extérieure du noyau 1, tant en regard des secteurs de la carcasse 2 possédant une plus grande rigidité qu'en regard des secteurs de la carcasse 2 possédant une rigidité plus faible.Selon le mode de réalisation décrit, le secteur de la carcasse 2 possédant la plus grande rigidité est la zone des pattes d'appui 3 (secteurs latéraux du stator), alors que le secteur de la carcasse 2 possédant la plus faible rigidité est la zone supérieure du stator Les ailettes de raccordement 5 placées dans la zone des pattes d'appui 3 sont réalisées de façon élastique gracie à des rainures 8 (Fig. 2, 3) pratiquées dans le corps de l'ailette 5, et attachées à la carcasse 2 par soudage et par l'utilisation de cornières de raccordement 10. Les ailettes de raccordement 6 (nif. 1) disposées loin des pattes de support 3 du stator sur les secteurs de la carcasse 2 possédant une rigidité moins grande (secteurs supérieur et inférieur du noyau 1 sur la Fig. 1), ne sont pas liées à la carcasse 2. Ces ailettes 5 font seulement office de goujons de raccordement du noyau 1 et ne sont employées eue pour réaliser son serrage régulier. Les ailettes 6 sont réalisés de façon non élastique en vue de simplifier la technologie de fabrication (on ne pratique pas les rainures lon3itudinales dans les ailettes). La Fig. 4 représente une variante de la fixation des ailettes de raccordement 6 qui ne sont pas liées à la carcasse 2, à la surface extérieure du noyau 1 dans le but de prévenir leur déplacement dans les limites du jeu dans les entailles 11 de dispositif de fixation à "queue d'aronde", à la suite des vibrations et d'éliminer ainsi du bruit supplémentaire. En plusieurs points, on a placé des étriers -12 le long de l'ailette 6. Un boulon 13 vissé dans l'orifice taraudé 14 de l'ailette 6 s'appuie par sa tête sur un étrier 12 en poussant l'ailette 6 du noyau 1 et en effectuant le coinçage de la "queue d'aronde" 7 dans l'entaille 11. Pour prévenir le desserrage du boulon 13, on place sous sa tette des rondelles à ressort (non représentées sur le dessin). La Fig 5 représente une variante de la fixation deux par deux dss ailettes 6 à la surface extérieure du noyau 1. Des plaques transversales 15 installées an plusieurs sections le long du noyau 1, sont attachées par leurs extrémités a deux ailettes rDisines 6 soit au moyen de boulons, soit par soudage 9.Dans l'orifice tara e la plaque lisst vissé un boulon 13 qui s'appuie par l'intermédiaire d'une semelle 16 contre le noyau 1. Cet agencement garantit une plus haute sureté de la fixation des ailettes 6 par rapport à l'action des vibrations tangentielles. Pour éviter le desserrage du boulon 13, on place des rondelles à ressort {non représentées sur le dessin) sous son extrêmité d'appui. Bien entendu, il est possible d'envisager d'autres variantes de fixation des ailettes de raccordement 6 du noyau 1 non liées à la carcasse 2. Afin que la fixation élastique du noyau 1 soit plus solide, des ailettes élastiques supplémentaires 17 (rig 1) sont placées dans la zqne des pattes de support 3 de la carcasse 2. Les ailettes supplémentaires 17 sont montéss entre les ailettes élastiques principales 5 et fixées au noyau 1 et à la carcasse 2 de la même façon que les ailettes S. A cet effet, sur la surface extérieure du noyau 1, sont prévues des entailles supplémentaires pour les "queues d'arondes" 7 des ailettes supplémentaires 17. flans le but d'assurer la symétrie de serrage du noyau 1, les extrémités des ailettes supplémentaires 17 ne sont pas attachées aux plaques de serrage d'extrémité (non représentées sur le dessin) du noyau 1 et ne sont pas chargées par les forces axiales. La Fig. s -représente une variante de la structure statorique dans laquelle le noyau 1 est fixé dans la carcasse 2 au moyen d'ailettes de raccor*- dement élastiques 5 situées dans la zone des pattes de support 3 et dans la zone de la fondation 4. Dans ce cas, c'est seulement dans le secteur supérieur, que les ailettes de raccordement 6 ne sont pas liées à la carcasse 2. L'avantage dé cette variante consiste an ce qu'on a supprimé la nécessité d'installer des ailettes supplémentaires dans les secteurs latéraux. Lors de la marche de la machine électrique, les vibrations du noyau 1 se propagent à la carcasse 2 avec un affaiblissement grâce à la possibilité de déformation radiale et tangentielle des ailettes de raccordement 5 (Fig. 1) de 7a fixation élastique. La carcasse 2 présente, dans la zone des pattes d'appui 3 du stator dans laquelle on fixe les ailettes de raccordement élastiques 5, une rigidité dynamique maximale et réagit d'une manière faible à l'excitation vibratoire. Ii en résulte un abaissement important des vibrations de la carcasse 2 et de la fondation 4 comparé au cas dans lequel le noyau 1 est fixé suivant toute la périphérie statorique.Dans les parties supérieure et inférieure du stator dans lesquelles le noyau 1 n'est pas lié à la carcasse 2, les vibrations du noyau 1 ne se propagent plus à la carcasse 2. La fixation des ailettes supérieures et inférieures 6 au dos du noyau 1 à l'aide de pièces de raccordement supplémentaires 12 et 15 (Fig. 4 et 5) exclut les vibrations indépendantes de ces ailettes risquant d'engendrer des chocs dans l'entailla 71 pour la "oueue d'aronde", et le bruit émis par le stator devient donc plus faible. Les études ont fait apparaître que le déplacement de tous les éléments de fixation élastiques(tout en ne changeant pas leur rigidité, ni la résistance mécanique globale) conduit à une réduction importante des vibrations de la carcasse et de la fondation. En même temps,1 le bruit de stator engendré par des vibrations accustiques de haute fréquence transmises à la carcasse, devient plus faible alors que la fiabilité de fonctionnement de la machine électrique s 'accroît. REVENDICATIONS 1. Stator de machine électrique comoortant une carcasse installée par des pattes d'appui sur Urle fondation, un noyau constitué par un empilage oui est monté dans la carcasse et dont les tôles sont serrées dans ie sens axial à l'aide ailettes de raccordemert placées d'une manière régulière dans des entailles prévues sur la surface exterieure du noyau, caractérisé en ce que seules les ailettes de raccordement disposées en regard des secteurs de carcasse possédant la plus grande rigidité, sont attachées à la carcasse et réalisées de façon élastique. 2. Stator de machine électrique selon la revendication 1, csrac ériF en ce que les ailettes de raccordement élastiques fixées à la carcasse snt placées dans la zone des pattes d'appui de la carcasse, tandis que les autres ailettes de raccordement sontolaceessur le reste de la périphérie extérieure du noyau. 3. Stator de machine électrique selon la revendication t, caractérisz en ce que les ailettes de raccordement élastiques fixées - la carcasse scnt placées dans la zone des pattes d'appui de la carcasse et dans la zone de la fondation, tandis que les autres ailattes de raccordement sort placées sur la partie restante de la périphérie extérieure du noyau. 4. Stator de machine électrique selon l'une quelconque des revendu cations 1 et 2, caractérisé cn ce que dans la zone des pattes de support de la carcasse sont placées des ailettes élastiques supplémentaires attachées à la carcasse et disposées dans des entailles sur la périphérie extérieure du noyau entre les ailettes ce raccordement élastiques. 5. Stator de machine électrique selon l'une quelconque des revendi- cations 1, 2 et 3, caractérisé en ce aue les ailettes de raccordement placées en regard des secteurs de la carcasse possédant une rigidité plus faible sont longitudinalement fixées à la surface du noyau, au moyen de pièces de raccordement supplémentaires. 6. Stator de machine électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pièces de raccordement supplémentaires sont réalises sous la forme d'un étrier en 1, qui s' appuie sur la surface du noyau et est attaché à l'ailette à l'aida d'un boulon.