Brevet FR2435145A1 — publié le 19800328

La presente invention concerne les machines électriques, en particulier les machines synchrones à arbre vertical, et a notamment pour objet un rotor d'alternateur hydroélectrique vertical, qui, pour plus de simplicité, sera désigné dans la suite de la présente description par "rotor d 'hydroalternateur vertical" L'invention est surtout applicable aux gros hydroalternateurs verticaux comportant une couronne à poiles feuilletée, détachable du bâti du rotor. On connait des rotors dthydroalternateurs verticaux conçus de manière à permettre de détacher la couronne à pôles du bâti de rotor lors du montage ou du démontage de lthydroalternateur dans le puits du groupe hydraulique, lorsqu'on veut assouplir les exigences concernant la capacité de charge de l'équipement de manutention utilisé. Dans ces structures, une telle séparation est rendue possible par ltemploi d'un dispositif d'appui amovible sur lequel prend appui la couronne à pôles d'un rotor completement assemblé.Dans un tel rotor d'hydroalternateur vertical (voir par exemple le certificat d'auteur soviétique nO 429490) comprenant un arbre et un bâti auquel sont fixées des barres de calage, ces barres comportent à leur partie inférieure une encoche horizontale transversale qui reçoit le dispositif d'appui sur lequel porte la couronne à pôles.Le dispositif d'appui est exécuté en forme d'une piece ayant deux saillies longitudinales et présentant une section droite correspondant sensiblement à celle d'un profilé en U dont ltune des ailes est raccourcie, cette piece étant réunie par assemblage à entaille à la partie inférieure de la barre de calage grâce au fait que la saillie supérieure raccourcie de la piece est placée dans ladite encoche, qui est pratiquée sur la face intérieure de la barre de calage, alors que la saillie inférieure allongée de la piece embrasse d'en bas le bout de la barre de calage et sort legerement audelà de sa surface extérieure en faisant ainsi office d'appui pour la couronne du rotor. L'un des inconvénients de la construction décrite cidessus réside dans le fait que les contraintes de flexion qui prennent naissance dans la saillie allongée servant d'appui, sous l'effet de la masse de la couronne à pôles, peuvent atteindre des valeurs tres importantes en raison de la distance relativement grande entre le point d'application des forces dues à la masse de la couronne et l'endroit de fixation du dispo sitif d'appui à la barre de calage. Ceci provoque parfois la déformation de la saillie supportant la couronne et par conséquent un déplacement axial de cette dernière. Un autre inconvénient de ladite construction est la complexité de la fabrication du dispositif d'appui. En effet, pour pouvoir obtenir un assemblage normal d'un tel dispositif, on doit nécessairement assurer l'identité des profils des éléments à assembler, en particulier une stricte identité d'au moins les profils de l'encoche horizontale pratiquée dans la barre de calage et de la saillie supérieure du dispositif d'appui, introduite dans cette encoche. En outre, afin de réaliser l'en- coche horizontale sur la face intérieure de toutes les barres de calage, il faut faire tourner le bâti de rotor, dans le plan vertical, de 1800 par rapport à sa position de travail, afin de permettre l'accès de l'outil de coupe à la partie à usiner du bâti.Parmi les inconvénients on peut également citer la consommation excessive du matériau utilisé pour augmenter les dimensions de la partie inférieure de la barre de calage, du côté intérieur de celle-ci, afin de pouvoir y introduire et fixer le dispositif d'appui. I1 est à signaler, de plus, que lors du démontage du rotor, on est parfois conduit à détacher le dispositif d'appui portant la couronne à pôles de la barre de calage fixée au bâti, du côté du flasque ou disque de frein de l'hydroalternateur, ce qui, évidemment, pose un problème. Le but de la présente invention est donc de creer un rotor d'hydroalternateur vertical pourvu d'un dispositif d'appui démontable de conception simple et fiable, destiné à supporter la couronne à pôles et monté à la partie inférieure de chacune des barres de calage fixées au bâti, ledit dispositif d'appui étant conçu de manière à permettre de diminuer les contraintes apparaissant sous l'effet de la masse de la couronne à pôles. Ce problème est résolu grâce à un rotor d'hydroalternateur vertical du type comprenant un arbre et un bâti auquel sont fixées des barres de calage comportant à leur partie inférieure une encoche horizontale transversale qui reçoit un dispositif d'appui sur lequel repose la couronne à pôles, ledit rotor étant caractérisé, suivant l'invention, en ce que ledit dispositif d'appui est exécuté sous forme de coins en opposition mutuelle (ou coins opposés) qui sont disposés dans ladite encoche, cette dernière étant pratiquée sur la face extérieure de la partie inférieure de chacune des barres de calage, et faisant partiellement saillieau-delà de cette encoche en direction de la couronne. Le rotor proposé dthydroalternateur vertical présente l'avantage que la configuration et les dimensions des coins opposés faisant partie du dispositif d'appui pour la couronne a pôles ne doivent pas nécessairement correspondre avec précision à la configuration et aux dimensions de l'encoche horizontale transversale dans laquelle ils sont introduits. De plus, une telle structure du dispositif d'appui permet de réduire le risque de déformation de l'élément supportant directement la charge, déformation qui pourrait provoquer le déplacement de la couronne par rapport au bâti. I1 est utile de disposer les coins opposés formant le dispositif d'appui dans l'encoche horizontale transversaie de telle sorte qu'ils soient l'un au-dessus de. l'autre et que leurs biseaux soient orientés de la périphérié du bâti vers l'arbre du rotor, l'un au moins desdits coins étant fixé à la barre de calage au moyen de boulons. Un tel montage des coins opposés permet d'appliquer à la couronne à pôles un effort supplémentaire lors de l'insertion des coins dans l'encoche horizontale, ce qui assure un assemblage plus serré de la couronne au bâti et permet de réduire les risques d'auto-décoincement des coins sous l'effet de charges dynamiques au cours du fonctionnement de 1 'hydroalternateur. Selon une variante de réalisation du rotor d'hydroalternateur vertical, dans chacun desdits coins opposés sont ménagées, sur son côté faisant face au fond de l'encoche horizontale transversale, des gorges verticales formant ensemble une rainure verticale unique lorsque lesdits coins sont complètement introduits dans l'encoche horizontale transversale. Grâce à ces gorges verticales prévues dans les coins opposés du dispositif d'appui, il devient possible de monter de clavettes d'espacement inclinées sur toute la longueur de la barre de calage; en outre, les opérations technologiques (par exemple, le mandrinage) pour l'élimi- nation des inégalités apparaissant, lors de l'assemblage de la couronne feuilletée, aux surfaces des goujures pratiquées dans la couronne pour recevoir les clavettes inclinées, peuvent être exécutées quand la couronne est installée sur le dispositif d'appui. Dans une autre variante de réalisation du rotor d'hydroalternateur vertical conforme à l'invention, les coins opposés sont partagés en deux groupes placés dans l'encoche horizontale transversale de façon à laisser entre ces groupes un certain espace. Ce partage des coins opposés formant le dispositif d'appui en deux groupes facilite leur fabrication ainsi que d'ajuster séparément la position de ces groupes par rapport aux clavettes inclinées de la barre de calage. La présente invention ressortira plus clairement de la description détaillée suivante de différents exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schematiquement une partie du rotor d'hydroalternateur vertical suivant l'invention, disposé dans la zone rotorique de la chambre de l'hydroalternateur (vue en coupe transversale radiale); - la figure 2 montre, à échelle agrandie, la partie inférieure de la barre de calage fixée au bâti de rotor avec le dispositif d'appui pour la couronne du rotor de la figure 1 (vue en coupe transversale radiale); - la figure 3 est une vue en perspective de la barre de calage fixée au bâti de rotor, avec le dispositif d'appuimonté sur cette barre et une feuille de segment du noyau rotorique;; - la figure 4 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif d'appui monté sur la barre de calage fixée au bâti de rotor. I1 est à remarquer que tous les dessins annexés ne sont que des vues schématiques destinées simplement à illustrer les exemples de réalisation de l'invention, s-ans aucune limitation en ce qui concerne les dimensions, etc. En se référant à la figure 1 on voit que le rotor d'hydroalternateur vertical, objet de la présente invention, disposé dans la zone rotorique 1 de la chambre de l'hydroalternateur, comporte un arbre 2 et un bâti 3 ayant une partie centrale en forme de moyeu 4 emmanché sur l'arbre 2, et une pluralité de rayons dont on n'a représenté sur le dessin qu'un seul rayon 5 fixé au moyeu 4 à l'aide de plaques d'assem blage 6 avec des goujons de serrage 7. A la partie extérieure du rayon 5 est fixée par soudage une barre de calage 8 présentant une cannelure transversale 9 à sa partie supérieure, ainsi qu'une mortaise longitudinale verticale 10 pratiquée sur toute la longueur de la barre.La couronne feuilletée 11 à pales 12 comporte elle aussi une mortaise verticale 13 disposée en regard de la mortaise 10 et identifiée à celle-ci, les deux mortaises 10 et 13 formant ensemble un canal vertical dans lequel sont insérées à force des clavettes d'espacement inclinées 14. Celles-ci, ainsi qu'une plaque de fixation 15 introduite dans la cannelure horisontale 9, assurent la fixation de la couronne feuilletée 11 à pôles 12 à la barre de calage 8 et, par conséquent, au bâti 3 du rotor, et empêchent en même temps les déplacements radiaux et tangentiels de la couronne 11 par rapport au bâti 3 pendant le fonctionnement de l'hydro- alternateur. Afin d'éviter le déplacement de la couronne feuilletée 11 à pôles 12 vers le bas, on a monté à la partie inférieure de la barre de calage 8 un dispositif d'appui constitué de coins en opposition mutuelle disposés l'un sur l'autre, notamment un coin supérieur 16 et un coin inférieur 17. Les coins opposés 16 et 17 sont insérés dans une encoche rectangulaire horizontale 18 ménagée dans la partie inférieure de la barre de calage 8, sur sa face extérieure et transversalement à sa longueur, ces coins étant disposes dans l'encoche 18 (figure 2) de façon que leurs biseaux soient orientés de la périphérie du bâti 3 vers l'arbre 2 du rotor.L'une des extrémités du coin supérieur 16 s'applique par sa surface verticale contre le fond de l'encoche 18, tandis que son autre extrémité fait saillie au-del de cette encoche en direction de la couronne 11, cette partie saillante du coin 16 étant utilisée en tant qu'appui pour la couronne feuilletée 11 à pôles 12. Le coin inférieur 17 est disposé dans l'encoche 18 de façon à former entre sa face orientée vers le fond de encoche 18 et ledit fond un espace 19. Le coin inférieur 17 est fixé à la barre de calage 8 à l'aide de boulons d'assemblage dont on ne voit sur le dessin qu'un seul boulon 20 introduit dans le trou 21 réalisé dans cette barre, pour être vissé dans le trou taraudé débouchant 22 prévu dans le coin. Dans la variante de réalisation illustrée sur la figure 3, les faces des coins opposés 16 et 17 orientées vers le fond de l'encoche horizontale 18 de la barre de calage 8 présentent des gorges verticales 23 qui, lorsque les coins 16 et 17 sont complètement introduits dans l'encoche 18, forment une rainure verticale unique dont la section transversale correspond à la configuration de la découpure 24 faite dans le segment embouti 25 de la couronne feuilletée 11 et faisant partie de la mortaise verticale 13 disposée en regard de la mortaise verticale 10 prévue dans la barre de calage 8. La rainure verticale ainsi obtenue forme avec la mortaise verticale 10 un canal pour l'insertion des clavettes inclinées 14 à la partie inférieure de la barre de calage 8. Dans le mode de réalisation de la présente invention représenté dans la figure 4, les coins opposés 16 et 17 sont partagés en deux groupes de coins 26 et 27 disposés dans l'encoche 18 de façon à laisser entre eux un espace 28 formant avec la mortaise verticale 10 un canal pour l'insertion des clavettes inclinées 14 à la partie inférieure de la barre de calage 8. L'assemblage du rotor d'hydroalternateur vertical qui vient d'être décrit se fait comme suit. Une fois la couronne feuilletée 11 à pôles 12 (figure 1) installée sur le dispositif de freinage 29 du groupe hydraulique, le bâti 3 avec l'arbre 2 sont introduits dans le volume intérieur de la couronne 11 et installés sur la butée 30. Les mortaises verticales 10 prévues dans la barre de calage 8 de chacun des rayons du bâti 3 sont alors mises en coincidence avec les mortaises verticales 13 correspondantes pratiquées dans la couronne 11, tandis que le bord inférieur de la couronne est soulevé au moyen de vérins (non représentés) du dispositif de freinage 29, légèrement au-dessus du plan dans lequel se trouve disposée la face latérale supérieure (si l'on regarde le dessin) de l'encoche horizontale 18 de la barre de calage 8. Ensuite on fait entrer dans l'encoche 18 (figure 2) le coin inférieur 17 du dispositif d'appui (mais pas sur toute la profondeur de cette encoche), après quoi on place sur le coin inférieur 17 le coin supérieur 16 et on effectue l'opération de calage. Le calage des coins opposés 16 et 17 se fait jusqu'à ce que la face en bout et la surface horizontale supérieure du coin supérieur 16 entrent en contact, respectivement, avec le fond et la face latérale supérieure (si l'on regarde le dessin) de l'encoche 18, et jusqu' à l'obtention du degré de serrage voulu de ces coins dans l'encoche. Ceci fait, le coin inférieur 17 est imnobilisé en position au moyen de boulons 20, les deux coins 16 et 17 sortant toujours légèrement de ltencoche 18, comme indi qué plus haut. Une fois effectuée l'insertion des coins opposés 16 et 17 (figure 1) dans encoche 18 de la barre de calage 8, on fait descendre la couronne feuilletée 11 à pales 12 au moyen des vérins précités et on l'installe sur le dispositif d'appui, notamment sur la partie saillante -du coin supérieur 16. Ensuite, dans le canal formé par les mortaises verticales 10 et 13 pre w es dans la barre de calage 8 et la couronne feuilletée 11 et mises en coincidence, on intercale de haut en bas les clavettes d'espacement inclinées 14, après quoi on effectue le calage de ces clavettes en centrant en meme temps la couronne 11 par rapport au bâti 3. La couronne Il est maintenue en position en intercalant dans la plaque de fixation 15 dans la cannelure 9 réalisée à la partie supérieure de la barre de calage 8. Au cas où il est nécessaire de séparer le hâtai 3 et son arbre 2, d'avec la couronne 11, par exemple en vue de démonter la turbine hydraulique ordinairement située au-dessous de l'hydroalternateur, ou bien en vue de la répartition ou de ltentretien de diverses parties constitutives de lthydroalternateur, en particirlier du bâti 3 ou de la couronne feuilletée 11, on procède au démontage du rotor de la manière suivante. Après avoir arrêté l'hydroalternateur, la couronne 11 du rotor est installée sur le dispositif de freinage 29 qui supporte dans ce cas la masse de l'ensemble du rotor. Ensuite on effectue le chauffage de la couronne 11 de la manière habituelle jusqu a une température de l'ordre de 40 à 5O0C afin de faciliter le démontage des assemblages clavetés reliant le bâti 3 et la couronne Il. Après le chauffage de la couronne 11, on retire de'la cannelure horizontale 9 de la barre de calage 8 de chacun des rayons du bâti 3 la plaque de fixation 15, et l'on extrait des canaux formés par les mortaises verticales 13 de la couronne 11 et les mortaises verticales 10 de la barre de calage 8 des clavettes d'espacement inclinées 14.Ceci fait, on soulève la couronne 11, ainsi détachée du bâti 3, à laide des vérins mentionnés du dispositif de freinage 29, ce qui permet de libérer le dispositif d'appui de la barre de calage 8 de la charge exercée par la masse de la couronne 11 à pôles 12, et l'on peut alors procéder au démontage de ce dispositif. Pour ce faire, on dévisse d'abord les boulons (y compris le boulon 20) serrant le coin inférieur 17 à la barre de calage 8 et l'on retire ensuite légè- rement le coin inférieur 17 de l'encoche 18 en se servant d'un outil spécial que l'on introduit dans l'espace 19 (figure 2) pour réduire la force de Serrage, après quoi on extrait de l'encoche les deux coins opposés 16 et 17.Le dispositif d'appui démonté, on sort le bâti 3 (figure 1) avec l'arbre 2 du volume intérieur de la couronne 11, cette dernière restant installée sur le dispositif d'appui 29 dans la chambre 1 de l'hydroalternateur. Le montage et le démontage du rotor d'hydroalternateur vertical, objet de ltinvention, comportant les coins opposés 16 et 17 du dispositif d'appui tels qu'ils ont été décrits plus haut à l'aide des figures 3 et 4, s'effectuent essentiellement de la manière exposée ci-dessus. La seule légère différence, en ce qui concerne la variante de réalisation des coins opposés 16 et 17 montrée à la figure 4, réside dans le fait qu'on introduit (ou on retire) d'abord dans (de) l'encoche 18 de la barre de calage 8 l'un des groupes de coins, par exemple, le groupe 26, et ensuite, l'autre groupe 27 , une telle disposition étant particulièrement pratique dans certains types d'hydroalternateur verticaux. Les coins opposés du dispositif d'appui du rotor d'hydroalternateur vertical sont fabriqués en acier de construction ordinaire ou, dans des cas particuliers, en un acier spécial. Si le rotor en question est utilisé dans un hydroalternateur vertical d'une puissance de l'ordre de 200 000 kilowatts, les coins opposés constituant le dispositif d'appui auront, pour une profondeur de l'encoche les recevant de 40 mm, les dimensions suivantes: longeur 172 mm, largeur 60 mm, hauteur 38 mm, l'inclinaison de leurs plans conjugués étant choisie dans les limites de 1:5 à 1:10, ce qui évite pratiquement toute possibilité de leur autodécoincement et de leur sortie intempestive hors de l'encoche pendant le fonctionnement de I'hydroalternateur. En ce qui concerne la charge 2 supportée par le dispositif d'appui, elle peut atteindre à 1000 kg/cm2. Le dispositif d'appui du rotor d'hydroalternateur vertical faisant l'objet de l'invention est facile à fabriquer, il est d'un montage et d'un démontage aisés et d'une sûreté de fonctionnement élevée. Cette structure du dispositif d'appui permet de faciliter le montage et le démontage des hydroalternateurs verticaux, surtout en cas de gros hydroalternateurs, et de réduire le temps nécessaire aux travaux réglemen taires d'entretien ou bien à la reparation de l'hydroalternateur ou de la turbine dans les groupes hydrauliques à arbre vertical. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu a titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Rotor d'alternateur hydro-électrique vertical, du type comprenant un arbre et un bâti auquel sont fixées des barres de calage comportant à leur partie inférieure une encoche horizontale transversale recevant un dispositif d'appui sur lequel repose une couronne à pôles, carac térisé en ce que ledit dispositif d'appui est exécuté sous forme de coins orientés en opposition mutuelle et disposés dans l'encoche, cette dernière étant pratiquée sur la face extérieure de la partie inférieure de chacune des barres de calage, et faisant saillie au-delà de cette encoche en direction de ladite couronne. 2. Rotor d'alternateur hydro-électrique vertical suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits coins en opposition mutuelle formant le dispositif d'appui sont disposés dans ladite encoche horizontale transversale l'un sur l'autre et sont disposés de telle sorte que leurs biseaux soient orientés de la périphérie du bâti vers l'arbre du rotor, au moins l'un desdits coins étant fixé à la barre de calage au moyen de boulons. 3. Rotor d'alternateur hydro-électrique vertical suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans chacun desdits coins, dans son côté faisant face au fond de ladite encoche horizontale transversale, sont ménagées des gorges verticales formant ensemble une rainure verticale unique lorsque lesdits coins sont complètement introduits dans encoche, horizontale transversale. 4. Rotor d'alternateur hydro-électrique vertical suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que lesdits coinssont par tagés endeux groupes de coins placés dans laditeencochehorizontaletrans versable de façon à laisser entre ces groupes un certain espace.