Brevet FR2456373A1 — publié le 19801205

CONDUCTEUR ELECTRIQUE EN FORt't DE PROFILE CREUX La présente invention concerne un conducteur électrique en forme de profilé creux qui comporte un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant parallèlement les uns aux autres et recevant un fluide de refroidissement,et est destiné en particulier à l'enroulement rotorique d'un générateur électrique. En cours de fonctionnement d'une installation électrique, comme par exemple un générateur, des pertes d'énergie provoquent un échauffement de l'installation électrique ou de ses éléments constitutifs, ce qui peut entrainer un raccourcissement considérable de -la durée de vie de l'installation électrique. Afin que la température de l'installation électrique et de ses éléments constitutifs n' excède pas certaines valeurs maximales, des mesures sont généralement prises pour assurer une dissipation suffisante de la chaleur. A cet égard, il est connu d'utiliser en vue de la dissipation de chaleur des conducteurs en forme de profilés creux qui comportent un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant parallèlement les uns aux autres et dans lesquels peut circuler un fluide de refroidissement. le fluide de refroidissement utilisé peut etre par exemple de l'air lorsque la quantité de chaleur produite est faible et de l'hydrogène ou également de l'eau lorsque la quantité de chaleur produite est plus grande. Des conducteurs en forme de profilé creux à l'intérieur desquels circule un fluide de refroidissement sont utilisés non seulement pour l'enroulement rotorique de générateurs électriques mais aussi par exemple pour l'enroulement en forme de bobine de fours à induction et l'enroulement en forme de bobine d'aimants pour synchrotrons et chambres à bulles. les conducteurs en forme de profilé creux connus qui comportent un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant parallèlement les uns aux autres et recevant un fluide de refroidissement et peuvent être utilises notamment pour l'enrou- lement rotorique de générateurs électriques sont réalisés en une seule pièce. Des conducteurs en forme de profilé creux de ce genre ont pour inconvénient que leurs parties formant paroi ne peuvent qu'à grand frais être contrôlées en ce qui concerne la présence de défauts de la matière constitutive, en particulier de défauts d'étanchéité susceptibles de laisser passer du fluide de refroidissement, la détermination de défauts de la matière constitutive n'étant même fréquemment réalisable que de façon limitée.Ce contrôle des parties formant paroi du conducteur, effectué de préférence par ultrasons ou courants de Foucault et destiné à détecter des défauts de la matière constitutive, a notamment pour but de veiller à ce que le fluide de refroidissement ne risque pas au niveau de défauts d'étanchéité des parties formant paroi de -passer d'un canal de refroidissement dans un autre ou bien d'un canal de refroidissement dans le milieu ambiant, ce qui pourrait conduire à un changement des conditions de refroidissement dans l'installation électrique et finalement à une détérioration de celle-ci par suite de températures trop élevées. le contrôle des parties formant paroi d'un conducteur en forme de profilé creux en une seule pièce en vue de détecter des défauts de la matière constitutive présente surtout des difficultés notables lorsque la section de passage que les ca naux de refroidissement offrent au fluide de refroidissement est petite en comparaison de la section extérieure du conducteur dans son ensemble. A cela s' ajoute que la fabrication d'un conducteur en forme de profilé creux en une seule pièce, dans la mesure où elle se réalise par une opération de filage ou extrusion, nécessite des outils complexes et en conséquence coûteux. I1 en est d'autant plus ainsi lorsque les conducteurs en forme de profilé creux du genre concerné doivent à ;L'état fini satisfaire à des exigences de précision dimensionnelle rigoureuses. les conducteurs en forme de profilé creux doivent souvent avoir des dimensions fixées à l'avance de manière précise affin que les intensités de courant s'établissant sur la longueur d'un seul conducteur ou sur l'étendue de plusieurs conducteurs individuels soient toujours égales les unes aux autres.En outre, dans différentes parties de mêmes dimensions d'un équipement électrique, par exemple l'enroulement rotorique d'un générateur, un même nombre de conducteurs en forme de profilé creux ne peuvent être logés les uns à côté des autres que si ceux-ci présentent entre eux des dimensions extérieures égales. D'autre part,il importe d'obtenir des rapports dimensionnels identiques au niveau des canaux de refroidissement des conducteurs en forme de profilé creux afin de permettre aux canaux de refroidissement de recevoir des quantités de fluide de refroidissement déterminées égales. Compte tenu des exigences mentionnées, le conducteur en forme de profilé creux connu réalisé en une seule pièce est généralement fabriqué par une opération de filage ou extrusion suivie de plusieurs opérations d'étirage, la presse à filer comportant un outil dit en pont ("bridge die"). Un tel outil en pont est extrêmement complexe et en conséquence coû- teux. En outre, la pression à exercer dans ces conditions lors du filage est très élevée. Outre cette énergie importante à fournir en cas d'utilisation d'un outil en pont pour ltopéra- tion de filage, un tel outil a pour inconvénient de ne permettre que dans une faible mesure de changer les dimensions extérieure et intérieure des conducteurs en forme de profilé creux. Lors de la fabrication des conducteurs en forme de profilé creux en une seule pièce connus, des outils en pont sont utilisés pour l'opération de filage indépendamment du fait de savoir si le conducteur fini présente un seul canal de refroidissement ou deux canaux de refroidissement. De plus, il n'est pas possible jusqu'à présent de fabriquer au moyen d'un outil en pont un conducteur en forme de profilé creux en une seule pièce présentant plus de deux canaux de refroidissement. Or, la présente invention a pour objet de réaliser un conducteur en forme de profilé creux qui comporte un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant parallèlement les uns aux antres et recevant du fluide de refroidissement, et est destiné en particulier à l'enroulement rotorique d'un générateur électrique, ce conducteur pouvant être fabriqué moyennant des dépenses relativement faibles meXme dans le cas de dimensions bien déterminées et très variées en ce nui concerne la section extérieure du conducteur ainsi que la section des canaux de refroidissement, qu'il s'agisse d'un conducteur comportant intérieurement-un, deux ou plusieurs canaux de refroidissement, et les parties formant paroi du conducteur pouvant au cours de sa fabrication être facilement contrôlées même dans des zones de faibles dimensions en ce qui concerne la présence de défauts de la matière constitutive. Ce problème est résolu suivant la présente invention en créant un conducteur en forme de profilé creux qui est formé en combinant un tube formant enveloppe et un ou plusieurs tubes formant canaux de refroidissement glissés côte à côte dans le tube formant enveloppe et assujettis tant par rapport à ce dernier que les uns par rapport aux autres de façon à ne pas pouvoir coulisser, chacun de ces derniers tubes présentant un canal de reEroidissement qui s'étend dans la direction axiale du tube canceméetlaparci intérieure du tube formant enveloppe prenant appui contre les parties formant paroi extérieure adjacentes des tubes formant canaux de refroidissement de façon que ces parois se touchent. C'est grâce au fait que le conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention est réalisé en plusieurs pièces que son coût de fabrication est réduit. En effet, le tube formant enveloppe et le tube ou les tubes formant canaux de refroidissement à glisser et assujettir dans le tube formant enveloppe peuvent être fabriqués au cours de phases de production séparées. De ce fait, les outils à utiliser pour la fabrication de ce conducteur peuvent être relativement légers et donc peu onéreux. I1 en est également ainsi pour des dimensions très variées de la section extérieure du conducteur ainsi que de la section des canaux de refroidissement des tubes formant ces derniers, la fabrication pouvant en outre éga lement se réaliser avantageusement sur le plan du prix de revient et facilement dans le cas de rapports très variés de ces dimensions. Du fait que plusieurs parties tubulaires sont fabriquées séparément, les outils peuvent en outre être utilisés de façon à n'avoir à réaliser qu'un travail de déformation réduit. De surcrolt, le contrôle des parties formant paroi du conducteur en forme de profilé creux en vue de détecter des défauts de la matière constitutive peut s'effectuer par des essais séparés en ce qui concerne d'une part le tube formant enveloppe et d'autre part le ou les tubes formant canaux de refroidissement, c > est-à-dire avant que le ou les tubes formant canaux de refroidissement ne soient glissés dans le tube formant enveloppe. I1 s'ensuit que le conducteur en forme de profilé creux peut être plus facilement contrôlé en ce qui concerne la présence de défauts de la matière constitutive et cela même dans des zones de très faibles dimensions. A cela s'ajoute que le conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention peut à l'état fini sans problème comporter trois ou un plus grand nombre de canaux de refroidissement sans que sa fabrication exige des outils spéciaux et en conséquence coûteux, Une bonne transmission de chaleur au fluide de refroidissement gazeux ou liquide passant par les canaux de refroidissement du conducteur est obtenue du fait que la paroi intérieure du tube formant enveloppe est en contact avec les parties adjacentes de la paroi extérieure du ou des tubes formant canaux de refroidissement. Plusieurs formes de réalisation préférées de l'invention sont décrites ci-dessous. Ainsi, le tube formant enveloppe et le ou les tubes formant canaux de refroidissement du conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention sont de préférence fabriqués par des opérations de filage séparées suivies d'opérations d'étirage. En ce qui concerne les opérations de filage, le tube formant enveloppe et le ou les tubes formant canaux de refroidissement peuvent être réalisés séparément au moyen d'outils de filage tout à fait normaux et par conséquent peu coûteux sous des pressions réduites. De ce fait, la fabrication d'un conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention n' exige pas l'utilisation classique d'un outil en pont pour le filage. lors de la fabrication du conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention, on peut avantageusement procéder à une seule opération d'étirage effectuée de préférence notamment de telle sorte que le tube formant enveloppe et le ou les tubes formant canaux de refroidissement, en étant tirés ensemble à travers un outil d'étirage, de préférence une filière d'étirage à outil intérieur, se trouvent assujettis de façon à ne pas pouvoir coulisser les uns par rapport aux autres, le tube formant enveloppe subissant lors de l'étirage un changement de section de façon à rapprocher le tube formant enveloppe du ou des tubes formant canaux de refroidissement.A cet égard, il n'est pas nécessaire,pour rapprocher le tube formant enveloppe du ou des tubes formant canaux de refroidissement,d'exercer à l'intérieur de la filière d'étirage une pression suffisante pour réaliser un soudage des surfaces du tube formant enveloppe et du ou des tubes formant canaux de refroidissement entrant en contact les unes avec les autres. Suivant une caractéristique de l'invention, le tube formant enveloppe et le ou les tubes formant canaux de refroidissement sont, avant d'être assujettis entre eux en étant pressés les uns sur les autres par étirage, d'abord soumis à des opérations d'étirage préalables en étant amenés à passer séparément par un outil d'étirage de façon à subir au moins une fois un changement de section, celui-ci étant éventuellement suivi d'un recuit intermédiaire. De même que les outils de filage nécessaires à la fabrication du conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention,les outils d'étirage nécessaires peuvent être beaucoup plus légers et donc moins coûteux que les outils de filage et d'étirage utilisés pour la fabrication du conducteur en forme de profilé creux connu réalisé en une seule pièce. Du fait que le conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention est obtenu à partir de plusieurs pièces, le travail de-déformation à effectuer lors de sa fabrication est comparativement réduit de façon notable. le tube formant enveloppe présente de préférence une section extérieure sensiblement rectangulaire. Cette forme de réalisation permet sur une longueur préétablie, par exemple de l'enroulement rotorique d'un générateur électrique, de disposer le plus grand nombre possible de conducteurs en forme de profilé creux ou de spires de ceux-ci les uns à côté des autres. Afin de rendre des tubes formant canaux de refroidissement incorporés dans des conducteurs en forme de profilé creux suivant l'invention plus facilement interchangeables3 il est prévu de préférence que le conducteur en forme de profilé creux comporte un tube formant enveloppe à section intérieure sensiblement rectangulaire et que chacun des tubes formant canaux de refroidissement présente une section extérieure sefr siblement rectangulaire, de préférence carrée, avec une longueur de côté correspondant à la longueur des côtés courts de la section intérieure du tube formant enveloppe. La section de passage libre de chaque tube formant canal de refroidissement peut être très variée. Suivant une forme de réalisation préférée de l'inventionchaque tube formant canal de refroidissement présente dans sa section de passage libre des nervures intérieures qui augmentent la chaleur transmise au fluide de refroidissement passant par le tube formant canal de refroidissement. Si les tubes formant enveloppe et également les tubes formant canaux de refroidissement de conducteurs en forme de profilé creux suivant ltinvention sont des tubes en cuivre, ces conducteurs se distinguent par une bonne conductivité tant électrique que thermique. le tube formant enveloppe et le ou les tubes formant canaux de refroidissement d'un conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention peuvent cependant être réalisés dans des métaux différents. Dans ce cas,il est cependant préféré que le tube formant enveloppe soit un tube en cuivre. I1 est avantageux de réaliser le tube formant enveloppe en cuivre et le ou les tubes formant canaux de refroidissement en aluminium, puisque l'utilisation d'aluminium pour le ou les tubes formant canaux de refroidissement permet, du fait que l'aluminium est moins coûteux et moins lourd que le cuivre, d'obtenir un conducteur en forme de profilé creux à la fois bon marché et léger. L'invention est expliquée plus en détail ci-dessous à l'aide des dessins annexes qui illustrent des conducteurs-en forme de profilé creux ou des parties de ceux-ci en vue de dessus, en direction de l'axe des canaux de refroidissement, et dans lesquels la figure 1 représente à titre d'exemple un conducteur en forme de profilé creux connu réalisé en une pièce la figure 2 représente un exemple de réalisation du conducteur en forme de profilé creux réalisé en plusieurs par ties suivant l'invention et comportant deux tubes formant canaux de refroidissement introduits dans un tube formant en enveloppe ;; la figure 3 représente le tube formant enveloppe du con ducteuren forme de profilé creux suivant la figure 2, les tubes formant canaux de refroidissement n'étant pas introduits dans le tube formant enveloppe la figure 4 représente les deux tubes formant canaux de refroidissement qui dans le cas du conducteur en forme de profilé creux de la figure 2.se trouvent introduits dans le tube formant enveloppe, ce dernier n'étant pas représenté ; et la figure 5 représente les deux tubes formant canaux de refroidissement à introduire suivant un second exemple de réalisation de l'invention dans le tube formant enveloppe, ce dernier tétant pas représenté et la section de passage libre des tubes formant canaux de refroidissement étant différente de celle du premier exemple de réalisation. Les conducteurs en forme de profilé creux illustrés sur les dessins comportent chacun deux canaux de refoidissement 1 s'étendant parallèlement l'un à l'autre et recevant un fluide de refroidissement. Alors que le conducteur en forme de profilé creux de la figure 1 est réalisé en une pièce, ceux représentés sur les figures 2 à 5 sont conformément à la présente invention composés de plusieurs pièces, à savoir chacun de trois pièces. Les conducteurs en forme de profilé creux représentés sur les figures 2 à 5 sont chacun obtenus par la combinaison d'un tube formant enveloppe 2 et de deux tubes formant canaux de refroidissement 3 glissés côte à côte dans le tube formant enveloppe 2 et assujettis par rapport à ce dernier ainsi que l'un par rapport à l'autre de façon à ne pas pouvoir coulisser, chacun des tubes formant canaux de refroidissement 3 présentant un canal de refroidissement 1 s'étendant dans la direction axiale X du tube concerné. A l'état fini du conducteur en forme de profilé creux suivant l'invention, la paroi intérieure 4 du tube formant enveloppe 2 prend appui, comme représenté sur la figure 2, contre les parties adjacentes 5 de la paroi extérieure des tubes formant canaux de refroidissement 3 de façon que ces parois se touchent mutuellement. Le tube formant enveloppe 2 et les deux tubes formant canaux de refroidissement 3 sont formés de tubes sans soudure, ces trois tubes 2, 3 étant fabriqués tous de la même manière dans des phases de fabrication séparées par filage à chaud. En étant tirés ensemble à travers un outil d'étirage, de préférence une filière d'étirage à outil intérieur, le tube formant enveloppe 2 et les deux tubes formant canaux de refroidissement 3 se trouvent rapprochés les uns des autres de façon à se toucher intimement. le tube formant enveloppe 2 présente des sections extérieure et intérieure sensiblement rectangulaires, D'autre part, les tubes formant canaux de refroidissement 3 représentés sur les figures 2 à 5 présentent chacun une section extérieure sensiblement rectangulaire avec une longueur de côté 1 correspondant à la longueur 1 des côtés courts de la section intérieure du tube formant enveloppe 2. les tubes formant canaux de refroidissement 3 présentent dans le cas des figures 1 à 4 une section extérieure carrée et dans le cas de la figure 5 une section extérieure rectangulaire non carrée. Les canaux de refroidissement 1 des deux tubes formant canaux de refroidissement 3 présentent dans le cas des figures 2, 3 et 4 une section de passage circulaire et dans le cas de la figure 5 une section de passage elliptique, des nervures intérieures 6 étant en outre prévues dans ce dernier cas. REVENDICATIONS 1 - Conducteur électrique en forme de profilé creux qui comporte un ou plusieurs canaux de refroidissement s'étendant parallèlement les uns aux autres et recevant un fluide de refroidissement,et est destiné en particulier à former l'enroulement rotorique d'un générateur électrique, caractérisé par la combinaison d'un tube formant enveloppe (2) et d'un ou plusieurs tubes formant canaux de refroidissement (3) glissés côte à côte dans le tube formant enveloppe (2) et assujettis de façon à ne pouvoir coulisser ni par rapport à ce dernier ni les uns par rapport aux autres, chacun des tubes formant canaux de refroidissement (3) présentant un canal de refroidissement (1) qui s'étend dans la direction axiale X du tube concerné et la paroi intérieure (4) du tube formant enveloppe (2) prenant appui contre les parties formant paroi extérieure adjacentes (5) des tubes formant canaux de refroidissement (3) de façon que ces parois se touchent. 2 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3) sont chacun des tubes sans soudure. 3 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3) sont fabriqués dans des phases de fabrication séparées par filage ou extrusion. 4 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le filage est effectué de facon à obtenir une déformation à chaud. 5 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3),en étant ensemble tirés à travers un outil d'étirage , de préférence une filière d'étirage à outil intérieur, se trouvent assujettis de façon à ne pas pouvoir se déplacer les uns par rapport aux autres, le tube formant enveloppe (2) subissant lors de l'étirage en même temps un changement de section de façon à rapprocher le tube formant enveloppe (2) du ou des tubes formant canaux de refroidissement (3). 6 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant la revendication 59 caractérisé en ce que, le tube formant enveloppe (2) et les tubes formant canaux de refroidissement (3) ayant été rapprochés par étirage, le conducteur est amené à présenter sa dimension finale en lui faisant subir une opération d'étirage additionnelle. 7 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le tube format enveloppe (2) et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3), avant d'être assujettis les uns par rapport aux autres, sont amenés à passer séparément à travers un outil d'étirage de façon à subir au moins une fois un changement de section, celui-ci étant éventuellement suivi d'un recuit intermédiaire. 8 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) présente une section extérieure sensiblement rectangulaire. 9 9 - Conducteur électrique en forme de profilé creux sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 8, en particulier suivant cette dernière revendication, caractérisé en ee que le conducteur présentant plusieurs tubes formant canaux de refroidissement (3) comporte un tube formant enveloppe (2) de section intérieure sensiblement rectangulaire, les tubes formant canaux de refroidissement (3) présentant chacun une section extérieure sensiblement rectangulaire, de préférence carrée, avec une longueur de côté 1 correspondant à la longueur des côtés courts de la section intérieure du tube formant enveloppe (2). 10 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que chaque tube formant canal de refroidissement (3) présente des nervures intérieures (6) dans sa section de passage libre. 11 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3) sont des tubes en cuivre. 12 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) est en un métal dif fervent de celui constitutif du ou des tubes formant canaux de refroidissement (3), le tube formant enveloppe (2) étant de préférence un tube en cuivre, 13 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le tube formant enveloppe (2) est un tube en cuivre et le ou les tubes formant canaux de refroidissement (3) sont en aluminium. 14 - Conducteur électrique en forme de profilé creux suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que chaque opération d'étirage consiste en une déformation à froid.