Brevet FR2435847A1 — publié le 19800404

La présente invention concerne les machines électriques et a notamment pour objet un rotor de machine électrique à refroidissement direct par circulation de liquide. L'invention peut être utilisée avantageusement dans lesturbo-génératrices à piles non saillants. On connait un rotor de machine électrique à refroidissement direct par liquide (voir le brevet anglais NO 1416765) comportant un tambour de rotor à piles non saillants et un enroulement composé de bobines placées dans des encoches appropriées du tambour de rotor et couplées électriquement en ~série. Les bobines sont constituées de conducteurs creux par lesquels circule un liquide de refroidissement, chaque bobine formant un seul circuit hydraulique.Dans chaque circuit hydraulique, la borne inférieure ou radialement intérieure de la bobine constitue un conducteur pour amener le liquide de refroidissement dans le circuit hydraulique, et la borne supérieure ou radialement extérieure, un conducteur pour évacuer le liquide de refroidissement de ce circuit, de sorte que le conducteur d'évacuation du liquide de refroidissement est situé à une distance plus grande de l'axe du rotor que le conducteur d'amenée du liquide de refroidissement. Les conducteurs pour l'amenée et l'évacuation du liquide de refroidissement sont reliés, à l'aide de tubes métalliques coaxiaux à ces conducteurs, à un système d'amenée du liquide de refroidissement, de sorte que tous les circuits hydrauliques sont couplés hydrauliquement en parallèle. On sait que le degré de refroidissement du rotor est déterminé par le débit de liquide de refroidissement passant par les circuits hydrauliques. Le débit de liquide de refroidissement dans le circuit hydraulique est fonction de la pression du liquide et de la résistance du circuit hydraulique au courant de liquide ; or la pression du liquide de refroidissement dépend de la différence des niveaux d'évacuation et d'amenée du liquide de refroidissement dans ce circuit par rapport a l'axe du rotor, et la résistance au courant de liquide de refroidissement est déterminée essentiellement par la section des canaux de refroidissement du circuit hydraulique et par la longueur totale de celui-ci.Du fait que, dans le rotor connu décrit plus haut, le liquide de refroidisse ment est amené dans les circuits hydrauliques à une mEme distance de l'axe du rotor et en est évacué également à la même distance de l'axe du rotor, tous les circuits hydrauliques utilisent une même pression pour la circulation du liquide de refroidissement. Cependant, les débits du liquide passant par les circuits hydrauliques disposés symétriquement peuvent être différents par suite de la dispersion des valeurs du diamètre des canaux de refroidissement dans-les conducteurs des circuits hydrauliques, des distances inégales entre les bobines et la surface du rotor et des épaisseurs différentes de- l'isolation des conducteurs des bobines.Ceci conduit à un refroidissement asymétriquedu rotor et donne lieu à un déséquilibre thermique qui dépend de la charge de la machine électrique, provoquant un décalage de l'axe de rotation de l'arbre du rotor par rapport à la position nominale, ce décalage étant dfl à des déformations thermiques supplémentaires et entraSnant des vibrations de l'arbre du rotor sur les appuis, ce qui abaisse la fiabilité de la machine électrique. La suppression du déséquilibre thermique à l'aide de poids d'qui librage disposés sur le rotor est impossible dans les conditions de charge variable de la machine électrique. La:présente invention a notamment pour but de créer un rotor de machine électrique à refroidissement direct par circulation de liquide, qui permettrait de supprimer ledit déséquilibre thermique, et d'élever de ce fait la fiabilité de la machine électrique, par réglage du débit de liquide de refroidissement circulant dans les circuits hydrauliques en faisant varier le niveau d'évacuatioL du liquide de refroidissement par rapport à l'axe du rotor dans chacun des circuits hydrauliques. Ces objectifs sont atteints grace à un rotor de machine électrique à refroidissement direct par liquide, du type comprenant des piles et un enroulement constitué par des conducteurs creux formant des circuits hydrauliques branchés hydrauliquement en parallèle sur un système d'amenée de liquide de refroidissement, le conducteur pour l'évacuation du liquide de refroidissement étant disposé, dans chaque circuit hydraulique, à une distance plus grande de l'axe du rotor que le conducteur pour l'amenée du liquide de refroidissement, ledit rotor étant caractérisé, suivant Invention en ce que, le conducteur d'évacuation du liquide de refroidissement dans chaque circuit hydraulique est muni d'un embout courbé, monté avec possibilité de rotation par rapport à l'axe de ce conducteur. L'avantage de la présente invention consiste en ce qu'en tournant l'embout courbé du conducteur pour l'évacuation du liquide de refroidissement dans le circuit hydraulique dans la zone duquel on a constaté un déséquilibre thermique, on peut faire varier la distance entre l'orifice-de sortie de cet embout et l'axe du rotor et changer en conséquence le débit du liquide de refroidissement dans ce circuit, ce qui permet de supprimer le déséquilibre thermique. Dans ce qui suit, l'invention est exposée plus explicitement par la description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente un rotor de machine électrique à refroidissement direct par circulation de liquide conforme à l'invention (vue en bout avec arrachements partita, le carter du système d'amenée du liquide de refroidissement étant enlevé); - la figure 2 représente une vue en coupe longitudinale de la partie frontale du rotor représenté sur la figure 1, dans la zone des sorties d'un circuit hydraulique - la figure 3 représente une vue suivant la flèche A de la figure 2 (à échelle agrandie). Le rotor de machine électrique à refroidissement direct par circulation de liquide, selon l'invention, comprend un tambour de rotor 1 à p81es-non saillants (figure 1) et un enroulement composé de bobines 2 reliées électriquement entre elles en série, logées dans les encoches du tambour de rotor, et qui sont empêchées de se déplacer radialement au moyen de cales d'encoches 3. Les bobines 2 sont constituées par des conducteurs creux 4, 5, & à l'intérieur desquels passe le liquide de refroidissement. Les conducteurs 4, 5, 6 forment des circuits hydrauliques dans chacun desquels le conducteur 5 sert à amener le liquide de refroidissement dans le circuit hydraulique, et le conducteur 6, à l'évacuer de ce circuit.Comme le montre la figure 1, les conducteurs 6 servant à évacuer le liquide sont disposés à une distance plus grande de l'axe du rotor que les conducteurs 5 d'amenée du liquide. Dans la variante envisagée de réalisation de l'invention chaque circuit hydraulique est constitué par les conducteurs 4, 5, 6 d'une même bobine 2, mais l'on comprendra aisément que chaque circuit hydraulique pourrait être formé par les conducteurs de plusieurs bobines, ou encore, par une partie seulement des conducteurs d'une même bobine, pourvu que la configuration des circuits hydrauliques disposés symétriquement par rapport à l'axe transversal q des p81es 1 soit la même. La figure 2 montre une co?lpe longitudinale de la partie frontale du rotor conforme à l'invention. Le conducteur 5 d'amenée du liquide de refroidissement et le conducteur 6 d'évacuation du liquide sont déportés axialement au-delà des têtes des bobines 2 séparées par des joints isolants 7. Les têtes des bobines 2 et les conducteurs 5, 6 sont empêchés de se déplacer radialement par une frette 8. Aux conducteurs 5 d'amenée du liquide de refroidissement sont raccordés des tubes métalliques 9 fixés dans des tubes isolants 10 montés dans les trous cylindriques d'un anneau de butée 11. Aux conducteurs 6 d'évacuation du liquide de refroidissement sont raccordés des tubes métalliques 12 fixés dans des tubes isolants 13 montés dans les trous cylindriques de l'anneau de butée 11. Un anneau d'écoulement 14 est fixé à l'anneau de butée Il par assemblage à boulons 15 (figure 1). Les trous cylindriques 16 (figure 2) de l'anneau d'écoulement 14 sont coaxiaux aux tubes 12, 13 et aux conducteurs 6 d'évacuation du liquide. Des embouts courbés 17 sont insérés dans les trous cylindriques 16 de l'anneau d'écoulement 14 avec possibilité de rotation par rapport à l'axe du conducteur 6 correspondant d'évacuation du liquide, comme montré par la flèche sur la figure 3, et sont bloques par des écrous 18. Les circuits hydrauliques par l'intermédiaire des embouts 17 (figure 2) et des tubes isolants 10, sont branchés hydrauliquement en parallèle sur un système d'amenée du liquide de refroidissement, comprenant le carter 19 du système d'amenée du liquide de refroidissement, dans lequel est fixé hermétiquement un anneau 20, un collecteur ouvert du côté de l'arbre 21 du rotor et formé par l'anneau de butée Il et un anneau profilé 22, et ledit anneau d'écoulement 14. Des canaux 23 sont prévus dans l'anneau 20 pour l'amenée du liquide de refroidissement dans l'anneau profilé 22. Une saillie annulaire 24 rend le carter 19 du système d'amenée du liquide de refroidissement étanche à l'air ambiant du côté de l'arbre 21 du rotor. Pendant la marche de la machine électrique, le liquide de refroidissement arrive par les canaux 23 de l'anneau 20 dans l'anneau profilé 22 du collecteur et, sous l'effet de la rotation du rotor, passe par les tubes 9, 10 et arrive dans le conducteur 5 d'amenée du liquide de refroidissement, après quoi la force centrifuge fait circuler le liquide par les conducteurs creux 4 (figure 1) le long des circuits hydrauliques. Le liquide est évacué en passant par les conducteurs 6 (figure 2), les tubes 13, 12, et les embouts 17 pour atteindre la surface intérieure de l'anneau d'écoulement 14, et s'écoule ensuite par cette surface dans le carter 19 du système d'amenée de liquide de refroidissement. La pression du liquide dans les circuits hydrauliques est assurée par la différence entre la distance séparant les orifices de ortie des embouts 17 de l'axe du rotor et celle séparant les orifices d'admission des tubes 10 de l'axe du rotor. Le débit de liquide à travers les circuits hydrauliques dépend de la pression du liquide et de la résistance de ces circuits au courant de liquide. Dans le cas idéal, c'est-à-dire quand il y a identité parfaite de chaque paire de circuits hydrauliques disposés symétriquement par rapport à l'axe transversal "q" (figure 1) du rotor, le débit de liquide dans chaque paire de circuits symétriques sera le mme et le rotor sera refroidi uniformément. Avant la mise en marche de la machine électrique, on oriente tous les embouts 17 tangentiellement comme indiqué par les traits interrompus de la figure 3. Quand au cours du fonctionnement de la machine électrique, on constate un déséquilibre thermique du rotor dA par exemple à une surchauffe du rotor dans la zone où est situé le circuit hydraulique formé par la plus petite bobine 2 qui est la plus proche du pôle 1 (figure 1), on tourne vers le bas l'embout 17 du conducteur d'évacuation du liquide dans le circuit hydraulique symétrique formé par la plus petite'bobine 2 qui est la plus proche du p81e opposé (non représe , de manière à diminuer la distance de son orifice de sortie à l'axe du rotor jusqueà une valeur à laquelle le changement du débit de liquide dans ce circuit hydraulique supprime le déséquilibre thermique. Ensuite, l'embout 17 est immobilisé dans cette position à l'aide de l'écrou 18 (figure 3). L'invention propose donc un procédé simple et commode de réglage du débit de liquide de refroidissement pendant les essais et au cours de l'exploitation de la machine électrique, la gamme de réglage du débit de liquide étant suffisamment large pour supprimer le déséquilibre thermique dans les conditions typiques d'utilisation des machines électriques. il va de soi que l'invention ne se limite pas au mode de réalisation décrit ci-dessus et donné uniquement à titre d'exemple, car on peut envisager des variantes de réalisation. En particulier, la construction du rotor peut différer de celle décrite et comporter par exemple, des pâles saillants. Les circuits hydrauliques peuvent être formés non pas par l'enroulement d'excitation, mais par l'enroulement amortisseur du rotor. Le rotor selon l'invention peut être utilisé en combinaison avec différents systèmes d'amenée du liquide de refroidissement, autres que celui décrit plus haut, par exemple avec un système où le liquide de refroidissement est amené par des canaux appropriés pratiqués dans l'arbre du rotor. L'invention comprend donc 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 de la revendication qui suit. REVENDICATION 1. - Rotor de machine électrique à refroidissement direct par circulation de liquide, du type comprenant des pâles et un enroulement constitué par des conducteurs creux formant des circuits hydrauliques branchés hydrauliquement en parallèle sur un système d'amenée du liquide de refroidissement, le conducteur pour l'évacuation du liquide de refroidissement étant, dans chaque circuit hydraulique, disposé à une distance plus grande de l'axe du rotor que le conducteur pour l'amenée dudit liquide, caractérisé en ce que, dans chaque circuit-hydraulique, le conducteur pour l'éva- cuation du liquide de refroidissement est muni d'un embout courbé, monté avec possibilité de rotation par rapport à l'axe de ce conducteur.