Brevet FR2464590A1 — publié le 19810306

La présente invention concerne d'une façon générale le domaine des constructions électromécaniques et a notamment pour objet un dispositif d'amenée de liquide dans un organe tournant tel que, en particulier, un rotor de machine électrique. Le dispositif proposé pour l'amenée de liquide notamment dans le rotor d'une machine électrique peut autre utilisé avantageusement dans les machines électriques en particulier dans les cas où il est nécessaire d'intensifier le refroidissement ou d'élever le coefficient d'utilisation de la machine (le coefficient d'Esson), qui caractérise l'efficacité de l'utilisation des matériaux actifs. I1 est à noter que depuis un certain temps il est devenu nécessaire de créer des groupes destinés à être utilisés sous de faibles charges d'eau. Les plus efficaces parmi ces groupes sont les groupes bulbes, c'est-à-dire les groupes dans lesquels le rotor, la turbine et tous les organes auxiliaires sont renfermés dans une seule enveloppe appelée "bulbe". Etant donné que dans de tels groupes les dimensions de la génératrice sont beaucoup plus petites que dans les turbines hydrauliques classiques, il est indispensable, pour son fonctionnement normal, d'augmenter considérablement l'intensité du refroidissement de la génératrice. A l'heure actuelle, il existe dans ce domaine de la technique un grand nombre de dispositifs conçus pour le refroidissement de I'enroulement d'excitation et des noyaus polaires du rotor. Ainsi, par exemple, on connaît des dispositifs de refroidissement du rotor par air, constitués par un ventilateur puissant placé à l'intérieur de la tête du bulbe, avec un moteur électrique monté sur le même arbre que le ventilateur. Une telle disposition de ces éléments et des autres organes auxiliaires présente certaines difficultés au stade de l'élaboration des projets. Certains constructeurs utilisent le refroidissement des génératrices en bulbe par de l'air comprimé. Parmi les inconvénients de cette méthode de refroidissement il faut signaler la nécessité d'assurer l'étanchéité de l'entrée du bulbe, ainsi que l'obligation de construire les éléments d'étanchéité de la turbine et des paliers de telle manière que la pression à laquelle se trouve l'air comprimé ne chasse pas l'air à travers le dispositif d'étanchéité de la turbine dans le courant d'air usé et n'expulse pas l'huile des boîtiers des paliers. La nécessité de respecter ces conditions crée également des difficultés dans l'élaboration des projets. En outre, le refroidissement par l'air comprimé rend l'entretien du générateur beaucoup plus difficile à réaliser. En effet, pour pouvoir pénétrer dans le bulbe pour la visite ou la réparation des sous-ensembles de la turbine ou de la génératrice qui s'y trouvent, il est nécessaire de supprimer la pression dans le bulbe et d'arrêter le ventilateur, ce qui n'est possible, pendant la marche du groupe, que pendant une courte période. Les séjours plus prolongés du personnel à l'intérieur du bulbe nécessitent des arrêts du groupe, ce qui affecte considérablement les conditions de son exploitation. On connait des générateurs pour les groupes bulbes à refroidissement du stator et du rotor par eau. L'eau possède une capacité calorifique plus grande que l'air et son aptitude à évacuer la chaleur est de plusieurs fois supérieure à celle de l'air. C'est pourquoi, en circulant à l'intérieur des conducteurs creux des enroulements du rotor et du stator, l'eau assure une extraction très efficace de la chaleur. On connaît des dispositifs d'amenée d'eau dans le système d'une installation à turbine hydralllique qui comportent deux tuyaux concentriques et un récepteur d'eau directement adjacent au bout de l'arbre de la génératrice, sur lequel est fixée une douille distributrice. A travers cette douille, l'eau est amenée dans un perçage prévu dans l'arbre et communiquant avec les enroulements rotoriques de la génératrice. Le récepteur d'eau se compose de chambres de pression, de vidange et de drainage, formées par des cloisons annulaires fixes, réunies entre elles. Pour séparer la chambre de pression de celles de vidange et de drainage, il est prévu dans le earter ou corps du récepteur d'eau des éléments d'étanchéité annulaire et d'about, obturant les jeux en bout entre le carter et la douille rotative. L'inconvénient principal de tels dispositifs est l'absence d'autoréglage du serrage de joints d'étanchéité contre les éléments formant entre eux ledit jeu, et par suite, le peu de fiabilité du dispositif. Ceci a pour conséquence qu?en cas d'absence, même de courte durée, d'eau dans les chambres de travail du récepteur d'eau, les éléments d'étanchéité s'échauffent rapidement et se détériorent, les fragments résultant de leur destruction bouchent les conducteurs creux des enroulements du rotor, ce qui peut conduire à des incidents sérieux. On connaît également un dispositif d'amenée de liquide de refroidissement dans le rotor d'une machine électrique, selon le brevet américain NO 3.335.303, qui comporte deux éléments tubulaires coaxiaux fixés sur l'arbre du rotor et constituant la partie tournante du dispositif. L'élément tubulaire extérieur est exécuté sous la forme d'une douille et est entouré par des chambres de pression, de vidange et de drainage formées par des cloisons radiales annulaires réunies entre elles Ces cloisons radiales sont montées à poste fixe avec un faible intervalle radial par rapport à l'élément tubulaire extérieur, de manière à éliminer les contacts entre les parties fixes et tournantes. Le carter est assemblé aux éléments tubulaires tournants par l'interméidiaire de paliers en antifriction et de bagues. La présence des deux éléments tubulaires coaxiaux est nécessaire pour assurer l'isolement thermique entre le flux de liquide froid allant de la chambre de pression à l'élément tubulaire intérieur, et le flux de liquide chaud qui se trouve dans les chambres de vidange et de drainage. Cependant, au cours du fonctionnement d'un tel dispositif d'amenée de liquide dans le rotor de la machine électrique, il se produit d'importantes fuites d'eau d'une chambre dans l'autre à travers les intervalles radiaux entre les cloisons annulaires fixes et l'élément tubulaire extérieur tournant. Ces fuites qui, sans passer par le rotor de la génératrice, vont de la chambre annulaire de pression directement à la chambre de vidange, peuvent constituer plus de 50 du débit total de liquide de refroidissement. Des fuites d'eau aussi importantes nécessitent l'installation de pompes de puissance accrue pour assurer le débit requis d'eau de refroidissement. En outre, l'eau froide des fuites, en se mélangeant dans la chambre de vidange avec de l'eau chaude sortant du rotor, abaisse la température résultante de l'eau dans le tuyau de vidange, sur lequel sont montés des appareils de contrôle thermique, et fausse de ce fait les mesures de l'état thermique du rotor. L'impossibilité de réduire notablement l'importance des faites s'explique par le fait que, dans le dispositif en question, on ne peut ménager des jeux infiniment petits, car alors ces jeux deviennent instables à cause des déformations dues aux variations de la température du matériau des éléments d'étanchéité des cloisons radiales fixes. Un autre inconvénient de ce dispositif est la difficulté de son montage. En effet, la disposition coaxiale des deux éléments tubulaires rend difficile la mise en place des éléments d'étanchéité aux endroits difficilement accessibles à l'intérieur de l'arbre. La présente invention vise donc un dispositif d'amenée de liquide dans un organe tournant tel que le rotor d'une machine électrique, dans lequel les cloisons entre les chambres de pression, de drainage et de vidange seraient conçues de façon à réduire les fuites de liquide d'une chambre à l'autre. Ce but est atteint grâce au fait que le dispositif d'amenée de liquide dans un organe tournant tel que, en particulier, le rotor d'une machine électrique, du type comportant une douille possédant un canal par lequel passe le liquide et adaptée pour être fixée sur l'arbre du rotor, ainsi que des chambresde pression, de drainage et de vidange entourant ladite douille et formées par des cloisons annulaires fixes réunies entre elles et montées avec des intervalles par rapport à ladite douille, est caractérisé, suivant l'invention, en ce que ladite douille comporte des cloisons annulaires saillantes formant avec lesdites cloisons annulaires fixes lesdits intervalles, ceux-ci étant obturés par des plaques d'étanchéité de préférence en matière élastique caoutchouteuse, placées dans la chambre de pression et dans la chambre de vidange, chacune desdites plaquese-ianbf0resrl'nne des cloisons annulaires formant ledit intervalle et se trouvant en contact par son autre surface avec l'autre cloison. La douille ainsi pourvue de cloisons annulaires saillantes formant un intervalle avec les cloisons annulaires fixes permet de monter les plaques d'étanchéité de telle manière qu'elles obturent ledit intervalle. La fixation de ladite plaque d'étanchéité recouvrant-obturant l'intervalle sur l'une des cloisons annulaires assure, pendant la rotation de la douille, le glissement de la surfacei la partie non assujettie de la plaque sur celle de l'autre cloison annulaire. Si les plaques d'étanchéité sont fixées sur les cloisons annulaires fixes, elles glissent, pendant la rotation de la douille, par leurs surfaces libres sur les surfaces latérales des cloisons annulaires de la douille. Si, au contraire, les plaques d'étanchéité sont fixées sur les cloisons annulaires de la douille, elles tournent avec la douille et glissent par leurs surfaces de travail sur les surfaces latérales des cloisuns annulaires fixes. La présence de la plaque d'étanchéité dans la chambre de pression ou dans la chambre de vidange assure une application étanche de la surface de travail de cette plaque contre la cloison, en diminuant de ce fait les fuites d'eau à travers l'intervalle et leur arrivée dans les chambres voisines, et en assurant un autoréglage de l'effort d'application en fonction de la pression de l'eau dans la chambre. Dans ces conditions, la partie non assujettie de la plaque s'applique intimement par sa surface libre contre la cloison sous l'effet de la pression de l'eau qui se trouve dans la chambre, en réduisant de ce fait les fuites d'eau à travers l'intervalle et leur arrivée dans les chambres voisines. I1 est avantageux de pratiquer sur les surfaces de contact des plaques d'étanchéité, des rainures pour l'amenée du liquide des chambres vers les surfaces en contact pour les mouiller. La profondeur desdites rainures pour l'amenée du liquide doit être suffisante pour un mouillage sur et complet de la surface libre de la plaque d'étanchéité et de la surface latérale de la cloison annulaire, qui se trouvent en contact et frottent l'une sur l'autre pendant la rotation de la douille. Ce mouillage desdites surfaces permet d'éviter l'usure des plaques d'étanchéité qui se produirait en cas de frottement sec ou demi-sec et d'accroître ainsi leur longévité. Les rainures pour l'amenée du liquide des chambres vers les surfaces en contact peuvent avantageusement être des rainures radiales, qui sont plus faciles à ménager. Les cloisons annulaires fixes peuvent avantageusement être à section en forme de h, une telle forme permettant, d'une part, de simplifier l'assemblage et la fabrication de l'ensemble du dispositif en facilitant la fixation des cloisons annulaires fixes l'une à l'autre, et d'autre part, de fixer les plaques d'étanchéité de telle manière qu'elles recouvrent et obturent les intervalles entre les cloisons annulaires fixes et les cloisons annulaires de la douille. L'utilisation du dispositif proposé pour l'amenée de liquide dans le rotor d'une machine électrique réduit les fuites d'eau, augmente la fiabilitë de fonctionnement du dispositif et diminue les besoins en métal pour sa fabrication. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 représente, en coupe longitudinale, le dispositif d'amenée de liquide dans le rotor d'une machine électrique selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, montrant la fixation d'une plaque d'étanchéité - la figure 4 est une vue en coupe d'un autre exemple de fixation de la plaque d'étanchéité - la figure 5 représente une plaque d'étanchéité comportant, conformément à l'invention, des rainures rectilignes pour l'amenée du liquide de la chambre vers les surfaces en contact, et destinée à être fixée sur la cloison annulaire fixe - la figure 6 montre un autre exemple d'exécution des rainures sur une plaque d'étanchéité destinée à hêtre fixée sur la cloison annulaire fixe - la figure 7 représente une plaque d'étanchéité comportant, conformément à l'invention, des rainures rectilignes pour l'amenée du liquide de la chambre vers les surfaces en contact, et destinée à être fixée sur la cloison annulaire de la douille - la figure 8 montre un autre exemple d'exécution des rainures sur une plaque d'étanchéité destinée à oestre fixée sur la cloison annulaire de la douille. Le dispositif d'amenée de liquide dans un organe tournant, en particulier dans le rotor d'une machine électrique comporte une douille 1 (figure i) qui est fixée par sa bride 2 sur la face en bout de l'arbre 3 du rotor à l'aide de boulons (non représentés). La douille 1 fait en même temps office de douille extérieure d'un récepteur ou collecteur d'huile 4, tout en étant un élément du dispositif d'amenée de liquide. La douille 1 comporte des cloisons annulaires saillantes 5. Le carter ou enveloppe 6 est formé par un jeu de cloisons fixes annulaires 7 à section transversale en forme de h, réunies entre elles à l'aide de boulons (non représentés) à leur partie extérieure. Le carter 6 est monté sur la douille 1 sur deux roulements à billes 8 et 9 disposés de part et d'autre du carter, une butée (non représentée) étant prévue pour empêcher le carter de tourner. Les cloisons annulaires 7 à section transversale en h forment avec la douille 1 des chambres de drainage 10, de pression ll, de drainage 12, de vidange 13 et de drainage 14. Il est prévu dans la chambre de pression li une tubulure 15 pour l'amenée de liquide de refroidissement, dans la chambre de vidange 13, une tubulure 16 pour l'évacuation du liquide de refroidissement usé, et dans les chambres de drainage, des tubulures 17 pour l'évacuation des fuites y pénétrant à partir des chambres voisines. Les cloisons fixes annulaires 7 à section en h sont montées avec un certain intervalle par rapport aux cloisons annulaires saillantes 5 de la douille 1. La valeur de cet intervalle, par exemple de i mm environ, est plus grande que les jeux dans les paliers reliant les parties tournantes et fixes du dispositif, compte tenu des déformations thermiques dans les différents éléments du dispositif. Chacun desdits intervalles annulaires est obturé latéralement par une plaque d'étanchéité annulaire 18, par exemple d'environ 4 mm d'épaisseur, fixée sur l'une des cloisons. Ces plaques 18 sont placées à l'intérieur de la chambre de pression li et de la chambre de vidange 13, des deux côtés de celles-ci. La plaque d'étanchéité annulaire 18 est fabriquée de préférence en un matériau élastique caoutchouteux * e'est-à-dire en un matériau élastique doué d'une grande déformabilité, notamment en caoutchouc. Des plaques d'étanchéité en gomme ou en d'autres matières élastiques polymères peuvent aussi convenir. L'une des variantes de fixation de la plaque d'étanchéité annulaire 18 est illustrée sur la figure 3. La plaque d'étanchéité 18 est fixée sur une saillie annulaire 19 de la cloison 7 à l'aide d'une rondelle de pression 20 et de boulons 21 en étant pressée contre la cloison annulaire saillante 5 de la douille i. Une autre variante de fixation de la plaque d'étanchéité annulaire 18 est montrée sur la figure 4. Dans ce cas, la plaque d'étanchéité 18 est fixée sur la cloison annulaire saillante 5 de la douille i à l'aide d'une rondelle de pression 20 et de boulons 22, en étant pressée contre la saillie annulaire 19 de la cloison 7. Sur la plaque d'étanchéité 18 fixée sur la saillie annulaire 19 de la cloison 7 sont ménagées, suivant sa périphérie, des rainures rectilignes obliques 23 (figure 5) pour l'arrivée du liquide des chambres de pression li et de vidange 13 aux surfaces en contact de cette plaque et de la cloison annulaire saillante 5 de la douille i. La profondeur de ces rainures est par exemple d'environ i mm, ce qui assure un mouillage str de ces surfaces de contact par le liquide pendant la rotation de la douille l, et augmente par conséquent la durée de service de la plaque d'étanchéité i8. Une autre variante d'exécution des rainures dans la plaque d'étanchéité 18 fixée sur la saillie annulaire 19 de la cloison 7 est représentée sur la figure 6, où les éléments similaires sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Dans ce cas, les rainures 23 sont radiales, ce qui est plus pratique du point de vue de la fabrication. Dans le cas de la fixation des plaques d'étanchéité 18 sur les cloisons annulaires saillantes 5 de la douille i, des rainures rectilignes obliques 24 sont ménagées suivant la périphérie de chaque plaque 18 à partir de la circonférence extérieure de celle-ci (figure 7). Elles servent a' faire parvenir du liquide des chambres de pression li et de vidange 13 vers les surfaces en contact de cette plaque et de la saillie annulaire 19 de la cloison 7. Encore une autre variante d'exécution des rainures sur la plaque d'étanchéité 18 fixée sur les cloisons annulaires saillantes 5 de la douille l est illustrée sur la figure 8, où les éléments similaires sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Dans cette variante, les rainures 24 sont radiales. Le conduit pour l'amenée du liquide de refroidissement de la chambre de pression li dans le rotor de la machine électrique est formé par des passages 25 prévus dans les cloisons annulaires saillantes 5 (figure i) de la douille i, des cloisons 26 en forme de n fixées entre les cloisons annulaires 3, et un tuyau 27. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. Pendant la rotation du rotor de la machine électrique avec la douille i qui en est solidaire, 11 eau de refroidissement venant d'une pompe par une tuyauterie appropriée (non représentées) est refoulée à travers la tubulure 15 dansa chambre de pression ii, d'où elle passe par les passages 25 prévus dans les cloisons annulaires 5, par les canaux 28 formés par les cloisons 26 en forme de n, et par le tuyau 27, pour arriver dans un perçage 29 réalisé dans le rotor 2 et communiquant avez le système de refroidissement du rotor (non représenté). Ayant passé par le rotor, l'eau réchauffée sort de l'orifice 30 prévu dans celui-ci, passe par un tuyau 31 et un passage 32 prévu dans la cloison annulaire 5, et arrive dans la chambre de vidange 13, d'où elle retourne par une tuyauterie à la pompe. Les fuites d'eau à travers les plaques d'étanchéité annulaires 18 sont recueillies dans les chambres de drainage 10, 12, 14, d'où elles sont évacuées au drain par les tubulures 17. Les plaques d'étanchéité annulaire 18 fixées sur les saillies annulaires 19 des cloisons 7 glissent par leurs surfaces de travail sur les faces des cloisons annulaires tournantes 5 de la douille 1. L'eau pénétrant dans les rainures 23 pratiquées dans la plaque d'étanchéité 18 mouille les surfaces frottantes et empêche de ce fait leur usure rapide. Si les plaques dtétanchéité annulaires 18 sont fixées sur les cloisons annulaires tournantes 5, ces plaques en tournant, glissent par leurs surfaces de travail sur les surfaces latérales des saillies annulaires 19 des cloisons 7. L'eau, en pénétrant dans les rainures 24 ménagées dans la plaque d'étanchéité 18, mouille les surfaces frottantes, en diminuant de ce fait leur usure. En sSoe tels, sous l'action de la charge d'eau dans les chambres de pression Il et de vidange 13, les plaques d'étanchéité 18 sont appliquées par leurs surfaces de travail contre les surfaces des cloisons sur lesquelles elles glissent. Une application étanche de ces plaques contre les cloisons est assurée par le fait qu'elles sont fabriquées de préférence en un natérian élastique caoutchouteux et en particulier en caoutchouc. Quand cesse l'aliientation en eau de refroidissesentt l'effort de pression des surfaces de travail des plaques d'étanchéité 18 contre les surfaces latérales des cloisons diiinue, en évitant de ce fait à ces plaques d'étanchéité une usure rapide pendant le rotation, de courte durée, du rotor sans nouillage de leurs surfaces de travail. Bien entendu, l'invention n'est nullement li mitée aux iodes de réalisation d4erits et reprentEs qui n'ont été donnés qu'à titre d'exetple. En particulier, elle comprend tous les moyens constitnant des équivalents techniques des moyens décrite ainsi que leurs coibinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et irises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'amenée de liquide dais un organe tournant tel que, en particulier, le rotor d'une machine électrique, du type comportant une douille adapte pour etre fixée sur l'arbre de 11 organe tournant ou rotor et possédant un canal pour le passage du liquide, ainsi que des chambres de pression, de drainage et de vidange entourant ladite douille et formes par des cloisons annulaires fixes assemblées entre elles et montées avec un certain intervalle par rapport à ladite douille, caractérisé en ce que ladite douille comporte des cloisons annulaires saillantes formant avec lesdites cloisons annulaires fixes lesdits intervalles, ceux-ci étant obturés par des plaques d'étanchéité constituées de préférence d'une matière élastique caoutchouteuse et placées dans la chambre de pression et dans la chambre de vidange, chacune desdites plaques d'étanchéité étant fixée sur l'une des cloisons annulaires formant ledit intervalle, de façon que son autre surface soit en contact avec celle de l'autre cloison. 2. Dispositif suivant la revendication l caractérisé en ce que la section transversale desdites cloisons annulaires fixes est en forme de h. 3. Dispositif suivant l'une des revendications 1 ou 2 t caractérisé en ce que les surfaces de contact desdites plaques d'étanchéité comportent des rainures permettant au liquide des chambres d'arriver auxdites surfaces de contact pour les mouiller. 4. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites rainures sont disposées radialement. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que lesdites rainures sont inclinées par rapport aux rayons desdites plaques. 6. Dispositif suivant l'uae des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites rainures sont ménagées suivant la circonférence extérieure desdites plaques. 7. Dispositif suivant l'une des revendications l à 5 caractérisé en ce que lesdites rainures sont ménagées suivant la circonférence intérieure desdites plaques.