Brevet FR2476234A1 — publié le 19810821

L'invention concerne un rotor pour une machine hydro- électrique de grandes dimensions, comportant un moyeu central, des aubes qui s'étendent radialement et une couronne qui relie les extrémités externes des aubes. Un tel rotor pour une machine hydro-électrique est déjà connu d'après le brevet des Etats-Unis n0 4 123 666. Dans le cas d'un tel rotor, il se produit, dans les conditions de rotation, des. forces contraignantes entre la couronne et les aubes, ce qui fait que de fortes tensions sont produites et que la couronne perd sa forme circulaire. Il est décrit, dans le brevet des Etats-Unis n0 4 129 786, un rotor pour une machine hydro-électrique, dans lequel les aubes s'engagent dans la couronne de façon mobile radialement et pivotante, d'o il résulte que les aubes ne peuvent trans- mettre à la couronne aucune force contraignante. Mais de ce fait, le centrage entré la couronne et le moyeu n'est guère rigoureux. L'invention apour but de parvenir, dans les conditions de rotation, à un tracé circulaire des parties voulues de la couronne et, le cas échéant, de réduire au moins les forces contraignantes dans ces conditions. Dans un rotor du genre défini dans le préambule, ce but est atteint d'après l'invention par le fait que les parties de la couronne qui doivent avoire un tracé circulaire dans des conditions données de rotation, se produisant à une certaine vi- tesse et avec une distribution déterminée de la température, sont réalisées de telle sorte que dans les conditions de repos, lorsque le rotor est immobilisé à la température de l'atelier, La figure 6 est une vue en' coupe d'un autre rotor, correspondant à la figure 5. Les figures 7 à 10 sont respectivement des vues schéma- tiques d'autres rotors encore. Le rotor représenté sur la figure 1 fait partie d'une machine hydroélectrique de grandes dimensions, comportant une turbine qui esttraversée en direction axiale par l'eau motrice et une machine électrique qui est disposée en couronne autour de la roue mobile de la machine hydraulique. Le rotor 1 com- porte un moyeu central 2, des aubes 3 qui s'étendent radialement et une couronne 4 qui relie les extrémités externes des aubes 3. Les parties de la couronne 4 qui doivent avoir un tracé circulaire dans des conditions données de rotation, se produisant à une certaine vitesse et avec une distribution déterminée de la température sont formées, dans cet exemple de réalisation, par le pourtour du rotor 1. Le rotor 1 est représenté à l'état de repos. La ligne de points et de tirets 5 indique la position circulaire du pourtour du rotor 1 dans les conditions de rotation de ce der- nier. Dans les conditions de repos représentées, lorsque le rotor est immobilisé à la température de l'atelier, les parties périphériques de la couronne 4 sont réalisées de telle sorte qu'elles s'écartent du tracé circulaire dans une mesure corres- pondant aux écarts qui se produisent dans les conditions de rotation par rapport aux conditions de repos. Par le terme "écart! on entend l'écart par rapport à la forme circulaire, sans tenir compte de l'agrandissement du rotor dans son ensemble. Etant donné que les aubes 3 du rotor représenté sur la figure 1 sont raccordées rigidement en direction radiale à la couronne 4 et au moyeu 2, elles s'opposent à ce que les parties de la couronne 4 situées aux extrémités externes des aubes se déplacent vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge, tandis que les autres parties de la couronne 4 peuvent se déplacer librement vers l'extérieur. Les écarts mentionnés, se produisant dans les conditions de rotation par rapport aux conditions de repos, peuvent être déterminés par le calcul ou par un essai, par exemple en détermi- nant quelle forme prend, dans les conditions de rotation, une elles s'écartent du tracé circulaire dans une mesure correspon- dant aux écarts qui se produisent dans les conditions de rota- tion par rapport aux conditions de repos. Dans ces conditions, il est avantageux, dans le cas o les aubes sont raccordees rigidement en direction radiale à la couronne et au moyeu, que ces aubes soient soumises, à l'état de repos du rotor, à une pré-contrainte de compression en direc- tion radiale. Mais il peut être également avantageux que la forme s'écartant du tracé circulaire soit obtenue en donnant par fabri- cation une telle forme à la couronne. Dans le cas o la couronne comporte des pôles posés radialement sur elle, il est avantageux que les surfaces des pôles qui définissent, avec le stator de la machine électrique, l'entrefer de cette machine se trouvent, dans les conditions de repos, à des distances différentes de l'axe du rotor. Il peut être avantageux que la couronne soit formée de segments dont le nombre correspond à celui des aubes ou à un multiple de celui-ci. Aux points de contact des segments, des pièces d'assem- blage qui provoquent une flexion des segments peuvent être dis- posées avantageusement Il peut être avantageux d'aligner mutuellement les seg- ments de sorte qu'ils puissent pivoter les uns par rapport aux autres. Sur les dessins, à l'aide desquels l'invention sera expliquée de façon plus détaillée, des exemples de réalisation de l'objet de l'invention sont représentésSOus forme simplifiée. Les figures 1 et 2 sont resoectivement des vues schéma- tiques de deux rotors différents. La figure 3 est une vue en coupe, faite à plus grande échelle suivant la ligne III-III de la figure 2. La figure 4 est une vue en coupe, faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3. La figure 5 est une vue en coupe d'un autre rotor, faite à plus grande échelle suivant la ligne V-V de la figure 2. couronne qui est circulaire dans les conditions de repos. La couronne 4 peut être alors fabriquée avec la déformation corres- pondante et elle a alors la forme représentée sur la figure 1. Mais dans les conditions de rotation, elle est circulaire. Dans le cas du rotor représenté sur la figure 2, la couronne 4 a été fabriquée avec un tracé circulaire et les aubes 3 sont soumises, en direction radiale, à une pré-contrainte de de compression. Comme le montrent avec plus de détails les figu- res 3 et 4, les aubes 3 sont posées entre le moyeu 2 et la cou- ronne 4 au moyen d'un dispositif de réglage de tension 6. Le dispositif de réglage de tension 6 comporte une chambre de pres- sion, formée entre la couronne 4 et chaque aube 3, pour un fluide sous pression introduit par une conduite 7. Des coins 8, insé- rés entre la couronne 4 et l'aube 3, maintiennent les aubes 3 sous la pré-contrainte de compression voulue. La grandeur de la pré-contrainte de compression est choisie de telle sorte que dans les conditions données de rota- tion, il ne soit exercé ni pression nitraction sur la couronne 4 par les extrémités externes des aubes 3. Ainsi, la couronne 4 est fabriquée avec un diamètre intérieur tel que lorsqu'elle tourne isolément, ce diamètre soit égal au diamètre extérieur de l'ensemble formé par le moyeu 2 et les aubes 3 lorsqu'il tourne isolément. Dans les conditions de rotation, le rotor 1 est exempt de déformations de contrainte, c'est-à-dire qu'il est dans un état de tension très favorable. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 5, le dispositif de réglage de tension 6 est placé entre le moyeu 2 et chaque aube 3. Pour fixer la pré-contrainte, on utilise des vis de pression 9. Pour l'absorption d'efforts de traction-qui se produiront à des- vitesses de rotation plus élevées que celles qui sont prévues au départ, il est prévu des vis de traction 10 qui immobilisent les aubes 3 au niveau du moyeu 2. La couronne 4 est maintenue sur les aubes par des vis de traction il réali- sées sous forme de vis extensibles. Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 6, le dispositif de réglage de tension 6 comporte un coin central 12 qui repousse les différentes aubes 3 vers la couronne 4 dans des mesures respectivement égales en direction radiale. Dans le cas du rotor représenté sur la figure 7, les aubes 3 sont raccordées au moyeu 2 de façon mobile en direction radiale. La couronne 4 est fabriquée avec une forme qui s'écarte de la forme circulaire, de telle sorte qu'elle ne prenne l'allure circulaire que dans les conditions de rotation, sous l'effet des forces centrifuges exercées sur elle par les aubes 3. Dans le cas de la machine hydro-électrique selon la fi- gure 8, la couronne 4 comporte des pôles 13 disposés radialement sur elle. L'ensemble constitué par la couronne 4, par les aubes 3 et par le moyeu 2 présente, à l'état de repos, une couronne 4 de tracé circulaire qui est ovalisée dans les conditions de rota- tion. Les surfaces externes 14 des pôles 13, c'est-à-dire les surfaces qui délimitent, avec le stator de la machine électrique, l'entrefer de cette machine, sont à des distances différentes de l'axe du rotor à l'état de repos. Dans ces conditions, les pôles ont tous les mêmes dimensions, mais ils sont fixés sur la couron- ne 4 au moyen d'éléments d'assemblage de différentes hauteurs, comportant des-plaques d'assise 15. Dans les conditions de rota- tion, les surfaces 14 des pôles 13, délimitant l'entrefer, s'é- tendent en cercle le long du cercle 5 tracé en points et en tirets. Le rotor représenté sur la figure 9 présente une couronne 4 qui est composée de segments 16, 17. Dans ce cas, la couronne est faite d'un nombre de segments qui correspond au nombre des aubes ou un multiple de celui-ci, c'est-à-dire qu'elle présente huit segments au total. Les segments 16, 17 sont alignés mutuel- lement de manière à pouvoir-pivoter les uns par rapport aux autres, comme on l'a indiqué par les pivots 18 qui relient les segments entre eux. Dans l'état de repos représenté, les segments 16 présentent une courbure plus aplatie que ce qui correspond à la forme circulaire et, en conséquence, ils prennent dans les conditions de rotation un tracé circulaire. Le rotor représenté sur la figure 10 comporte un ensemble, constitué par le moyeu 2 et par les aubes 3, qui s'engage dans la couronne 4 de façon mobile en direction radiale par les extrémités externes des aubes 3. La couronne 4 est formée de quatre segments 19 qui ont individuellement un tracé circulaire. REVENDICATIONS 1. Rotor pour une machine hydro-électrique de grandes dimensions, comportant un moyeu central, des aubes qui s'étendent radialement et une couronne qui relie les extrémités externes des aubes, caractérisé en ce que les parties de la couronne (4) qui doivent avoir un tracé circulaire dans des conditions données de rotation, se produisant à une certaine vitesse et avec une distribution donnée de la température, sont réalisées de telle sorte que dans les conditions de repos, lorsque le rotor (1> est immobilisé à la température de l'atelier, elles s'écar- tent du tracé circulaire dans une mesure correspondant aux écarts qui se produisent dans les conditions de rotation par rapport aux conditions de repos. 2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (3) sont raccordées rigidement en direction radiale ^15 à la couronne (4) et au moyeu (2) et sont soumises, à l'état de repos du rotor (1), à une précontrainte de compression en direction radiale. 3. Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne (4) est fabriquée avec un tracé circulaire et en ce que les aubes (3) sont posées entre le moyeu (2) et la cou- ronne au moyen d'un dispositif de réglage de tension (6). 4. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la forme s'écartant du tracé circulaire est obtenue en donnant par fabrication à la couronne (4) cette forme s'écartant du tracé circulaire. 5. Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que la couronne (4) est fabriquée par tournage suivant un procédé de copiage. Aux points de contact des segments 19 sont disposées des pièces d7assemblage-20 en forme de coin qui cintrent les segments, de telle sorte que la couronne 4 n'est pas ronde à l'état de repos. Sous linfluence de la masse plus grande des points de contact, en comparaison du reste de la section de la couronne, la couron- ne 4 prend une forme circulaire dans les conditions de rotation. Pour maintenir également la couronne à l'abri des efforts de flexion, les aubes peuvent être raccordées à la couronne de manière articulée, notamment au moyen d'une articulation sphé- rique, par exemple dans le cas du rotor représenté sur la figure 2. Les diverses dispositions peuvent être également appli- quées en combinaison les unes avec les autres. C'est ainsi qu'une partie des écarts par rapport à la forme circulaire peut être compensée par déformation du rotor et que le reste de ces écarts peut l'être en donnant au rotor, par fabrication, une forme dif- férente de la forme circulaire. 6. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne (4) comporte des pôles (13) disposés radialement sur elle et en ce que-les surfaces (14) des pôles qui délimitent, avec le stator de la machine électrique, l'entrefer de cette machine sont, à l'état de repos, à des distances différentes de l'axe du rotor (1). 7. Rotor selon la revendication 6, caractérisé en ce que les pôles (13) ont les mêmes dimensions et sont fixés sur la cou- ronne (4) au moyen d'éléments d'assemblage (15) de hauteurs dif- férentes. 8. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne (4) est composée de segments (16, 17, 19). 9. Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couronne (4) est faite d'un nombre de segments (16, 17, 19) qui correspond au nombre des aubes ou à un multiple de celui-ci. 10. Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce que les segments (16, 17) sont alignés mutuellement de façon à pouvoir pivoter les uns par rapport aux autres. 11. Rotor selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il est disposé, aux points de contact des segments (19), des pièces d'assemblage (20) qui provoquent-un cintrage des segments (19). - 12. Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes sont raccordées à la couronne de manière articulée.