Brevet FR2512317A1 — publié le 19830304

Dispositif de protection des objets métalliques situés dans l'environnement d'un grand champ magnétique développé par un rotor d'alternateur sans stator. La présente invention a trait à un dispositif de protection des objets métalliques situés dans l'environnement d'un grand champ magnétique développé par un rotor d'alternateur sans stator au cours des essais lorsqu'il est parcouru par un courant d'exci- tation. Il est en effet utile, lors des essais du rotor d'un alter- nateur, de l'alimenter par un courant d'excitation pour étudier le comportement mécanique du rotor lorsqu'il s'échauffe Ces essais se font dans des fosses de survitesse qui comportent des glissières métalliques sur lesquelles coulissent les supports de paliers du rotor, ainsi que des ponts roulants. Lorsque la fosse de survitesse est sous vide, elle comporte également une virole cylindrique en acier sur laquelle sont fixés les glissières et le pont roulant. Or, lors de la rotation du rotor parcouru par un courant d'excitation, il se produit un grand champ magnétique radial tournant qui développe dans toutes les parties métalliques envi- ronnantes (support de paliers, glissières, pont roulant et éven- tuellement virole lorsqu'elle existe) des courants induits La présence de ces courants développe des points chauds, ce qui entraîne des déformations rédhibitoires. Il est connu de protéger localement les pièces métalliques par des écrans en aluminium En ce qui concerne la protection des supports de paliers et des glissières, cette protection est difficile à mettre en oeuvre puisqu'il faut attendre que le rotor soit entré dans la fosse de survitesse pour les mettre en place. Pour le pont roulant, on a prévu également un écran refroidi à l'air percé d'une fente laissant passer le crochet du pont Cette solution n'est pas très efficace puisque le champ magnétique pénètre par cette fente. En ce qui concerne la virole d'acier, sa protection par un écran d'aluminium refroidi par eau est d'un coût prohibitif. 2 - Le dispositif selon la présente invention est d'une construction simple et permet d'obtenir une protection efficace. Il est constitué par au moins une cage métallique formant un réseau maillé entourant le rotor, chaque cage étant composée d'une demi-cage inférieure supportée par un socle et d'une demi- cage supérieure posée sur la demi-cage inférieure, les deux demi- cages étant assemblées dans un plan de joint horizontal, chaque demi-cage comprenant des éléments conducteurs de l'électricité horizontaux parallèles à l'axe du rotor réunis et soudés à des éléments conducteurs de l'électricité demi-circulaires, ladite cage ou lesdites cages placées bout à bout ayant une longueur supérieure à la partie du rotor produisant le champ magnétique, lesdits conducteurs horizontaux étant des tubes parcourus par une circulation d'eau et débouchant aux deux extrémités dans des demi-anneaux creux servant de collecteurs hydrauliques pour l'entrée et la sortie de l'eau de réfrigération. Les cages selon l'invention arrêtent le champ magnétique; les pièces métalliques situées autour de la cage à une distance de l'ordre de grandeur de la largeur des mailles sont protégées. Grâce à la circulation d'eau les conducteurs électriques horizontaux sont refroidis. Selon un perfectionnement de l'invention, les deux demi-cages constituant chaque cage sont prolongées dans le plan de joint par deux épanouissements, lesdits épanouissements étant équipés de tubes auxiliaires débouchant dans des prolongements des demi-anneaux creux et étant entretoises par des prolongements horizontaux des éléments conducteurs demi-circulaires, les épanouissements de la demi-cage supérieure étant séparés des épanouissements de la demi-cage inférieure par des moyens isolants électriques - Ainsi les courants induits importants engendrés le long du plan de joint dans les deux demi-cages ne traversent pas le joint ce qui évite les problèmes de contact entre les deux demi-cages. Pour serrer les deux demi-cages tout en les isolant on utilise de préférence des cales isolantes disposées -entre les 3 - tubes des épanouissements et traversées par des boulons métal- liques assurant le serrage et sans contact avec les parties conductrices. Pour assurer au mieux le refroidissement de chaque cage on utilise de préférence une circulation d'eau dans la demi-cage inférieure qui se fait du point bas d'un demi-anneau creux au point haut de l'autre demi-anneau creux puis dans la demi-cage supérieure d'un point bas d'un demi-anneau creux au point haut de l'autre demi-anneau creux, ledit point haut du demi-anneau de la demi-cage inférieure étant relié par une canalisation courte audit point bas du demi-anneau creux de la demi-cage supérieure. Pour éviter que la demi-cage supérieure soit à un potentiel indéterminé, on la réunira à la demi-cage inférieure par une liaison électrique avec forte résistance qui ne laisse pas passer les variations de courant. L'invention va maintenant être décrite plus en détail en se référant à un mode de réalisation particulier cité à titre d'exemple non limitatif et représenté par des dessins annexés. La figure 1 représente une fosse de survitesse sous vide dans laquelle est disposé un rotor entouré du dispositif de protection selon l'invention. La figure 2 représente une vue longitudinale d'une cage selon l'invention. La figure 3 représente une coupe transversale d'une cage selon l'invention. La fosse de survitesse représentée à la figure 1 comprend un tunnel horizontal comportant une virole cylindrique en acier 1 entourée de béton 2 Une porte 3 vient fermer hermétiquement l'ouverture gauche du tunnel. L'ouverture droite du tunnel est fermée par une paroi 4 comportant une ouverture 5 munie d'un joint d'étanchéité 6 à travers lequel passe un arbre 7 pour entraîner le rotor 8 en rotation L'axe du rotor 8 peut tourner sur des paliers 9 dont les supports 10 reposent sur des glissières 11. Le rotor 8 est entouré d'une première cage 12 et d'une 12317 4 - seconde cage 12 ' La cage 12 comprend une demi-cage supérieure 13 et une demi-cage inférieure 14 De même la cage 12 ' comprend une demi-cage supérieure 13 ' et une demi-cage inférieure 14 '. Les demi-cages inférieures 14, 14 ' sont solidaires de supports 15, 15 ' reposant sur la glissière 11 Les supports 10 des paliers 9 et les supports 15 et 15 ' 'des demi-cages inférieures sont amenés par des chariots mobiles 16, 17 à l'intérieur du tunnel puis posés sur les glissières. Les chariots 16 roulent sur des rails 18 qui se prolongent hors du tunnel o l'équipage, constitué par le rotor, ses paliers avec leurs supports,-les cages avec leurs supports, est assemblé. Ensuite on roule les chariots 16 à l'intérieur du tunnel puis on dépose les supports 10 de palier sur les glissières 11 par l'intermédiaire des vérins des chariots 16 Les chariots mobiles 17 utilisés pour les supports 15, 15 ' des demi-cages inférieures comportent des vérins 20, qui lorsqu'ils sont abaissés, permettent de déposer les supports 15, 15 ' sur les glissières 11. Chaque demi-cage (voir figures 2 et 3) comporte des tubes horizontaux 21 régulièrement répartis Ces tubes passent à travers des trous 22 percés dans des éléments conducteurs 23 en forme de demi-cercle auxquels ils sont soudés sur leur pourtour. Les éléments conducteurs 23 en forme de demi-cercle sont en métal épais et donnent à la demi-cage sa rigidité mécanique Aux deux extrémités des demi-cages sont disposés des demi-anneaux creux ( 24, 25 pour la demicage supérieure et 26, 27 pour la demi-cage inférieure) dans lesquels débouchent les tubes horizontaux. La demi-cage supérieure 13 comporte dans le plan horizontal de joint deux épanouissements horizontaux 28 Ces épanouis- sements comportent chacun deux tubes horizontaux auxiliaires 29. De même la demi-cage inférieure 14 comporte, dans le plan horizontal de joint, deux épanouissements horizontaux 30 qui comportent chacun deux tubes horizontaux auxiliaires 31. Les tubes auxiliaires 29, 31, sont entretoises par des pro- longements horizontaux des éléments conducteurs en forme de demi- - cercle 23 et ils débouchent dans des prolongements horizontaux des demianneaux d'extrémité ( 24, 25 pour la demi-cage supérieure et 26, 27 pour la demi cage inférieure). Des cales trapézoïdales isolantes 32 sont coincées entre les tubes des épanouissements 28, 30 des deux demi-cages 13, 14 (c'est-à-dire les tubes auxiliaires 29, 31 et les tubes 21 situés dans le plan de joint), si bien que la demi-cage supérieure 13 repose sur la demi-cage inférieure 14 sans contact électrique entre les épanouissements 28, 30. Les tubes des épanouissements supérieurs 28 sont placés à la verticale des tubes des épanouissements inférieurs 30 de façon à avoir un bon couplage magnétique entre les épanouissements 28, 30. Des boulons 33 sans contact avec les parties métalliques traversent les cales 32 et servent à serrer les deux demi- cages 13, 14 entre elles. L'eau de réfrigération entre par une arrivée 34 en bas du demi-anneau de droite 27 de la demi-cage inférieure 14, elle sort par une sortie 35 située en haut du demi-anneau de gauche 26. Cette sortie 35 est reliée à une entrée 36 située en bas du demi- anneau de gauche 24 de la demi-cage supérieure 13 par une canali- sation souple 37 L'eau sort finalement par une sortie 38 située en haut du demi-anneau de droite 25 de la demi-cage supérieure 13. Pour fixer le potentiel de la demi-cage supérieure 13 on réunit cette dernière à la demi-cage inférieure 14 par une liaison électrique à très forte résistance 39. Cette liaison en raison de sa très forte résistance ne transmet pas les courants variables qui naissent dans la demi- cage supérieure 13. Pour faire les essais du rotor 8, on ferme la fosse on entraîne en rotation le rotor excité Le champ magnétique tournant créé est arrêté par la cage 12, 12 ' et, pour des mailles rectangulaires ayant une longueur de 1 m (distance entre deux conducteurs demi-circulaires) et une largeur de 40 cm (distance 6 6- entre deux conducteurs axiaux), le champ magnétique à 50 cm de distance de la cage est devenu inoffensif. Les conducteurs 22 sont en alliage bon conducteur de l'électricité et les calories générées par effets Joule sont éva- cuées par l'eau de réfrigération. Le flux de fuite qui passe entre les épanouissements 28, 30 en regard des deux demi-cages 13, 14 est très faible en raison de la proximité desdits épanouissements 28, 30 De plus à la sortie des épanouissements 28, 30 il se déconcentre et diverge sans pro- duire d'effet nocif. Ce flux induit deux nappes de courant de signe contraire dans les deux épanouissements en regard 28, 30 mais, comme la chute de potentiel magnétique le long du joint (de V à 0) est la même qu'en suivant le quart de circonférence jusqu'au diamètre vertical, il en résulte que la somme des courants induits dans un épanouissement 28 est égale et de signe contraire à la somme des courants induits dans le quart de circonférence adjacent, ce qui assure un retour des courants sans traversée du joint. Dans l'exemple de la figure 1 on a pris une cage courte 12 ' et une cage longue 12 Les deux cages 12, 12 ' ont été disposées côte à côte et leur longueur totale est légèrement supérieure à la longueur du rotor 8 produisant le champ Ainsi tout l'environnement métallique du rotor en particulier les supports de palier 10 et les glissières 11 sont protégés. 71- REVENDICATIONS 1/ Dispositif de protection des objets métalliques situés dans l'en- vironnement d'un grand champ magnétique développé par un rotor d'al- ternateur ( 8) sans stator au cours des essais lorsqu'il est parcouru par un courant d'excitation, caractérisé en ce qu'il est constitué par au moins une cage métal- lique ( 12) formant un réseau maillé entourant le rotor ( 8), chaque cage ( 12) étant composée d'une demi-cage inférieure ( 14) supportée par un socle ( 15) et d'une demi-cage supérieure ( 13) posée sur la demi-cage inférieure ( 14), les deux demi-cages ( 13, 14) étant assem- blées dans un plan de joint horizontal, chaque demi-cage ( 13, 14) comprenant des éléments conducteurs de l'électricité horizontaux parallèles à l'axe du rotor ( 8) réunis et soudés à des éléments conducteurs de l'électricité demi-circulaires, ladite cage ( 12) ou lesdites cages ( 12, 12 ') placées bout à bout ayant une longueur supérieure à la partie du rotor ( 8) produisant le champ magnétique, lesdits conducteurs horizontaux étant des tubes parcourus par une circulation d'eau et débouchant aux deux extrémités dans des demi- anneaux creux servant de collecteurs hydrauliques pour l'entrée et la sortie de l'eau de réfrigération. 2/ Dispositif de protection selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux demi-cages ( 13, 14) constituant chaque cage ( 12) sont prolongées dans le plan de joint par deux épanouissements ( 28, ) lesdits épanouissements ( 28, 30) étant équipés de tubes auxi- liaires ( 29, 31) débouchant dans des prolongements des demi-anneaux creux ( 24, 25, 26, 27) et étant entretoises par des prolongements horizontaux des éléments conducteurs demi-circulaires ( 23) les épa- nouissements ( 28) de la demi-cage supérieure ( 13) étant séparés des épanouissements ( 30) de la demi-cage inférieure ( 14) par des moyens isolants électriques ( 32). 3/ Dispositif de protection selon la revendication 2, caractérisé en ce que le serrage entre demi-cage inférieure ( 14) et demi-cage supé- rieure ( 13) est assuré par des cales isolantes ( 32) disposées entre les tubes ( 29, 31, 21) des épanouissements ( 28, 30), lesdites cales -8 - ( 32) étant maintenues par des-boulons métalliques ( 33) sans contact avec les parties conductrices. 4/ Dispositif de protection selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que la circulation de l'eau dans la demi- cage inférieure ( 14) se fait du point bas d'un demi-anneau creux ( 27) au point haut de l'autre demi-anneau creux ( 26) puis dans la demi-cage supérieure ( 13) d'un point bas d'un demi-anneau creux ( 24) au point haut de l'autre demi-anneau creux ( 25) ledit point haut du demi-anneau ( 26) de la demi cage inférieure ( 14) étant relié par une canalisation courte ( 37) audit point bas du demi-anneau creux ( 24) de la demi-cage supérieure ( 13). / Dispositif de protection selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'une liaison électrique ( 39) avec très forte résistance est disposée entre demi-cage inférieure ( 14) et demi-cage supérieure ( 13) permettant de mettre le potentiel de la demi-cage supérieure ( 13) à la masse.