Brevet FR2514581A1 — publié le 19830415

La présente invention est relative au domaine de la construction électromécanique et concerne plus précisément les dispositifs de fixation des têtes de bobines de l'enrou- lement statorique de machines électriques. Avantageusement, l'invention peut être appliquée à des turbo-alternateurs de grande puissance. La fixation des tètes de bobines de l'enroulement sta- torique d'une grosse machine électrique constitue l'un des problèmes les plus difficiles dans la construction électro- mécanique, étant donné que dans une machine électrique puis- sante, les têtes de bobines fonctionnent dans des conditions très sévères, étant soumises à des forces électromagnétiques alternatives et à des déformations thermiques considérables. Un danger grave surtout pour les têtes de bobines de l'enrou- lement statorique sont les forces électromagnétiques alterna- tives entra nant des vibrations des têtes de bobines qui ont à leur tour pour effet un défaut de brasure aux jonctions de l'enroulement, une abrasion de l'isolation et une déformation par fatigue des conducteurs élémentaires en cuivre. La qualité de la fixation des têtes de bobines de l'en- roulement statorique d'une machine électrique ne peut être ac- crue de façon sensible qu'en réduisant les vibrations de ces têtes de bobines tout en conservant leur liberté de déplace- ment axial sous l'effet des déformations thermiques. D'après le DE 1214 773, on connait un dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique qui comprend une plaque de pression à partie saillante, ainsi qu'un anneau isolant enserrant inti- mement les têtes de bobines de l'enroulement La partie sail- lante comporte plusieurs bras munis de guides, disposés cir- conférentiellement et embrassant ledit anneau isolant, tandis que ce dernier peut, en même temps que les têtes de bobines, se déplacer axialement sur les guides des bras sous l'action de la dilatation thermique de l'enroulement statorique. Au cours du fonctionnement de la machine électrique, di- verses déformations thermiques de ses parties constitutives donnent inévitablement naissance à des jeux entre l'anneau isolant et les guides des bras de la partie saillante de la plaque de pression, jeux qui compromettent la liaison rigide entre l'anneau isolant et les bras, ce qui provoquent en fin de compte une intensification des vibrations des têtes de bo- bines en réduisant ainsi la fiabilité de leur fixation. Dans le GB 1 539 707, on décrit un autre dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique Ce dispositif comprend une plaque de pression à partie saillante, un anneau isolant enserrant étroitement les têtes de bobines de l'enroulement et des joints élastiques disposés sur la surface extérieure de l'an- neau isolant en étant répartis sur son pourtour tout en for- mant des jeux l'un par rapport à l'autre Entre la partie saillante de la plaque de pression et les joints élastiques sont montés des moyens qui sont en contact avec la partie saillante et assurent le serrage radial des joints élastiques contre l'anneau isolant. Les joints élastiques sont en caoutchouc présentant une rigidité radiale élevée Etant donné le faible module de cisaillement du caoutchouc, ces joints possèdent une rigi- dité tangentielle et axiale réduite Ceci permet d'assurer le déplacement axial de l'anneau isolant, conjointement avec les têtes de bobines de l'enroulement, par rapport à la partie saillante de la plaque de pression, lorsque l'enroulement statorique subit une dilatation thermique. Par ailleurs, l'emploi de joints élastiques à rigidité radiale élevée et de moyens les pressant contre l'anneau iso- lant permet d'éviter la formation de jeux entre l'anneau iso- lant et la partie saillante de la plaque de pression ce qui améliore la fiabilité de la fixation des têtes de bobines par rapport à celle que peut assurer le dispositif décrit précé- demment. Toutefois, le faible module de cisaillement, déjà men- tionné, du caoutchouc dont sont réalisés les joints élasti- ques n'empêche pas le déplacement tangentiel et axial de l'anneau isolant par rapport à la partie saillante de la pla- que de pression, sous l'effet des forces électromagnétiques alternatives dues au courant circulant dans les têtes de bo- bines de l'enroulement statorique, d'o un accroissement des vibrations tangentielles et axiales des têtes de bobines et, par conséquent, une réduction de la fiabilité de la fixation de ces têtes. L'invention vise à mettre au point un dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique équipé d'éléments constructifs pro- pres à empêcher tout déplacement tangentiel et axial simulta- né de l'anneau isolant, et des têtes de bobines de l'enroule- ment, par rapport à la partie saillante de la plaque de pres- sion dans les directions, sous l'action de forces électroma- gnétiques alternatives prenant naissance au sein de l'enroule- ment statorique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de fixation des tètes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique, comprenant une plaque de pression à partie saillante, un anneau isolant enserrant intimement les têtes de bobines de l'enroulement et des joints élastiques disposés sur la surface extérieure dé l'anneau isolant en é- tant répartis sur le pourtour de celui-ci tout en formant des jeux l'un par rapport à l'autre, ainsi que des moyens montés entre la partie saillante de ladite plaque de pression et lesdits joints élastiques, moyens qui sont en contact avec la partie saillante et assurent le serrage des joints élasti- ques contre l'anneau isolant dans la direction radiale, ce dispositif étant caractérisé en ce que dans les jeux entre les joints élastiques sont disposés des organes élastiques venant au contact avec la partie saillante et l'anneau isolant et mu- nis d'éléments de verrouillage destinés à empêcher le dépla- cement axial desdits organes élastiques. Les organes élastiques munis d'éléments de verrouilla- ge permettent, grâce à leur action élastique, d'engendrer des forces de frottement entre la partie saillante de la pla- que de pression et les organes élastiques, ainsi qu'entre l'anneau isolant et les organes élastiques Ces forces de frottement interdisent tout déplacement tangentiel ou axial de l'anneau isolant par rapport à la partie saillante de la plaque de pression La valeur de l'action élastique des or- ganes en question peut être calculée de façon que les forces de frottement n'empêchent pas le déplacement axial de l'an- neau isolant avec les têtes de bobines de l'enroulement en cas de dilatation thermique de ces dernières, mais interdi- sent tout déplacement axial ou tangentiel de l'anneau isolant, simultanément avec les têtes de bobines, sous l'effet des for- ces électromagnétiques alternatives apparaissant dans l'enrou- lement Ceci est facile à réaliser puisque les efforts de na- ture thermique sont plus de dix fois supérieurs aux forces électromagnétiques alternatives. De préférence, chaque organe élastique comprend une lame rigide placée sur l'anneau isolant et une bande élasti- que de forme ondulée, dont les sommets de l'une des surfaces ondulées s'appliquent contre la lame rigide et les sommets de l'autre surface ondulée s'appliquent contre la partie sail- lante de la plaque de pression, l'élément de verrouillage étant une lamelle reliée rigidement à l'une de ses extrémi- tés à la partie saillante de la plaque de pression et venant au contact avec la lame rigide et la bande élastique. Une telle conception de l'organe élastique et de l'é- lément de verrouillage permettent une grande simplicité de fabrication et de montage dans le dispositif considéré. Chaque organe élastique comporte de préférence une la- me élastique arquée se trouvant, par sa surface concave, en contact avec la partie saillante de la plaque de pression et 458 1 ayant une gorge ménagée du c 8 té de ladite surface concave et une saillie réalisée sur sa surface convexe, ainsi que deux coins en contact l'un de l'autre par leurs pans de travail, lesdits coins ayant leurs pointes orientées l'une vers l'au- tre et étant situés entre la surface convexe de la lame élas- tique et l'anneau isolant de sorte que le coin adjacent à l'anneau isolant bute contre la saillie de la lame élastique et que le coin adjacent à la surface convexe de la lame élas- tique soit rigidement lié à celle-ci, tandis que l'élément de verrouillage se présente sous la forme d'unè saillie annu- laire venue de matière avec la partie saillante de la plaque de pression et engagée dans les gorges de toutes les lames élastiques. Quoique de structure plus complexe, un tel organe élas- tique permet, grâce à l'emploi des coins, d'utiliser une lame élastique à rigidité beaucoup plus grande en assurant ainsi la création de forces de frottement plus importantes entre l'or- gane élastique et la partie saillante et entre l'organe élas- tique et l'anneau isolant. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des- cription détaillée d'un exemple de réalisation du dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique suivant l'invention et des varian- tes de réalisation de ce dispositif en faisant référence aux dessins annexés, sur lesquels: la Fig 1 représente en coupe le dispositif de fi- xation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique selon un premier mode de réalisation; la Fig 2 est une coupe suivant la ligne II-II de la Fig 1; la Fig 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la Fig 2; la Fig 4 est une vue en coupe d'un dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique, réalisé suivant un autre mode de réalisation de l'invention. Le dispositif proposé de fixation des têtes de bobine de l'enroulement statorique d'une machine électrique (Fig l) comprend une plaque de pression 1 avec une partie saillante 2, ainsi qu'un anneau isolant 3 La surface intérieure conique de l'anneau isolant 3 enserre intimement les têtes de bobines 4 de l'enroulement statorique. La partie saillante 2 est une pièce cylindrique creuse (Fig 2) à l'intérieur de laquelle est disposé l'anneau iso- lant 3 Sur la surface extérieure de ce dernier sont répartis, suivant son pourtour, des joints élastiques 5 en caoutchouc en formant des jeux l'un par rapport à l'autre Entre la surface intérieure de la partie saillante 2 et chacun des joints élas- tiques 5 sont disposés plusieurs moyens 6 constitués chacun de deux coins 7 et 8 (Fig 3) en contact l'un l'autre par leurs pans de travail et ayant leurs pointes tournées l'une vers l Vautre Le coin 7 est en contact avec la surface intérieure de la partie saillante 2 et le coin 8 avec le joint élasti- que 5 Un déplacement du coin 7 par rapport au coin 8 assure le serrage du joint élastique 5 contre l'anneau isolant 3. Dans les jeux formés entre les joints élastiques 5 sont placés des organes élastiques 9 Chaque organe élastique 9 comprend une lame rigide 10 disposée sur l'anneau isolant 3 et une bande élastique 11 de forme ondulée fixée sur la lame rigide 10 La bande élastique 11 est faite en un matériau amagnétique, par exemple, en acier amagnétique Chaque organe élastique 9 est muni d'un élément de verrouillage 12 se pré- sentant sous la forme d'une lamelle rigide dont l'une des ex- trémités est liée à la partie saillante 2 La bande élastique 11 et la lame rigide 10 de chaque organe élastique 9 s'appli- quent contre l'élément de verrouillage 12 et la plaque de pres- sion 1 Cette dernière est associée au noyau 13 du stator de la machine électrique. Pendant le fonctionnement de la machine électrique, les têtes de bobines 4 de l'enroulement statorique deviennent le siège dtimportantes forces électromagnétiques alternatives provoquant des vibrations simultanées de ces têtes de bobines 4 et de l'anneau isolant 3. Cependant grâce aux forces de frottement les organes élastiques 9 empêchent tout déplacement tangentiel et axial relatif des têtes de bobines 4 et de l'anneau isolant 3 par rapport à la partie saillante 2, alors que les joints élasti- ques 5 avec les moyens 6 excluent tout déplacement radial des têtes de bobines 4, et de l'anneau isolant 3. Selon une variante d'exécution du dispositif de fixa- tion des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique, qui est représentée à la Fig 4, chacun des organes élastiques 9 comporte une lame élastique arquée 14 et deux coins 15 et 16 disposés entre la lame élastique 14 et l'anneau isolant 3 La lame élastique 14 est tournée par sa surface convexe vers l'anneau isolant 3 et elle est munie d'une gorge 17 ménagée dans sa masse du côté de sa surface concave et d'une saillie 18 réalisée du c 8 té de sa surface convexe. Les coins 15 et 16 sont en contact l'un de l'autre par leurs pans de travail et ont leurs pointes orientées l'une vers l'autre Le coin 15 est en contact avec l'anneau isolant 3 et bute contre la saillie 18 de la lame élastique 14 et le coin 16 est en contact avec la surface convexe de la lame élastique 14 à laquelle il est rigidement fixé au moyen d'un boulon 19 qui est vissé dans des trous taraudés 20 réalisés dans la lame élastique 14 Ce boulon s'engage dans un trou lisse 21 pratiqué dans le coin 16. L'élément de verrouillage 12 se présente sous la forme d'une saillie annulaire venue de matière avec la partie sail- lante 2 et introduit dans les gorges 17 des lames élastiques 14. R E V E N D I C A T I O N S 1 Dispositif de fixation des têtes de bobines de l'enroulement statorique d'une machine électrique, comprenant une plaque de pression ( 1) avec une partie saillante ( 2), un anneau isolant ( 3) enserrant intimement les têtes de bobines ( 4) de l'enroulement, et des joints élastiques ( 5) disposés sur la surface extérieure dudit anneau isolant ( 3) en étant répartis sur le pourtour de celui-ci tout en formant des jeux l'un par rapport à l'autre, ainsi que des moyens ( 6) montés entre la partie saillante ( 2) de ladite plaque de pression ( 1) et lesdits joints élastiques ( 5), moyens qui sont en contact avec la partie saillante ( 2) et assurent le serrage radial des joints élastiques ( 5) contre l'anneau isolant ( 3), caractérisé en ce que dans les jeux entre les joints élastiques ( 5) sont disposés des organes élastiques ( 9) en contact avec la partie saillante ( 2) et l'anneau isolant ( 3) et munis d'éléments de verrouillage ( 12) destinés à empêcher le déplacement axial desdits organes élastiques ( 9). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe élastique ( 9) comporte une lame rigide ( 10) placée sur l'anneau isolant ( 3) et une bande élastique ( 11) de forme ondulée, dont les sommets de l'une des surfaces ondulées s'appliquent contre la lame rigide ( 10) et dont les sommets de l'autre surface ondulée s'appliquent contre la par- tie saillante ( 2) de la plaque de pression ( 1), et en ce que l'élément de verrouillage ( 12) est une lamelle reliée rigide- ment à l'une de ses extrémités à la partie saillante ( 2) de la plaque de pression ( 1) et-venant en contact avec la lame rigide ( 10) et la bande élastique ( 11). 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe élastique ( 9) comporte une lame élas- tique arquée ( 14) qui, par sa surface concave, est en contact avec la partie saillante ( 2) de la plaque de pression ( 1) et qui comporte une gorge ( 17) ménagée du côté de ladite surface 251458 1 concave et une saillie ( 18) réalisée sur sa surface convexe, ainsi que deux coins ( 15, 16) en contact l'un de l'autre par leurs pans de travail, lesdits coins ayant leurs pointes tour- nées l'une vers l'autre et étant disposés entre la surface convexe de la lame élastique ( 14) et l'anneau isolant ( 3) de sorte que le coin ( 15) adjacent à l'anneau isolant ( 3) bute contre la saillie ( 18) de la lame élastique ( 14) et que le coin ( 16) adjacent à la surface convexe de la lame élastique ( 14) soit rigidement lié à celle-ci, tandis que l'élément de verrouillage ( 12) se présente sous la forme d'une saillie an- nulaire venue de matière avec la partie saillante ( 2) de la plaque de pression ( 1) et engagée dans les gorges ( 17) de toutes les lames élastiques ( 14).