Brevet FR2543752A1 — publié le 19841005

'TACHINE ELECTRIflUE REFROIDIE PAR AIR SOUFFLE. L'invention est relative à l'ifidustrie des constructions électromécaniques; en particulier elle concerne la construction d'un refroidisseur d'air et peut être le plus avantageusement utilisée dans les machines électriques à refroidissement par air soufflé. A l'heure actuelle, on connais des machines électriques avec divers systèmes de refroiaissement. Il existe 1es machines électriques à refroidissement direct, notamment celles avec un système de refroidissement utilisant des dispositifs réfrigérants ou un système de refroidissement assurant un refroidissement interne des conducteurs par circulation du liquide réfrigérant à l'intérieur des conducteurs à -refroidir. Les susdits systèmes de refroidissement sont suffisamment efficaces mais ils comportent un équipement relativement encombrant (des dispositifs réfrigérants ou réservoirs pour du liquide épuré avec des ompes pour assurer sa cir culation), ce qui limite leur utilisation à bord des navires et sur d'autres noyens de transport dont les locaux sont trop restreints pour recevoir un tel équipement. A bord des navires et sur d'autres moyens de transport, il y a intérêt à utiliser les machines électriques à refroidissement par air soufflé, ns lesquelles on produit un couran d'air léchant les parties de machine qui s'échauffent, ce courant étant refroidi à son tour, par un refroidisseur d'air. On connaît un? machine électrique à refroidissement par air dans laquelle le refroidisseur d'air comporte deux plaques tubulaires percées de trous disposés en plusieurs rangées; des tubes réfrigérants dont les extrémités sont dudgeonnées dans les trous des plaques tubulaires; et des couvercles convexes munis de tubulures pour l'amenée et l'évacuation de l'eau, dont chacun obture les trous dans la plaque tubulaire et forme avec elle une cavité pour le passage de l'eau.Le refroidisseur d'air est fixé sur la paroi externe du corps de la -machine et est recouvert d'un capot comlémentaire. (Publication de la firme allemande Siemens "Génératrices à courant continu11, f0 d'enre6istre- ment E 485/1361-220, pp. 4-6; publication de la firme suédoise ASEA "Moteurs et alternateurs de grande puis sance de aoo kW à 22 000 kW, N d' enregistrement 442/443, parue en novembre 1970, pp. 3-7)2 De tels refroidisseurs d'air sont fabriqués avec des éléments constructifs unifiés qui exigent beaucoup de métal et de main d'oeuvre, d'ou' leurs gros encombrement et masse. Par ailleurs, de tels refroidisseurs d'air sont difficilement réparables, vu la difficulté d'accès aux tubes de la deuxième rangée et des rangées suivantes et leur fixation par dudeonnage dans les plaques tubulaires, ce qui gêne de façon considérable le remplacement des tubes hors d'usage. En plus de cela, dans de tels refroidisseurs d'air il n'est pas possible d'assurer des régimes optimaux de refroidissement, du fait qu'on ne peut pas modifier le nombre de tubes, ce qui conduit à la nécessité d'aménager des dispositifs compliqués destinés à régler le débit de l'eau ou sa rêcirculation pour éviter la "rosée" en cas de basses températures du fluide de refroidissement. On connatt une machine électrique à refroidissement par air, comportant une carcasse avec couvercles amovibles dans laquelle sont logés un stator et un rotor. A l'intérieur de la carcasse se trouvent en outre un circuit d'air pour refroidir les parties de machine qui s'échauffent et un refroidisseur d'air pour évacuer la chaleur du circuit d'air. Le refroidisseur d'air comprend des collecteurs d'amenée et de sortie avec des tubulures pour le liquide réfrigérant et des tubes de reSroidissement d'air en U nervurés, disposés en deux rangées et reliés entre eux par des éléments en Il flexibles et- démontables. Les tubes sont en communication non seulement les uns avec les autres, mais aussi avec lesdits collecteurs. Les tubes refroidisseurs d'air sont fixés au corps du stator par des crampons démontables qui, eux, sont fixés directement sur le corps du stator (cert. d'auteur IJRSS N0817876 publié le 30.3.1981). Cependant9 la conception du refroidisseur d'air dé crite dans cette machine n'est pas assez commode pour l'exécution des travaux de réparation lors des essais hydrauliques, ni pour le nettoyage et le lavage périodi ques de la surface extérieure nervurée des tubes refroidis seurs d'air, ces opérations étant nécessaires pour résti tuer le rendement prévu du refroidisseur.Le nettoyage et le lavage de la surface extérieure nervurée des tubes impliquent un démontage complet du refroidisseur, tandis que les essais hydrauliques du refroidisseur d'air doivent s'ef- fectuer sur une machine électrique assemblée, attendu que le montage des éléments du refroidisseur se fait directement dans la carcasse de la machine, Or, l'exécution des essais hydrauliques sur une machine assemblée est pro hibitive technologiquement, vu le risque d'humidifier les enroulements de la machine an cas d'un défaut d'étanchéité des joints dans le refroidisseur d'air0 En outre, avec la disposition des tubes en deux rangées optimale au point de vue de l'efficacité du refroidissement et de l'encombrement, la réparation et le remplacement des tubes sont rendus difficiles, du fait que l'accès à la rangée intérieure de tubes 'est réalisable qu'après dé montage des raccordements et dépose des tubes de la rangée extérieure. En plus de cala, la fabrication de -tubes refroidisseurs d'air en forme de U présente des difficultés d'ordre techno- logique, alors que l'emploi de tubes droits doublerait le nombre de jonctions, ce qui aurait pour effet d'abaisser la fiabilité du refroidisseur d'air0 La présente invention a pour objet de créer-une machine électrique à refroidissement par air, dans laquelle les tubes refroidisseurs d'air d'uD appareil refroidisseur d'air seraient reliés aux collecteurs d'amenée et de sortie de telle façon, et le refroidisseur d'air serait installé dans la carcasse de la machine électrique de telle manière, que l'on pourrait assurer-la réparation aussi bien de l'en- semble du refroidisseur d'air que de ses parties isolées avec le minimum de main d'oeuvre nécessaire aux travaux de démontage, c'est-à-dire de lui conférer une meilleure aptitude aux réparations, ainsi que d'augmenter la fiabi- lité et de simplifier la faorication du refroidisseur d'air en réduisant la nombre de j oiictions et an utilisant des éléments plus simples et faciles à exécuter. Selon l'invention, la machine électrique connue à refroidissement par air comporte : une carcasse avec cou- vercles amovibles qui renferme un noyau de stator avec son enroulement et un rotor" un circuit d'air pour refroidir les parties Se machine qui s'échauffent; et au moins un refroidisseur d'air pour évacuer la chaleur du circuit d'air, ledit refroidisseur étant monté entre les couvercles amovibles de la carcasse et le noyau de stator et composé de collecteurs d'amenée et de sortie avec des tubulures pour vehiculer le liquide réfrigérant et de tubes refroidisseurs air nervures communiquant avec lesdits col- lecteurs et disposés en deux rangées 9 et elle est caracterisee en ce que le refroidisseur d'air est réalisé sous forme d'un bloc séparé consolide dans la carcasse de la machine électrique, en ce que les tubes refroidisseurs d'air sont disposés, en section transversale, en quinconce, et en ce que chaque tube refroidisseur d'air est relié directement avec les deux collecteurs et est fait amovible, tous les tubes refroidissaurs d'air étant réunis ensemble, à laide des éléments élastiques, par un crampon collectif réalisé sous forme de plaquettes qui sont reliées entre elles et embrassent tous les tubes. La réalisation du reiroidisseur d'air sous la forme de bloc séparé permet d'effectuer les épreuves hydrauliques, le lavage et le nettoyage du refroidisseur d'air en état assemblé et en dehors de la carcasse de la machine s ce qui améliore son aptitude à la réparation en assurant un ac cês plus facile aux divers éléments et sous ensemble du bloc et en supprimant le risque d'humidifier les enroule ments de la machine en cas d'une mauvaise étanchéité des jonctions dans le refroidisseur d'air. En plus, une réduction du volume des travaux de démontage et de remontage est constatée lorsqu'il est. nécessaire dSaccéder aux surfaces extérieures du noyau de stator etOaux parties frontales de l'enroulement statorique, ce qui contribue aussi à l'amélioration de l'aptitude aux réparations du refroidisseur. La disposition des tubes refroidisseurs d'air en quinconce dans leur section transversale, le raccordement direct de chacun d'eux aux collecteurs et le fait qu'ils sont amovibles permettent d'assurer, sur un refroidisseur d'air retiré de la machine, l'accès et la dépose de n'importe quel tube de la rangée intérieure sans démonter les assemblages ni déposer les tubes de la rangée extérieure. La fixation des tubes refroidisseurs d'air, par l'intermédiaire d'éléments élastiques, à l'aide d'un crampon de groupe réalisé sous forme de plaquettes embrassant tous-les tubes permet, en enlevant le crampon, d'assurer l'accès à un ou à plusieurs tubes à la fois en cas ou il s'agit de les réparer ou échanger. Il as avantageu -de monter les tubes refroidisseurs d'air dans le sens axial de la machine. La disposition des tubes refroidisseurs d'air dans la direction horizontale, c'est-à-dire le long de la plus grande côte de la machine électrique permet de réduire au minimum le nombre de tubes utilisés et par conséquent le nombre de jonctions, ce qui augmente la fiabilité du refroidisseur d'air de la machine électrique. Les avantages signalés plus haut, ainsi que des caractéristiques particulières de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode préféré de réalisation de l'invention, en regard des dessins annexés,dans lesquels la fig. 1 représente une vue d'ensemble de la machine électrique selon l'invention, en vue de côté la fig. 2 est une coupe suivant la ligne Il-Il 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 d'ensemble du refroidisseur d'air; la fig. 5 montre, à plus rade échelle, une jonction au tube au collecteur dans le refroidis seur d'air; la fig. 6 est une coupe suivant la ligne VI-VI de la fig. 4, en représentation partielle. I1 est à noter que les dessins annexés sont représentés de façon schématique et uniquement à titre d'illustration de ltinvention sans aucunement limiter les dimensions, les rapports de dimensions des ensembles et éléments faisant partie de la machine électrique proposée, etc. La machine électrique comporte une carcasse i (fig. 1) qui renferme un noyau 2 (fig. 3) de stator avec son enroulement 3 et un rotor 4. Dans les parois latérales de la carcasse 1 sont prévus des évidements 5 dont chacun reçoit un refroidisseur d'air par eau 6 constitué par un bloc séparé. Il peut être prévu un mode de réalisation de la machine électrique avec un autre nombre de blocs de refroidisseur d'air. Chaque refroidisseur d'air par eau 6 contient un collecteur tubulaire dtadmission 7 et un collecteur tubulaire de sortie 8, à chacun dteux sont soudées deux rangées de douilles de raccordement 9 (fig. 5). Les collecteurs 7 et 8 sont munis de tubulures à bride 10 et 11, respectivement, (fig. 3) pour le raccordement à une conduite d'eau (non représentée sur le dessin). Les collecteurs 7 et 8 sont réunis entre eux par des tubes re froidisseurs d'air 12 (fig. 2) nervurés qui sont disposés en deux rangées dans le sens axial et an quinconce en section transversale. Il peut également être prévu un mode de réalisation du refroidisseur d'air avec disposition verticale des tubes raf roidisseurs d'air. Chaque tube refroidisseur d'air 12 communique avec les collecteurs 7 et 8 et est branche sur eux par les douilles de raccordement 9 et des éléments élastiques (manchons droits 13 en caoutchouc - fig. 5). Aux endroits de -raccordement des tubes 12 avec les douilles 9, il est prévu pour chacun des collecteurs 7 et 8 un dispositif de serrage collectif 14 (fig. 6) servant à relier les tubes 12 entre eux et à rendre étanches les jonctions des tubes 12 avec les douilles correspondantes 9 par l'intermédiaire des manchons de caoutchouc 13.Les dispositifs de serrage collectifs 14 sont réalisés sous forme de plaquettes 16 réunies entre elles par des vis 15 et comportant des échancrures pour recevoir les tubes 12. L'ensemble comprenant les disposi- tifs de serrage collectif 14 avec les tubes 12 et les collecteurs 7 et 8 est entouré de plaques 17 pour former le bloc de refroidisseur d'air 6 A chacun des collecteurs 7 et 8 est soudée une plaque 18 (fig. 5) percée de trous 19 de boulone A la paroi intérieure de la carcasse 1 est soudée une plaque 20 percée de trous de boulon (non représentés), à laquelle le refroidisseur d'air 6 est boulonné par la plaque 180 Sur l'arbre 21 (fig. 3) du rotor 4 sont montés des ventilateurs 22.Des panneaux 23 de guidage d'air sont placés entre les parties frontales de lsenroulement 3 et le refroidisseur d'air 6. Dans le noyau 2 de stator et la carcasse -1 il est prévu des canaux de ventillation 24- et 25, respectivementç donnant passage à l'air réfrigérant. Les ventilateurs 22, les panneaux 23 de guidage d'air, les canaux de ventilation 24 et 25 et des canaux de vent i- lation (non représentés sur le dessin) prévus dans le rotor 4 forment un circuit d'air pour le refroidissement des parties de machine qui s'échauffante Le trajet suivi par l'air réfrigérant dans le circuit d'air est montré par des fléchettes (fig. 3). Dans les évidements 5 des parois latérales de la carcasse 1, il est ménagé des ouvertures fermées par des couvercles amovibles 26 (fig. 2). Les couvercles 26 sont percés de trous pour la sortie des tubulures à bride 10 et Il du refroidisseur d'air 6. Lors du fonctionnement de la machine électrique à refroidissement par air, l'eau venant de la canalisation est amenée par la tubulure à bride 10 (fig. 3) vers le collecteur d'admission 7, pour passer ensuite dans les tubes nervurés 12 et etre évacuée du refroidisseur d'air 6 en empruntant le collecteur de sortie 8 et la tubulure 11. Les tubes 12 refroidis par l'eau absorbent la chaleur du flux d1 air réfrigérant échauffé en courus de refroidissement de la machine, cette absorbtion ayant lieu dans le circuit d'air de la machine électrique où la direction de moue ment de l'air est indiquée par les fléchets. Le flux d'air réfrigérant est formé dans le circuit d9air par les ventilateurs 22, les panneaux de guidage d'air 23, les canaux de ventilation 24 et 25 et les canaux de ventilation dans le rotor 4. Pour procéder au rinçage ou nettoyage du refroidis saur d'air 6 ou pour effectuer des essais hydrauliques, on enlève le couvercle 26 et on sépare la plaque 18 boulonnée du refroidisseur d'air 6 d9avac la plaque 20 de la carcas- se 1 après quoi on retire le refroidisseur d'air 6 de la carcasse 1. Siil est besoin de réparer ou remplacer certains tubes reoidisseur d'air 129 après avoir détaché le refroidis- seur d'air 6 de la carcasse 19 on dépose l'une des pla- quettes 16 (fig. 6) du dispositif de serrage collectif 14 du côté de la rangée où se trouve le tube à réparer ou à remplacer. Après quoi le tube an question peut- être déconnecter facilement des manchons en caoutchouc 13 (fig. 5). L'agencement proposé d'une machine électrique permet d'améliorer l'aptitude à la réparation de l'ensemble du refroidisseur d'air et des éléments séparés de la machine en séduisant le volume des travaux de démontage nécessaires à la réparation et en facilitant l'accès aux divers élé- ments isolés du refroidisseur d'air et à certains ensembles de la machine électrique. R E V E N D I C A T I O N S 1. Machine électrique à refroidissement par air comportant: une carcasse (1) avec des couvercles (26) amovibles, qui renferme un noyau (2) de stator avec son enroulement (3) et un rotor (4); un circuit d'air pour refroidir les parties de machine qui s'échauffent; et au moins un refroidisseur d'air (6) pour évacuer la chaleur du circuit d'air, lequel refroidisseur d'air est monté entre les couvercles amovibles (26) de la carcasse (1) et le noyau (2) de stator, ce refroidisseur d'air étant composé de collecteurs d'amenée et de sortie (7, 8) avec des tubulures (10, li) pour le liquide réfrigérant, et de tubes refroidisseurs d'air (12 > nervurés qui communiquent avec lesdits collecteurs (7, 8) et sont disposés en deux ran gées;; c a r a c t é r i s é e en ce que ledit refroidissaur d'air (6) est réalisé sous forme d'un bloc séparé consolidé dans la carcasse C1) de la machine électrique, en ce que les tubes refroidisseurs d'air (12) sont disposés en quinconce dans leur section transversale, et en ce que chaque tube refroidissx d'air (12) est relié directement aux deux collecteurs (7 et 8) et est fait amovible, les tubes refroidisseurs d'air étant rattachés les uns aux autres, à l'aida d'éléments élastiques (13), par un dispositif de serrage collectif (1*) réalisé sous forme de plaquettes (15) réunies entre elles et embrassant tous les tubes (12). 2. Machine électrique suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é e en ce que lesdits tubes refroidisseurs d'air (12) sont placés dans le sens axial de la machine.