Brevet FR2554987A1 — publié le 19850517

La présente invention se rapporte à l'industrie du matériel électrique et a notamment pour objet un dispositif de refroidissement de l'enroulement statorique d'une machine électrique. L'invention peut être utilisé en particulier dans la construction de turbogénérateurs à haute tension et de grande puissance. La construction de machines électriques modernes à coefficient d'utilisation élevé sans utilisation d'un refroidissement direct intense des conducteurs de leur enroulement, c'est-à-dire d'un refroidissement par contact direct de l'agent réfrigérant avec les conducteurs de l'enroulement, est inconcevable. Des lors, il est indispensable de concevoir l'enroulement de telle façon qu'il soit possible d'obtenir, en même temps que sa connexion électrique, la circulation de l'agent réfrigérant. On connaît un dispositif de refroidissement de l'enroulement statorique d'une machine électrique (demande de brevet anglais NO 2.078018A du 23.11.1981), que l'on peut considérer comme le plus proche de celui faisant l'objet de la présente invention. Ce dispositif connu comporte un système de circulation de l'agent réfrigérant, constitué par le canal central du câbLe de l'enroulement statorique, par des canaux servant à amener l'agent réfrigérant aux zones frontales de l'enroulement, et par les encoches du stator. Pour assurer le refroidissement desdites zones frontales de l'enroulement, il est prévu, de chaque côté du stator, des corps étanches identiques dont la forme correspond à la forme générale des parties frontales de l'enroulement. Des entretoises ou pièces d'écartement isolantes sont montées à l'intérieur de ces corps. Le fluide réfrigérant arrive sous pression dans les canaux formés par lesdites entretoises isolantes et la surface intérieure de l'un de ces corps.Le fluide réfrigérant passe par ces canaux et arrive dans les encoches du stator en refroidissant les parties actives de l'enroulement. Le fluide réfrigérant est ensuite acheminé dans les canaux formés par la surface intérieure de l'autre corps et les entretoises isolantes qui y sont disposées. La pression dans le deuxième corps étant quelque peu inférieure à la pression dans le premier corps, il y a circulation du fluide réfrigérant pour le refroidissement extérieur de l'enroulement statorique. Pour ce qui est du refroidissement intérieur, il s'effectue par le canal central du câble. A cet effet, dans les parties frontales de l'enroulement sont pratiquées des coupures dans lesquelles le fluide réfrigérant est amené à travers des structures d'admission. Cependant, en cas de refroidissement de l'enroulement statorique d'une machine à haute tension de l'ordre de 500 kV, le dispositif connu qui vient d'être décrit peut s'avérer inapplicable du fait qu'il serait dans ce cas indispensable de créer une pression élevée du fluide réfrigérant, pression qu'il est pratiquement impossible d'atteindre avec un dispositif tel que celui qui vient d'être décrit. En plus de cela, ia présence de structures d'admission augmente sensiblement l'encombrement de la machine. Cette circonstance, jointe à la présence de coupures dans les zones frontales de l'enroulement, rend cet agencement inutilisable en cas d'élévation de la tension de l'enrou- lement statorique au-dessus du niveau admis. Il est aussi à noter que la présence de coupures dans lesdites zones frontales nuit notablement à la fiabilité du dispositif. La complexité du système décrit de circulation de l'agent réfrigérant d'emploi d'entretoises et leur disposition précise) affecte aussi la fiabilité de la construction dans son ensemble et augmente le volume de travail nécessaire à sa réalisation. La présente invention a donc pour objet un dispositif de refroidissement de l'enroulement statorique d'une machine électrique, dans lequel le système de circulation de l'agent réfrigérant serait réalisé de façon à augmenter la qualité du refroidissement de l'enroulement, à simplifier la construction de la machine électrique et à accroître sa fiabilité, en permettant ainsi de refroidir des enroulements statoriques d'une tension de l'ordre de 500 kV. A cette fin, dans un dispositif de refroidissement d'un enroulement statorique de machine électrique, du type comportant un système de circulation de fluide réfrigérant constitué par le canal central du câble de l'enroulement statorique, par un canal pour le passage de l'agent réfrigérant vers les parties frontales de l'enroulement, et les encoches du stator, selon la présente invention les canaux pour le passage de l'agent réfrigérant vers les zones frontales de l'enroulement statorique sont délimités par les parois de conduits distincts dont chacun est en forme de courbe gauche coulante imitant la forme de la spire correspondante du ctale dans la partie frontale de l'enroulement, est relié d'une manière étanche à l'encoche correspondante, est percé dans sa partie médiane de trous servant à l'admission de l'agent réfrigérant, et contient des éléments servant à la fixation en position dudit câble et perméables à l'agent réfrigérant, ledit câble étant lui aussi perméable au fluide réfrigérant pour permettre son arrivée dans le canal central dudit cabale. Le fait que les canaux pour le passage de l'agent réfrigérant vers les zones frontales de l'enroulement soient délimités par des conduits distincts imitant la forme de la spire correspondante du câble dans la zone frontale de l'enroulement, assure des conditions optimales pour la for mation d'un flux de fluide réfrigérant le long de chaque spire du câble, en améliorant ainsi le refroidissement et en permettant d'élever la puissance de la machine sans augmenter ses dimensions. Par ailleurs, les conduits par lesquels circule le liquide réfrigérant supportent facilement une élévation de pression. La présence d'un enroulement statorique assurant la pénétration de l'agent réfrigérant à travers celui-ci, permet d'amener le fluide directement au conducteur de l'enroulement, sans pratiquer de coupures dans les parties frontales ni utiliser des structures compliquées pour l'admission du fluide réfrigérant dans le câble de l'enroulement et pour son évacuation. La section des canaux pour le passage de l'agent réfrigérant vers les zones frontales de l'enroulement est constante, ce qui, dans le dispositif faisant l'objet de l'invention, prévient les chutes locales de pression de l'agent réfrigérant. Il est avantageux que les éléments servant à fixer en position le câble soient réalisés sous forme de roulements à billes dont les bagues extérieures sont constituées par les parois desdits conduits. L'exécution desdits éléments de fixation du câble sous forme de roulements à billes facilite notablement le tirage du câble dans les conduits et permet en même temps la pénétration du liquide réfrigérant à travers lesdits éléments de fixation. 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 une vue en coupe transversale partielle d'une machine électrique avec un dispositif de refroidissement d'enroulement statorique réalisé conformément à l'invention; - la figure 2 est une vue suivant la flèche 1 de la figure 1; - la figure 3 représente une coupe partielle d'un conduit et du câble logé à l'intérieur de celui-ci; - la figure 4 montre un mode de réalisation des éléments de fixation du câble dans le conduit. Le dispositif de refroidissement d'un enroulement statorique de machine électrique comporte un système de circulation d'un fluide réfrigérant, comprenant: les encoches 2 du stator 3; des canaux 4 destinés à refroidir les parties frontales 5 de l'enroulement 6, et le canal central 7 du câble 8. Les canaux 4 sont délimités par les parois de conduits 9 distincts, dont chacun imite la forme de la spire correspondante du câble 8 dans la partie frontale de l'enroulement 6. Les parties actives des spires du câble 8 sont disposées dans les encoches 2 du stator 3. Les conduits 9 sont percés dans leur partie médiane de trous 10 reliés à une source de liquide réfrigérant (non représentée). Des éléments Il de fixation en position du câble 8 sont montés à l'intérieur de chaque conduit 9. Chaque conduit 9 est relié d'une manière étanche, à l'aide de raccords 12 et d'une plaque de serrage 13, à l'encoche 2 correspondante du stator 3. Du côté de l'entrefer 14, le stator 3 est séparé du rotor 15 par un cylindre isolant 16. Chaque conduit 9 (figure 2) est en forme de courbe gauche coulante correspondant à la configuration du câble 8 (figure 1) dans la partie frontale 5 de l'enroulement 6. Le câble 8 (figure 3) est rendu transversalement perméable à l'agent réfrigérant au moyen de rubans de papier micro-ondulé 17 comportant sur l'une de leurs faces des microcannelures 18 dont la hauteur est de l'ordre de quelques dizaines de 4)m. Les rubans micro-ondulés 17 sont enroulés de manière à former des intervalles 19 communiquant entre eux et avec le canal 4 du câble 8. Le brin central 20, conducteur de courant, du câble 8 est percé de trous 21 pour le passage du liquide réfrigérant vers le canal 7. Des éléments 22 sont prévus pour la fixation en position du câble 8. Ces éléments peuvent se présenter sous forme de roulements à billes dont la bague extérieure est constituée par la paroi du conduit 9. Le dispositif de refroidissement de l'enroulement statorique fonctionne de la manière suivante. Le liquide réfrigérant sous pression arrive dans le système 1 à partir d'une source quelconque (non représentée). Comme liquide réfrigérant, on peut employer par exemple de l'huile de transformateurs et provenanced'une source (non représentée), refoulée à travers les orifices 10 dans les conduits 9. En passant par les canaux 4 des conduits 9, l'huile pénètre dans le canal central 7 du cable 8. La pénétration de l'huile dans le canal 7 s'effectue de la manière suivante. En passant par le canal 4 du conduit 9, l'huile pénètre dans les intervalles 19 (figure 3) formés entre les rubans 17 voisins. Elle passe ensuite entre les microcannelures 18 et arrive dans les intervalles 19 similaires de la couche suivante de l'isolation, et ainsi de suite, pour arriver finalement, à travers les trous 21 du brin 20 conducteur de courant, dans le canal central 7. Dans le canal 7, l'huile circule vers l'extrémité qui présente une plus basse pression. En modifiant la hauteur des microcannelures du ruban de papier 17 (figure 3), on peut faire varier le débit transversal à travers le câble 8. Le refroidissement intérieur du câble 8 se fait en même temps que son refroidissement extérieur, et ce, grâce aux canaux 4: l'agent réfrigérant passe par le canal 4 entre le câble 8 et le conduit 9, en pénétrant librement à travers les éléments il de fixation du caBle 8, vers les encoches 2 du stator 3. Dans la partie à encoches du stator 3, l'huile passe entre les parois des encoches 2 et la surface extérieure du câble 8, en se déplaçant vers la zone prësen- tant une pression plus basse et située à l'extrémité opposée du stator 3. De cette façon, il se produit aussi bien un refroidissement intérieur forcé qu'un refroidissement extérieur du câble 8, AInsi, l'emploi du dispositif faisant l'objet de la présente invention permet de réaliser des machines électriques puissantes (notamment des turbogénérateurs) dont le niveau de tension de l'enroulement statorique est supérieur au niveau couramment admis, sans augmentation notable de leur encombrement. En outre, il devient possible de réaliser des machines électriques de grande puissance pour un même encombrement de celles-ci. La conception décrite permet de supprimer le transformateur élévateur et de réduire la quantité de matériaux conducteurs de courant et magnétiques exigée par sa réalisation. Le dispositif faisant l'objet de l'invention permet d'amener l'agent réfrigérant directement au conducteur de l'enroulement, sans faire des coupures dans les parties frontales de l'enroulement, et d'améliorer du même coup la fiabilité de la machine. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le refroidissement de l'enroulement statorique d'une machine électrique, du type comportant un système (1) de circulation de fluide réfrigérant constitué par le canal central (7) du câble (8) de l'enroulement statorique (6), par des canaux (4) pour le passage de l'agent réfrigérant vers les zones frontales (5) de l'enroulement (6), et par les encoches (2) du stator (3), caractérisé en ce que les canaux (4) pour le passage de l'agent réfrigérant vers les zones frontales (5) de l'enroulement (6) du stator (3) sont délimités par les parois de conduits distincts (9) dont chacun est en forme de courbe gauche coulante imitant la forme de la spire correspondante du câble (8) dans les zones frontales (5) de l'enroulement (6) , est relié d'une manière étanche à l'encoche (2) correspondante, et est percé dans sa partie médiane de trous (10) pour l'admission de l'agent réfrigérant, et en ce que chaque conduit (9) contient des éléments (11) servant à la fixation en position du câble (8) et perméables à l'agent réfrigérant, le câble (8) lui-même étant perméable à l'agent réfrigérant pour permettre son passage vers le canal central (7) du câble (8) de l'enroulement (6). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments (11) de fixation en position du câble (8) sont réalisés sous forme de roulements à billes dont les bagues extérieures sont constituées par les parois des conduits (9).