Brevet FR2565741A1 — publié le 19851213

Dispositif de distribution d'un gaz de refroidissement à une extrémité sous frette de l'enroulement d'excitation du rotor d'un turbo-alterna- teur La présente invention concerne un dispositif de distribution d'un gaz de refroidissement à une extrémité sous frette de l'enrou- lement d'excitation du rotor d'un turbo-alternateur, comprenant un orifice annulaire situé entre le fût de l'arbre du rotor et l'extrémité d '....'.. . miuni de moyens de communication avec les canaux internes des enroulements. On a déjà effeltué la distribution du gaz de refroidissement aux extrémités sous frette de tels enroulements d'excitation en faisant pénétrer ce gaz à ces extrémités dans l'espace compris entre les bobines de l'enroulement et le fût de l'arbre, puis dans des canaux de ventilation fraisés dans l'épaisseur des conducteurs et dirigé suivant leur axe, par des orifices situés sur le flanc des bobines dans leur partie frontale. Après refroidissement de chaque conducteur, le gaz sortait dans des canaux radiaux traversant les conducteurs, puis dans des orifices des cales de fermeture d'encoche au-delà du bec de frette. Un tel dispositif de refoidissement implique des trajets de refroidissement axiaux longs à l'intérieur des conducteurs, donc un refroidissement moins efficace -aux extrémités que dans la partie interne à l'encoche, et par suite des différences de température notables entre les extrémités et cette dernière. On a également effectué la distribution du gaz de refroidis- sement.: e.tri..tés sous frette de l'enroulement d'excitation en faisant circuler ce gaz dans des compartiments radiaux collecteurs d'entrée et de sortie de gaz, fraisés dans le fût de l'arbre. Chacun de ces compartimen. ts était en communication avec un espace entre les bobines de l'enroulement, servant soit à l'entrée, soit à la sortie du gaz. Le refroidissement des conducteurs s'effectuait transversalement dans de multiples cannelures transversales de ceux-ci, le gaz froid pénétrant dans ces cannelures par un flanc des conducteurs et ressor- tant par le flanc opposé. Le gaz réchauffé au contact des conducteurs débouchait dans un compartiment inférieur de sortie et rejoignait axialement un espace annulaire entre le plateau porte-frette et le plus grand bobinage. Il était évacué à l'extrémité de la frette par un 2S6S7 1' -2 - ventilateur extracteur. Ce dispositif nécessite des usinages coûteux de l'arbre du rotor pour former les canaux de ventilation d'admission, un système de distribution de sortie à l'extrémité sous la frette et un ventilateur extracteur à cette extrémité. La présente invention a pour but de procurer un dispositif de distribution de gaz de refroidissement aux extrémités sous frette de l'enroulement d'excitation du rotor qui procure des trajets courts de circulation du gaz de refroidissement dans les extrémités du rotor, et assure une grande homogénéité de température des bobines de l'enrou- lement d'excitation, en évitant ainsi l'apparition de points chauds, mais qui soit de structure et de fabrication simples. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre de matière électriquement isolante disposé immédiatement sous les extrémités de l'enroulement, muni de lumières d'admission du gaz entre les bobines de cet enroulement, ainsi que des cloisons radiales et circonférentielles disposées entre le cylindre de matière isolante et le fait, et divisant l'orifice annulaire en compartiments radiaux d'entrée de gaz frais et de sortie de gaz réchauffé. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: - Au moins certains des compartiments de sortie du gaz réchauffé sont reliés à des fentes d'évacuation dans la table du rotor vers l'entrefer. - Ces fentes d'évacuation sont formées par des encoches fraisées dans la table du rotor au voisinage du centre d'un p8le. - Certains au moins des canaux internes des conducteurs de l'extrémité de l'enroulement se prolongent par ces canaux internes des conducteurs dans les encoches du rotor, en liaison avec des orifices radiaux débouchant dans l'entrefer à travers les cales de fermeture d'encoche. - Les compartiments radiaux d'admission de gaz frais sont reliés à des canaux sans encoche, débouchent par des lumières radiales entre les parties droites de bobines de l'enroulement, munies d'ouvertures laté- rales d'admission dans leurs canaux, et les canaux internes aux - 3parties des bobines perpendiculaires à l'axe du rotor débouchent dans des lumières d'admission dans les compartiments radiaux de sortie du gaz réchauffé. - Les canaux internes des conducteurs au voisinage de la table du rotor se prolongent jusqu'au delà du bord de la frette d'extrémité, et débouchent par des canaux radiaux traversant les cales de fermeture d'encoche dans l'entrefer. - Les bobines d'extrémité comportent des cannelures transversales, les canaux de passage du gaz de refroidissement dans ces bobines sont perpendiculaires à leur axe, la zone centrale des bobines comporte des lumières d'admission dans des compartiments radiaux de sortie, eux- mêmes reliés à des fentes d'évacuation dans la table du rotor vers l'entrefer, et la zone proche des encoches de la table du rotor comporte d'une part des canaux de circulation de gaz entre les conduc- teurs et l'isolation d'encoche, débouchant dans des orifices d'échap- pement dans l'entrefer à travers les cales de fermeture d'encoche, et d'autre part des canaux circulaires débouchant dans un compartiment radial de sortie de gaz réchauffé. - Les conducteurs d'extrémité perpendiculaires à l'axe du rotor comportent des cannelures transversales, et ceux proches des encoches de la table du rotor des canaux internes, et il est intercalé alterna- tivement, entre les conducteurs perpendiculaires à l'axe du rotor, des lumières d'admission de gaz frais et d'évacuation de gaz réchauffé vers un compartiment de sortie, les conducteurs proches des encoches de la table du rotor comportent des lumières latérales d'admission de gaz frais dans des canaux internes, en communication avec des canaux radiaux d'évacuation dans l'entrefer au-delà du bord de la frette d'extrémité, et les canaux, les conducteurs d'extrémités perpendicu- laires à l'axe du rotor sont séparés de façon étanche de ceux entre les conducteurs proches des encoches de la table du rotor. Il est décrit ci-après, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexé, des circuits de distribution selon l'inven- tion de gaz de refroidissement à une extrémité sous frette des enroulements d'excitation du rotor d'un turbo-alternateur. La figure 1 représente en perspective avec arrachement partiel - 4 - un tel circuit. La figure 2 représente en vue partielle une première variante comportant des canaux longitudinaux à l'intérieur des enroulements. La figure 3 représente en vue partielle développée une deuxième variante dans laquelle les enroulements d'extrémité sont cannelés, avec circulation du gaz de refroidissement à travers ces cannelures, puis soit vers un compartiment central de sortie, soit axialement entre les bobinages. La figure 4 représente en vue partielle développée une troisième variante comprenant deux circulations de gaz distinctes, soit axiale, soit transversale à l'axe du rotor. La figure 5 représente en coupe axiale la circulation axiale de la première fraction du gaz de la figure 4. Dans la figure 1, le rotor entourant le fret 1 comporte une table-2 et une frette d'extrémité 3. Les enroulements d'extémité 4 se prolongent pour les barres (non visibles) de la table du rotor, disposées sur les cales de fermeture d'encoche 5. La circulation de gaz de refroidissement représentée par les flèches est délimitée par le cylindre de matière isolante 6. L'inter- valle compris entre ce cylindre et le fût du rotor est divisé par des cloisons radiales 8 et circonférentielles 9 en compartiments d'entrée de gaz froid 10 et compartiments 11 d'évacuation du gaz réchauffé. Le gaz pénétrant par les compartiments d'entrée 10 (flèches 10A) passe par des fentes 7 découpées dans le cylindre de matière isolante dans les canaux entre extrémités de bobinages, puis par des ouvertures latérales dans les canaux internes de ces enroulements. Une première partie de ce gaz circule circonférentiellement, ressort entre les enroulements, puis descend par des lumières (flèches 11A) au droit de cales d'arrêt 12 dans le compartiment d'évacuation 11. Il se répartit à la sortie de ceux-ci sous l'extrémité de la frette 3 entre des encoches longitudinales 13 fraisées dans au centre d'un pôle dans la table du rotor, et s'évacue à l'extrémité de ces encoches dans l'entrefer. Une seconde partie de ce gaz s'écoule longitudinalement vers des canaux internes des extrémités des conducteurs de la table du rotor au voisinage du bord de la frette, puis s'évacue dans l'entrefer par des canaux radiaux et des orifices 14 à travers les cales de fermeture d'encoche 5. Dans la figure 2, le gaz de refroidissement, arrivant entre le fût et le cylindre de matière isolante, se répartit par des encoches radiales allongées longitudinalement 20 à travers ce cylindre dans les enroulements par un flanc de ceux-ci. Une première partie dans la partie droite voisine de la table de rotor, s'écoule (flèches 21) dans des canaux internes des enroulements au-delà du bord de la frettes puis s'évacue radialement par des canaux radiaux ayant la forme de bouton- nières dans les encoches, et s'échappe par des orifices 22 au travers des cales de fermeture d'encoche dans l'entrefer, comme il sera décrit ci-après plus en détail en référence à la figure 5. Une seconde partie du gaz dans la partie frontal des bobines située sous le frette s'écoule (flèches 23) dans des canaux internes de cette partie frontale s'échappe (flèches 24) par le flanc opposé de ces enroulements dans des canaux 25 de sortie entre ceux-ei, puis pénètre par des encoches radiales 26 dans un compartiment d'évacua- tion 12A. I!se répartit ensuite (flèches 13A) dans des encoehes longi- tudinales fraisées dans la table du rotor au voisinage d'un pôle, au- delà de l'extrémité de la frette, et ressort dans l'entrefer, comme déjà indiqué en référence à la figure 1. Ce type de refroidissement des extrémités des bobinages est associé de préférence à une ventilation axialo-radiale ou radiale de la partie interne aux encoches des parties droites des conducteurs. Dans la figure 3 les enroulements d'extrémité sont munis de multiples cannelures transversales 30. Le gaz de refroidissement, arrivant selon les flèches 31, se répartit par les encoches radiales allongées soit longitudinalement 32, soit circonférentiellement 33, entre les enroulements, dans lesquels il pénètre par un flanc et dont il ressort par le flanc opposé (flèches 38) dans les espaces 35 entre les conducteurs. Son évacuation se fait alors de deux manières différentes: a) pour la zone centrale, correspondant au centre d'un pôle: Le gaz réchauffé est admis dans le compartiment de sortie central du 2565? 41 - 6- cylindre distribution par des ouvertures radiales 36. Il s'échappe alors par des encoches fraisées dans la table du p8le dans l'entrefer audelà de la frette (flèches 37) b) pour la zone située au droit des encoches du rotor: Le gaz réchauffé se dirige axialement dans l'espace entre les enrou- lements vers la table du rotor et se divise en deux parties. Une première partie circule dans l'encoche du rotor dans l'espace situé entre les conducteurs et l'isolation d'encoche. Il ressort alors dans l'entrefer au-delà de la partie de frette par des orifices d'échappement 14 dans les cales de fermeture d'encoche. Il peut aussi être acheminé vers les encoches fraisées au centre du p8le. Une seconde partie s'évacue par des orifices de sortie du cylindre répartiteur et est canalisée par un second compartiment de sortie adjacent au métal de la table du rotor. Elle reJoint ainsi tangentiellement (flèches 39) la zone du centre d'un p8le pour s'échapper dan sl'entrefer par les encoches fraisées au centre du p8le déjà mentionnées. Ce type de ventilation des extrémités des enroulements peut être associé à une ventilation des parties droites des conducteurs situées dans les encoches de la table du rotor, à prise de gaz dans l'entrefer, ou bien du genre axialo-radial ou purement axial. La figure 4 représente un dispositif de ventilation des enroulements d'extrémité à trajets internes de gaz en partie dans l'axe des conducteurs, en partie transversalement à ceux-ci. Les conducteurs présentent dans leur partie axiale dans le prolongement des encoches, en parties droites des canaux internes dans leur axe. Dans leur partie transversale à l'axe du rotor, ils présentent des cannelures transversales 40. Le cylindre répartiteur de gaz frais distribue celui-ci dans les espaces d'entrée entre les bobinages. Dans la partie droite des conducteurs, les entrées de gaz correspondant aux canaux axiaux sent situées sur leurs flancs à proximité de l'angle de brasage entre parties droites et parties transversales (flèches 41). Les canaux axiaux des conducteurs débouchent dans les encoches puis dans l'entrefer, par des bouton- nières d'évacuation radiales 42, au-delà de la partie de frette, comme w.. . - 7- il sera décrit plus en détail en référence à la figure 5. Il n'y a aucun canal de sortie de gaz réchauffé entre les parties droites des conducteurs. Dans la partie frontale des conducteurs, les canaux entre les enroulements sont alternativement des zones d'entrée et de sortie de gaz sous la réserve que plusieurs conducteurs peuvent être alimentés latéralement en série par le gaz froid. Cette zone est séparée de la zone des parties droites des conducteurs par des cales d'étanchéité 43, isolant l'un de l'autre les deux circuits de..DTD: refroidissement. Les orifices du cylindre distributeur assurent l'admission et l'évacuation du gaz de refroidissement. Les orifices d'admission 44 soit au droit des encoches du rotor, ceux'd'évacuation 45 soit dans la zone centrale des pôles. Le gaz frais ayant pénétré dans l'espace entre les enroulements d'entrée traverse les cannelures des parties frontales des conduc- teurs, puis débouche dans les canaux entre ceux-ci (flèche 46). Il passe par les orifices 45 dans le compartiment d'évacuation du cylindre répartiteur, est canalisé (flèches 47) dans l'espace entre le dernier enroulement et la table du rotor, pour s'échapper au centre d'un pôle dans des canaux débouchant dans l'entrefer (flèches 48), comme on le verra plus en détail en référence à la figure 5. Ce type de ventilation peut s'associer à une ventilation axialo- radiale ou radiale des parties droites de l'enroulement inducteur du rotor. La figure 5 représente la circulation des deux fractions du gaz de refroidissement, ayant refroidi les parties droites et les parties frontales des conducteurs, avec évacuation dans l'entrefer à travers les cales de fermeture d'encoche,'les cas des dispositifs de distribu- tion selon les figures 2 ou 4. Le gaz circulant dans les canaux axiaux 51 des conducteurs sous la frette 3 passe dans les canaux radiaux 52 d'évacuation à travers ceux-ci, puis traverse la cale de fermeture d'encoche correspondante 5 par les orifices 53. Des canaux tels que fraisés dans la table du rotor assurent - 8 l'évacuation du gaz de refroidissement des conducteurs de la partie frontale. Ils communiquent avec des canaux radiaux 55 et des orifices 56 débouchant dans l'entrefer. - 9- REVENDICATIONS 1/ Dispositif de distribution d'un gaz de refroidissement à une extré- mité sous frette (3) de l'enroulement d'excitation du rotor d'un turboalternateur, comprenant un orifice annulaire situé entre le fût (1) de l'arbre du rotor et les extrémités des enroulements, muni de moyens de communication avec des eanaux internes des conducteurs de l'enroulement, caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre (6) de matière électriquement isolante disposé immédiatement sous l'extrémité de l'enroulement muni de lumières (7) d'admission de gaz entre les bobines de cet enroulement ainsi que des cloisons radiales (8) et circonférentielles (9) disposées entre le eylindre de matière isolante et le fret, et divisant l'orifice annulaire en compartiments radiaux d'entrée de gaz frais (10) et de sortie du gaz réchauffé (11). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins certains des compartiments de sortie du gaz réchauffé sont reliés à des fentes (13) d'évacuation dans la table (2) du rotor vers l'entrefer. 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ee que les fentes d'évacuation du gaz sont formées par des encoches fraisées dans la table du rotor (fig.1) au voisinage du centre d'un pôle. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains au moins des canaux internes des conducteurs de l'extrémité de l'enroulement se prolongent par des canaux internes de ces conducteurs dans les encoches du rotor en liaison avec des orifices radiaux (22, fig.2) débouchant dans l'entrefer à travers les cales de fermeture d'encoche. / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les compartiments radiaux d'admission de gaz frais sont reliés à des canaux sous encoches, débouchant par des lumières radiales (20, fig.2) entre les parties droites des bobines munies d'ouvertures laté- rales d'admission dans leurs canaux, et en ce que les canaux (25) internes aux parties des bobines perpendiculaires à l'axe du rotor débouchent dans des lumières (26) d'admission dans les compartiments radiaux de sortie du gaz réchauffé. 6/ Dispositif selon la revendieaiton 5, caractérisé en ce que les canaux (51, fig.5) internes des conducteurs au voisinage de la table - 10 - du rotor se prolongent jusqu'au delà du bord de la frette d'extrémité, et débouchent par des canaux radiaux (52) traversant les cales (5) de fermeture d'encoche dans l'entrefer. 7/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les bobines d'extrémité des cannelures transversales (30, fig.3) caractérisé en ce que les canaux de passage du gaz de refroidissement dans ces bobines sont perpendiculaires à leur axe en ce que la zone centrale des bobines comporte des lumières (36) d'admission dans des compartiments radiaux de sortie, eux-mêmes reliés à des fentes d'évacuation dans la table du rotor vers l'entrefer, et en ce que la zone proche des encoches de la table du rotor comporte d'une part des canaux de circulation de gaz entre les conducteurs et l'isolation d'encoche, débouchant dans des orifices d'échappement dans-l'entrefer à travers les cales de ferme- ture d'encoche, et d'autre part des canaux circulaires et débouchant dans un compartiment radial (11) de sortie du gaz réchauffé. 8/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les conducteurs d'extrémité perpendiculaires à l'axe du rotor comportent des cannelures transversales, et ceux proches des encoches de la table du rotor des canaux internes, caractérisé en ce qu'entre les bobines perpendiculaires à l'axe du rotor sont intercalés alternativement des lumières d'admission de gaz frais (44) et d'évacuation de gaz réchauffé vers un compartiment de sortie (45), en ce que les conduc- teurs proches des encoches de la table du rotor comportent des lumières latérales d'admission de gaz frais dans des canaux internes, en commu- nication avec des canaux radiaux d'évacuation dans l'entrefer au-delà du bord de la frette d'extrémité, et en ce que les eanaux entre les enroulements d'extrémité perpendiculaires à l'axe du rotor sont séparés de façon étanche (43) de ceux entre les conducteurs proches des encoches de la table du rotor.