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La présente invention concerne les machines dynamo-électriques et en particulier les turbo-alternateurs de grande puissance.
Il est connu qu'un des facteurs principaux limitant le débit d'une puissante machine dynamo-électrique, comme un turbo-alternateur, est l'élévation de la température, qui dépend elle-même de la dissipation de la chaleur, l'élévation de température maximum permise étant évidemment celle d'une partie ou composante individuellement prise.
Il est courant de refroidir les machines en faisant écouler un fluide, de l'air ou de l'hydrogène par exemple, sur les surfaces du noyau et des conducteurs.
Suivant la présente invention, les têtes de bobine, c'est-à-dire les extrémités des conducteurs qui dépassent les bouts du noyau, sont pourvues de passages radiaux communiquant avec des lumières pratiquées dans les côtés, c'est-à-dire les faces radiales des conducteurs, de façon que le fluide passe à l'intérieur des conducteurs.
Il faut remarquer qu'un arrangement de ce genre augmente le refroidissement normal consistant à évacuer la chaleur des surfaces du conducteur, puisqu'il permet d'évacuer de la chaleur supplémentaire de l'intérieur des conducteurs.
Suivant une forme d'exécution, des passages radiaux traversent les bobines entières à intervalles réguliers, et chaque passage communique avec des lumières latérales pratiquées dans tous les conducteurs.
Ou bien, chaque passage radial peut alimenter une lumière latérale d'un seul conducteur, les passages radiaux successifs alimentant des lumières latérales de conducteurs différents, de manière à obtenir un refroi- dissement uniforme. Dans d'autres formes d'exécution, chaque passage radial peut évidemment alimenter les lumières latérales de deux ou plusieurs conducteurs. Le fluide de refroidissement peut être de l'air, de l'hydrogène ou un autre gaz convenable, y compris un liquide très volatil comme le fréon.
Des moyens supplémentaires peuvent être prévus pour refroidir les parties de conducteurs emprisonnées dans les noyaux. Ces moyens peuvent consister, par exemple, en des canalisations longitudinales qui déchargent le fluide par des lumières radiales donnant sur l'entrefer entre rotor et stator, comme décrit, par exemple, dans les demandes de brevet anglais nos 29121/52 et 3533/52.
Afin que l'invention soit bien comprise, on se référera aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente, en perspective, une partie des têtes de bobine d'un rotor de turbo-alternateur, avec l'anneau d'extrémité enlevé pour la clarté du dessin.
Les figures 2 et 3 sont des coupes, dans un plan radial, d'une partie des têtes de bobine, montrant d'autres dispositions des passages et canalisations, et
La figure 4 est une coupe transversale d'une encoche de noyau montrant la façon de refroidir les conducteurs emprisonnés dans les encoches.
Il y a lieu de remarquer que si, dans l'exemple donné, il n'y a que quatre conducteurs par encoche, c'est simplement pour simplifier le dessin, le nombre de conducteurs par encoche pouvant être notablement plus grand.
Sur la figure 1, la référence 1 désigne les dents du noyau sépa- rant les encoches pourvues d'isolants 2 et de coins longitudinaux 3 servant
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à résister à la forte poussée radiale de l'enroulement, suivant une technique courante. Dans la forme d'exécution représentée, chaque enroulement, comme précité, comprend quatre conducteurs composés chacun de deux bandes. Les bandes constituant le premier conducteur portent les références 4a et 4b, celles du second conducteur les références 5a et 5b, et celles des autres conducteurs les références 6a, 6b et 7a, 7b respectivement.
Des passages radiaux 8 traversent toutes les spires de chaque enroulement et chaque conducteur est pourvu de lumières latérales de décharge 9.
On remarquera qu'avec cette disposition, le gaz sort radialement par les passages 8 (vers le haut, sur le dessin), et se décharge par les lumières radiales 9 dans l'espace environnant. Par intervalles, les passages 8 et lumières 9 sont convenablement espacés le long des conducteurs, de manière à pouvoir loger des frettes de tassement entre bobines, sans gêner l'écoulement du fluide.
La figure 2 représente une variante où chaque passage radial alimente un conducteur différent. Le passage de gauche alimente une lumière 9 dans le conducteur 4, le passage radial suivant se décharge par unelumière 9 dans le conducteur 5, et ainsi de suite les passages radiaux se déchargent par des lumières dans les conducteurs successifs dans l'ordre. Dans cette forme d'exécution, les conducteurs sont représentés parune seule bande de cuivre, mais ils peuvert se composer de deux bandes de cuivre, comme à la figure 1, ou d'un plus grand nombre de bandes superposées.
La figure 3 représente une autre forme d'exécution, où le passage radial 8 de gauche se décharge par des lumières 9 dans les conducteurs 4 et 5, tandis que le passage 8 suivant se décharge par les lumières des conducteurs 6 et 7. Un passage sur deux se décharge par les deux conducteurs extérieurs (supérieurs sur le dessin), et les autres passages se déchargent par les deux autres conducteurs. Il est évident qu'un passage radial peut alimenter plus de deux conducteurs.
Dans tous les cas, la bande supérieure 4a n'est pas percée de façon que les parties 8a bouchent les extrémités extérieures des passages 8 et empêchent le fluide de se décharger autrement que par les lumières radiales.
La igure 4 montre un moyen de refroidir les conducteurs noyés dans les encoches et les dents de noyau, en association avec le refroidissement précité des têtes de bobine.
Des canalisations axiales 10 au fond des encoches 11, communiquent, par des passages radiaux 12 traversant les conducteurs, avec la périphérie du rotor. On peut prévoir des canalisations supplémentaires 13 dans les dents du noyau communiquant avec les canalisations 10 par des lumières 14. Dans le cas considéré, le gaz provenant des lumières 9 ou 9' pénètre par les extrémités dans les canalisations 10 et 13 et se décharge par les passages 12. Les lumières 14 sont prévues, de préférence, au milieu de la longueur du noyau pour augmenter le débit de gaz de refroidissement dans les passages 12.
En variante ou supplémentairement, les canalisations 13 peuvent se décharger directement à la périphérie du rotor, par des passages représentés en pointillé.
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The present invention relates to dynamo-electric machines and in particular to high-power turbo-alternators.
It is known that one of the main factors limiting the output of a powerful dynamo-electric machine, such as a turbo-generator, is the rise in temperature, which itself depends on the heat dissipation, the rise in temperature. maximum temperature allowed is obviously that of a part or component individually taken.
It is common to cool machines by flowing a fluid, for example air or hydrogen, over the surfaces of the core and conductors.
According to the present invention, the coil heads, that is to say the ends of the conductors which protrude from the ends of the core, are provided with radial passages communicating with openings made in the sides, that is to say the radial faces of the conductors, so that the fluid passes inside the conductors.
Note that such an arrangement increases the normal cooling of removing heat from the surfaces of the conductor, since it allows additional heat to be removed from inside the conductors.
According to one embodiment, radial passages pass through the entire coils at regular intervals, and each passage communicates with side openings made in all the conductors.
Or, each radial passage can feed a side lumen of a single conductor, the successive radial passages supplying side lumens of different conductors, so as to obtain uniform cooling. In other embodiments, each radial passage can obviously feed the side openings of two or more conductors. The coolant can be air, hydrogen, or another suitable gas, including a highly volatile liquid such as freon.
Additional means can be provided to cool the parts of conductors trapped in the cores. These means may consist, for example, of longitudinal pipes which discharge the fluid through radial openings giving onto the air gap between rotor and stator, as described, for example, in English patent applications nos. 29121/52 and 3533/52. .
In order for the invention to be fully understood, reference will be made to the accompanying drawings, in which:
Figure 1 shows, in perspective, part of the coil heads of a turbo-generator rotor, with the end ring removed for clarity of the drawing.
Figures 2 and 3 are sections, in a radial plane, of part of the coil heads, showing other arrangements of passages and pipes, and
Figure 4 is a cross section of a core notch showing how to cool the conductors trapped in the notches.
It should be noted that if, in the example given, there are only four conductors per slot, it is simply to simplify the drawing, the number of conductors per slot being able to be notably greater.
In FIG. 1, the reference 1 designates the teeth of the core separating the notches provided with insulators 2 and longitudinal wedges 3 serving
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to resist the strong radial thrust of the winding, according to a common technique. In the embodiment shown, each winding, as mentioned above, comprises four conductors each composed of two strips. The bands constituting the first conductor bear the references 4a and 4b, those of the second conductor the references 5a and 5b, and those of the other conductors the references 6a, 6b and 7a, 7b respectively.
Radial passages 8 pass through all the turns of each winding and each conductor is provided with lateral discharge ports 9.
It will be noted that with this arrangement, the gas leaves radially through the passages 8 (upwards, in the drawing), and is discharged through the radial openings 9 into the surrounding space. At intervals, the passages 8 and slots 9 are suitably spaced along the conductors, so as to be able to accommodate the packing rings between coils, without hindering the flow of the fluid.
FIG. 2 represents a variant where each radial passage supplies a different conductor. The left passage feeds a light 9 in the conductor 4, the next radial passage is discharged by a light 9 in the conductor 5, and so on the radial passages are discharged by lights in the successive conductors in order. In this embodiment, the conductors are represented by a single strip of copper, but they can consist of two strips of copper, as in figure 1, or of a greater number of superimposed strips.
FIG. 3 shows another embodiment, where the left radial passage 8 is discharged through openings 9 in the conductors 4 and 5, while the following passage 8 is discharged through the openings of the conductors 6 and 7. A passage on two is discharged through the two outer conductors (upper in the drawing), and the other passages are discharged through the other two conductors. It is obvious that a radial passage can supply more than two conductors.
In any case, the upper band 4a is not pierced so that the parts 8a block the outer ends of the passages 8 and prevent the fluid from discharging other than through the radial openings.
Figure 4 shows a means of cooling the conductors embedded in the notches and the core teeth, in association with the aforementioned cooling of the coil heads.
Axial pipes 10 at the bottom of the notches 11 communicate, by radial passages 12 passing through the conductors, with the periphery of the rotor. Additional pipes 13 can be provided in the teeth of the core communicating with the pipes 10 by openings 14. In the case considered, the gas coming from the openings 9 or 9 'enters through the ends into the pipes 10 and 13 and is discharged through the passages 12. The slots 14 are preferably provided in the middle of the length of the core to increase the flow of cooling gas in the passages 12.
As a variant or additionally, the pipes 13 can discharge directly at the periphery of the rotor, through passages shown in dotted lines.