Machine dynamo-électrique La présente invention a pour objet une machine dynamo-électrique comprenant un ro tor comportant un enroulement, un arbre pré sentant un trou axial, et des bagues collectrices du courant montées sur l'arbre du rotor.
Dans les machines telles que les turbo- générateurs, les conducteurs de Penroulement du rotor doivent être construits et arrangés <B>de</B> manière<B>à</B> ne pas déséquilibrer le rotor et pour résister aux efforts centrifuges. Ils doivent aussi résister<B>à</B> de hauts voltages. Dans les machines refroidies par de l'hydrogène et pré sentant des dispositifs collecteurs de courant extérieurs au réservoir contenant l'hydrogène, les conducteurs doivent être scellés dans l'arbre pour empêcher des fuites d'hydrogène le long des conducteurs vers l'extérieur du réservoir et des entrées d7air vers l'intérieur.
Jusqu'ici, la fixation satisfaisante des con ducteurs dans le trou de l'arbre du rotor néces sitait des opérations d7usinage relativement coû teuses et un assemblage difficile. En outre, dans les machines refroidies par de l'hydrogène, des fuites au niveau du joint nécessitaient le retrait de l'arbre du rotor pour la réparation ou le changement du joint.
La présente invention a pour but de remé dier<B>à</B> ces inconvénients.
La machine dynamo-électrique objet de l'invention est caractérisée en ce qu'elle com- prend un tube de matière isolante disposé dans le trou axial de l'arbre du rotor, des conduc teurs pour relier les bagues collectrices<B>à</B> l'en roulement et disposés longitudinalement dans le tube isolant, ce dernier constituant la seule isolation entre lesdits conducteurs et la paroi du trou axial, un ruban de matière isolante étant disposé entre les conducteurs et consti tuant la seule isolation séparant lesdits conduc teurs.
Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exem ple, une forme d'exécution de la machine selon l'invention et une variante.
La fig. <B>1</B> est une coupe axiale de cette forme d'exécution. La fig. 2 est une coupe par la ligne INI de la fig. <B>1.</B>
La fig. <B>3</B> montre une variante de l'arran gement des conducteurs. La machine dynamo-électrique représentée partiellement aux fig. <B>1</B> et 2 est un turbo- générateur <B>à</B> haute vitesse comprenant un arbre rotatif<B>6</B> s'étendant dans une enveloppe<B>7</B> et supporté par des paliers non représentés.
L'en veloppe<B>7</B> est de préférence étanche aux gaz et remplie d'hydrogène utilisé comme gaz de ventilation, Sur un noyau magnétique<B>à</B> en coches<B>8,</B> qui pourrait être d'une pièce avec l'arbre, est monté un enroulement d7excitation <B>9</B> s'étendant axialement, dont les spires extrêmes sont fixées, de la manière connue, par un an neau de retenue non représenté Une source de courant d'excitation (non re présentée) alimente l'enroulement<B>9</B> par des moyens comprenant un dispositif collecteur de courant et des connexions.
Le dispositif collec teur comprend des bagues 12 et<B>13</B> montées sur un manchon<B>10</B> et isolées de ce dernier, le manchon étant monté de manière amovible sur une portion de l'arbre<B>à</B> l'extérieur de l'en veloppe<B>7.</B> Les connexions comprennent des conducteurs<B>15</B> et<B>16</B> préalablement assemblés et insérés d'un bloc dans un trou axial<B>17</B> ménagé centralement dans l'arbre<B>6.</B> Les conduc teurs<B>15</B> et<B>16</B> peuvent être des barres de cuivre nu.
Es sont disposés dans un tube<B>18</B> de ma- tiùre isolante et séparés l'un de l'autre par un ruban isolant<B>19.</B> Le tube isolant<B>18</B> consti tue la seule isolation entre les conducteurs<B>15,</B> <B>16</B> d'une part et la paroi du trou<B>17</B> d'autre part, et le ruban<B>19</B> constitue la seule isolation entre les conducteurs<B>15</B> et<B>16.</B> Le ruban iso lant<B>19</B> s'étend radialement au-delà des conduc teurs<B>15</B> et<B>16,
</B> ses côtés s'engageant<B>à</B> frotte ment avec les parois du tube<B>18</B> pour former le long de la surface du ruban<B>19</B> une zone d'isolation étendue qui soit efficace contre des tensions relativement élevées de l'ordre de <B>3000 à 5000</B> volts.<B>-</B> Les conducteurs<B>15</B> et<B>16</B> présentent des surfaces cylindriques appliquées contre la sur face inter -ne du tube isolant<B>18.</B> Ces conducteurs sont disposés dans le tube<B>18</B> de manière que leur côté plat se trouve contre le ruban isolant <B>19</B> et leur surface courbe opposée contre la portion de la paroi du tube<B>18</B> éloignée du ruban isolant 19 et éloig pée
des points de contact de ce dernier avec le tube<B>18,</B> de ma nière<B>à</B> former le long du tube isolant<B>18</B> une zone d'isolation au moins aussi grande que la zone d'isolation<B>le</B> long du ruban<B>19,</B> afin d'empêcher une décharge entre les conducteurs <B>15</B> et<B>16.</B> Les extrémités opposées du tube,<B>18</B> sont fermées par des disques isolants 20 et<B>25.</B> Le disque<B>25, à</B> l'extrémité de l'arbre portant les bagues est maintenu en place par un cou vercle<B>32.</B>
Les connexions comprennent, en plus des conducteurs<B>15</B> et<B>16</B> disposés axialement, d'une part des conducteurs 21 et 22 disposés radialement dans des ouvertures radiales mé nagées dans l'arbre<B>6</B> et qui s'ouvrent dans le trou axial<B>17</B> près de l'enroulement du rotor, et d'autre part des conducteurs<B>23</B> et 24 logés dans des ouvertures radiales ménagées dans l'arbre<B>à</B> proximité des bagues 12 et<B>13.</B> Les conducteurs 21<B>à</B> 24 sont connectés par des pas<B>de</B> vis aux conducteurs<B>15</B> et<B>16.</B> Les extré mités extérieures des conducteurs 21 et 22 sont connectées<B>à</B> l'enroulement du rotor<B>9,
</B> et les extrémités extérieures des conducteurs<B>23</B> et 24 sont connectées chacune par des pas de vis<B>à</B> une broche creuse 45 d'une borne 46.
Le conducteur 21 présente un collier<B>26,</B> de préférence d'une pièce avec lui. Un tube<B>27</B> de matière isolante entoure étroitement le conducteur 21 entre le collier<B>26</B> et le conduc teur<B>15.</B> Un tube<B>28</B> de matière isolante entoure le collier<B>26</B> et bute contre la paroi de l'ouver ture. Un bloc annulaire<B>29</B> destiné<B>à</B> transmettre une poussée est disposé autour du conducteur et repose sur la face du collier<B>26</B> éloignée de l'axe de l'arbre. La paroi de l'ouverture radiale présente un anneau de serrage<B>31</B> vissé dans la paroi. Quand il est serré, cet anneau s'appuie contre le bloc de poussée<B>29</B> pour fixer rigi dement le conducteur 21 dans l'arbre<B>6</B> contre une force centrifuge tendant<B>à</B> forcer le conduc teur radialement vers l'extérieur.
Un tube isolant<B>à</B> bride<B>30</B> est disposé au tour du conducteur 21 et présente une portion cylindrique disposée entre l'anneau<B>31</B> et le conducteur, la bride recouvrant l'anneau. Une pièce élastique<B>33</B> non conductrice, chimique ment inactive vis-à-vis de l'huile et de l'hydro gène et non affectée par la température du conducteur, est disposée autour du conducteur 21 et s'appuie sur la bride du tube<B>30.</B> La pièce<B>33</B> constitue un joint et elle est formée de préférence en caoutchouc au silicone qui est une substance élastique maintenant son élasticité<B>à</B> toutes les températures de fonction- nement sans se rétrécir, se fendre ou se dété riorer d'une manière quelconque.
Des moyens sont prévus pour fixer cette pièce élastique par une compression exercée longitudinalement par rapport au conducteur, indépendante de la pression appliquée par l'anneau<B>31</B> de fixation du conducteur. Ces moyens comprennent un tube isolant<B>à</B> bride 34 disposé autour du conducteur 21, la bride bu tant contre le joint. Un écrou<B>35</B> est disposé autour de la portion longitudinale du tube 34 et se visse dans la paroi de l'ouverture. L'écrou <B>35</B> bute contre la bride du tube 34 et applique celle-ci étroitement sur -la pièce<B>33,</B> avec une pression déterminée, de sorte que cette pièce appuie fermement contre le métal du conduc teur 21 et contre la paroi de l'ouverture pour constituer un joint étanche aux gaz entre ces pièces.
Les tubes isolants<B>27, 28, 30</B> et 34, et le bloc de poussée<B>29</B> sont faits de préfé rence en une matière isolante thermoplastique moulée ou laminée, contenant des matières mi nérales résistantes<B>à</B> la chaleur.
Le conducteur 22 est disposé dans une ouverture radiale, diamétralement opposée au conducteur 21 et est monté de la même façon que ce dernier.
Les conducteurs<B>23</B> et 24 pourraient êtit construits et disposés de la même manière que le conducteur 21. Dans la forme d'exécution représentée, cependant, ils comprennent un col lier<B>36</B> entouré d'un tube<B>37.</B> Le tube<B>37</B> est une pièce élastique non conductrice, ne réagis sant pas chimiquement avec l'huile ou l'hydro- gùne, et faite de préférence en caoutchouc au silicone. Elle constitue un joint entre le conduc teur<B>23</B> et la paroi de l'ouverture.
Un anneau<B>38</B> de matière isolante est disposé autour du conducteur<B>23</B> dans le tube<B>37</B> et sous<B>le</B> col lier<B>36.</B> Un bloc<B>39</B> de transmission de poussée est constitué par un tube<B>à</B> bride en matière isolante disposé autour du conducteur<B>23,</B> la bride s'appuyant sur la face du collier<B>36</B> éloi gnée de l'axe de l'arbre. Un anneau de serrage 40 en acier est vissé dans la paroi de rouver- ture radiale et s'appuie sur Pépaulement du bloc<B>39.</B> L'anneau 40 est serré pour maintenir le conducteur<B>23</B> contre la force centrifuge.
Des moyens pour fixer le tube<B>37</B> en place sous une compression axiale comprennent l'an neau de serrage 40 et un court tube isolant 41 disposé autour du bloc<B>39</B> sous l'anneau 40. La longueur du tube 41 est choisie de manière que lorsque l'anneau 40 est serré, il s'appuie contre<B>le</B> tube 41 et le force contre<B>le</B> tube<B>37,</B> pour soumettre ce tube<B>37 à</B> une force de compression inférieure<B>à</B> la force appliquée contre le collier<B>36.</B> Le tube<B>37</B> est ainsi forcé en engagement avec la périphérie extérieure du collier<B>36</B> et la paroi<B>de</B> l'ouverture, de manière que ce tube soit comprimé pour constituer un joint étanche aux gaz entre le conducteur<B>23</B> et la paroi de l'ouverture.
Le conducteur<B>23</B> est taillé en tronc de cône pour réduire la section droite de son extré mité radiale extérieure<B>32,</B> afin de réduire l'effort centrifuge sur le conducteur. L'anneau de serrage 40 maintient le conducteur en place contre la force centrifuge tendant<B>à</B> le forcer vers l'extérieur de l'ouverture, cet anneau 40 étant disposé<B>à</B> l'extrémité radiale extérieure de l'ouverture où il coopère avec le bloc iso lant<B>39</B> pour fixer l'extrémité extérieure du conducteur en alignement dans l'ouverture. Le conducteur 24 est construit et disposé d'une manière similaire au conducteur<B>23</B> dans une ouverture radiale diamétralement opposée au conducteur<B>23.</B>
Les conducteurs<B>23</B> et 24 sont<B>à</B> l'extérieur de l'enveloppe<B>7</B> et les joints comprenant les tubes<B>37</B> sont par conséquent accessibles sans ouvrir l'enveloppe dans l'atmosphère, tandis que les pièces élastiques<B>33,</B> prévues pour les conducteurs 21 et 22 sont<B>à</B> l'intérieur de l'en veloppe. Les joints<B>37</B> peuvent être remplacés non seulement sans ouvrir l'enveloppe<B>7,</B> mais aussi sans enlever l'arbre<B>6</B> ou l'anneau de re-' tenue du rotor (non représenté).
La fig. <B>3</B> montre une variante de la dispo sition des conducteurs. Les conducteurs<B>15</B> et <B>16</B> sont disposés axialement et assemblés dans un élément comprenant le tube isolant<B>18,</B> qui est disposé lui-même dans un tube d'acier 43 destiné<B>à</B> être inséré dans le trou axial de l'arbre<B>6.</B> Le tube métallique 43 et le tube isolant<B>18</B> présentent des ouvertures radiales <B>1</B> alignées pour recevoir les conducteurs radiaux connectant les conducteurs axiaux aux bagues collectrices et<B>à</B> l'enroulement du rotor.
Le tube métallique 43 est utilisé pour faciliter l'assem blage préalable et pour réduire la dimension du trou axial, le tube isolant pouvant présenter une plus petite épaisseur que dans la forme d'exécution précédente.
Dynamo-electric machine The present invention relates to a dynamo-electric machine comprising a rotor comprising a winding, a shaft having an axial hole, and current slip rings mounted on the shaft of the rotor.
In machines such as turbo-generators, the rotor winding conductors must be constructed and arranged <B> </B> so as not <B> </B> not to unbalance the rotor and to resist centrifugal forces. They must also withstand <B> </B> high voltages. In machines cooled by hydrogen and having current-collecting devices external to the tank containing the hydrogen, the conductors shall be sealed in the shaft to prevent hydrogen leakage along the conductors to the outside of the tank. tank and air inlets to the interior.
Heretofore, satisfactory securing of the conductors in the hole in the rotor shaft has required relatively expensive machining operations and difficult assembly. In addition, in hydrogen cooled machines, seal leaks required removal of the rotor shaft for repair or replacement of the seal.
The object of the present invention is to remedy <B> to </B> these drawbacks.
The dynamo-electric machine which is the subject of the invention is characterized in that it comprises a tube of insulating material arranged in the axial hole of the rotor shaft, conductors for connecting the slip rings <B> to < / B> while rolling and arranged longitudinally in the insulating tube, the latter constituting the only insulation between said conductors and the wall of the axial hole, a strip of insulating material being arranged between the conductors and constituting the only insulation separating said conduc teurs.
The appended drawing represents, <B> to </B> by way of example, an embodiment of the machine according to the invention and a variant.
Fig. <B> 1 </B> is an axial section of this embodiment. Fig. 2 is a section through the line INI of FIG. <B> 1. </B>
Fig. <B> 3 </B> shows a variation of the conductor arrangement. The dynamo-electric machine partially represented in FIGS. <B> 1 </B> and 2 is a high speed <B> </B> turbo-generator comprising a rotating shaft <B> 6 </B> extending in a <B> 7 </ B envelope > and supported by bearings not shown.
The envelope <B> 7 </B> is preferably gas-tight and filled with hydrogen used as ventilation gas, On a magnetic core <B> à </B> in notches <B> 8, </ B> which could be in one piece with the shaft, is mounted an excitation winding <B> 9 </B> extending axially, the end turns of which are fixed, in the known manner, by a retaining ring not shown An excitation current source (not shown) supplies the winding <B> 9 </B> by means comprising a current collector device and connections.
The collector device comprises rings 12 and <B> 13 </B> mounted on a sleeve <B> 10 </B> and isolated from the latter, the sleeve being removably mounted on a portion of the shaft < B> on </B> the outside of the casing <B> 7. </B> The connections include <B> 15 </B> and <B> 16 </B> conductors previously assembled and inserted of a block in an axial hole <B> 17 </B> made centrally in the shaft <B> 6. </B> The conductors <B> 15 </B> and <B> 16 </ B > can be bare copper bars.
They are placed in a tube <B> 18 </B> of insulating material and separated from each other by an insulating tape <B> 19. </B> The insulating tube <B> 18 </ B> constitutes the only insulation between the conductors <B> 15, </B> <B> 16 </B> on the one hand and the wall of the hole <B> 17 </B> on the other hand, and the <B> 19 </B> tape constitutes the only insulation between the conductors <B> 15 </B> and <B> 16. </B> The insulation tape <B> 19 </B> extends radially beyond conductors <B> 15 </B> and <B> 16,
</B> its sides engaging <B> at </B> rubbing with the walls of the tube <B> 18 </B> to form along the surface of the tape <B> 19 </B> a wide insulation zone which is effective against relatively high voltages of the order of <B> 3000 to 5000 </B> volts. <B> - </B> The conductors <B> 15 </B> and < B> 16 </B> have cylindrical surfaces applied against the inner surface of the insulating tube <B> 18. </B> These conductors are arranged in the tube <B> 18 </B> so that their flat side is against the insulating tape <B> 19 </B> and their opposite curved surface against the portion of the tube wall <B> 18 </B> remote from the insulating tape 19 and removed
the points of contact of the latter with the tube <B> 18, </B> so as <B> to </B> form along the insulating tube <B> 18 </B> an insulation zone at the less than the insulation area <B> along </B> tape <B> 19, </B> to prevent discharge between conductors <B> 15 </B> and <B> 16. </B> The opposite ends of the tube, <B> 18 </B> are closed by insulating discs 20 and <B> 25. </B> The disc <B> 25, at </B> l The end of the shaft carrying the bushings is held in place by a <B> 32. </B> cover.
The connections include, in addition to the conductors <B> 15 </B> and <B> 16 </B> disposed axially, on the one hand conductors 21 and 22 disposed radially in radial openings formed in the shaft < B> 6 </B> and which open into the axial hole <B> 17 </B> near the rotor winding, and on the other hand the conductors <B> 23 </B> and 24 housed in radial openings made in the shaft <B> at </B> near the rings 12 and <B> 13. </B> The conductors 21 <B> to </B> 24 are connected by steps <B > of </B> screws to conductors <B> 15 </B> and <B> 16. </B> The outer ends of conductors 21 and 22 are connected <B> to </B> the winding of the rotor <B> 9,
</B> and the outer ends of the conductors <B> 23 </B> and 24 are each connected by threads <B> to </B> a hollow pin 45 of a terminal 46.
The conductor 21 has a collar <B> 26, </B> preferably one piece with it. A tube <B> 27 </B> of insulating material tightly surrounds the conductor 21 between the collar <B> 26 </B> and the conductor <B> 15. </B> A tube <B> 28 </ B> of insulating material surrounds the collar <B> 26 </B> and abuts against the wall of the opening. An annular block <B> 29 </B> intended <B> to </B> transmit a thrust is disposed around the driver and rests on the face of the collar <B> 26 </B> remote from the axis of the 'tree. The wall of the radial opening has a <B> 31 </B> clamping ring screwed into the wall. When tight, this ring presses against the thrust block <B> 29 </B> to rigidly fix the conductor 21 in the shaft <B> 6 </B> against a tending centrifugal force <B> to </B> force the conductor radially outwards.
An insulating tube <B> with </B> flange <B> 30 </B> is disposed around the conductor 21 and has a cylindrical portion disposed between the ring <B> 31 </B> and the conductor, the flange covering the ring. A non-conductive elastic part <B> 33 </B>, chemically inactive with respect to oil and hydrogen and unaffected by the temperature of the conductor, is arranged around the conductor 21 and s' presses on the flange of the tube <B> 30. </B> The part <B> 33 </B> constitutes a gasket and is preferably formed of silicone rubber which is an elastic substance maintaining its elasticity <B> to </B> all operating temperatures without shrinking, cracking or deteriorating in any way.
Means are provided for fixing this elastic part by a compression exerted longitudinally relative to the conductor, independent of the pressure applied by the conductor fixing ring <B> 31 </B>. These means comprise an insulating tube <B> with </B> flange 34 disposed around the conductor 21, the flange bu both against the seal. A nut <B> 35 </B> is disposed around the longitudinal portion of the tube 34 and is screwed into the wall of the opening. The nut <B> 35 </B> abuts against the flange of the tube 34 and applies this tightly to the part <B> 33, </B> with a determined pressure, so that this part presses firmly against the metal of the conductor 21 and against the wall of the opening to form a gas-tight seal between these parts.
The insulating tubes <B> 27, 28, 30 </B> and 34, and the thrust block <B> 29 </B> are preferably made of a molded or laminated thermoplastic insulating material, containing mineral materials. resistant to <B> to </B> heat.
The conductor 22 is disposed in a radial opening, diametrically opposed to the conductor 21 and is mounted in the same way as the latter.
The conductors <B> 23 </B> and 24 could be constructed and arranged in the same way as the conductor 21. In the embodiment shown, however, they include a collar <B> 36 </B> surrounded of a tube <B> 37. </B> The tube <B> 37 </B> is a non-conductive elastic part, which does not react chemically with oil or hydrogen, and preferably made made of silicone rubber. It forms a seal between the conductor <B> 23 </B> and the wall of the opening.
A ring <B> 38 </B> of insulating material is arranged around the conductor <B> 23 </B> in the tube <B> 37 </B> and under <B> the </B> neck < B> 36. </B> A thrust transmission block <B> 39 </B> consists of a tube <B> with </B> flange in insulating material arranged around the conductor <B> 23, </ B> the flange resting on the face of the collar <B> 36 </B> away from the axis of the shaft. A steel clamp ring 40 is screwed into the radial opening wall and rests on the shoulder of the block <B> 39. </B> Ring 40 is tightened to hold the conductor <B> 23 </ B> against centrifugal force.
Means for securing the tube <B> 37 </B> in place under axial compression include the clamp ring 40 and a short insulating tube 41 disposed around the block <B> 39 </B> under the ring. 40. The length of the tube 41 is chosen so that when the ring 40 is tightened, it presses against <B> the </B> tube 41 and forces it against <B> the </B> tube <B > 37, </B> to subject this tube <B> 37 to </B> a compressive force less <B> than </B> the force applied against the collar <B> 36. </B> The tube <B> 37 </B> is thus forced into engagement with the outer periphery of the collar <B> 36 </B> and the wall <B> of </B> the opening, so that this tube is compressed to form a gas-tight seal between the conductor <B> 23 </B> and the wall of the opening.
The conductor <B> 23 </B> is cut into a truncated cone to reduce the cross section of its outer radial end <B> 32, </B> in order to reduce the centrifugal force on the conductor. The clamping ring 40 holds the conductor in place against the centrifugal force tending <B> to </B> force it out of the opening, this ring 40 being disposed <B> at </B> the outer radial end of the opening where it cooperates with the insulating block <B> 39 </B> to secure the outer end of the conductor in alignment in the opening. Conductor 24 is constructed and disposed in a manner similar to conductor <B> 23 </B> in a radial opening diametrically opposed to conductor <B> 23. </B>
The conductors <B> 23 </B> and 24 are <B> on </B> the outside of the casing <B> 7 </B> and the joints comprising the tubes <B> 37 </B> are therefore accessible without opening the casing into the atmosphere, while the elastic parts <B> 33, </B> provided for the conductors 21 and 22 are <B> inside </B> the inside of the in veloppe. The seals <B> 37 </B> can be replaced not only without opening the casing <B> 7, </B> but also without removing the shaft <B> 6 </B> or the re-ring. - holding the rotor (not shown).
Fig. <B> 3 </B> shows a variant of the arrangement of the conductors. The conductors <B> 15 </B> and <B> 16 </B> are arranged axially and assembled in an element comprising the insulating tube <B> 18, </B> which is itself arranged in a tube of 'steel 43 intended <B> to </B> be inserted into the axial hole of the shaft <B> 6. </B> The metal tube 43 and the insulating tube <B> 18 </B> have openings radial <B> 1 </B> aligned to receive the radial conductors connecting the axial conductors to the slip rings and <B> to </B> the rotor winding.
The metal tube 43 is used to facilitate the preliminary assembly and to reduce the size of the axial hole, the insulating tube being able to have a smaller thickness than in the previous embodiment.