CH394369A - Machine électrique comportant des enroulements rotoriques refroidis par liquide - Google Patents

Machine électrique comportant des enroulements rotoriques refroidis par liquide

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CH394369A
CH394369A CH1524463A CH1524463A CH394369A CH 394369 A CH394369 A CH 394369A CH 1524463 A CH1524463 A CH 1524463A CH 1524463 A CH1524463 A CH 1524463A CH 394369 A CH394369 A CH 394369A
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conductors
liquid
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tubes
coil
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CH1524463A
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Edouard Wolfhuegel Andre
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Alsthom Cgee
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00Details of windings
    • H02K3/04Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Description


  Machine     électrique    comportant des enroulements     rotoriques    refroidis par liquide    Différents moyens constructifs et technologiques  ont été     mis    en     oeuvre    au fur et à mesure que la puis  sance unitaire des turbo-génératrices, de courant al  ternatif en particulier, augmentait, afin de refroidir  les bobinages induit et inducteur de ces machines.  



  Dans ces machines, c'est le rotor qui a le volume  le plus réduit et c'est par son     échauffement    que la  puissance unitaire a été en premier lieu     limitée.    Pour  augmenter     l'efficacité    du     refroidissement    de cet or  gane, on a fait passer un gaz refroidisseur tel que  l'hydrogène directement sur les conducteurs de l'en  roulement, ce quia     permis    d'en doubler facilement  la capacité. Des perfectionnements à ce système de  refroidissement     ainsiqu'une    augmentation possible de  la pression du gaz refroidisseur sont susceptibles  d'être appliqués pour réaliser encore quelques pro  grès.  



       Cependant,    ces moyens se     révèleront    insuffisants  pour des puissances nettement supérieures à 700 MW  qui sont actuellement envisagées et il conviendra  alors de remplacer le gaz par un liquide refroidisseur  tel que l'eau par exemple.  



  A cette fin, d'assez nombreux systèmes ont été  proposés. Ils présentent tous quelques difficultés de  construction et de technologie, étant donné la cons  titution assez complexe et hétérogène d'un rotor.  L'emploi de conducteurs creux, si séduisant en soi,  nécessite soit leur pliage sur champ dans les têtes de  bobine, ce qui peut les déformer, soit de nombreux  raccords, si on veut     constituer    les bobines au moyen  de     parties    droites assemblées par brasure, et alimen  ter en liquide chacune des spires. Dans d'autres sys  tèmes, il est nécessaire d'assurer l'étanchéité des com  partiments sous les frettes, ainsi que des cales de  fermeture d'encoche.

      La présente invention concerne le refroidisse  ment des rotors de machines électriques, en particu  lier de grands turboalternateurs et     permet    d'augmen  ter la puissance de ces machines, de réduire leurs di  mensions, ou de     réaliser    dans une certaine mesure les  deux avantages à la fois, sans avoir recours à une  construction trop différente de la construction clas  sique des bobinages     rotoriques    à refroidissement di  rect actuellement en service.  



       L'invention    a donc pour objet une machine élec  trique     comportant    des     enroulements        rotoriques    re  froidis par liquide, caractérisée en ce que ses bo  bines inductrices sont composées de conducteurs sub  divisés comportant une partie évidée dans laquelle  est logé un tube destiné à être parcouru par un li  quide refroidisseur. Ce tube peut être soit en contact  avec les conducteurs, soit isolé de ces derniers.  



  Le liquide refroidisseur peut     parcourir    une ou  plusieurs spires, ou une fraction de spire, ce qui per  met alors de réaliser une répartition équilibrée de  la température du bobinage, les tubes refroidisseurs  de chaque bobine étant raccordés soit directement,  soit par l'intermédiaire d'une boîte de jonction à une  tubulure qui assure l'acheminement du liquide aux  collecteurs fixés à l'une des extrémités du rotor ou  éventuellement à chaque extrémité de ce dernier.  



  Il est avantageux de donner, à la section du tube  contenant le     liquide    refroidisseur, un contour poly  gonal, comportant des côtés     inclinés    par rapport à  l'axe de symétrie de l'encoche dans laquelle sont dis  posés les conducteurs. En outre, les conducteurs  peuvent être subdivisés en parties inégales, dont l'une  peut être moins évidée que l'autre ou ne pas     compor-          ter    d'évidement.  



  Il est ainsi possible d'augmenter la surface  d'échange de chaleur et de supprimer les espaces      nuisibles à une bonne transmission de la chaleur entre  tubes et conducteurs.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  plusieurs formes de réalisations de l'objet de l'inven  tion.  



  On supposera que ces exemples se rapportent  au refroidissement de l'enroulement du rotor d'un  turboalternateur synchrone.  



  La     fig.    1 représente une coupe transversale faite  dans une encoche perpendiculairement à l'axe de ro  tation du rotor.  



  La     fig.    2 représente une disposition de raccorde  ment des tubes refroidisseurs d'une bobine à deux  boîtes composites reliées aux collecteurs d'entrée et  de     sortie    du liquide qui les parcourt, ce raccordement  étant     réalisé    dans les têtes de bobine.  



  Les fi,-. 3, 4 et 5 schématisent les circuits du li  quide dans les bobines.  



  La     fig.    6 indique un procédé par lequel un tube  refroidisseur est dévié pour assurer la continuité des  circuits hydraulique et électrique.  



  La     fig.    7 représente une coupe transversale faite       dans    une encoche perpendiculairement à l'axe de ro  tation du rotor,     dans    le cas d'une section de tube re  froidisseur en losange.  



  Les     fig.    8, 9, 10 et 11 sont des coupes trans  versales,     perpendiculaires    à l'axe de rotation du ro  tor, de conducteurs et tubes, représentant     différentes     autres manières d'associer tube et conducteur et de  constituer ce dernier.  



  Suivant l'exemple représenté par la     fig.    1, chaque  bobine comporte un empilage de conducteurs 1 sub  divisés en deux parties 2, et séparés les uns des au  tres par des bandes 3 en matériau isolant ; chacune  de ces deux     parties    présente un évidement, de sorte  que leur assemblage     forme    un canal dans lequel est  enfermé un tube 4, en cuivre de préférence,     porteur     du liquide refroidisseur ; le contact intime des con  ducteurs et des tubes est assuré, par exemple, soit  en coulant dans les interstices un métal fondant à  basse température, soit encore par la force centrifuge  qui s'exerce en rotation sur les conducteurs     eux-          mêmes    ;

   par surcroît, on peut associer le tube et les       demi-conducteurs    par quelques brasures en des     points     judicieusement choisis de manière que le courant in  ducteur se répartisse non seulement dans les     demi-          conducteurs    mais aussi dans les tubes, assurant ainsi       l'utilisation    maximale de la matière. L'ensemble des  conducteurs de l'encoche est séparé de la masse du  rotor 5 par une gaine en matériau isolant électrique 6.  En     variante,    les conducteurs peuvent être composés  de deux parties dissemblables, par exemple l'une  d'elles ayant un évidement pour le logement du tube  et l'autre pouvant être un élément plat.  



  La     fig.    2 représente un exemple de raccordement  des tubes refroidisseurs 4 aux boîtes composites ap  propriées 7, effectué dans les régions frontales des  bobines ; on a supposé que les conducteurs 1 ont été  entaillés localement dans leurs parties médianes pour  laisser passer les tubes que l'on a cintrés ; en variante,    si les conducteurs sont suffisamment épais, les boîtes  7 peuvent être placées     radialement    dans un canal mé  nagé dans le milieu des têtes de bobine, les tubes  n'étant plus alors courbés vers l'arbre.  



  Les boîtes de raccordement 7 sont composées  d'éléments métalliques 8 comportant une saillie 9,  dans laquelle est encastrée l'extrémité du tube cor  respondant, ainsi qu'un évidement central 10 ; ces  éléments, qui sont isolés les uns des autres par des  rondelles 11 et des anneaux 12,     destinés    à assurer  l'isolement électrique entre les éléments, ainsi que  l'étanchéité au liquide, sont rendus solidaires par ser  rage ; à cet effet, les pièces d'extrémité 13 et 14 com  portent des     saillies    percées, non figurées, dans les  quelles passent des vis de serrage ; l'extrémité de  chaque boîte est reliée par une tubulure appropriée à  un collecteur de liquide.  



  En variante, les éléments 8 des boîtes de raccor  dement peuvent être en matériau isolant ou encore les  boîtes peuvent être d'une seule pièce de ce même ma  tériau.  



  Les tubes 4 pourraient être séparés des conduc  teurs par une légère couche d'isolant tel qu'un émail  ou un ruban mince, de manière qu'il soit possible de  les réunir     solidairement    dans une boîte d'une seule  pièce, sans créer des courts-circuits entre les conduc  teurs ; dans ce cas, la transmission de la chaleur  entre tubes et conducteurs n'est pas aussi bien as  surée que dans l'exemple de la     fig.    1, mais une sim  plification est     apportée    dans la fabrication.  



  Le circuit parcouru par le liquide dans les tubes  peut avoir des longueurs et des agencements diffé  rents. Dans la     fig.    2, on suppose que l'eau entre par  l'une des deux boîtes de raccordement 7 et     ressort     par l'autre après avoir parcouru toute la bobine,       comme    le représente schématiquement la     fig.    3.  



  Les tubes de chaque bobine peuvent être divisés  en deux groupes, par exemple les pairs et les impairs,  afin de constituer deux circuits en parallèle, les tubes       pairs    étant, par exemple, dans l'un des côtés d'une  bobine, reliés à une entrée de liquide et les tubes im  pairs à une sortie, et l'inverse étant     réalisé    pour  l'autre côté de la bobine ; avec cette disposition, les  tubes des deux circuits sont enchevêtrés et les deux  courants de liquide sont de sens inverses dans cha  cune des nappes. La température des conducteurs est  ainsi sensiblement uniforme sur toute la longueur de  la bobine, ce qui     représente    un avantage par rapport  aux systèmes connus.  



  Suivant une autre disposition représentée sché  matiquement sur la     fig.    4, le liquide entre dans la  partie frontale des     bobines    d'un côté du rotor et en  sort par le côté opposé, se divisant ainsi en deux  flux parcourant chacun dans le même sens les deux  côtés de chaque bobine, l'échauffement des conduc  teurs étant ainsi sensiblement réduit de moitié.  



  Dans une autre disposition schématisée suivant  la     fig.    5, le liquide arrive au milieu des     parties    droites  de chaque bobine dans les conducteurs, par l'inter  médiaire d'une boîte de jonction appropriée non fi-           gurée,    reliée à un tube 15 logé dans une rainure pra  tiquée dans le fond de chaque encoche, qui amène le  liquide à un collecteur d'eau du rotor ; le liquide re  froidisseur ne parcourt qu'une demi-longueur de la  bobine et les températures des conducteurs sont dimi  nuées ; de plus elles présentent une symétrie par     rap-          port    au plan diamétral qui passe par le milieu du  corps du rotor, supprimant ainsi une cause de vibra  tions mécaniques. .  



  La disposition des tubes et des conducteurs dans  une bobine se prête également à la constitution de  circuits dans lesquels le liquide pourrait parcourir  deux ou plusieurs spires afin de diminuer le nombre  des     éléments    des boîtes de jonction.  



  Dans ce cas, tous les tubes ne sont pas reliés à  une boîte de jonction : suivant la     fig.    2, ceux qui le  sont passent dans un évidement de la     partie    médiane  des conducteurs ; les autres ne peuvent être prolon  gés dans cet évidement et doivent en être déviés,  comme on l'a représenté en projection plane sur la       fig.    6, en     sortant    du conducteur 1 par une échancrure  ménagée dans son épaisseur, de manière à assurer la  continuité du circuit hydraulique et du circuit élec  trique ;

   si les bobines sont     constituées    de     demi-          bobines    assemblées par brasure des conducteurs, le  tube 4 peut avoir un joint 16     recouvert    par un man  chon 17 qui assure l'étanchéité au     liquide.     



  Suivant l'exemple représenté par la     fig.    7, chaque  bobine comporte un empilage de conducteurs 18       subdivisés    en deux     _parties    19 et 20 et séparés les uns  des autres par des bandes 21 en matériau isolant ;  chacune de ces parties présente un évidement, de sorte  que leur assemblage forme un canal de section poly  gonale à côtés inclinés par rapport au plan de symé  trie de     l'encoche,    dans lequel est enfermé un tube 22,  en cuivre de préférence, porteur du liquide refroidis  seur ; dans l'exemple représenté, le tube 22 a une sec  tion en forme de losange, dont deux sommets oppo  sés se trouvent sur l'axe de symétrie de l'encoche ;

    les dimensions des évidements et du tube sont telles  que, sous l'effet de la force centrifuge, les quatre  faces du canal et du tube sont pressées les unes  contre les autres, assurant la transmission de la cha  leur dans les conditions optimales, et, par voie de  conséquence, le     minimum    d'échauffement de l'enrou  lement ; celui-ci est en outre séparé de la masse du  rotor 5 par une gaine en matériau isolant électrique  6, comme dans la     fig.    1.  



  Les     fig.    8, 9, 10 et 11 représentent d'autres exem  ples de subdivision des conducteurs 18 et de formes  des tubes 22, qui, par leur association, permettent  d'utiliser la force centrifuge pour assurer un contact         intime,    et sur une plus     grande    surface, entre les  éléments     constitutifs    de chacun des conducteurs re  froidis.  



  On a désigné par 23 et 24 les côtés de la section  du conducteur,     perpendiculaires    à l'axe de l'encoche,  et situés respectivement le plus près et le plus loin  du fond de l'encoche, et par 25 le côté commun aux  sections des demi-conducteurs 19 et 20.  



  Sur la     fig.    8, le tube 22 a une section de forme  trapézoïdale dont la grande base est dans l'aligne  ment du côté 23.  



  Sur la     fig.    9, la grande base de la section trapé  zoïdale du tube 22 est dans l'alignement du côté 25,  et seul le demi-conducteur 19 est évidé.  



  Sur la     fig.    10, la grande base et la petite base de  la section     trapézoïdale    du tube 22 sont respective  ment dans l'alignement des côtés 24 et 23.  



  Sur les     fig.    8 et 10, le conducteur peut être éven  tuellement subdivisé.  



  Sur la     fig.    11, le tube 22 a une section hexago  nale, et disposée de façon que deux côtés opposés  soient parallèles aux côtés 23 et 24, et le conducteur  est subdivisé en deux     demi-conducteurs    égaux.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Machine électrique comportant des enroulements rotoriques refroidis par liquide, caractérisée en ce que ses bobines inductrices sont composées de con ducteurs subdivisés comportant une partie évidée dans laquelle est logé un tube destiné à être par couru par un liquide refroidisseur. SOUS REVENDICATIONS 1. Machine selon la revendication, caractérisée en ce que le tube parcouru par le liquide refroidisseur a une section polygonale comportant des côtés par rap port au plan de symétrie de l'encoche dans laquelle sont disposés les conducteurs. 2. Machine selon la revendication, caractérisée en ce que lesdits conducteurs sont subdivisés en par ties inégales. 3.
    Machine selon la revendication et la sous-re- vendication 2, caractérisée en ce que l'une desdites parties inégales est moins évidée que l'autre. 4. Machine selon la revendication et la sous-re- vendication 2, caractérisée en ce que l'une desdites parties inégales ne comporte pas d'évidement.
CH1524463A 1962-12-13 1963-12-12 Machine électrique comportant des enroulements rotoriques refroidis par liquide CH394369A (fr)

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