CH621018A5

CH621018A5 -

Info

Publication number: CH621018A5
Application number: CH63778A
Authority: CH
Inventors: David Peter Davies
Original assignee: Mc Graw Edison Co
Priority date: 1977-01-21
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1980-12-31
Also published as: JPS53109194A; DE2803015A1; CA1090437A; SE7800586L; US4066203A; US4133559A; FR2378388A1; GB1591549A

Description

La présente invention concerne généralement un procédé et un dispositif de raccordement permettant d'obtenir une bonne liaison électrique et hydraulique dans un conducteur refroidi à l'eau, et plus particulièrement un procédé et un dispositif de raccordement permettant d'obtenir une bonne liaison électrique et hydraulique dans les barreaux de stator d'un turbogénérateur, formés par un certain nombre de conducteurs creux et refroidis à l'eau.

Dans les grands turbogénérateurs, un échauffement excessif peut se produire sous l'effet des très fortes intensités mises en jeu. C'est pourquoi on fait appel à des conducteurs creux pour pouvoir faire passer de l'eau à l'intérieur et éliminer l'excès de chaleur. Bien que l'on puisse faire appel à différentes formes, l'assemblage le plus courant de conducteurs refroidis à l'eau comporte deux rangées de conducteurs généralement rectangulaires, formant ensemble un barreau conducteur de forme générale rectangulaire. Ces barreaux conducteurs forment alors les enroulements de ces turbogénérateurs extrêmement grands.

L'eau de refroidissement des conducteurs creux est normalement introduite au niveau des spires terminales des enroulements du turbogénérateur. On utilise classiquement un connecteur sur lequel on brase l'extrémité d'un barreau conducteur, des moyens étant prévus pour l'introduction de l'eau dans l'extrémité ouverte des conducteurs creux. On complète les spires terminales en connectant électriquement des connecteurs appropriés.

Un type de connecteur a sensiblement la forme d'une boîte creuse. On introduit partiellement le barreau conducteur dans la boîte du connecteur et on le brase sur cette boîte. On introduit s

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alors de l'eau dans l'autre extrémité de la boîte pour qu'elle passe dans l'extrémité ouverte des conducteurs creux. Afin de permettre à un tel dispositif de fonctionner, il faut que le brasage du barreau conducteur sur la boîte soit tel qu'il assure un joint mécanique résistant, un trajet continu de conduction de l'électricité, et un joint étanche à l'eau. Les solutions proposées par la technique antérieure permettent souvent d'obtenir le joint mécanique résistant, mais les caractéristiques électriques et surtout hydrauliques de ces joints brasés sont souvent défectueuses.

On réalise classiquement les joints brasés selon la technique antérieure en faisant avancer le matériau de brasage le long des conducteurs en direction des extrémités ouvertes des conducteurs creux. Une telle solution est basée sur l'action capillaire du matériau de brasage. Mais cela a pour résultat un certain nombre de problèmes. Avant tout, pour que le matériau de brasage se déplace constamment le long des conducteurs, il est nécessaire d'utiliser des températures relativement élevées pour que le matériau de brasage puisse couler même le long de la longueur relativement limitée que l'on peut obtenir. En outre, le matériau de brasage tend à couler vers les plus petits espaces libres, et il est donc difficile d'avoir assez de matériau de brasage dans les espaces libres relativement plus grands, par exemple aux coins arrondis des conducteurs. Par ailleurs, afin d'obtenir les caractéristiques électriques et hydrauliques voulues, il faut obligatoirement que la boîte et le barreau conducteur soient construits avec des tolérances relativement étroites (une tolérance totale de l'ordre de 0,025 à 0,05 mm est absolument nécessaire), ce qui est extrêmement difficile à réaliser avec un barreau conducteur. Par conséquent, de nombreux joints brasés selon la technique antérieure manifestent des caractéristiques électriques médiocres et une tendance à la porosité vis-à-vis de l'eau de refroidissement. Dans la mesure où la panne d'un grand turbogénérateur peut se traduire par la perte de plusieurs millions de francs d'énergie électrique chaque jour pendant lequel le turbogénérateur ne fonctionne pas, la défaillance d'un joint brasé est très grave.

Le procédé et le dispositif de raccordement selon la présente invention résolvent un grand nombre des problèmes posés par les dispositifs de la technique antérieure, et permettent la formation d'un joint brasé qui non seulement a une grande résistance mécanique, mais qui aussi pallie un grand nombre des défauts électriques et hydrauliques des raccordements de barreaux conducteurs selon la technique antérieure. On obtient non seulement un meilleur joint brasé, mais aussi le procédé de fabrication s'en trouve simplifié, ce qui diminue le prix de revient.

Pour obtenir ces résultats, l'invention prévoit un procédé de formation d'un raccordement électrique et hydraulique dans un barreau conducteur comportant un certain nombre de conducteurs creux et refroidis à l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste :

à prévoir des pinces complémentaires de connecteur qui forment entre elles une chambre de réception de barreau conducteur et une cavité de réception d'eau ayant une section transversale plus grande que celle de ladite chambre, lorsqu'elles sont placées l'une contre l'autre;

à introduire des bandes de matériau de brasage entre les conducteurs creux adjacents dans le barreau conducteur;

à régler la longueur de la section droite du barreau conducteur de façon qu'elle s'ajuste étroitement dans les chambres de réception de barreau conducteur desdites pinces ;

à placer une bande de matériau de brasage dans les parties qui sont la chambre de réception de barreau conducteur de chacune desdites pinces, lesdites bandes de matériau de brasage étant assez épaisses pour garantir que la largeur de la section droite du barreau conducteur, ajoutée à l'épaisseur desdites bandes, est plus grande que la largeur de ladite chambre de réception de barreau conducteur;

à placer le barreau conducteur entre lesdites pinces dans leurs dites parties qui sont la chambre de réception de barreau conducteur;

à porter lesdites pinces et le barreau conducteur à la température de fusion desdites bandes de matériau de brasage;

à forcer lesdites pinces l'une contre l'autre, le barreau conducteur étant placé entre elles jusqu'à ce que lesdites pinces viennent en contact l'une avec l'autre, et

à empêcher le matériau de brasage de s'accumuler dans les extrémités ouvertes des conducteurs creux du barreau conducteur.

Le dispositif obtenu par ce procédé est caractérisé comme il l'est dit dans la revendication 9.

Pendant que les pinces sont forcées l'une contre l'autre, on peut éventuellement envoyer de l'air dans les conducteurs creux pour chasser tout matériau de brasage qui tend à s'introduire dans les extrémités ouvertes des conducteurs. On évite de la sorte l'accumulation de matériau de brasage dans les conducteurs creux.

Ainsi, un joint brasé tout à fait convenable est formé par la compression du barreau conducteur et du matériau de brasage entre les pinces, avec répartition uniforme du matériau de brasage dans tout le joint. Après la réunion des pinces, on peut introduire la tige de l'élément d'admission d'eau dans la cavité de réception d'eau, et la braser en place, de façon à permettre l'introduction de l'eau dans la cavité de réception d'eau.

Etant donné que des variations et des tolérances sont faciles à compenser, le procédé de fabrication est simple et peu coûteux. En outre, on peut mettre en œuvre le procédé à des températures plus basses qu'avec les dispositifs de la technique antérieure. Ces avantages s'ajoutent tous à la formation d'un joint de brasage qui représente un perfectionnement considérable, du point de vue électrique et du point de vue hydraulique, des joints brasés de la technique antérieure.

On va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, une forme de réalisation préférée de la présente invention, en se reportant aux planches de dessins annexées, sur lesquelles;

la fig. 1 est une vue en perspective d'un raccordement réalisé selon la présente invention;

la fig. 2 est une vue en élévation de côté du raccordement de la fig. 1;

la fig. 3 est une vue en coupe agrandie suivant la ligne 3-3 de la fig. 2;

la fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3 ; la fig. 5 est une vue agrandie éclatée du raccordement de la fig. 1, avant assemblage définitif;

la fig. 6 est une vue en perspective représentant le raccordement électrique mutuel de deux raccordements du type représenté sur la fig. 1, de façon à compléter les spires terminales d'un turbogénérateur, et la fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 6. La fig. 1 représente un raccordement électrique et hydraulique 11 qui est construit conformément à la présente invention. Un dispositif connecteur 13 comporte deux pinces complémentaires 15 et 17, dont chacune est prolongée par une patte respective 19 ou 21. Un élément 23 d'admission d'eau présente une tige 25 (fig. 4), un rebord 27 et un col 29. Un barreau conducteur 31 est formé d'un certain nombre de conducteurs 33 creux et refroidis à l'eau. On peut utiliser un nombre approprié quelconque, pair ou impair, de conducteurs creux, cette forme de réalisation préférée représentant l'utilisation de vingt et un conducteurs creux.

Dans la vue en coupe de la fig. 4, on peut voir que la pince 17 comporte une chambre 35 de réception de barreau conducteur. Lorsque la pince 15, ainsi que sa partie correspondante de réception de barreau conducteur, est réunie à la pince 17, la chambre 37 de réception de barreau conducteur (fig. 3) se trouve formée..De même, on peut voir que la pince 17 comporte une cavité 39 de réception d'eau qui, une fois réunie à la cavité correspondante de réception d'eau de la pince 15, forme la cavité 41 de réception d'eau. La cavité 39 de réception d'eau de la pince est transversalement un peu plus large que la chambre 35 de récep-

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tion de barreau conducteur, pour que la cavité de réception d'eau du connecteur 13 présente une section transversale plus grande que celle de la chambre 37 de réception de barreau conducteur.

Les fig. 3, 4 et 5 permettent de suivre le procédé de formation du raccordement pour le barreau conducteur. Comme le montre la fig. 5, des cales, ou bandes de matériau de brasage 43, sont disposées entre les conducteurs creux 33. Ce matériau de brasage peut avoir une composition convenable quelconque, par exemple un alliage normal d'argent, de phosphore et de cuivre, vendu par Handy et Harman sous la marque déposée Silfos. Les cales, ou bandes 43, peuvent avoir une épaisseur voulue quelconque, la forme de réalisation préférée qui est décrite ici faisant appel à des bandes de 0,125 mm d'épaisseur.

Un tampon de matériau conducteur 45 est placé à l'un des bouts du barreau conducteur 31. Ce tampon conducteur 45 peut être fait d'un matériau conducteur convenable quelconque, par exemple un cuivre à haute conductivité et ne contenant pas d'oxygène. Le tampon 45 comporte, de part et d'autre, une cale 47 de matériau d'espacement. Ces deux cales 47 peuvent également avoir une épaisseur de 0,125 mm. D'autres cales 49 sont placées au-dessus du tampon 45, de façon à former une liaison brasée entre les bords supérieurs respectifs 51 et 53 des pinces 15 et 17.

Les deux rangées de conducteurs creux 33 sont séparées par une bande conductrice 55. Cette bande 55 peut être faite d'un matériau conducteur de l'électricité convenable quelconque, le cuivre par exemple. De chaque côté de la bande 55 se trouve une cale, ou bande de matériau conducteur 57. Ces bandes seraient normalement plus épaisses que les bandes de matériau de brasage qui séparent les conducteurs creux, et pourraient avoir par exemple une épaisseur de l'ordre de 0,5 mm. D'autres bandes, ou cales de matériau de brasage 59, sont placées dans les chambres de réception du barreau conducteur des pinces respectives 15 et 17. Les bandes 59 seraient normalement plus épaisses que les bandes 57 ; elles ont, dans cette forme de réalisation préférée, une épaisseur approximative de 1 mm. L'épaisseur des bandes 57 et 59, ajoutée à la largeur de la section droite du barreau conducteur 31, doit être plus grande que la largeur de la chambre 37 de réception de barreau conducteur, pour que, à la compression des pinces 15 et 17, le matériau de brasage fondu soit forcé dans toute la chambre 37 de façon à former un joint brasé uniforme.

La longueur de la section droite d'un barreau conducteur 31 doit être réglée de façon à s'ajuster étroitement dans la chambre 37 de réception de barreau conducteur. Un type approprié quelconque de réglage suffira, par exemple par variation de l'épaisseur des bandes, ou cales 43, ou de l'épaisseur du tampon conducteur 45. Mais il est préférable de procéder à ce réglage à l'aide d'une cale de garnissage 61. La cale de garnissage 61 est faite d'un matériau conducteur et a une épaisseur telle qu'elle assure l'ajustement étroit voulu du barreau conducteur 31 dans la chambre 37 de réception de barreau conducteur.

D'autres cales de matériau de brasage 63 sont disposées entre les pattes 19 et 21 des pinces respectives 15 et 17, afin d'assurer un bon joint brasé entre ces parties des pinces. Il y a lieu de noter que ces cales 63 sont munies d'ouvertures respectives 65 et 67 dans le prolongement des ouvertures 69 et 71 des pattes respectives 19 et 21. Ces ouvertures 65, 67, 69 et 71 servent à recevoir les goujons 73 et 75. Les goujons 73 et 75 servent à empêcher le déplacement relatif des pinces 15 et 17 pendant que ces deux pinces sont poussées l'une vers l'autre sous l'effet de la pression hydraulique. Bien entendu, le seul mouvement auquel les goujons 73 et 75 ne s'opposent pas est le rapprochement des pinces 15 et 17.

Après avoir mis les cales en place, on place le barreau conducteur 31 dans la chambre de réception de barreau conducteur de l'une des pinces 15 et 17, comme le montre la fig. 4. On enfonce légèrement dans la cavité 41 de réception d'eau une extrémité 77 du barreau conducteur 31, afin de réduire au minimum la quantité de matériau de brasage qui tendra à s'introduire dans l'extrémité ouverte des conducteurs creux 33. A l'autre bout, l'élément 23 d'admission d'eau aura sa tige 25 enfoncée dans la cavité 41 de réception d'eau, dans laquelle elle s'ajustera étroitement. Le rebord 27 s'appuie contre les pinces 15 et 17, tandis que le col 29 est destiné à être monté de façon à recevoir l'eau dans un passage 79. Le passage 79 traverse également le rebord 27 et la tige 25, de façon à amener l'eau à la cavité 41. Il y a lieu de noter que l'extrémité 81 se trouve à une certaine distance des extrémités 77 du barreau conducteur, si bien que l'eau occupe une partie de la cavité 41. Par ailleurs, il y a lieu de noter que l'élément 23 d'admission d'eau est brasé sur les pinces 15 et 17.

Après avoir mis en place le barreau conducteur 31 et les cales appropriées de matériau de brasage dans l'une des pinces, comme le montre la fig. 4, on met en place l'autre pince contre la première pince et on applique de la chaleur de façon à élever la température de toutes les pièces à la température de fusion du matériau de brasage. Les pinces 15 et 17 sont alors forcées hydrauliquement l'une vers l'autre, de façon à comprimer le matériau de brasage et le barreau conducteur 31. Comme les pinces 15 et 17 sont forcées hydrauliquement l'une vers l'autre, le matériau de brasage se répand uniformément dans tout l'ensemble et se rassemble dans de petits amas ou réservoirs au niveau des plus grands espaces libres, par exemple aux coins arrondis des conducteurs 33. On obtient ainsi, de manière relativement simple, un joint brasé très résistant, uniforme et non poreux.

Une fois que l'on a réuni les deux pinces, on introduit la tige 25 de l'élément 23 d'admission d'eau dans la cavité 41 de réception d'eau, et on brase cet élément 23 sur les pinces 15 et 17.

Considérons maintenant la fig. 6, qui représente l'achèvement d'une spire terminale d'un turbogénérateur. On réalise cette opération en faisant appel à un raccord 11 au bout de chaque barreau conducteur 31 qui doit être connecté par l'intermédiaire de la spire terminale. En faisant en sorte que la branche un peu plus longue 19 de l'un des raccords 11 s'applique contre la branche un peu plus courte 21 de l'autre raccord, on aligne et met en place correctement les deux raccordements. On peut alors braser des tampons de raccordement en série 85 et 87 sur la surface extérieure des branches, de façon à former un joint permanent. Le matériau de brasage utilisé pour ce joint doit avoir une température de fusion un peu plus basse que celle des cales et bandes de la chambre de réception de barreau conducteur, afin d'éviter toute destruction de ce joint brasé. Un exemple d'alliage de brasage à température de fusion plus basse convenable est celui qui est vendu sous la marque déposée Easiflo 45, qui contient un fort pourcentage d'argent.

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REVENDICATIONS

1. Procédé de formation d'un raccordement électrique et hydraulique dans un barreau conducteur comportant un certain nombre de conducteurs creux et refroidis à l'eau, caractérisé en ce qu'il consiste:

à prévoir des pinces complémentaires de connecteur qui forment entre elles une chambre de réception de barreau conducteur et une cavité de réception d'eau ayant une section transversale plus grande que celle de ladite chambre, lorsqu'elles sont placées l'une contre l'autre;

à introduire des bandes de matériau de brasage entre les conducteurs creux adjacents dans le barreau conducteur;

à régler la longueur de la section droite du barreau conducteur de façon qu'elle s'ajuste étroitement dans les chambres de réception de barreau conducteur desdites pinces ;

à placer une bande de matériau de brasage dans les parties qui sont la chambre de réception de barreau conducteur de chacune desdites pinces, lesdites bandes de matériau de brasage étant assez épaisses pour garantir que la largeur de la section droite du barreau conducteur, ajoutée à l'épaisseur desdites bandes, est plus grande que la largeur de ladite chambre de réception de barreau conducteur;

à placer le barreau conducteur entre lesdites pinces dans leurs dites parties qui sont la chambre de réception de barreau conducteur;

à porter lesdites pinces et le barreau conducteur à la température de fusion desdites bandes de matériau de brasage;

à forcer lesdites pinces l'une contre l'autre, le barreau conducteur étant placé entre elles, jusqu'à ce que lesdites pinces viennent en contact l'une avec l'autre, et

à empêcher le matériau de brasage de s'accumuler dans les extrémités ouvertes des conducteurs creux du barreau conducteur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que,

pour forcer lesdites pinces l'une contre l'autre, on comprime hydrauliquement le barreau conducteur et les bandes de matériau de brasage entre lesdites pinces.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à fixer lesdites pinces de façon à empêcher leur déplacement relatif, mais sans s'opposer à leur rapprochement, pendant que l'on force lesdites pinces l'une contre l'autre.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour empêcher le matériau de brasage de s'introduire dans les extrémités ouvertes des conducteurs creux du barreau conducteur, on enfonce les extrémités desdits conducteurs creux un peu au-delà de ladite chambre de réception de barreau conducteur et dans ladite cavité de réception d'eau, et on envoie de l'air dans les conducteurs creux de façon à chasser tout matériau de brasage qui commencerait à couler dans l'extrémité ouverte des conducteurs creux.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour régler la longueur de la section droite du barreau conducteur, on place une cale de garnissage en matériau conducteur, d'épaisseur appropriée, entre deux conducteurs creux.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les conducteurs creux sont disposés en rangées parallèles adjacentes séparées par une bande de matériau conducteur, et en ce qu'on place en outre d'autres bandes de matériau de brasage de part et d'autre de ladite bande de matériau conducteur, l'épaisseur desdites autres bandes s'ajoutant à l'épaisseur desdites bandes de matériau de brasage et à la largeur de la section droite du barreau conducteur en déterminant une dimension totale plus grande que la largeur de ladite chambre de réception de barreau conducteur.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste en outre :

à enfoncer un élément d'admission d'eau dans ladite cavité de réception d'eau après que lesdites pinces ont été forcées l'une contre l'autre, et

à braser ledit élément d'admission d'eau sur lesdites pinces de façon à permettre l'introduction d'eau dans ladite cavité de réception d'eau.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, appliqué à un barreau conducteur comportant un certain nombre de conducteurs creux et refroidis à l'eau qui sont disposés en deux rangées parallèles séparées par une bande de matériau conducteur,

caractérisé en ce qu'il consiste à enfiler deux chevilles de matériau conducteur dans des ouvertures appropriées prévues dans lesdites pinces de façon à empêcher le déplacement relatif desdites pinces, sans cependant s'opposer à leur rapprochement.
9. Dispositif de raccordement électrique et hydraulique obtenu par le procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend :

deux pinces complémentaires dont le corps a une forme générale rectangulaire;

une patte prolongeant vers le bas chacune desdites pinces,

l'une desdites pattes étant plus longue que l'autre;

une partie creuse formant chambre de réception d'un barreau conducteur et qui s'étend vers l'intérieur à partir de l'une des extrémités de chacune des pinces;

une autre partie creuse formant cavité de réception d'eau, de section transversale plus grande que celle de la chambre, et qui s'étend vers l'intérieur à partir de l'autre extrémité de chacune des pinces, et un élément d'admission d'eau permettant l'introduction de l'eau dans ladite cavité de réception d'eau, ledit élément d'admission d'eau présentant une tige qui s'enfonce partiellement dans ladite cavité de réception d'eau avec un ajustement étroit et étanche, un rebord ayant en section droite sensiblement les mêmes dimensions et la même forme que lesdites pinces lorsque ces dernières sont réunies, et un col de forme allongée avec un passage central qui se prolonge dans ledit rebord et ladite tige de façon à acheminer l'eau à ladite cavité de réception d'eau.