CH649348A5 - Groupe bulbe de forte puissance a refroidissement externe avec multiplicateur de vitesse. - Google Patents
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Description
La présente invention concerne un groupe bulbe de forte puissance à refroidissement externe avec multiplicateur de vitesse. On entend ici par forte puissance d'un groupe bulbe à multiplicateur une puissance supérieure à 5 MW, par exemple comprise entre 5 et 5 20 MW.
Un premier groupe bulbe avec multiplicateur de type connu comporte:
— une enceinte externe allongée présentant un axe longitudinal et immergée dans un conduit parcouru par un courant d'eau,
io — une turbine montée dans un tronçon aval de cette enceinte, sur un arbre disposé selon l'axe de l'enceinte, les pales de cette turbine faisant saillie radialement à l'extérieur de cette enceinte pour être entraînées en rotation par le courant d'eau,
— un multiplicateur de vitesse disposé dans un tronçon intermé-15 diaire de la longueur de l'enceinte, entraîné par l'arbre de turbine, et entraînant à vitesse supérieure un arbre d'alternateur s'étendant vers l'amont de l'enceinte,
— un rotor d'alternateur monté sur cet arbre d'alternateur, dans un tronçon amont de l'enceinte,
20 — un excitateur d'alternateur monté sur l'arbre d'alternateur pour fournir un courant d'excitation à ce rotor, et
— un stator d'alternateur entourant ce rotor et comportant lui-même des enroulements, un circuit magnétique, et une carcasse de support qui entoure le circuit magnétique en contact avec ce dernier.
25 Cette carcasse de stator constitue en même temps une partie de l'enceinte, de manière à assurer une évacuation partielle vers l'eau extérieure de la chaleur apparaissant dans le circuit magnétique, l'alternateur étant en outre muni d'un circuit de refroidissement à gaz.
On connaît un deuxième groupe bulbe analogue mais dépourvu 30 de multiplicateur, et dans lequel le circuit de refroidissement à gaz comporte des tubes disposés à l'extérieur de l'enceinte pour permettre au gaz caloporteur d'être refroidi par l'eau circulant autour de cette enceinte. Ces tubes s'étendent chacun entre deux orifices de communication amont et aval percés dans l'enceinte. 35 Les centres des orifices amont sont situés dans deux plans de perçage transversaux distincts en amont du stator de l'alternateur, la distance longitudinale entre ces deux plans de perçage étant au moins égale au diamètre de ces orifices, de manière à éviter un affaiblissement excessif de la résistance mécanique de l'enceinte au voisi-40 nage de ces plans de perçage. Les orifices de communication aval sont réalisés de la même manière que les orifices amont, c'est-à-dire que leurs centres sont disposés dans deux plans de perçage transversaux distincts. Ce deuxième groupe bulbe connu est décrit dans le brevet.
45 Ces deux groupes bulbes connus sont munis d'un tube d'accès reliant l'enceinte à la paroi du conduit d'eau pour permettre de pénétrer à l'intérieur de l'enceinte à partir de l'extérieur de ce conduit.
Dans le premier groupe bulbe connu, ce bras s'ouvre dans le tronçon intermédiaire de l'enceinte en regard du multiplicateur. 50 Ces groupes connus ont l'inconvénient de présenter une longueur importante qui oblige notamment à de coûteux travaux de génie civil pour réaliser le conduit dans lequel ils sont placés. De plus, s'ils comportent un multiplicateur, l'accès à l'intérieur de l'enceinte est difficile en raison de la faiblesse de l'intervalle radial libre autour de 55 ce multiplicateur. Enfin, la fixation du tronçon amont sur le tronçon intermédiaire qui le supporte se fait à l'aide d'une bride qui forme saillie radiale vers l'intérieur et qui gêne l'accès aux connexions électriques disposées en aval du stator de l'alternateur.
La présente invention a pour but de permettre de réduire l'en-60 combrement longitudinal d'un groupe bulbe de forte puissance à refroidissement externe avec multiplicateur de vitesse tout en facilitant l'accès dans l'enceinte et la maintenance de l'alternateur, cela sans perte de résistance mécanique.
Elle a pour objet un groupe bulbe de forte puissance à refroidis-65 sement externe avec multiplicateur de vitesse, ce groupe comportant:
— une enceinte externe allongée présentant un axe longitudinal et immergée dans un conduit d'eau,
— une turbine montée dans un tronçon aval de cette enceinte,
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sur un arbre disposé selon l'axe de l'enceinte, les pales de cette turbine faisant saillie radialement à l'extérieur de cette enceinte pour être entraînées en rotation par l'eau,
— un multiplicateur de vitesse disposé dans un tronçon intermédiaire de la longueur de l'enceinte, entraîné par l'arbre de turbine, et entraînant à vitesse supérieure un arbre d'alternateur s'étendant vers l'amont de l'enceinte,
— un rotor d'alternateur monté sur cet arbre d'alternateur, dans un tronçon amont de l'enceinte,
— un excitateur d'alternateur monté sur l'arbre d'alternateur pour fournir un courant d'excitation à ce rotor, et
— un stator d'alternateur entourant ce rotor et comportant lui-même des enroulements, un circuit magnétique et une carcasse de support qui entoure le circuit magnétique en contact avec ce dernier, cette carcasse de stator constituant en même temps une partie de l'enceinte, de manière à assurer une évacuation partielle vers l'eau extérieure de la chaleur apparaissant dans ce circuit magnétique, l'alternateur constitué par ce rotor, cet excitateur et ce stator étant muni d'un circuit de refroidissement à gaz parcouru par un gaz caloporteur, ce circuit de refroidissement comportant des tubes de refroidissement externes disposés à l'extérieur de l'enceinte pour permettre au gaz caloporteur d'être refroidi par l'eau circulant autour de cette enceinte, ces tubes s'étendant chacun entre deux orifices de communication amont et aval percés dans l'enceinte, les centres des orifices amont étant situés dans au moins deux plans de perçage transversaux distincts en amont du stator de l'alternateur, la distance longitudinale entre ces deux plans de perçage étant au moins égale au diamètre de ces orifices de manière à éviter un affaiblissement excessif de la résistance mécanique de l'enceinte au voisinage de ces plans de perçage,
— un tube d'accès reliant le tronçon intermédiaire de l'enceinte à la paroi du conduit d'eau pour permettre de pénétrer à l'intérieur de l'enceinte à partir de l'extérieur de ce conduit, ce groupe étant caractérisé par le fait que les deux tronçons amont et intermédiaire de l'enceinte ont des diamètres différents et se raccordent par une bride de raccordement en forme de couronne circulaire disposée dans un plan transversal, les diamètres intérieur et extérieur de cette bride correspondant aux diamètres des tronçons amont et intermédiaire respectivement, les orifices de communication aval des tubes de raccordement étant percés dans cette bride de raccordement. Il en résulte que le percement de ces orifices aval peut se faire facilement à la fois sans risque d'affaiblissement excessif de la résistance mécanique de l'enceinte et avec un minimum d'encombrement longitudinal du groupe. D'autre part, l'excès de diamètre du tronçon intermédiaire de l'enceinte par rapport au tronçon amont ménage autour du multiplicateur de vitesse un espace facilitant l'accès dans l'enceinte à partir du bras d'accès. Enfin, la fixation du tronçon amont au tronçon intermédiaire de l'enceinte est assurée par la bride de raccordement sans saillie radiale vers l'intérieur à l'extrémité arrière du tronçon amont contenant le stator de l'alternateur muni de ses connexions électriques.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après, à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en œuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par le même signe de référence.
La fig. 1 représente une vue longitudinale de l'ensemble d'un groupe bulbe selon l'invention placé dans son conduit d'eau;
la fig. 2 représente un agrandissement d'une partie de la fig. 1 montrant les tronçons amont et intermédiaire de l'enceinte.
Le groupe bulbe décrit à titre d'exemple est disposé selon l'axe horizontal 104 d'un conduit à section circulaire 100 formé dans un barrage, le matériau de ce barrage, essentiellement du béton, étant représenté en 102. Un tronçon amont 108 de ce conduit présente un grand diamètre, un tronçon aval 110 un diamètre plus petit, avec un tronçon intermédiaire conique 112 assurant le raccordement. De la paroi du tronçon intermédiaire 112 de ce conduit partent radialement des lames directrices 106, appelées avant-directrices, et décalées angulairement les unes par rapport aux autres.
Ces avant-directrices servent de support à un tronçon intermédiaire 114 de l'enceinte 25 du groupe buble dont le tronçon amont est représenté en 116 et le tronçon aval en 118.
La partie aval de ces avant-directrices est inclinée par rapport aux plans longitudinaux radiaux de leurs parties amont de manière à mettre en rotation le courant d'eau s'écoulant de l'amont à l'aval du conduit 100.
L'une 27 de ces avant-directrices est creuse de manière à former un tube permettant un accès dans l'enceinte 25 à partir d'un passage ménagé dans la masse du barrage.
L'enceinte 25 comporte, de son extrémité avant à son extrémité arrière:
— un couvercle 4 assurant la fermeture de l'extrémité amont de l'enceinte,
— une virole 1 dont une partie aval épaissie la constitue la carcasse extérieure de l'alternateur du groupe,
— une enveloppe cylindrique intermédiaire 124 solidaire des avant-directrices 106 et constituant ledit tronçon intermédiaire et le support mécanique du groupe; cette enveloppe contient un multiplicateur 26, placé entre l'arbre de turbine 28 et l'arbre d'alternateur 14, et
— une turbine 120 fermant l'enceinte à l'aval et portant des pales de turbine 122. Cette turbine entraîne l'arbre 28 qui entraîne lui-même l'arbre d'alternateur 14 par l'intermédiaire du multiplicateur 26. L'alternateur placé dans le tronçon amont se compose d'un stator, d'un rotor et d'un excitateur.
Le stator comprend:
— une carcasse en contact avec l'eau du conduit et formée par la partie arrière de la virole 1 ; elle est munie d'une bride de raccordement arrière 2 pour sa fixation à l'enveloppe intermédiaire 124 et d'une bride avant 3 pour la fixation du couvercle 4,
— un circuit magnétique 5 fixé intérieurement sur et en contact avec la carcasse,
— un enroulement induit 6 fixé dans les encoches du circuit magnétique,
— un flasque avant 9 soudé à la virole 1, côté opposé à la turbine et supportant un palier guide avant 10 pour l'arbre de l'alternateur, et
— un flasque arrière 11 démontable, côté turbine et supportant un palier guide arrière 12.
Le rotor comprend l'arbre 14 muni d'un plateau d'accouplement 14a à l'arbre du multiplicateur et foré sur toute sa longueur pour permettre le passage d'un tube 15 permettant la transmission de la position angulaire des pales de la turbine à un dispositif 16 de commande du pas de ces pales.
Cet arbre est muni d'un croisillon 17 destiné à supporter et entraîner une jante 18 à la périphérie de laquelle sont fixés des pôles inducteurs 19.
L'excitateur comprend:
— un inducteur fixe 20 fixé au flasque avant 9, et
— un induit tournant 21 accouplé à l'extrémité de l'arbre 14 de l'alternateur.
Le courant alternatif produit par cet induit est transmis aux pôles inducteurs de l'alternateur par des connexions 22 disposées dans le forage de l'arbre 14. Ce courant est redressé dans un pont de diodes 23 situé sur le rotor, côté turbine.
Le tronçon amont de l'enceinte de l'alternateur ne comportant aucune liaison avec la masse du barrage, un conduit tubulaire 24 étanche permet de ramener le câblage et les tuyauteries situés de ce côté vers l'avant-directrice inférieure 106.
L'alternateur est refroidi non seulement par le contact de la carcasse 1 avec l'eau extérieure, mais aussi par un circuit de gaz caloporteur, qui est de préférence de l'air et est entraîné par des groupes motoventilateurs 13 fixés sur des ouvertures du flasque arrière 11. Pour cela, il est muni de tubes de refroidissement externes 7 disposés s
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à l'extérieur de l'enceinte 25 pour permettre au gaz caloporteur d'être refroidi par l'eau circulant autour de cette enceinte.
Ces tubes s'étendant chacun entre deux orifices de communication amont 7a, 7b et aval 7c percés dans l'enceinte.
Les centres des orifices amont sont situés dans deux plans de perçage transversaux distincts (Pa, Pb) en amont du stator 5,6 de l'alternateur. La distance longitudinale entre ces deux plans de perçage est au moins égale au diamètre de ces orifices de manière à éviter un affaiblissement excessif de la résistance mécanique de l'enceinte au voisinage de ces plans de perçage.
Les orifices de communication aval sont percés dans la bride de raccordement 2 qui est plane et suffisamment épaisse pour pouvoir supporter les efforts localisés exercés par des boulons de liaison 2a. Cette épaisseur lui permet de ne pas être excessivement affaiblie par le percement de ces orifices arrière. Cette épaisseur est plus grande que celle de la partie amont lb de la virole 1 qui est réalisée de manière à ne pas augmenter inutilement le poids du tronçon avant 116 de l'enceinte.
On évite ainsi, en aval de l'alternateur, un allongement de l'enceinte comparable à celui qui est provoqué en amont de l'alternateur par l'intervalle entre les deux plans de perçage, Pa et Pb, et par le diamètre des orifices 7a et 7b. Cet allongement serait inutile en aval de l'alternateur, alors qu'à l'avant il est rendu par ailleurs nécessaire par la présence de l'excitateur.
La fixation des tubes est de plus facilitée à leur extrémité arrière.
D'autre part, l'excès de diamètre du tronçon intermédiaire de l'enceinte par rapport au tronçon amont ménage autour du multiplicateur de vitesse un espace facilitant l'accès dans l'enceinte à partir 5 du tube d'accès.
On évite enfin, ainsi, que le raccordement mécanique du tronçon amont entraîne la présence d'une saillie radiale vers l'intérieur à l'extrémité arrière du tronçon amont contenant le stator de l'alternateur muni de ses connexions électriques.
Il apparaît par ailleurs que le tronçon amont de l'enceinte est dépourvu d'accès de manière à minimiser l'encombrement du groupe.
Les tubes de refroidissement externes sont munis d'ailettes intérieures 8 facilitant le contact thermique avec l'air y circulant et aug-15 mentant la condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans cet air. Ils s'abaissent vers l'arrière de manière que l'eau de condensation s'écoule seulement dans le tronçon intermédiaire et non dans le tronçon amont contenant l'excitateur. Même si cette dernière disposition n'est pas adoptée, il est souhaitable d'adopter une disposilo tion selon laquelle les tubes de refroidissement externes situés au bas du tronçon amont de l'enceinte ont leurs orifices de communication aval au moins aussi bas que le reste de leur longueur de manière que l'eau de condensation apparaissant à l'intérieur de ces tubes de refroidissement bas s'écoule dans le tronçon intermédiaire.
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1 feuille dessins
Claims (4)
1. Groupe bulbe de forte puissance à refroidissement externe avec multiplicateur de vitesse, ce groupe comportant:
— une enceinte externe allongée (25) présentant un axe longitudinal (104) et immergée dans un conduit d'eau (100),
— une turbine (120) montée dans un tronçon aval (118) de cette enceinte, sur un arbre (28) disposé selon l'axe de l'enceinte, les pales (122) de cette turbine faisant saillie radialement à l'extérieur de cette enceinte pour être entraînées en rotation par l'eau,
— un multiplicateur de vitesse (26) disposé dans un tronçon intermédiaire (114) de la longueur de l'enceinte, entraîné par l'arbre de turbine (28), et entraînant à vitesse supérieure un arbre d'alternateur (14) s'étendant vers l'avant de l'enceinte,
— un rotor d'alternateur (18, 19) monté sur cet arbre d'alternateur, dans un tronçon amont (116) de l'enceinte,
— un excitateur d'alternateur (20, 21) monté sur l'arbre d'alternateur (14) pour fournir un courant d'excitation à ce rotor, et
— un stator d'alternateur entourant ce rotor et comportant lui-même des enroulements (6), un circuit magnétique (5), et une carcasse de support (1) qui entoure le circuit magnétique en contact avec ce dernier, cette carcasse de stator (1) constituant en même temps une partie de l'enceinte (25), de manière à assurer une évacuation partielle vers l'eau extérieure de la chaleur apparaissant dans ce circuit magnétique, l'alternateur constitué par ce rotor, cet excitateur et ce stator étant muni d'un circuit de refroidissement à gaz (13, 7) parcouru par un gaz caloporteur, ce circuit de refroidissement comportant des tubes de refroidissement externes (7) disposés à l'extérieur de l'enceinte (25) pour permettre au gaz caloporteur d'être refroidi par l'eau circulant autour de cette enceinte, ces tubes s'étendant chacun entre deux orifices de communication amont (7a, 7b) et aval (7c) percés dans l'enceinte, les centres des orifices amont étant situés dans au moins deux plans de perçage transversaux distincts (Pa, Pb) en avant du stator (5, 6) de l'alternateur, la distance longitudinale entre ces deux plans de perçage étant au moins égale au diamètre de ces orifices de manière à éviter un affaiblissement excessif de la résistance mécanique de l'enceinte au voisinage de ces plans de perçage,
— un tube d'accès (27) reliant le tronçon intermédiaire (114) de l'enceinte à la paroi du conduit d'eau pour permettre de pénétrer à l'intérieur de l'enceinte à partir de l'extérieur de ce conduit, ce groupe étant caractérisé par le fait que les deux tronçons amont (116) et intermédiaire (114) de l'ènceinte (25) ont des diamètres différents et se raccordent par une bride de raccordement (2) en forme de couronne circulaire disposée dans un plan transversal, les diamètres intérieur et extérieur de cette bride correspondant aux diamètres des tronçons amont et intermédiaire respectivement, les orifices de communication aval (7c) des tubes de raccordement (7) étant percés dans cette bride de raccordement (2).
2. Groupe selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les tubes de refroidissement externes (7) situés au bas du tronçon amont (116) de l'enceinte ont leurs orifices de communication aval (7c) au moins aussi bas que le reste de leur longueur de manière que l'eau de condensation apparaissant à l'intérieur de ces tubes de refroidissement bas s'écoule dans le tronçon intermédiaire (114) par ces orifices de communication percés dans ladite bride de raccordement (2).
3. Groupe selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'axe longitudinal (104) de l'enceinte est sensiblement horizontal, et dans lequel l'excitateur (20, 21) est situé dans le tronçon amont (116) de l'enceinte en avant de l'alternateur (5, 6, 15,19), les tubes de refroidissement externes (7) sont tous inclinés vers le bas vers leurs extrémités aval, de manière que l'eau de condensation s'écoule seulement dans le tronçon intermédiaire et non dans le tronçon amont contenant l'excitateur.
4. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tronçon amont (116) de l'enceinte est dépourvu d'accès de manière à minimiser l'encombrement du groupe.
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