FR2572866A1 - Deflecteur permettant d'ameliorer la distribution de courants de gaz de refroidissement dans la zone de l'entrefer d'une machine electrodynamique refroidie par gaz - Google Patents

Abstract

LE DEFLECTEUR DE LA PRESENTE INVENTION COMPREND UN ORGANE PERFORE 70 DEFINISSANT AU MOINS UN TRAJET DE CIRCULATION DE GAZ. LE DEFLECTEUR EST DE PREFERENCE ESPACE DU ROTOR 20 QU'IL ENTOURE, ET LE TRAJET ASSURE LA TRANSMISSION DU COURANT GAZEUX ENTRE LA PARTIE EXTREME 60 ET LA ZONE DE L'ENTREFER 40 DU GENERATEUR. PLUSIEURS TRAJETS 75 DE CIRCULATION DE GAZ PEUVENT ETRE MENAGES DANS LE DEFLECTEUR SOUS FORME DE RESEAU PREDETERMINE. LE GAZ SORTANT DES TRAJETS PEUT ETRE DIRIGE DE MANIERE A ETRE SENSIBLEMENT PARALLELE A L'AXE DE ROTATION DU GENERATEUR OU FAIRE UN ANGLE DANS LA DIRECTION RADIALE DE L'EXTERIEUR D'ENVIRON 30 AVEC CET AXE. ON OBTIENT UN COURANT GAZEUX RAPIDEMENT DIFFUSE DANS LE SENS RADIAL EN AVAL DU DEFLECTEUR, CE QUI PERMET D'ASSURER UN REFROIDISSEMENT ADEQUAT DU NOYAU DU STATOR. APPLICATION AUX MACHINES ELECTRODYNAMIQUES.

Description

La présente invention concerne l'amélioration de la distribution des

courants d'un gaz de refroidissement dans la région de l'entrefer d'une machine électrodynamique refroidie par gaz et, plus particulièrement, un déflecteur

permettant d'améliorer la circulation du gaz de refroidisse-

ment vers les conduites de ventilation du stator qui commu-

niquent avec la zone de l'entrefer en aval du déflecteur.

Bien que la présente invention puisse s'appliquer plus spécialement aux machines électrodynamiques refroidies à l'hydrogène, telles que les gros générateurs à turbine

d'une puissance de 300 kw ou plus, car ces machines typique-

ment produisent une chaleur devant être dissipée bien supé-

rieure à celle des machines de puissance plus faible, elle concerne les machines refroidies par gaz en général, par

exemple celles utilisant de l'air comme gaz de refroidisse-

ment. Tout au long du présent mémoire et des revendications

annexées, les expressions portant sur des relations physi-

ques telles que radial, axial, tangentiel, circonférentiel, etc. et leurs dérivés, doivent s'entendre par rapport à l'axe de rotation du rotor de la machine, sauf indication

contraire.

Une machine électrodynamique typique à refroidis-

sement par gaz comprend un rotor monté de manière à pouvoir

tourner à l'intérieur d'un stator l'entourant circonféren-

tiellement à une certaine distance. L'espace séparant le ro-

tor et le stator de la machine est appelé, de manière géné-

-2- raie, la zone de l'entrefer. Le stator comprend une série de

t6les métalliques empilées axialement les unes sur les au-

tres, séparées à des intervalles prédéterminés par des con-

duites de ventilation du noyau du stator s'étendant circon-

férentiellement qui transmettent le courant gazeux à la zone de l'entrefer. Près des extrémités de l'axe de la machine, un ventilateur, ou autre dispositif de propulsion des gaz, fixé au rotor entraîne le gaz de refroidissement entre la zone extrême de la machine et la zone de l'entrefer pendant la rotation de la machine, pour finalement le faire circuler

dans les conduites de ventilation du noyau du stator.

Le débit du gaz de refroidissement pouvant s'avé-

rer limité, il est souhaitable d'en restreindre la circula-

tion dans la zone de l'entrefer de façon que son volume soit

suffisant dans les autres trajets de refroidissement du gé-

nérateur, tout en assurant la présence d'une quantité suffi-

sante de gaz dans chaque conduite de ventilation du noyau du

stator. Un déflecteur présentant un contour continu de con-

figuration connue est interposé dans le trajet du courant gazeux en étant fixé à une extrémité axiale du stator. Le déflecteur s'étend radialement dans la zone d'entrefer; il est espacé du rotor qu'il entoure circonférentiellement. La

surface circonférentielle présentée au courant gazeux de re-

froidissement entre le rotor et le bord radialement inté-

rieur du déflecteur se trouve donc réduite par rapport à la

zone de l'entrefer sans déflecteur. Une surface circonféren-

tielle supplémentaire pour le passage du gaz autour du dé-

flecteur massif peut être formée entre le stator et le bord

radialement extérieur du déflecteur.

Lorsqu'on dispose de surfaces circonférentielles radialement intérieure et extérieure pour le passage de gaz autour d'un déflecteur massif, le gaz de refroidissement qui

s'écoule dans le sens axial, étant propulsé par le ventila-

teur, heurte le déflecteur massif et se divise en une pre-

mière et une seconde partie. Les première et seconde parties 3traversent, respectivement, les surfaces circonférentielles

radialement intérieure et extérieure de passage du gaz en-

tourant le déflecteur pour se recombiner finalement dans la

zone de l'entrefer en aval du déflecteur.

S En un endroit situé axialement immédiatement en aval du déflecteur, le courant du gaz de refroidissement est animé d'une vitesse relativement élevée, d'o une diminution localisée de la pression statique du gaz dans la zone de l'entrefer, ou "veine contractée" (vena contracta). Un peu

plus en aval du déflecteur, à une distance axiale du déflec-

teur dépendant partiellement des vitesses respectives des

première et seconde parties du courant gazeux autour du dé-

flecteur et du rapport d'allongement radial entre déflecteur et courant gazeux, le courant est diffusé à l'intérieur de la zone de l'entrefer, provoquant une augmentation de la

pression statique dans cette zone. C'est la pression stati-

que, ou plus précisément la différence de pression statique

entre la zone de l'entrefer et la zone de l'enveloppe entou-

rant circonférentiellement la périphérie radialement exté-

rieure du stator, qui constitue le facteur primordial à

l'origine de la circulation du gaz entre la zone de l'entre-

fer et la zone de l'enveloppe par passage dans les conduites

de ventilation du noyau du stator.

Du fait de la vitesse relativement élevée du cou-

rant gazeux de refroidissement en aval du déflecteur massif et de la diminution correspondante de la pression statique du gaz dans la zone de l'entrefer, on pense qu'une partie

des conduites de ventilation du noyau du stator, en particu-

lier celles situées immédiatement en aval du déflecteur, se trouve dépourvue de gaz, ou est parcourue par un courant

inadéquat de gaz. On pense en outre que l'absence d'un cou-

rant convenable du gaz de refroidissement dans les conduites

de ventilation du noyau du stator se traduit par une sur-

chauffe des groupes de tôles du circuit magnétique du stator délimitant les conduites de ventilation incriminées, d'o un -4 fonctionnement inefficace de la machine et la limitation de

la puissance maximum pouvant être développée par le généra-

teur. De plus, aux extrémités axiales du stator, là o la zone de l'entrefer communique avec les parties extrêmes

du générateur, le gaz de refroidissement a tendance à con-

tourner plusieurs conduites de ventilation du stator et ne

procède pas par conséquent à un refroidissement aussi effi-

cace qu'il devrait l'être. Ce contournement est provoqué par la composante axiale, relativement importante, du courant gazeux de refroidissement due à la décharge dans le sens axial du gaz provenant du ventilateur du générateur après passage dans les surfaces limitées offertes au courant qui

entourent le déflecteur à l'entrée de la zone de l'entrefer.

Une vitesse axiale élevée du courant dans la zone de l'en-

trefer produit un "effet venturi", ou zone de faible pres-

sion statique, à l'entrée des conduites de ventilation du

stator situées à la partie radialement intérieure de la sec-

tion extrême du noyau du stator.

Les groupes de tôles définissant les conduites de ventilation dans la partie extrême du noyau du stator sont soumis aux conditions de température les plus sévères de l'ambiance intérieure de la machine à cause de la chaleur

produite par le couplage inductif du rotor dans deux direc-

tions radiale et axiale, et la partie axiale du flux de dis-

persion dans la zone des têtes de bobine du générateur. Le

refroidissement de la partie extrême du noyau du stator mé-

rite donc qu'on lui prête une attention particulière de ma-

nière à assurer la circulation d'un courant convenable de gaz de refroidissement dans cette partie et dans les canaux

de ventilation qu'elle renferme.

Il est donc souhaitable de disposer d'un procédé

et d'un moyen permettant d'élever la pression statique loca-

lisée du courant de refroidissement dans la zone de l'entre-

fer de manière à acheminer plus efficacement le courant ga-

-5- zeux de refroidissement dans les conduites de ventilation du stator, en particulier dans les conduites disposées dans la

partie extrême du noyau du stator.

Dans le but de maîtriser la circulation du courant gazeux de refroidissement, on a proposé de monter des dispo-

sitifs de formes diverses dans la zone de l'entrefer des ma-

chines électrodynamique. Ces dispositifs nécessitent généra-

lement un boulonnage et/ou une certaine immobilisation, par

exemple sur une réglette d'encoche, pour les supporter méca-

niquement. Les dispositifs et moyens de support peuvent être

coûteux, nécessiter une main-d'oeuvre importante et impli-

quer de nombreuses pièces; en outre, leur installation peut

imposer le démontage du rotor pour le sortir de la machine.

Par ailleurs, on pourrait commander l'écoulement du fluide

de refroidissement en fixant sur le rotor un dispositif per-

mettant de diriger le courant, tel qu'une cloison. Mais,

dans les modes de réalisation faisant appel à des disposi-

tifs assujettis au rotor ceux-ci, devant être animés d'un

mouvement de rotation, doivent pouvoir supporter les con-

traintes provoquées par cette rotation. De plus, des dispo-

sitifs tournants de cette nature peuvent requérir une main

d'oeuvre d'installation importante, par exemple pour le dé-

montage du rotor.

Un déflecteur pour machine électrodynamique fait l'objet du brevet des Etats-Unis n 3 413 499. Ce déflecteur comporte une première partie fixée au bloc extrême du stator et s'étendant radialement vers l'intérieur à partir de ce bloc, une seconde partie fixée à la première partie et s'étendant axialement le long de la zone de l'entrefer au

droit de plusieurs canaux de sortie du stator, et une troi-

sième partie assujettie à la seconde partie et s'étendant radialement vers l'extérieur en direction du stator. Ainsi, le déflecteur de ce brevet créé essentiellement une chambre

formant collecteur qui est isolée de la zone de l'entrefer.

Cette chambre présente une entrée qui permet la transmission -6- d'un courant gazeux à la partie extrême du générateur et des sorties qui communiquement avec les orifices d'admission des

conduites de sortie du stator qu'elle entoure. La réalisa-

tion en porte-à-faux du déflecteur (c'est-à-dire un support fixe nonmécanique de l'extrémité axialement intérieure de la seconde et de la troisième partie du déflecteur) peut s'avérer non souhaitable, à cause d'une éventuelle réponse excessive aux vibrations, et en outre à cause des fuites du

courant de réfrigérant entre la troisième partie du déflec-

teur et le stator, se traduisant par une pression plus fai-

ble dans la chambre et finalement par un débit plus petit de réfrigérant dans les canaux de refroidissement situés le

- plus à l'extrémité du stator.

D'autres configurations de déflecteurs pour la zo-

ne de l'entrefer de machines électrodynamiques refroidies par gaz sont décrites dans les brevets des Etats-Unis n 4 051 400 et 4 264 834. Le déflecteur du brevet 4 051 400 est

destiné à une machine électrodynamique refroidie par un cou-

rant inversé (c'est-à-dire que le courant du gaz de refroi-

dissement se dirige de la zone de l'entrefer vers la partie

extrême de la machine) o, même si le courant devait circu-

ler dans le sens direct, les problèmes mentionnés ci-dessus

que soulèvent les déflecteurs massifs ne seraient pas réso-

lus, par exemple la présence d'une veine contractée excessi-

ve dans la zone de l'entrefer. Le déflecteur du brevet 4 264

834 sert à diviser la zone de l'entrefer en un nombre prédé-

terminé de régions, et pour éviter les fuites du fluide de refroidissement entre les régions ainsi obtenues, il crée un obstacle radial, ou joint, qui traverse le trajet axial du

courant de gaz.

En conséquence, la présente invention a pour objet

un procédé et un dispositif permettant d'assurer une circu-

lation adéquate d'un courant gazeux de refroidissement dans

les conduites de ventilation du stator d'une machine élec-

trodynamique refroidie par gaz, plus particulièrement dans -7 les conduites disposées dans la partie extrême du noyau du stator.

La présente invention a pour autre objet un procé-

dé et un dispositif permettant de régler le volume du cou-

rant gazeux de refroidissement pénétrant dans la zone de l'entrefer d'une machine électrodynamique refroidie par gaz

sans qu'il soit nécessaire de démonter le rotor.

Laprésente invention a pour autre objet un dispo-

sitif permettant de diriger le courant- du gaz de refroidis-

sement dans la zone de l'entrefer d'une machine électrodynfa-

mique refroidie par gaz, qui s'installe facilement et ne né-

cessite que peu de pièces.

La présente invention a encore pour objet un pro-

cédé et un dispositif permettant d'obtenir un rétablissement

plus rapide de la pression statique du courant gazeux de re-

froidissement dans la zone de l'entrefer que dans le cas des

configurations de déflecteurs de l'art antérieur.

Selon la présente invention, un déflecteur pour machine électrodynamique refroidie par gaz ou générateur comprend un élément perforé définissant à travers lui au - moins un trajet de circulation de gaz afin d'assurer la transmission du courant gazeux entre la partie extrême et la zone de l'entrefer du générateur. L'élément perforé est de préférence espacé du rotor du générateur et l'entoure en

formant un arc, et il définit une série de trajets de circu-

lation de gaz qui sont disposés suivant un réseau prédéter-

miné. Les trajets de circulation de gaz peuvent être agencés

de manière à conférer au gaz les parcourant une vitesse ré-

sultante orientée sensiblement parallèle à l'axe de rotation du rotor du générateur ou faisant avec cet axe un angle dans

la direction radialement extérieure compris entre 0 et en-

viron 30 . On choisit préalablementles dimensions des tra-

jets de circulation de gaz à travers l'élément perforé de

manière à coordoner et optimiser le courant gazeux traver-

sant le déflecteur et le courant gazeux passant autour du - 8 - déflecteur dans le but d'obtenir en aval du déflecteur un

courant diffusé radialement.

En outre, un procédé de réglage de l'écoulement

d'un gaz de refroidissement dans une machine électrodynami-

que refroidie par gaz, ou générateur, consiste à diriger le courant à partir d'une partie extrême pour le faire entrer dans la zone de l'entrefer du générateur et à disposer un moyen perforé, définissant au moins un trajet de circulation

de gaz à travers lui, entre la zone de l'entrefer et la par-

tie extrême, d'o il résulte que le courant du gaz de re-

froidissement diffusé dans le sens radial en aval du moyen perforé assure une circulation adéquate de ce gaz vers les conduites de ventilation du stator du générateur. Le gaz de

refroidissement peut être dirigé radialement vers l'exté-

rieur lorsqu'il quitte le moyen perforé en faisant avec l'axe de rotation du rotor du générateur un angle pouvant

atteindre environ 30 .

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: - Figure 1, une vue en élévation, partiellement en

coupe, d'une partie d'une machine électrodynamique à refroi-

dissement par gaz selon la présente invention; - Figure 2, une vue en élévation, en partie en coupe, d'une partie extrême de la machine de la figure 1, représentée à grande échelle,

- Figure 3, une vue en élévation de la partie ex-

trême du noyau du stator de la machine de la figure 2, à

grande échelle, comprenant un mode de réalisation d'un dé-

flecteur selon la présente invention; - Figure 4, une vue axiale partielle de la machine de la figure 3, dans le sens des flèches 4-4 de la figure 3;

- Figure 5, une vue en élévation de la partie ex-

trême du noyau de la machine de la figure 2, à grande échel-

le, comprenant un autre mode de réalisation du déflecteur selon la présente invention; - Figure 6, une vue axiale partielle de la machine

de la figure 5, dans le sens des flèches 6-6 de la figure 5.

En liaison avec les figures 1 et 2, une machine électrodynamique, ou générateur 10, comprend un rotor 20 monté de manière à pouvoir tourner à l'intérieur d'un stator

l'entourant circonférentiellement à une certaine distan-

ce, et une enveloppe 11 étanche aux gaz qui enferme le rotor

et le stator 30 et qui est remplie d'un gaz de refroidis-

sement commprimé, tel que l'hydrogène. Tout au long du pré-

sent mémoire, les mêmes numéros de référence désignent des composants identiques. On appellera zone de l'entrefer, 40,

le volume circonférentiel entre le rotor 20 et le stator 30.

Le rotor 20 tourne autour d'un axe 25 et supporte sur au

moins l'une de ses extrémités axiales un ventilateur 65, le-

quel se trouve donc animé également d'un mouvement de rota-

tion. Une bague de maintien 22 est montée sur les extrémités du rotor 20 de manière à conserver les têtes de bobine des

enroulements du rotor dans l'orientation souhaitée. Le sta-

tor 30 comprend un noyau constitué d'une série de tôles su-

perposées, assemblées en formant des groupes 39. On trouvera

une description détaillée de ces tôles et l'explication de

leur présence à l'extrémité du noyau du stator dans le bre-

vet des Etats-Unis n 3 714 477.

Espacés axialement en groupes séparés, des trous

de captage de gaz et des trous 24 de décharge dans l'entre-

fer sont ménagés le long du rotor 20. Ces groupes de trous correspondent pratiquement à des groupes semblables de trous pratiqués dans le stator 30, c'est-à-dire que des canaux d'entrée du stator, ou conduites 34, espacés axialement et s'étendant radialement sont sensiblement alignés dans le sens axial avec les trous 26 de captage de gaz du rotor, et que des canaux de sortie du stator, ou conduites 32, espacés

axialement et s'étendant radialement, sont sensiblement ali-

gnés dans le sens axial avec les trous 24 de décharge de gaz

du rotor. Dans la zone 14 de l'enveloppe, dans la partie si-

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tuée radialement à l'extérieur du stator, les canaux 34 d'entrée du gaz de refroidissement sont séparés des canaux

32 de décharge du gaz par des cloisons 12, lesquelles défi-

nissent en partie des circuits de circulation pour le gaz se dirigeant vers et provenant du ventilateur 65 du rotor. Com- me représenté en figure 1, le ventilateur 65 reçoit le gaz

provenant d'un refroidisseur de gaz 17 et le refoule axiale-

ment pour l'introduire dans la partie extrême 60 vers la zo-

ne 40 de l'entrefer. Une partie du courant gazeux de refroi-

dissement provenant du ventilateur 65 pénètre à l'intérieur du rotor 20 à partir du dessous de la bague de maintien 22 o elle procède au refroidissement des têtes de bobine des

enroulements du rotor 20. Le gaz de refroidissement circu-

lant au-dessous de la bague de maintien 22 se décharge en-

suite radialement, au moins en partie, en sortant par les

trous 24 du rotor 20.

Les groupes de tôles du circuit magnétique du sta-

tor 30, représentés par exemple en 39a, 39b, et 39c en figu-

re 2, comportent typiquement un nombre prédéterminé de tô-

les. Chaque groupe de tôles est espacé axialement des grou-

pes contigus de manière à définir des conduites de réfrigé-

rant s'étendant dans le stator radialement et circonféren-

tiellement ou suivant des arcs, telles que celles ayant pour référence 32a, 32b, 32c qui permettent le passage du courant gazeux entre la zone 40 de l'entrefer et la partie 14 de l'enveloppe du générateur. Le premier groupe de tôles 39a situé à l'extérieur dans le sens axial, comporte typiquement une série de gradins, ou segments 33 augmentant radialement

vers l'intérieur, qui peuvent être réalisés à partir de tâ-

les qu'on a raccourcies radialement, afin de créer un cir-

cuit prédéterminé de couplage magnétique entre le rotor 20 et le stator 30 et de minimiser les effets fâcheux de l'échauffement provoqué par les fuites magnétiques à cette extrémité. Un bloc extérieur d'entretoisement 35, ou bloc

monté à l'extrémité du stator, pouvant être en acier magné-

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tique, entoure circonférentiellement le rotor 20 et s'appuie

contre le premier groupe de t8les 39a.

Dans un agencement de l'art antérieur, un déflec-

teur massif présentant une configuration étanche au gaz dans son écoulement axial entre une partie extrême 60 et la zone

de l'entrefer est fixé au bloc extérieur 35, s'étend ra-

dialement dans la zone 40 et est espacé de la bague de main-

tien 22 du rotor 20. Le déflecteur est monté dans une posi-

tion telle qu'un canal radialement intérieur, entre le dé-

flecteur et la bague de maintien 22, et un canal radialement

extérieur, entre le déflecteur et le bloc extérieur 35, per-

* mettent la division du trajet suivi par le courant gazeux provenant du ventilateur 65 et tombant sur le déflecteur en

un trajet radialement intérieur et un trajet radialement ex-

térieur autour du déflecteur. Le courant du gaz de refroi-

dissement s'accélère en suivant ces deux trajets, par suite de l'effet d'étranglement, d'o une diminution localisée de

la pression statique dans la zone 40 de l'entrefer immédia-

tement en aval, dans le sens axial, du déflecteur comme on

l'a décrit antérieurement.

En figure 3, on a représenté à grande échelle la

partie extrême du noyau du stator 30, comprenant un déflec-

- teur 70 selon la présente invention. Le déflecteur 70 est constitué d'un élément perforé dans lequel sont ménagés des

trous, ou passages 75, pour créer-au moins un trajet de cir-

culation de gaz et permettre une transmission sans entrave

du gaz de la partie extrême 60 à la zone 40 de l'entrefer.

Le déflecteur 70 est monté par des moyens de fixation 17, tels qu'un écrou et un boulon, sur des doigts, ou dents 37, espacés circonférentiellement les uns des autres de manière prédéterminée et s'étendant radialement vers l'intérieur à partir du bloc extérieur 35. Les doigts 37 peuvent être d'une pièce avec le bloc 35. En variante, on peut remplacer les doigts 37 par un rebord annulaire (non représenté), en particulier dans le cas o l'on ne souhaite pas que le gaz

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de refroidissement circule autour du bord radial extérieur du déflecteur. Le déflecteur 70 peut être réalisé à partir

d'un organe annulaire continu, ou présenter plusieurs seg-

ments en forme d'arc (un segment typique est représenté en figure 4), lesquels forment après montage sur le bloc 35 un déflecteur annulaire. En réalisant le déflecteur 70 avec plusieurs de segments en forme d'arc, on peut facilité les opérations de montage à l'intérieur du générateur 10. Qu'il se présente sous forme d'un organe annulaire continu ou soit

constitué de plusieurs segments en forme d'arc, le déflec-

teur peut être monté à l'intérieur du générateur 10 sans

avoir à enlever le rotor 20.

Le déflecteur 70 peut être constitué de tout maté-

riau pouvant supporter les forces dues à la pression provo-

quée par le courant du gaz de refroidissement. Dans un mode de réalisation actuellement recommandé, le déflecteur 70 est réalisé dans une substance non conductrice de l'électricité, tel qu'un matériau stratifié en fibre, vendu sous la marque Textolite par la Société dite General Electric Company, Schennectady, New-York. Un matériau de ce type empêche l'échauffement du déflecteur qui pourrait être provoqué par

la concentration élevée de flux parasites dans la partie ex-

trême du générateur.

Comme le montre plus clairement la figure 4, on peut de préférence disposer les trous 75 du déflecteur 70 suivant un réseau prédéterminé dans le but de faciliter la fabrication et d'assurer une diffusion rapide prédéterminée du courant gazeux de refroidissement en aval du déflecteur

dans la zone 40 de l'entrefer. Le déflecteur 70 est repré-

senté comme étant espacé du corps principal du bloc 35 de manière à former un trajet de circulation de gaz s'étendant entre la partie extrême 60 et la zone 40 de l'entrefer et passant au-dessus du bord extérieur du déflecteur et entre les doigts 37. En variante, on peut disposer le déflecteur par rapport au bloc 35 de façon à empêcher la circulation du

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courant gazeux au droit du bord radial extérieur du déflec-

teur, et choisir les dimensions, l'espacement et la disposi-

tion des trous 75 du déflecteur pour obtenir la circulation

axiale souhaitée du réfrigérant en aval du déflecteur.

L'étude de la dynamique des fluides montre que

l'étendue axiale de la "veine contractée" au niveau d'un dé-

flecteur (c'est-à-dire l'entendue axiale de la zone en aval du déflecteur dans laquelle la pression statique du gaz de

refroidissement est inférieure à la pression statique moyen-

ne du gaz à une distance axiale relativement grande en aval du déflecteur, par exemple correspondant à dix fois la cote

radiale du déflecteur) est égale à environ six fois l'espa-

cement entre trajets contigus de circulation, et que

l'étranglement total produit par un déflecteur est propor-

tionnel à la surface totale offerte au courant gazeux au droit du déflecteur. La pression statique se rétablit en aval du déflecteur par suite de la diffusion radiale du gaz

émanant des courants de réfrigérant autour du déflecteur.

Selon la présente invention, en répartissant la surface to-

tale offerte au courant gazeux, lors de l'emploi d'un dé-

flecteur massif, suivant une série de trous 75 espacés les uns des autres dans le déflecteur 70, on maintient la même chute de pression ou le même effet d'étranglement qu'avec un

déflecteur massif, tout en diminuant l'espacement entre tra-

jets contigus 75 de circulation de gaz et jets de courant qui en sortent. Ainsi, on réduit l'étendue axiale de la

"veine contractée" au droit du déflecteur 70, car la récupé-

ration de la pression statique moyenne correspond à environ six fois l'espacement entre trous 75. L'homme du métier peut donc déterminer facilement les dimensions et l'espacement des trous 75 pour une application particulière sans devoir

recourir à une expérimentation excessive.

On doit choisir les dimensions et l'espacement des trous 75 de sorte que le courant gazeux de refroidissement

les traversant coopère avec le courant gazeux de refroidis-

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sement contournant le bord radial intérieur et, le cas

échant, avec le courant gazeux de refroidissement contour-

nant le bord radial extérieur du déflecteur 70, afin d'obte-

nir un courant sensiblement diffusé dans la zone 40 de l'en-

trefer en aval du déflecteur. Pour augmenter le débit du gaz dans un trou 75 du déflecteur, sans accroître le diamètre de sortie, donc la surface des trous, et par conséquent augmen-

ter la dispersion du gaz de refroidissement s'échappant des trous 75, on peut agrandir le bord d'entrée des trous, par

exemple en les chanfreinant ou les fraisant comme en 77.

Les trous 75, comme représenté en figures 3 et 4,

peuvent être pratiquement cylindriques avec un axe longitu-

dinal sensiblement parallèle à l'axe de rotation 25 (figure

1) du rotor. L'espacement centre à centre entre trous conti-

gus 75 est de préférence symétrique de manière à obtenir une

configuration s'étendant circonférentiellement, prédétermi-

née et uniforme, des courants gazeux de refroidissement quittant le déflecteur 70. Bien qu'on ait représenté des

trous 75 cylindriques, ceux-ci peuvent avoir n'importe quel-

le forme compatible avec l'établissement d'une diffusion ra-

diale rapide du courant gazeux dans la zone 40 de manière à obtenir la distribution axiale désirée du réfrigérant en

aval du déflecteur 70.

Lorsqu'ils sont disposés sous forme de réseau, les centres des trous peuvent être commodément situés sur un cercle. De plus, pour le positionnement des trous 75, on

peut utiliser une multitude de cercles concentriques de fa-

çon à obtenir plusieurs rangées de trous s'étendant circon-

férentiellement. Dans un mode de réalisation recommandé, l'espacement, pris suivant la corde, entre centres de trous contigus disposés sur un cercle est le double du diamètre des trous. Ainsi, le diamètre des trous peut être de 0,8 mm, avec un espacement- suivant la corde de 1,6 mm. En outre, des cercles concentriques adjacents pour le positionnement des centres des trous sont de préférence espacés radialement

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d'une distance égale au diamètre des trous, soit 0,8 mm dans

l'exemple précédent. De plus, comme le montre plus claire-

ment la figure 4, les centres des trous d'un cercle de posi-

tionnement de centres peuvent être disposés en quinconce ou situés circonférentiellement entre les centres de trous se

trouvant sur des cercles contigus de positionnement de cen-

tres. Le centre des cercles de positionnement des trous 75

peut être l'axe de rotation 25 (Figure 1) du rotor 20.

En figures 5 et 6, on a représenté, à grande

échelle, la partie extrême du noyau du stator 30 sur laquel-

le est montée un déflecteur 80 selon un mode de réalisation

de la présente invention encore plus recommandé. Le déflec-

teur 80 est sensiblement identique au déflecteur 70, à

l'exception de l'orientation des trous ou canaux 85 le tra-

versant, de sorte que toutes les remarques faites précédem-

ment sur la composition, la fabrication et la disposition du déflecteur 70 restent valables pour le déflecteur 80. Les trous 85, ménagés dans la surface intérieure du déflecteur, sont disposés de manière à conférer une composante dirigée radialement vers l'extérieur au courant gazeux lorsqu'il

passe de la partie extrême 60 à la zone 40 de l'entrefer.

Les trous 85 peuvent être sensiblement cylindriques et pra-

tiqués dans le déflecteur 80 pour que leur axe longitudinal fasse un angle 82 avec une ligne de référence 84. La ligne

de référence 84 est sensiblement parallèle à l'axe de rota-

tion 25 (Figure 1) du rotor 20. Pour faciliter la fabrica-

tion du déflecteur 80, on peut aussi considérer que la ligne

de référence 84 est sensiblement perpendiculaire à la surfa-

ce 81 ou à la surface 83 du déflecteur, puisque que les sur-

face 81 et 83 doivent être généralement plates et parallèles

afin de ne pas conférer des composantes indésirables au cou-

rant du gaz de refroidissement les frappant. De plus, la surface amont des doigt 37 doit être généralement plate et s'étendre radialement de manière qu'après avoir été fixé

dessus, le déflecteur 80 se trouve pratiquement dans une po-

- 16 -

sition radiale entre la zone 40 de l'entrefer et la partie

extrême 60. Bien qu'on ait représenté des trous 85 cylindri-

ques, ceuxi-ci peuvent avoir toute forme compatible avec l'établissement d'une diffusion radiale rapide du courant gazeux de refroidissement dans la zone 40 de manière à obte- nir la distribution axiale souhaitée du courant en aval du déflecteur 80. On peut augmenter le bord d'entrée des trous

, en les chanfreinant ou en les fraisant comme en 87.

A l'aide d'un appareil d'essai, contenant de l'eau pour simuler le courant gazeux de refroidissement entre les

zones 60 et 40 au droit des déflecteurs 70 et 80 de la pré-

sente invention, on a constaté que des trous 75, ayant une orientation sensiblement axiale, permettaient d'améliorer la circulation du gaz de refroidissement dans les conduites du stator, en particulier dans les conduites de sortie 32a et 32b, par rapport à la circulation obtenue avec un déflecteur

massif. On a également remarqué que l'augmentation de l'an-

gle 82 pour le porter à environ 30 , dans le but de conférer

une composante de vitesse dirigée radialement vers l'exté-

rieur au courant du gaz de refroidissement traversant les trous 85 et donc d'obtenir une vitesse résultante (c'est-à dire un vecteur qui est la somme des composantes axiale et radiale de la vitesse) pour le gaz de refroidissement à la sortie des trous 85 dirigée radialement vers l'extérieur, permettait d'accroître encore la circulation du gaz dans

les conduites du stator, plus particulièrement dans les con-

duites 32a et 32b. Cependant, l'angle 82 ne doit pas être porté au-delà d'une valeur pour laquelle les trous 85 les plus radialement à l'extérieur du déflecteur 80 (c'est-à dire la rangée supérieure des trous 85 en figure 6) dirigent les courants gazeux vers les tôles en gradin 33 du groupe 39a de tôles du circuit magnétique du stator. Pour faciliter

l'étude de cette contrainte, on a tracé en figure 5 une li-

gne de référence 86 entre le bord radialement le plus à l'extérieur de la sortie du trou 85 radialement le plus à

- 17 -

l'extérieur et l'intersection du gradin 33 le plus axiale-

ment en aval avec la surface radialement intérieure 38 de la

partie du groupe 39a de tôles la plus radialement à l'inté-

rieur. Aucun courant gazeux sortant des trous 85 du déflec-

teur 80 ne doit pénétrer dans la zone en amont de la ligne de référence 86, ou zone située axialement et radialement vers l'extérieur de cette ligne. Dans le but souhaité de ne pas diriger du gaz de refroidissement vers les gradins 33,

les trous 85 ne s'étendront généralement pas, dans la direc-

tion radiale de l'extérieur, aussi loin dans le cas du dé-

flecteur 80 que dans le cas des trous 75 du déflecteur 70.

Il n'est pas nécessaire que tous les trous 75 ou dirigent le gaz de refroidissement de manière qu'il sorte dans la même direction par rapport à l'axe de rotation 25 (figure 1) du rotor 20, mais il faut seulement que le débit total du gaz de refroidissement et la direction qui lui est conférée à sa sortie des trous 75 ou 85 soient coordonnés

avec le débit total et la direction du gaz de refroidisse-

ment circulant autour du bord radialement intérieur (et ex-

térieur, le cas échéant) des déflecteurs 70 et 80, respecti-

vement, afin d'assurer une diffusion radiale rapide du cou-

rant gazeux dans la zone 40 de l'entrefer située en aval du

déflecteur 70 ou 80, respectivement, permettant ainsi d'ob-

tenir un rétablissement de la pression statique du gaz plus rapide qu'avec les déflecteurs de l'art antérieur. D'autre part, on peut disposer le déflecteur 70 (figure 3) pour qu'il fasse un certain angle (non représenté) avec l'axe de rotation 25 du rotor 20 et que les trous 75 dirigent le gaz radialement vers l'extérieur de l'axe de rotation 25. Plus précisément, le déflecteur 70 aurait une position telle que sa partie radialement intérieure serait davantage en aval dans le sens axial que sa partie radialement extérieure (c'est-à-dire que le déflecteur 70 pourrait avoir la forme d'un tronc de cône). On modifierait en conséquence les

doigts 37 (Figure 3) ou un rebord (non représenté) de maniè-

- 18 -

re à assurer un support approprié du déflecteur.

En résumé, on vient d'illustrer et de décrire un procédé et un dispositif permettant d'assurer la circulation adéquate d'un gaz de refroidissement dans les conduites de ventilation du stator d'une machine électrodynamique, en

particulier dans les conduites disposées dans la partie ex-

trême du noyau du stator. Ce procédé et ce dispositif per-

mettent de commander l'écoulement du gaz de refroidissement sans avoir à démonter le rotor, et le dispositif s'installe facilement et ne nécessite que peu de pièces. En outre, le

procédé et le dispositif permettent d'obtenir un rétablisse-

ment de la pression statique du gaz de refroidissement plus

rapide qu'avec les déflecteurs de l'art antérieur.

- 19 -

Claims (33)

REVENDICATIONS

1. Procédé de commande du courant d'un gaz de re-

froidissement dans une machine électrodynamique à refroidis-

sement par gaz comprenant un rotor (20) et un stator (30) espacé du rotor et l'entourant de manière à former une zone d'entrefer (40) entre eux, le stator comportant une conduite

(34) pour sa ventilation permettant de transmettre le cou-

rant gazeux à la zone de l'entrefer, caractérisé en ce qu'il consiste à: diriger un courant de gaz de refroidissement à partir d'une partie extrême (60) de la machine pour le faire entrer dans la zone de l'entrefer, -disposer un moyen perforé (70; 80) entre la zone de l'entrefer et la partie extrême, d'o il résulte que le moyen perforé se trouve en amont, par rapport au sens

d'écoulement du courant gazeux, de la conduite de ventila-

tion du stator, ce moyen perforé définissant au moins un

trajet de circulation de gaz le traversant, ce trajet per-

mettant d'assurer la transmission du gaz entre la partie ex-

trême et la zone de l'entrefer, d'o il résulte qu'une dif-

fusion radiale rapide du courant gazeux de refroidissement en aval du moyen perforé assure un écoulement adéquat du gaz

vers la conduite de ventilation du stator.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce qu'il consiste en outre à disposer le trajet de circu-

lation de gaz de façon à conférer une composante de vitesse

dirigée radialement vers l'extérieur au courant gazeux par-

courant ce trajet.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la direction de la vitesse résultante de sortie du

courant gazeux parcourant ledit trajet fait un angle supé-

rieur à 0 et inférieur à environ 30 avec l'axe de rotation

(25) du rotor.

4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le stator (30) comprend en outre un groupe d'un

- 20 -

nombre prédéterminé de t8les (39) de circuit magnétique com-

portant des t8les en gradin (33), et la disposition du tra-

jet de circulation de gaz consiste en outre à diriger le gaz de refroidissement sortant du trajet de manière à ce que le gaz parcourant ce trajet ne vienne pas frapper les tôles en gradin. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen perforé (70; 80) définit une série de

trajets (75; 85) de circulation de gaz le traversant.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à disposer la série de trajets

de circulation de gaz suivant un réseau prédéterminé.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à disposer le moyen perforé

(70; 80) en l'espaçant du rotor pour former un premier tra-

jet de transmission de gaz entre la partie extrême (60) et la zone de l'entrefer (40), et à coordonner les dimensions

de la série de trajets de circulation de gaz et les dimen-

sions du premier trajet de transmission de gaz afin d'assu-

rer un courant sensiblement diffusé du gaz de refroidisse-

ment dans la zone de l'entrefer située en aval du moyen per-

foré. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à disposer le moyen perforé

(70; 80) en l'espaçant du stator pour former un second tra-

jet de transmission de gaz entre la partie extrême (60) et

la zone de l'entrefer (40), et en ce que l'étape de coordi-

nation consiste en outre à faire en sorte que les dimensions du second trajet de transmission de gaz assurent un courant sensiblement diffusé du gaz de refroidissement dans la zone

de l'entrefer située immédiatement en aval du moyen perforé.

9. Déflecteur pour machine électrodynamique re-

froidie par gaz comprenant un rotor (20) et un stator (30),

le stator étant espacé du rotor et l'entourant circonféren-

tiellement de manière à former un entrefer (40) entre eux,

- 21 -

la machine comportant en outre un moyen (65) permettant d'amener un courant de gaz de refroidissement à traverser une partie extrême (60) et à le faire pénétrer dans la zone de l'entrefer (40), le stator incorporant une conduite (34) pour sa ventilation présentant une entrée communiquant avec

la zone de l'entrefer pour la transmission du courant ga-

zeux, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen (70; 80) perforé définissant au moins un trajet de circulation de gaz le traversant (75; 85), ce

moyen perforé assurant la transmission de gaz entre la par-

tie extrême et la zone de l'entrefer; et

- un moyen de support (37) accouplé au moyen per-

foré pour fixer ce moyent perforé entre la partie extrême et

la zone de l'entrefer.

10. Déflecteur selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le moyen perforé (70; 80) comprend un organe

annulaire espacé du rotor (20) et l'entourant circonféren-

tiellement.

Il. Déflecteur selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que la sortie du trajet de circulation de gaz est

disposée de façon à conférer une vitesse résultante sensi-

blement parallèle à l'axe de rotation (25) du rotor au cou-

rant gazeux de refroidissement parcourant le trajet d'ache-

minement de gaz.

12. Déflecteur selon la revendication 11, caracté-

risé en ce que le trajet de circulation de gaz est cylindri-

que et l'axe longitudinal du cylindre est sensiblement pa-

rallèle à l'axe de rotation (25) du rotor.

13. Déflecteur selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que la sortie du trajet de circulation de gaz est

disposée de manière à conférer une composante de vitesse di-

rigée radialement vers l'extérieur au gaz de refroidissement

parcourant le trajet de circulation de gaz.

14. Déflecteur selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que le trajet de circulation de gaz est cylindri-

- 22 -

que et l'axe longitudinal du cylindre fait avec l'axe de ro-

tation (25) du rotor un angle supérieur à 0 dans la direc-

tion radiale de l'extérieur.

15. Déflecteur selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que la sortie du trajet de circulation de gaz est en outre disposé de façon à conférer une vitesse résultante

au gaz de refroidissement parcourant le trajet de circula-

tion de gaz faisant un angle atteignant environ 30 avec

l'axe de rotation (25) du rotor.

16. Déflecteur selon la revendication 14, caracté-

risé en ce que l'axe longitudinal du cylindre est en outre disposé en faisant un angle dans le sens radial extérieur

avec l'axe de rotation (25) du rotor inférieur à environ 30 .

17. Déflecteur selon la revendication 13, caracté-

risé en ce que le stator (30) comprend en outre un groupe (39) d'un nombre prédéterminé de t8les de circuit magnétique comportant des tôles en gradin (33), et en ce que la sortie

du trajet de circulation de gaz est en outre disposée de ma-

nière que le gaz de refroidissement parcourant ce trajet de circulation soit dirigé de façon à éviter que le gaz sortant

de ce trajet ne vienne frapper les tôles en gradin.

18. Déflecteur selon la revendication 17, caracté-

risé en ce que le trajet de circulation de gaz est cylindri-

que, et en ce qu'en outre le prolongement de l'axe longitu-

dinal du cylindre coupe axialement le stator en aval des tô-

les en gradin.

19. Déflecteur selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'il est constitué d'un matériau non conducteur

de l'électricité.

20. Déflecteur selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le matériau non conducteur de l'électricité est un matériau stratifié en fibre,

21. Déflecteur selon la revendication 10, caracté-

risé en ce que l'organe annulaire est constitué d'une série

de segments en forme d'arc afin de faciliter le montage.

- 23 -

22. Déflecteur selon la revendication 9, caracté-

risé en ce que le trajet de circulation de gaz, comprend une entrée et une sortie, l'entrée offrant au courant gazeux une

surface supérieure à celle de la sortie.

23. Déflecteur selon la revendication 10, caracté- risé en ce que le moyen perforé définit en outre une série

de trajets de circulation de gaz (75) le traversant.

24. Déflecteur selon la revendication 23, caracté-

risé en ce que la série de trajets de circulation (75) de

gaz est disposée sous forme d'un réseau prédéterminé.

25. Déflecteur selon la revendication 24, caracté-

risé en ce que les centres de la série de trajets de circu-

lation (75) de gaz sont situés sur un cercle coupant le dé-

flecteur.

26. Déflecteur selon la revendication 24, caracté-

risé en ce qu'une première et une seconde partie respectives des centres de la série de trajets de circulation de gaz

sont disposées sur des premier et second cercles concentri-

ques, respectivement, coupant le déflecteur.

27. Déflecteur selon la revendication 25, caracté-

risé en ce que la série de trajets de circulation de gaz

sont cylindriques.

28. Déflecteur selon la revendication 23, caracté-

risé en ce qu'il est espacé du rotor (20) de manière à défi-

nir un premier trajet de transmission de gaz entre la partie

extrême (60) et la zone de l'entrefer (40), ce premier tra-

jet étant disposé entre le rotor et le déflecteur, et la va-

leur de la surface totale offerte au courant du gaz de re-

froidissement par la série de trajets de circulation de gaz et le premier trajet de transmission de gaz est choisie de manière prédéterminée dans le but d'assurer l'obtention d'un courant de gaz de refroidissement sensiblement diffusé en

aval du déflecteur.

29. Déflecteur selon la revendication 28, caracté-

risé en ce qu'il est en outre espacé du stator (30) afin de

- 24 -

définir un second trajet de transmission de gaz entre la partie extrême (60) et la zone de l'entrefer (40), ce second trajet étant disposé entre le déflecteur et le stator, et les dimensions de ce second trajet sont choisies de manière prédéterminée dans le but d'assurer l'obtention d'un courant de gaz de refroidissement sensiblement diffusé en aval du déflecteur. 30. Déflecteur pour la commande du courant d'un gaz de refroidissement dans une machine électrodynamique, la machine comprenant un stator (30) espacé d'un rotor (20) monté en rotation et l'entourant circonférentiellement pour

former entre eux une zone d'entrefer (40), une partie extrê-

me (60) et un ventilateur (65) pour entraîner du gaz de re-

froidissement entre la partie extrême et la zone de l'entre-

fer, caractérisé en ce qu'il comprend: - un moyen perforé (70; 80) définissant une série de trajets (75; 85) de circulation de gaz le traversant afin d'assurer la transmission du courant gazeux entre la partie extrême et la zone de l'entrefer; et

- un moyen de support (37) accouplé au moyen per-

foré afin de fixer le moyen perforé entre la partie extrême

et la zone de l'entrefer.

31. Déflecteur selon la revendication 30, caracté-

risé en ce que le moyen perforé comporte un organe annulaire.

32. Déflecteur selon la revendication 31, caracté-

risé en ce que l'organe annulaire est constitué d'une série

de segments en forme d'arc afin de faciliter le montage.

33. Déflecteur selon la revendication 30, caracté-

risé en ce qu'au moins l'un des trajets de la série de tra-

jets de circulation de gaz comprend une entrée et une sor-

tie, l'entrée offrant au courant gazeux une surface supé-

rieure à celle de la sortie.

34. Déflecteur selon la revendication 30, -caracté-

risé en ce que la série de trajets de circulation de gaz est

disposée suivant un réseau prédétermine.

- 25 -

35. Déflecteur selon la revendication 31, caracté-

risé en ce que la série de trajets de circulation de gaz est

disposée suivant un réseau prédéterminé.

36. Déflecteur selon la revendication 30, caracté-

risé en ce que les trajets de circulation de gaz sont cylin- driques.

37. Déflecteur selon la revendication 30, caracté-

risé en ce qu'il est constitué d'un matériau non conducteur

de l'électricité.