CH633390A5 - Rotor de machine electrique refroidi par circulation de gaz. - Google Patents

Description

L'invention concerne un rotor de machine électrique refroidi par circulation de gaz dans des canaux ménagés dans les cuivres du bobinage rotor, c'est-à-dire dans les bandes de cuivre constituant les conducteurs de ce bobinage. Elle s'applique plus particulièrement aux rotors de turbo-alternateurs.

On connaît un premier système de ventilation dans lequel le gaz de refroidissement entre axialement à chacune des deux extrémités du rotor dans des sous-encoches disposées sous les encoches qui reçoivent l'enroulement. (L'expression «sous les encoches» signifiant ici «du côté de l'axe du rotor par rapport aux encoches», de même que les expressions «parties hautes et basses» ou analogues désigneront ci-après les parties situées le plus près et le plus loin de l'axe, respectivement.) Ces sous-encoches distribuent le gaz froid dans des passages radiaux régulièrement espacés, aménagés directement dans les cuivres de l'enroulement.

Au cours de son passage radial dans l'encoche, le gaz évacue les pertes de l'enroulement inducteur et sort chaud dans l'entrefer.

L'échauffement du gaz dans son parcours radial et l'écart local de température cuivre-gaz dépendent du niveau de pertes à évacuer et de l'aménagement interne des canaux de refroidissement sur ce parcours.

On connaît une disposition particulièrement favorable de cet aménagement radial des canaux internes décrite dans le brevet français n° 1449 036, disposition dans laquelle les canaux de refroidissement sont aménagés suivant une disposition alternées.

On connaît un deuxième système de ventilation, décrit dans le brevet français n° 2 241905 (Ganz Villamossagi Müvek), dans lequel les parties basses de l'encoche sont refroidies par le gaz circulant dans des canaux transversaux alimentés à partir d'une sous-encoche par l'intermédiaire d'un canal radial central, le gaz s'échappant vers l'entrefer par des canaux radiaux latéraux (la direction radiale étant celle d'une ligne droite qui rencontre à angle droit l'axe du rotor, la direction longitudinale ou axiale étant celle qui est parallèle à l'axe du rotor, et la direction transversale étant celle qui est perpendiculaire à la fois à la direction longitudinale et à la direction radiale). Dans ce deuxième système les parties hautes de l'encoche sont refroidies par le gaz circulant dans des canaux transversaux alimentés en parallèle à partir de l'entrefer par un canal radial latéral, le gaz retournant à l'entrefer par un autre canal latéral. Les canaux radiaux latéraux des parties basse et haute de l'encoche sont en continuité de sorte que, dans certains canaux transversaux le gaz provenant de l'entrefer se mélange à celui qui provient de la sous-encoche.

Le premier système de ventilation présente un inconvénient lié au fait que le gaz circulant dans la partie haute de l'encoche a déjà été échauffé dans la partie basse. Cet inconvénient est que le refroidissement de la partie haute par un gaz déjà échauffé est moins efficace que celui de la partie basse par un gaz encore froid de sorte qu'une différence de température élevée s'établit entre les conducteurs des parties haute et basse.

Le deuxième système de ventilation présente notamment deux inconvénients. Un premier inconvénient est qu'il est complexe, donc coûteux, car il nécessite de créer d'une part une sous-encoche, et un système d'alimentation de celle-ci, d'autre part des systèmes aérodynamiques utilisant la rotation du rotor pour prélever le gaz de refroidissement dans l'entrefer et l'y rejeter. Un deuxième inconvénient est que la répartition correcte des pressions et des débits du gaz dans les canaux dépend du rapport entre deux grandeurs. La vitesse de rotation du rotor conditionne la première de ces grandeurs, qui est la pression diférentielle créée par les systèmes aérodynamiques de prélèvement et de rejet du gaz dans l'entrefer. La deuxième grandeur est la différence de pression entre la sous-encoche et l'entrefer. Elle dépend notamment de la distance que le gaz a à parcourir dans la sous-encoche depuis son entrée dans le rotor. Une variation relative importante de ces deux grandeurs peut dans certains cas amener une mauvaise répartition du débit de gaz et un mauvais refroidissement de certains canaux transversaux.

La présente invention a pour objet d'améliorer d'une manière simple l'efficacité du système de ventilation en diminuant à la fois l'échauffement moyen de l'enroulement et l'écart entre les températures des conducteurs situés en haut et en bas de l'encoche.

On a trouvé, suivant la présente invention qu'il était avantageux de modifier la disposition des canaux de refroidissement dans la partie supérieure de l'encoche, tout en conservant dans la partie inférieure la disposition décrite dans le brevet français n° 1449 035 ou une disposition similaire.

A cet effet, dans la partie supérieure de l'encoche, la circulation de gaz s'effectue dans des canaux transversaux c'est-à-dire perpendiculaires à la fois à l'axe du rotor et au rayon, ménagés dans les cuivres, les canaux transversaux étant reliés en parallèle sur un pas axial élémentaire à deux canaux radiaux d'admission et d'évacuation de gaz.

Au point de vue aérodynamique, on constitue ainsi en série sur la hauteur de l'encoche, une disposition radiale alternée et une disposition en radiateur (c'est-à-dire à canaux parallèles).

A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après à titre d'exemple une forme d'exécution de l'invention. 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 partielle en coupe d'un rotor connu, l'axe de ce rotor étant perpendiculaire au plan de la figure, au-dessous de celle-ci.

La fig. 2 représente une vue partielle en coupe d'un rotor selon l'invention, l'axe de ce rotor étant perpendiculaire au plan de la figure au-dessous de celle-ci.

La fig. 3 représente une vue en perspective de la disposition des canaux du rotor de la fig. 2, sur un pas axial, toute matière autour de ces canaux étant supposée transparente.

La fig. 4 représente une vue partielle en perspective d'un conducteur dans la zone B de la fig. 2.

La fig. 5 représente une vue de dessus et partiellement arrachée de deux conducteurs superposés du type représenté sur la fig. 4.

La fig. 6 représente une vue de dessus d'un conducteur s

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dans la partie basse de la zone A de la fig. 2.

La fig. 7 représente une variante du conducteur de la fig. 4, dans laquelle les canaux radiaux sont creusés en 34 et 38 dans le bord du conducteur 19.

La fig. 8 représente une vue schématique en coupe du rotor selon l'invention, montrant la position des encoches telles que 20 réparties angulairement autour de l'axe 50 du rotor.

La fig. 1 reprend la disposition connue du brevet français n° 1449 036 cité où l'aménagement interne des canaux est assuré suivant le système radial alterné.

Selon ce système un bobinage 102 est situé dans une encoche 104 creusée axialement dans la surface extérieure d'un rotor 106 d'un turbo-alternateur. Ce rotor tourne selon la flèche 108 autour d'un axe perpendiculaire au plan de la figure. Ce bobinage est refroidi par un gaz frais arrivant axialement par une sous-encoche 110 disposée axialement sous l'encoche. Ce gaz s'écoule sensiblement radialement, vers la périphérie du rotor. Le flux de gaz est conduit alternativement par un canal radial central (d'abord 112 puis 113) et deux canaux radiaux latéraux parallèles (d'abord 114 et 116 puis 118 et 120). Il s'échappe ensuite dans l'entrefer à travers une cale d'encoche 122 assurant le maintien des conducteurs malgré la force centrifuge.

En se référant aux fig. 2 et 3 on va décrire une forme d'exécution du rotor selon l'invention.

Sur un pas axial P dans la partie fer du rotor, la sous-encoche 1, en forme de canal axial sous l'encoche 20, alimente en gaz froid un ensemble de canaux ménagés à travers les cuivres 2 de l'enroulement inducteur.

Dans une première partie correspondant à la zone A en fond d'encoche la disposition des canaux radiaux rectangulaires 3 et 4 perforés dans les cuivres est aménagé suivant le système radial alterné.

Dans une deuxième partie B située vers le haut de l'encoche, des canaux radiaux latéraux 6 et 7 assurent la circulation du gaz dans des canaux transversaux 8, de faible section, qui constituent la partie efficace du système de refroidissement de la zone B. Le nombre de canaux transversaux 8, tant sur la hauteur radiale de la zone B, que sur le pas axial P du système radiateur ainsi constitué, est choisi de manière à assurer la meilleure efficacité de refroidissement de cette zone.

La communication entre les zones A et B est assurée par un canal transversal 5, qui relie les canaux radiaux 4 et 6.

Enfin le canal radial 7 laisse échapper le gaz vers l'entrefer 13 à travers la zone C par des canaux 9 et 10 et des trous 11

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ménagés dans les cales 12 de fermeture d'encoche rotor.

Conformément à la présente invention on utilise des cuivres perforés dans le bas de l'encoche et des cuivres cannelés et perforés dans le haut de l'encoche.

La disposition interne des canaux dans les zones A et B, n'est pas limitative ainsi:

- dans la zone A, on peut n'utiliser qu'un système constitué d'un canal radial unique et non un système alterné,

- dans la zone B, les canaux radiaux 6 et 7 peuvent être situés à l'intérieur des cuivres ou sur les flancs des cuivres. Leur section peut également ne pas être constante sur la longueur du parcours radial, c'est-à-dire en pratique qu'elle peut être décroissante vers le haut pour le canal d'admission 6, et croissante pour le canal d'évacuation 7.

De plus, la séparation entre les zones A et B, dépendra de la hauteur d'encoche rotor disponible des alternateurs à 2 et 4 pôles et des aménagements internes de chacune des deux zones.

Ce système de ventilation est particulièrement intéressant dans le cas où les encoches sont hautes, c'est-à-dire dont une hauteur supérieure à 15 cm.

Dans ce cas un système de ventilation composé essentiellement de canaux transversaux sur toute la hauteur de l'encoche obligerait à choisir entre deux difficultés: soit donner aux canaux transversaux des sections différentes en haut et en bas, ce qui compliquerait exagérément la fabrication, soit accepter des différences importantes de débit entre les divers canaux transversaux.

Le conducteur représenté sur la fig. 4 présente la forme d'une bande de cuivre dont la largeur occupe la largeur d'une encoche laissée disponible par des couches isolantes latérales non représentées. Sur chaque partie de la longueur du conducteur correspondant à un pas axial ont été perforés deux passages formant les canaux latéraux 6 et 7.

Ces passages sont allongés, leur longueur étant parallèle à celle du conducteur, c'est-à-dire à l'axe du rotor.

La face supérieure de chaque conducteur ou d'un conducteur sur deux ou sur trois a été de plus creusée pour former des cannelures transversales 40 incurvées en arcs de cercles tous de même rayons et de même sens de concavité.

Comme le montre la fig. 5 ce sens de concavité est alterné d'un conducteur au conducteur supérieur ou inférieur de manière à éviter que la superposition des cannelures ne provoque des déformations sous l'action de la force centrifuge.

3

s

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35

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B

4 feuilles dessins

Claims (2)

633390 2 REVENDICATIONS

1. Rotor de machine électrique refroidi par circulation de gaz dans des canaux (3,4,6,7,8) ménagés à l'intérieur des encoches (20) qui contiennent le bobinage inducteur, caractérisé en ce que la partie du bobinage située dans la partie basse de chaque encoche est constituée par un empilement de conducteurs perforés par des canaux radiaux (3,4) en forme de fentes ménageant un parcours du gaz essentiellement radial suivant un système radial simple ou radial alterné, tandis que celle située dans la partie haute de chaque encoche est constituée par un empilement de conducteurs creusés de cannelures ménageant des canaux transversaux (8) et percés de canaux radiaux (6,7) alimentant ces canaux transversaux (8) en parallèle de manière à obtenir un circuit de refroidissement essentiellement transversal en forme de radiateur.

2. Rotor selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les encoches ont une hauteur supérieure à 15 cm.