Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
~ .
La présente invention conoerne un groupe bulbe de forte
pui~sance à refroidissement externe avec multiplicateur de vitesse. On
entend icl par forte pui.~san¢e d'un groupe bulbe à multiplicateur une
puissance supérieure à 5~W, par exemple comprise entre 5 et 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;
- une turbine ~ontée dans un trongon "arrière" de cette enceinte, sur un
arbre disposé selon l'axe de l'enceinte, le~ pales de cette turbine
fai3ant 3aillie radialement à l'extérieur de cette enceinte pour être
entra;nées en rotation par le courant d'eau,
- un multiplicateur de vitesse disposé dans un tronçon intermédiaire de
la longueur de l'enceinte, entraîné par l'arbre de turbine, et
entrainant à vitesse supérieùre un arbre d'alternateur s'étendant vers
l'avant de l'enceinte,
- un rotor d'alternateur monté sur oet arbre d'alternateur, dans un
tronçon "avant" de l'enceinte,
- un exoitateur d'alternateur monté sur l'arbre d'alternateur pour four-
nir un oourant d'exoitation à oe rotor,
- et un stator d'alternateur entourant oe rotor et oomportant lui-même
des enroulement3, un oircuit magnétique, et une carcas~e de support qui
entoure le circuit magnétique en contact avec oe dernier.
Cette oaroa~se de stator oongtitue en même temps une partie de
l'encsinte, de manière à assurer une évacuation partielle vers l'eau
extérieure de la ohaleur apparaissant dans le oirouit magnétique,
l'alternateur étant en outre muni d'un oirouit de refroidissement à gaz.
On oonna~t un deuxième groupe bulbe analogue mais dépourvu de
multiplioateur et dan~ lequel le oirouit de refroidissement à gaz
oomporte des tube~ disposés à l'axtérieur de l'enceinte pour permettre
au gaz caloporteur d'être re~roidi par l'eau circulant autour de cette
enoeinte. Ce~ tubes s'étendent ohaoun entre deux ori~ices de oommunica-
tion avant et arrière peroé~ dans l'enceinte.
Les centreY des ori~ioe avant sont situés dan~ deux plan3 de
perçage trarsver3aux ~istinotg en avant du stator de l'alternateur, la
distanoe longitudinale entre oes deux plans de perçage étant au moins
égale au diamètre de ces orifioes, de manière à éviter un a~faiblissement
~ t ~ 7 3.
excessi~ de la réslstance mécanique de l'enceinte 3U voisinage de ce3
plans de perçage. Les orifices de co~munication arrière sont réalisé3 de
la même manière que les orifices avant, c'est-à-dire que leurs centres
sont disposés dans deux plans de per~age transversaux distincts. Ce
deuxiame groupe bulbe connu est deorit dans le brevet.
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, oe bras s'ouvre dan~ le
tO tronçon intermédiaire de l'encelnte en regard du multiplicateur.
Ces groupes connus ont l'inconvénient de présenter une longueur
importante qui obli~e not~mment à de coûteux travaux de génie civil pour
réaliser le conduit dans lequel il9 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 ce multiplicateur. Enfin la fixation du tronçon avant, sur le tronçon
intermédiaire qui le supporte, se fait à l'aide d'une bride qui forme
saillie radiale ver~ l'intérieur et qui gêne l'accès aux connexions
électriques disposées à l'arrière du stator de l'alternateur.
La présente invention a pour but de permettre de réduire
1'encombrement longitudinal d'un groupe bulbe de ~orte puis3ance à
re~roldissemert externe avec multiplicateur de vites3e tout en
facilitant l'aocès dans l'enceinte et la maintenance de l'aternateur,
ceci ~ans perte de résiRtance mé¢anique.
Elle a pour objet un groupe bulbe de forte puissance à
re~roidis3ement externe aveo multiplicateur de vitesse, ce groupe
comportant
- une enceinte externe allongée présentant un axe longitudinal et
7 4.
immergée dans un conduit d'eau,
- une turbine ~ontée dan~ un tronçon "arrière" de cette enceinte, sur un
arbre di3posé selon l~axe de l'enceinte, les pale~ de cette turbine
faisant saillie radialement à l'extérieur de cette enceinte pour être
entrainées en rotation par l'eau
- un multiplicateur de vitegse digposé dan~ un tronçon intermédiaire de la
longueur de l'enoeinte, entra~né par l'arbre de turbine, et entrainant à
vitesse ~upérieure un arbre d'alternateur s'étendant ver~ l'avant de
l'enceinte,
~o - un rotor dlalternateur monté sur cet arbre d'alternateur, dans ur.
tronçon "avant" de l'enceinte,
- un excitateur d'alternateur monté sur l'arbre d'alternateur pour
~ournir un oourant 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 ¢irouit magnétique en contact avec ce dernier,
- cette carcasse de ~tator 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 sxcitateur et ce ~tator étant
muni d'un circuit de re~roidiggement à gaz parcouru par un gaz calopor-
teur,
- ce circuit de re~roidissement comportant des tube~ de reiroidissement
externes dispo~é~ 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 avant
et arrière percés dans l'enceinte,
,,t71~
- les centres des orifi.ces avant étant situes dans au
moins deux plans de perçage transversaux distincts en
avant du stator de l'alternateur, la distance longitu-
dinale entre ces deux plans de percage etant au moins
égale au diamètre de ces orifices de maniere a éviter un
affaiblissement excessif de la resistance mécanique de
l'enceinte au voisinage de ces plans de perçage,
- un tube d'accès reliant le tronçon intermediaire de
l'enceinte à la paroi du conduit d'eau pour permettre de
pénétrer à l'intérieur de l'enceinte à partir de l'exté-
rieur de ce conduit,
- ce groupe étant caractérisé par le fait que les deux
tronçons avant et intermédiaire ~e l'enceinte ont des diametres
différentset 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 diametres des tronçaons avant et
intermédiaire respectivement,
- les orifices de communication arriere des tubes de rac-
cordement etant perces dans cette bride de raccordement.
Il en resulte que le percement de ces orificesarrière peut se faire facilement à la fois sans risque
d'affaiblissement excessif de la resistance mecanique de
l'enceinte et avec un minimum d'encombrement longitudinal
du groupe. D'autre part, l'excès de diamètre du tronçon
intermediaire de l'enceinte par rapport au tronçon avant
menage autour du multiplicateur de vitesse un espace
facilitant l'acces dans l'enceinte à partir du bras d'accès.
Enfin,la présente invention permet une fixation du tron-
çon avant au tronçon intermédiaire de l'enceinte par l'in-
termédiaire de la bride de raccordement sans saillie
radiale vers l'interieur a l'extremite arriere du tronçon
avant contenant le stator de l'alternateur muni de ses
-- 5 --
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7 ~
connexions électriques.
A l'aide des figures schématiques ci-jointes,
on va décrire ci-
- 5a -
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~ '7~
après, à titre non limitatif, com~ent 1'invention peut etre mise en
oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et repré~entés
peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par
d t autres éléments assurant les mêmes ~onctions techniques. Lorsqu'un
même élément est représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par
le même signe de référenoe.
La figure 1 représente une vue longitudinale de l'ensemble d'un
groupe bulbe selon l'invention placé dans son conduit d'eau.
La ~igure 2 représente un agrandiqsement d'une partie de la
~igure 1 montrant les tronçons avant et intermédiaire de l'enceinte.
Le groupe bulbe deorit à titre d'exemple est diqposé 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 tronçor. avant 1 o8 de ce conduit présenté un grand
diamètre, un tronçon arrière 110 un diamètre plus petit, avec un tronçon
lntermédiaire 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 ures par rapport aux autres.
Ces avant-directrices servent de support à un tronson intermé-
diaire 114 de l'enceinte 25 du groupe bulbe dont le tronçon avant est
représenté en 116 et le tronçon arrière en 118.
La partie arrière de ceg avant-directrice~ est inclinée par
rapport aux plans longitudinaux radiaux de leurs parties avant de
manière à mettre en rotation le courant d'eau s'écoulant de l'avant à
l'arrière du conduit 100.
L'une 27 de ces avant-direotriceq egt creuse de manière à
~ormer un tube permettant un accès dans l'enceinte 25 à partir d'un
~ 7.
pa~3age ménagé dan3 la mas~e du barrage.
L'enceinte 25 comporte, de ~on extrémité avant à 30n extrémité
arrière :
- un couvercle 4 as3urant la fermeture de l'extrémité avant de
l'enceinte,
- une virole 1 dont une partie arrière épai33ie 1a con3titue la carca33e
extérieure de l'alternateur du groupe,
- une enveloppe cylindrique intermédiaire 124 30lidaire de~ avant-direc-
trice3 106 et constituant ledit tronçon intermédiaire et le support
tO 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'enceirte à l'arrière et portant de3 pale~
de turbine 122. Cette turbine entra;ne l'arbre 28 qui entra~ne lui-même
l'arbre d'alternateur 14 par l'intermédiaire du multiplicateur 26. L'al-
ternateur placé dans le tronçon avant 3e compose d'un 3tator, d'un rotoret d'un excitateur.
Le ~tator comprend :
- Une carca33e en contact avec l'eau du conduit et formée par la partie
arrière de la virole 1. Elle e3t munie d'une bride de raccordement
arrière 2 pour 3a ~ixation à l'enveloppe intermédiaire 124 et d'une
bride avant 3 pour la fixation du couvercle 4.
Un circuit magnétique 5 fixé intérieurement 3ur et en contact
avec la carca3~e,
- un enroulement induit 6 ~ixé dan~ le3 encocheq du circuit magnétique,
- un fla~que avant 9 soudé à la virole 1, coté opposé à la turbine et
3upportant un palier guide avant 10 pour l'arbre de l'alternateur,
- et un fla3que arrière 11 démontable, côté turbine et supportant un
palier ~uide arrière 12.
~ 8.
Le rotor comprend :
L'arbrs 14 muni d'un plateau d t accouplement 14a à l'arbre du
multiplicateur et ~oré sur toute ~a longueur pour permettre le pa~qage
d'un tube 15 permettant la transmis~ion de la po~ition angulaire deq
pales de la turbine à un digpositif 16 de commande du pas de ce~ pales.
Cet arbre est muni d~un croisillon 17 destiné à supporter et
entrainer une jante 18 à la périphérie de laquelle ~ont fixé~ des pôleq
inducteurs 19.
L'excitateur comprend :
tO - 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 tranqmi3 aux
pale~ inducteur~ de l'alternateur par des connexions 22 disposées dans
le ~orage de l'arbre 14. Ce courant est redre~é dan~ un pont de
diodes 23 ~itué sur le rotor~ ooté turbine.
Le tronçon avant de l'enceinte de l'alternateur ne comportant
aucune liaison avec la ma ge 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 re~roidi non geulement par le contaet de la
carcasse 1 avec l'eau extérieure, mais aus i par un circuit de gaz calo-
porteur, qui est de pré~érence de l'air et est entraîné par des groupes
moto-ventilateur3 13 fixé~ .~ur deg ouvertures du ~la~que arrière 11.
Pour cela il est muni de tubes de refroidi~sement 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 tube3 s'étendant chacun ertre deux orifices de
3,.~7~ g.
communication avant (7a, 7b) et arrière (7c) percés dan~ l'enceinte.
Les centre~ des orifices avant sont ~itués dan3 deux plans de
perçage transversaux distinct~ (Pa, Pb) en avant du stator (5, 6) de
l'alternateur. La di~tance longitudinale entre ces deux plans de perçage
est au moing 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 arrière sont percés dans la bride
de raccordement 2 qui e~t plane et suffisamment épaisse pour pouvoir
supporter les efforts localisés exercé~ par des boulons de liaison 2a.
Cette épaisseur lui permet de ne pas être excessivement af~aiblie par le
percement de ces orifice~ arrières. Cette épaisseur est plus grande que
celle de la partie avant 1b de la virole 1 qui est réali~ée de manière à
ne pas augmenter inutilement le poids du tronçon avant 116 de
l'enceinte.
On évite ain~i, à l'arrière de l'alternateur, un allongement de
l'enceinte oomparable à celui qui est provoqué à l'avant de
l'alternateur par intervalle entre les deux plans de perçage, Pa et Pb et
par le diamètre des orifices 7a et 7b. Cet allongement serait inutile a
l'arrière de l'alternateur alors qu'à l1avant il e~t rendu par ailleurs
réces~aire par la présenoe de l'excitateur.
La fixation des tube~q e~t de plus ~acilitée à leur extrémité
arrière.
D'autre part l'excès de diamètre du trongon intermédiaire de
l'enceinte par rapport au tronçon avant ménage autour du multiplioateur
de vite3se un espace facilitant l'accès dan~ l'enceinte à partir du tube
d'accàs.
On évite enfin aingi que le raccordement mécanique du tronçon
avant entraîne la préqence d'une saillie radiale verq l'intérieur à
l'extrémité arrière du tronçon avant contenant le stator de
l'alternateur muni de ~es ¢onnexions électrique3.
Il appara~t par ailleurs que le tronçon avant de l'enceinte est
dépourvu d'accès de manière à minimiser l'encombrement du groupe.
Les tubes de refroidissement externes gont muni d'ailette9
intérieures 8 ~acilitant le aontact thermique avec l~air y circulant et
augmentant la condensation partielle de la vapeur d'eau contenue dans
cet air. Ils s'abaissent vers l'arrière de manière que l'eau de condensa-
tion s'écoule seulement dans le tronçon intermédiaire et non dans letronçon avant contenant l'excitateur même si cette dernière dispo~ition
n'est pas adoptée il est souhaitable d'adopter une disposition selon
laquelle les tubes de refroidi3~ement externes situés au bas du tronçon
avant de l'enceinte ont leurs orifices de communication arrière au moins
t5 aus~i bas que le reste de leur longueur de manière que l'eau de condensa-
tion apparaissant à l'intérieur de ce~ tubes de refroidissement bas
s'écoule dans le tronçon intermédiaire.
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