INYECTOR CON ORGANO DE CIERRE EN UNA TURBINA PELTON O TURGO.

Inyector con un órgano de cierre en una turbina Pelton o Turgo,

que comprende una carcasa (2) y un cuerpo de inyector (3) y en la que un chorro libre (1) sale de un cuerpo de inyector (3) rígido que está dispuesto dentro de una carcasa (2) y que se estrecha, caracterizado porque, en el sentido de flujo, a continuación de la carcasa (2) y del cuerpo de inyector (3) se encuentra una llave esférica (4) que comprende un cuerpo esférico (4a) con un taladro de paso (5) cilíndrico, cuyo diámetro (D1) es mayor que el diámetro (d) del chorro libre en la zona contraída; en el cual, cuando la llave esférica está abierta, el orificio de entrada del taladro de paso del cuerpo esférico (4a) se encuentra delante del cuerpo de inyector (3), a una distancia (b) que mide al menos un 10% del menor diámetro (D0) del inyector, y la distancia (b) es determinada por la distancia de una superficie frontal (11) delantera de la esfera (4a) aplanada obligatoriamente por el taladro de paso (5), con respecto a una boca (6) del inyector con el ángulo (a) con el menor diámetro (D0) aún humectado, para que el chorro libre (1) pase a alta velocidad por el taladro de paso sin pérdidas, con un diámetro contraído (d) que es menor que el diámetro (D0) del inyector y menor que el diámetro (D1) del taladro de paso (5), mientras que, cuando la llave esférica está cerrada, una superficie esférica en forma de anillo circular de un anillo de alojamiento y de estanqueización (12) retiene la columna de agua

Inyector con órgano de cierre en una turbina Pelton o Turgo.

La presente invención se refiere a un inyector con un órgano de cierre en una turbina Pelton o Turgo, en la que un chorro libre sale de un cuerpo de inyector rígido que está dispuesto en una carcasa y que se estrecha. Este tipo de órganos de cierre se requieren, por ejemplo, en las turbinas Pelton de múltiples inyectores, cuando a un primer inyector han de conectarse o desconectarse inyectores adicionales según la carga. Se conocen los inyectores con agujas de inyección que cambian la sección transversal del inyector entre cerrada y completamente abierta. En las turbinas Pelton de múltiples inyectores para generadores eléctricos con potencias de 10 KV a 5000 KV, generalmente no es imprescindible regular los inyectores en función de la potencia con agujas de inyección ajustables. Bastaría con un solo inyector regulado para el arranque y para un ajuste de precisión, si los inyectores restantes pueden conectarse o desconectarse según las necesidades. Esto se refiere también a las turbinas Turgo. Las turbinas Turgo son fabricadas, por ejemplo, por la compañía WKV Wasserkraftwerk Volk AG, Am Stollen 13, D-79261 Gutach. En este tipo de turbinas, uno o varios chorros libres inciden oblicuamente desde un lado sobre un rodete que en su periferia está dotado de una rejilla de alas perfiladas.

Por lo tanto, existe una necesidad de inyectores con órganos de cierre económicos para la conexión y desconexión de etapas de potencia. Cuando una turbina trabaja con dos a seis o más etapas de potencia, a pesar de una baja oferta de agua, el agua puede hacerse salir con un buen grado de eficacia en el rango de carga parcial. Los inyectores convencionales, controlados a través de agujas de inyección, son demasiado caros para realizar con ellos únicamente funciones de conmutador para conectado y desconectado.

En la memoria de patente JP72S6573, como sustitución de un inyector con aguja de inyección controlada, se presenta un inyector móvil para el chorro libre de una turbina Pelton. Un inyector que se estrecha en el sentido de flujo está alojado de forma giratoria en el plano del rodete. Está representado un cuerpo cilíndrico 12, cuyo eje es perpendicular respecto al plano del rodete, estando alojado en una carcasa cilíndrica y presentando transversalmente respecto al eje de cilindro un taladro cónico de inyector. Mediante un giro regulado alrededor del eje de cilindro pueden realizarse diferentes funciones:

Por una parte, mediante un ajuste del ángulo de salida del inyector (comparación figura 1 (A) con figura 2(A)) es posible ajustar el diámetro de círculo, con el que el chorro libre incide tangencialmente en el rodete y, por tanto, regular la potencia (véanse las figuras 6(A) y 6(B)) con un grado de eficacia óptimo según una altura de caída sujeta a variaciones, por ejemplo estacionales. Además, según la figura 4, se puede lograr una desviación del chorro análoga a los desviadores de chorro que ya se conocen (figura 5), cuando el cuerpo cilíndrico se hace girar más allá de una posición de cierre (figura 3(A)) hasta que el orificio cónico 14 del inyector queda liberado por un orificio 17 existente en la carcasa 11.

La disposición representada posee un par de giro de ajuste enormemente elevado para un ajuste angular del inyector, ya que la plena presión dinámica actúa al menos sobre la superficie lateral del cuerpo cilíndrico 12, abierta hacia el lado de entrada. El diámetro del cuerpo cilíndrico tiene que ser considerablemente mayor que el diámetro del conducto de entrada, para poder desplazar la reducción de diámetro de la corriente de agua y su aceleración hacia el interior del cuerpo giratorio, para el efecto del inyector. Resultan unas grandes dimensiones y, debido a las grandes dimensiones y las presiones, resultan unos componentes de pared correspondientemente gruesos y caros.

La invención tiene el objetivo de proporcionar un cierre económico para inyectores individuales de turbinas Pelton o Turgo, en los que un chorro libre sale por una boquilla de inyector rígida, dispuesta en una carcasa, con cono de aceleración. Esto se consigue con las características de la reivindicación independiente 1.

La ventaja de esta disposición consiste en que, durante el funcionamiento normal, el órgano de cierre no tiene ningún tipo de influencia negativa en las pérdidas de la conducción de agua, ya que el chorro libre pasa a gran velocidad por el taladro de paso cilíndrico de la llave esférica sin tocarlo. Durante el funcionamiento normal, un inyector con aguja de inyección tiene aproximadamente un 2% de pérdidas de circulación, que radica en un cuerpo central con la aguja de inyección y su suspensión en la corriente de agua, mientras que una boquilla rígida de inyector presenta unas pérdidas de circulación del 1,5%, aproximadamente. Por ello, con la solución según la invención, en comparación con el inyector con aguja de inyección se ahorra aproximadamente un 0,5% en pérdidas de circulación, partiendo por ejemplo de una altura de caída de aproximadamente 200 m. Además, pueden utilizarse los elementos estándar de una llave esférica muy pequeña. Simplemente está adaptada la parte de carcasa. El diámetro de paso de dicha llave esférica es aproximadamente ocho veces más pequeño que el diámetro de paso de una llave esférica en el conducto de entrada al inyector que estaría expuesto a las mismas presiones finales. Asimismo, la solución según la invención puede adoptar las experiencias para el comportamiento dinámico, el desgaste y la estanqueidad de una llave esférica. Dado que, en comparación con el lado de entrada del inyector, la llave esférica puede elegirse tan pequeña, la distancia de la desembocadura del inyector hacia cucharas o rejillas de alas perfiladas aumenta sólo insignificantemente, mientras que los gastos de la llave esférica y su alojamiento en la carcasa de la turbina se reducen sensiblemente. Esto ofrece la ventaja de que el diámetro de paso de la llave esférica es al menos cinco veces menor que el diámetro de paso de una llave esférica en el conducto de entrada. Esto significa también que la relación de superficie y fuerza de las llaves esféricas se comporta como el cuadrado de los diámetros, siendo por tanto al menos veinticinco veces más pequeños.

Las reivindicaciones subordinadas 2 a 14 constituyen mejoras adicionales de la invención. Así, el diámetro exterior del cuerpo esférico puede medir menos de 2,5 veces el diámetro DO del orificio del inyector, para conseguir una llave esférica y un accionamiento lo más pequeños posible. El recorrido del chorro libre desde la salida del inyector hasta las cucharas aumenta sólo en medida insignificante. Las carcasas cilíndricas, alineadas con sus ejes, para la boquilla del inyector y la llave esférica pueden centrarse, estanqueizarse una respecto a otra y unirse con una alta precisión, por ejemplo mediante uniones de brida. Sin embargo, igualmente es posible fabricar las carcasas para la llave esférica y el inyector en una sola pieza y realizar las superficies guía con una sola sujeción. Según una realización especial de la carcasa de turbina según la solicitud de patente PCT/EP2005/012783, la carcasa de la llave esférica y del inyector puede unirse con un cuerpo anular que, extendiéndose alrededor de un rodete dotado de dobles cucharas, presenta taladros de paso en el sentido de los chorros libres. Hacia el rodete, el cuerpo anular posee biseles en forma de tejado a dos aguas para la conducción de salpicaduras de agua. Dicho anillo y las chapas guía colindantes lateralmente evacuan las salpicaduras de agua de manera tan eficaz que, incluso en caso de una disposición horizontal, es posible emplear sin pérdidas un número de inyectores de 3 a 6 o más inyectores, lo que, con la misma potencia, lleva a rodetes más pequeños y por tanto de giro más rápido y, por consiguiente, también a generadores más pequeños. Por lo tanto, la presente invención encaja también en el concepto de una turbina compacta con uno y varios inyectores.

Según los requerimientos del explotador de la central, existen una multitud de posibilidades de accionamiento para la aplicación según la invención de una llave esférica, que abarcan desde el aprovechamiento de la altura de caída para el cierre o la apertura contra una fuerza de resorte hasta los accionamientos oleohidráulicos, neumáticos o eléctricos.

La compañía Festo AG & Co. KG, Ruiterstrasse 82, D-73734 Esslingen lleva un programa de llaves esféricas VAPB con ejecuciones en acero inoxidable para presiones nominales de 63 bares y para diámetros...

1. Inyector con un órgano de cierre en una turbina Pelton o Turgo, que comprende una carcasa (2) y un cuerpo de inyector (3) y en la que un chorro libre (1) sale de un cuerpo de inyector (3) rígido que está dispuesto dentro de una carcasa (2) y que se estrecha, caracterizado porque, en el sentido de flujo, a continuación de la carcasa (2) y del cuerpo de inyector (3) se encuentra una llave esférica (4) que comprende un cuerpo esférico (4a) con un taladro de paso (5) cilíndrico, cuyo diámetro (D1) es mayor que el diámetro (d) del chorro libre en la zona contraída; en el cual, cuando la llave esférica está abierta, el orificio de entrada del taladro de paso del cuerpo esférico (4a) se encuentra delante del cuerpo de inyector (3), a una distancia (b) que mide al menos un 10% del menor diámetro (D0) del inyector, y la distancia (b) es determinada por la distancia de una superficie frontal (11) delantera de la esfera (4a) aplanada obligatoriamente por el taladro de paso (5), con respecto a una boca (6) del inyector con el ángulo (a) con el menor diámetro (D0) aún humectado, para que el chorro libre (1) pase a alta velocidad por el taladro de paso sin pérdidas, con un diámetro contraído (d) que es menor que el diámetro (D0) del inyector y menor que el diámetro (D1) del taladro de paso (5), mientras que, cuando la llave esférica está cerrada, una superficie esférica en forma de anillo circular de un anillo de alojamiento y de estanqueización (12) retiene la columna de agua.

2. Inyector con órgano de cierre según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro exterior (D2) de la esfera (4a) mide menos que 2,5 veces el diámetro (D0) de la abertura del inyector.

3. Inyector con órgano de cierre según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la carcasa (7) de la llave esférica (4) puede unirse rígidamente con la carcasa (2) del cuerpo de inyector (3).

4. Inyector con órgano de cierre según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la carcasa (7) de la llave esférica (4) está realizada con la carcasa (2) del cuerpo de inyector (3).

5. Turbina Pelton con inyectores y órganos de cierre según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque la carcasa (7) para la boquilla de inyector (6) y la llave esférica (4) está anclada con una brida, por medio de tornillos (23), contra un cuerpo anular (8) común para los inyectores, que con sus superficies de tratamiento asegura la orientación del chorro libre (1).

6. Turbina Pelton según la reivindicación 5, caracterizada porque un movimiento de giro de la llave esférica (4) se realiza a través de un accionamiento de giro o de rotación (26, 32, 32a).

7. Turbina Pelton según la reivindicación 6, caracterizada porque la velocidad de cierre del accionamiento de giro o de rotación (26, 32, 32a) puede ser controlada por un giro regulado.

8. Turbina Pelton según las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque un eje de giro (31) de la llave esférica (4) es perpendicular respecto al plano (28) del rodete.

9. Turbina Pelton según las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada porque un eje de giro (31) de la llave esférica (4) se encuentra perpendicularmente en el plano (28) del rodete.

10. Inyector con órgano de cierre según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el taladro de paso (5) de la esfera (4a) presenta una acanaladura (27) hacia la boca del inyector, para que la superficie de la esfera, situada en el lado de la boca, no actúe en el chorro libre (1) antes de haber realizado un movimiento de cierre en un ángulo (ß), mientras que el taladro de paso en el lado de salida desvía el chorro libre (1') ya dentro del ángulo (ß).

11. Inyector con órgano de cierre según la reivindicación 10, caracterizado porque el taladro de paso (5) está desplazado con su eje paralelamente respecto al eje del chorro libre.

12. Inyector con órgano de cierre según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los ejes (35) de la boca de inyector (6) y del taladro de paso (5) están alineados, mientras el eje de giro (31) de la esfera (4a) está desplazada, a razón de una excentricidad e, con respecto al eje (35) de la boquilla del inyector.

13. Inyector con órgano de cierre según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la esfera (4a) presenta en su interior un espacio interior (38) con un diámetro que es mayor que el diámetro (D1) en el lado de entrada del taladro de paso (5), para mejorar la circulación de aire cuando la llave esférica está abierta.