RUEDA PARA MÁQUINA HIDRÁULICA, MÁQUINA HIDRÁULICA QUE COMPRENDE TAL RUEDA E INSTALACIÓN DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA EQUIPADA DE TAL MÁQUINA HIDRÁULICA.

Rueda (R) de tipo Francis para máquina hidráulica (M) destinada a ser atravesada por un flujo forzado de agua (E),

que comprende: - una corona (1) con simetría de revolución alrededor del eje de rotación (Z) de la rueda (R); - una pluralidad de álabes (21, 22) curvos, unidos a la corona (1) y presentando cada uno un borde periférico externo (212, 222) y un borde central interno (211, 221); caracterizada por que los puntos de conexión (B21, B22) de la corona (1) con los bordes centrales internos (211, 221) de los álabes (21, 22) están globalmente situados sobre un mismo círculo (C20) centrado en dicho eje (Z) y por que los puntos de conexión (A21, A22) de la corona (1) con los bordes periféricos externos (212, 222) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre al menos dos círculos distintos (C21, C22) centrados en dicho eje (Z)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2009/050231.

Solicitante: ALSTOM HYDRO FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 3 AVENUE ANDRÉ MALRAUX 92300 LEVALLOIS PERRET FRANCIA.

Inventor/es: COUSTON,MICHEL,HENRI, MAZZOUJI,Farid, HOUDELINE,Jean Bernard, LAVIGNE,Sylvain, SEGOUFIN,Claire.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 13 de Febrero de 2009.

Clasificación PCT:

  • F01D5/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › F01D 5/00 Alabes; Organos de soporte de álabes (alojamiento de los inyectores F01D 9/02 ); Calentamiento, aislamiento térmico, refrigeración, o dispositivos antivibración en los álabes o en los órganos soporte. › para máquinas o motores de flujo radial.
  • F03B3/02 F […] › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03B MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores de líquidos y fluidos compresibles F01; motores de líquidos, de desplazamiento positivo F03C; máquinas de líquidos de desplazamiento positivo F04). › F03B 3/00 Máquinas o motores del tipo reacción; Partes constitutivas o detalles particulares de las mismas. › con flujo radial en la zona de alta presión y flujo axial en la zona de baja presión de los rotores, p. ej. turbinas Francis.
  • F03B3/12 F03B 3/00 […] › Alabes; Rotores que portan los álabes.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania, Bosnia y Herzegovina, Bulgaria, República Checa, Estonia, Croacia, Hungría, Islandia, Noruega, Polonia, Eslovaquia, Turquía, Malta, Serbia.

PDF original: ES-2374701_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Rueda para máquina hidráulica, máquina hidráulica que comprende tal rueda e instalación de conversión de energía equipada de tal maquina hidráulica. La presente invención se refiere a una rueda de tipo Francis para una máquina hidráulica destinada a ser atravesada por un flujo forzado de agua. Tal flujo tiene el efecto de provocar que la rueda gire, cuando la máquina es una turbina. Tal flujo resulta de esta rotación cuando la máquina es una bomba. Por otro lado, la presente invención se refiere a una máquina hidráulica que comprende tal rueda. Por otra parte, la presente invención se refiere a una instalación de conversión de energía equipada con tal máquina hidráulica. El documento de patente JP-A-2005 48608 describe una rueda, para una máquina hidráulica de tipo turbina-bomba, que comprende una corona simétrica respecto a un eje y una pluralidad de álabes curvos y unidos a la corona y que presentan cada uno un borde de ataque periférico externo y un borde de fuga central interno. La conexión de la corona con el borde central interno de uno de cada dos álabes se sitúa en un primer círculo de gran radio, mientras que la conexión de la corona con el borde central interno de un álabe adyacente se sitúa en un segundo círculo de radio más pequeño. En la zona periférica externa de la rueda, las conexiones de la corona con los álabes cuyo borde central interno se encuentra en el primer círculo están situadas en la periferia de la corona, mientras que las conexiones de la corona con los álabes adyacentes, cuyo borde central se encuentra en el segundo círculo de pequeño radio, se sitúan fuera de la periferia de la corona. Esta geometría particular de la rueda del documento de patente JP-A-2005 48 608 está destinada a reducir la cavitación que se produce en la entrada de la turbina, es decir en la periferia de la rueda, cuando la máquina funciona en régimen permanente, de manera que aumente su rendimiento hidráulico en régimen permanente. En los regímenes transitorios que siguen a la puesta en marcha o que preceden a la parada en modo turbina de una máquina hidráulica de la técnica anterior, la rueda está sometida a esfuerzos radiales giratorios y asíncronos que tienden a descentrarla. En los regímenes transitorios, estos esfuerzos radiales ejercidos sobre la rueda engendran niveles de tensión mecánica que pueden ser muy importantes y que condicionan por tanto el dimensionado de los componentes de la máquina hidráulica, tales como su árbol o sus palieres. Así pues el coste de estos componentes aumenta considerablemente por el hecho de tales esfuerzos radiales. La presente invención tiene por objeto especialmente remediar este inconveniente, proponiendo una rueda cuya geometría atenúa, incluso evita, la generación de esfuerzos radiales giratorios durante los regímenes transitorios. Con este fin, la invención tiene por objeto una rueda de tipo Francis para una máquina hidráulica destinada a ser atravesada por un flujo forzado de agua, que comprende: - una corona con simetría de revolución alrededor del eje de rotación de la rueda; - una pluralidad de álabes curvos, unidos a la corona y presentando cada uno un borde periférico externo y un borde central interno; caracterizada por que los puntos de conexión de la corona con los bordes centrales internos de los álabes están situados globalmente sobre un mismo círculo centrado en dicho eje y por que los puntos de conexión de la corona con los bordes periféricos externos de los álabes están situados sobre al menos dos círculos distintos centrado en dicho eje. Tal geometría de la rueda introduce una asimetría azimutal, que permite reducir significativamente los esfuerzos radiales sufridos por la rueda en régimen transitorio. De acuerdo con otras características ventajosas pero opcionales de la invención, tomadas aisladamente o de acuerdo con cualquier combinación técnicamente admisible: - los puntos de conexión de la corona con los bordes periféricos externos de los álabes se sitúan sobre dos círculos distintos centrados en dicho eje, presentando los álabes denominados largos puntos de conexión situados sobre un primer círculo, presentado los álabes denominados cortos puntos de conexión situados sobre un segundo círculo cuyo diámetro es inferior al diámetro del primer círculo; - la rueda comprende, además, un plafón con simetría de revolución alrededor de dicho eje y situado enfrente de dicha corona, estando los álabes unidos al plafón, los puntos de conexión del plafón con los bordes centrales internos de los álabes se sitúan sobre un mismo círculo centrado en el eje y los puntos de conexión del plafón con los bordes periféricos externos de los álabes se sitúan sobre al menos dos círculos distintos centrados en dicho eje; - los puntos de conexión del plafón con los bordes periféricos externos de los álabes se sitúan sobre dos círculos distintos centrados en el eje; - los álabes cortos, por una parte, y los álabes largos, por otra, se reparten regularmente alrededor de dicho eje; - la rueda comprende nueve álabes, de los cuales seis son largos y tres cortos, estando dispuestos los álabes cortos 2   sobre la corona con una separación angular de 120º; - la rueda presenta un número par de álabes y uno de cada dos álabes es un álabe corto; - cada álabe corto presenta una longitud desarrollada comprendida entre el 50% y 99% de la longitud desarrollada de un álabe largo, preferentemente entre el 70% y 85%. Por otro lado, la invención tiene por objeto una máquina hidráulica, caracterizada por que comprende una rueda como la expuesta anteriormente. Los componentes de una máquina hidráulica de acuerdo con la invención pueden por lo tanto estar dimensionados para tensiones mecánicas, y por lo tanto con costes, inferiores, con comportamientos iguales para la máquina hidráulica. Por otra parte, la invención tiene por objeto una instalación de conversión de energía, que está equipada al menos con una máquina hidráulica como la expuesta anteriormente. Por lo tanto, una instalación de conversión de energía de acuerdo con la invención es menos costosa, con igual comportamiento, que las instalaciones de la técnica anterior. La invención se entenderá bien y saldrán también a la luz otras ventajas de la misma de la descripción que sigue a continuación, dada a título de ejemplo, no limitativa y hecha con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: - la figura 1 es una vista en sección del principio básico de una instalación de conversión de energía de acuerdo con la invención, equipada con una máquina hidráulica de acuerdo con la invención que comprende una rueda de acuerdo con la invención; - la figura 2 es una sección esquemática de la rueda sola siguiendo la línea de puntos II de la figura 1; - la figura 3 es una sección esquemática de la rueda sola siguiendo la línea de puntos III de la figura 1; y - la figura 4 es una vista en perspectiva parcial de la rueda de la figura 2. La instalación i representada en la figura 1 comprende una máquina hidráulica reversible M, que es una turbinabomba de tipo Francis, cuya rueda R se alimenta con agua a partir de una carcasa 3 en el que desemboca una conducción forzada 4. En servicio, la rueda R gira alrededor de un eje de rotación Z vertical. Para producir electricidad en modo turbina, la máquina M se acopla a un alternador 5 a través de un árbol 50 que gira alrededor del eje Z. Entre la carcasa 3 y la rueda R se disponen unos pre-distribuidores 6 estáticos y unos distribuidores 7 orientables, cuya función es guiar un flujo y regular el caudal de agua E proveniente de la conducción 4 y destinado a atravesar la rueda R, en dirección a un conducto de evacuación 8. La figura 2 ilustra una parte de la rueda R que comprende una corona 1 con simetría de revolución alrededor del eje Z. La corona 1 presenta un borde periférico externo 10 de diámetro D10. La figura 3 ilustra una parte de la rueda R que comprende un plafón 12, que delimita un agujero central 11. El plafón 12 presenta igualmente una simetría de revolución alrededor del eje Z y está situado enfrente de la corona 1. Se indica como D12 el diámetro del borde periférico externo del plafón 12. El borde periférico externo 10 y el agujero central 11 están centrados en el eje Z. Como se muestra en las figuras 1 y 4, las superficies de la corona 1 y del plafón 12 presentan formas sesgadas, engendradas por la rotación, alrededor y a distancia del eje Z, de un segmento de curva. Cualquier forma de corona y de plafón de una rueda convencional de tipo Francis está adaptada para definir respectivamente las superficies de la corona y del plafón de una rueda de acuerdo con la invención. La rueda R comprende, además, nueve álabes 21 y 22 unidos a la corona 1 y al plafón 12 y que se extienden entre la corona... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Rueda (R) de tipo Francis para máquina hidráulica (M) destinada a ser atravesada por un flujo forzado de agua (E), que comprende: - una corona (1) con simetría de revolución alrededor del eje de rotación (Z) de la rueda (R); una pluralidad de álabes (21, 22) curvos, unidos a la corona (1) y presentando cada uno un borde periférico externo (212, 222) y un borde central interno (211, 221); caracterizada por que los puntos de conexión (B21, B22) de la corona (1) con los bordes centrales internos (211, 221) de los álabes (21, 22) están globalmente situados sobre un mismo círculo (C20) centrado en dicho eje (Z) y por que los puntos de conexión (A21, A22) de la corona (1) con los bordes periféricos externos (212, 222) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre al menos dos círculos distintos (C21, C22) centrados en dicho eje (Z). 2.- Rueda (R) según la reivindicación 1, caracterizada por que los puntos de conexión (A21, A22) de la corona (1) con los bordes periféricos externos (212, 222) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre dos círculos distintos (C21, C22) centrados en dicho eje (Z), presentando los álabes denominados largos (21) puntos de conexión (A21) situados sobre un primer círculo (C21), presentando los álabes denominados cortos (22) puntos de conexión (A22) situados sobre un segundo círculo (C22) cuyo diámetro (D22) es inferior que el diámetro (D21) del primer círculo. 3.- Rueda (R) según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que comprende, además, un plafón (12) con simetría de revolución alrededor de dicho eje (Z) y situado enfrente de la citada corona (1), estando los álabes (21, 22) unidos al plafón (12), por que los puntos de conexión (G21, G22) del plafón (12) con los bordes centrales internos (211, 221) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre un mismo círculo (C40) centrado en dicho eje (Z) y por que los puntos de conexión (F21, F22) del plafón (12) con los bordes periféricos externos (212, 222) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre al menos dos círculos distintos (C41, C42) centrados en dicho eje (Z). 4.- Rueda (R) según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizada por que los puntos de conexión (F21, F22) del plafón (12) con los bordes periféricos externos (212, 222) de los álabes (21, 22) se sitúan sobre dos círculos distintos (C41, C42) centrados en dicho eje (Z). 5.- Rueda (R) según la reivindicación 2 y una de las reivindicaciones 3 a 4, caracterizada por que los álabes cortos (22), por una parte, y los álabes largos (21) por otra, se reparten regularmente alrededor de dicho eje (Z). 6.- Rueda (R) según la reivindicación 2 y una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada por que comprende nueve álabes, de los cuales seis son largos (21) y tres cortos (22), estando los álabes cortos (22) dispuestos sobre la corona (1) con una separación angular (22) de 120º. 7.- Rueda (R) según la reivindicación 2 y una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada por que presenta un número de álabes par y por que uno de cada dos álabes es un álabe corto. 8.- Rueda (R) según la reivindicación 2 y una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada por que cada álabe corto (22) presenta una longitud desarrollada comprendida entre 50% y 99% de la longitud desarrollada de un álabe largo (21), preferiblemente entre 70% y 85% 9.- Máquina hidráulica (M), caracterizada por que comprende una rueda (R) según una de las reivindicaciones anteriores. 10.- Instalación (i) de conversión de energía, caracterizada por que está equipada con al menos una máquina hidráulica (M) según la reivindicación 9. 6   7   8   9  

 

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