TURBINA PELTON CON UN SISTEMA DE ADMISIÓN.

Turbina Pelton con un sistema de admisión para tres a seis toberas,

que presenta un tubo de presión (1) con un elemento de distribución (2), desde el que se derivan unos conductos de admisión (3) hacia las toberas (18, 18a) individuales, que inyectan con un chorro libre (9) sobre las copas (10) de una rueda motriz (8), en la que el elemento de distribución está constituido por un tubo de distribución central (4) con secciones transversales de forma circular, con eje (5) y con fondo de cierre (6), y los conductos de admisión (3), vistos en la dirección axial, distribuidos sobre la periferia del tubo de distribución, se alejan, respectivamente, en dirección tangencial y/o en dirección radial hacia fuera, caracterizada porque los conductos de admisión penetran en contra de la dirección de la circulación en el tubo de distribución con una proyección (19) a una distancia a, que corresponde al menos al 15 % del diámetro d del tubo del conducto de admisión (3), en el interior del tubo de distribución (4)

Turbina Pelton con un sistema de admisión La invención se refiere a una turbina Pelton con un sistema de admisión para tres a seis toberas, que presenta un tubo de presión con un elemento de distribución, desde el que se derivan unos conductos de admisión hacia las toberas individuales, que inyectan con un chorro libre sobre las copas de una rueda motriz.

En las turbinas Pelton horizontales de una pluralidad de toberas era un problema hasta ahora la descarga del agua. En la solicitud de patente PCT/EP2005/012783 se muestran soluciones para la descarga del agua, que son suficientes también para tres a seis toberas de una disposición horizontal del eje de la turbina. La utilización de la rueda motriz con tres a seis toberas es, naturalmente, esencialmente más favorable, puesto que la rueda motriz aparece más pequeña con la misma potencia. Pero más toberas significan también sobrecostes para toberas, conductos de admisión y elementos de válvula. La publicación de patente japonesa JP 8218999 muestra esta problemática para turbinas Pelton horizontales con dos a cuatro toberas.

La transición desde un tubo de presión a un elemento de distribución y a tres y más conductos de admisión presuponía hasta ahora, en un tipo de construcción vertical, construcciones en espiral costosas a partir de piezas envolventes curvadas y soldadas, para conseguir una aceleración cuidadosa y a ser posible libre de torsión hasta el chorro libre.

En la publicación de patente DE 326404 se muestra una turbina vertical de chorro libre. Un elemento de válvula en forma de un toro hueco es insertado en la periferia en dirección axial desde un tubo de presión, de manera que la circulación entre en el toro con una curvatura de 90º. En el espacio interior libre del toro están alojados el árbol de la rueda motriz y cojinetes de la turbina. Cuatro tubos de distribución se ramifican en dirección radial hacia fuera desde el toro y conducen en cada caso con dos curvaturas de 90º hacia las toberas respectivas en la horizontal. En los tubos de distribución están dispuestos al mismo tiempo el soporte de base para el sistema de tubo y la mecánica, que regula las toberas de forma simultánea a través de accionamiento de cadenas. El objeto de esta disposición es la inserción central y la fijación de los cojinetes de los árboles de las turbinas así como la absorción de las fuerzas tangenciales generadas con respecto a la rueda motriz en las columnas de apoyo de los tubos de distribución. Estas ventajas mecánicas conducen a una conducción de la circulación desfavorable, afectada con pérdidas, puesto que la entrada en el toro se realiza en primer lugar con una curvatura de 90º desde el tubo de presión radialmente hacia dentro, mientras que los tubos de distribución inmediatamente adyacentes terminan en ángulo agudo radialmente hacia fuera.

Una instalación horizontal de tres toberas de la antigua Firma Sulzer Escherwyss (Ravensburg, Alemania) existe, por ejemplo, en Costa Rica con el nombre de instalación “Don Pedro”. Una instalación horizontal de dos toberas de la Firma Voith AG (Heindenheim, Alemania) existe, por ejemplo, en Kaunertal en Tirol, Austria con el nombre de la instalación “Prutz”. Hasta ahora no son habitual números de toberas mayores para instalaciones horizontales en el intervalo de potencia sobre 100 KW. En un tipo de construcción vertical, por ejemplo, para instalaciones de seis toberas, como se construyen por la Firma Voith AG o se muestran por la Firma Fuji Electric Co. LTD en la publicación de patente japonesa JP 5005478, los tubos de admisión parten desde un tubo de distribución que se estrecha cónicamente en forma de espiral.

El problema de la presente invención es crear un sistema de admisión de coste favorable para turbinas Pelton con tres a seis toberas. Esto se consigue con los rasgos característicos de la reivindicación 1 independiente.

La disposición de acuerdo con la invención tiene la ventaja de que la circulación hacia cada una de las tres o más toberas es igual, cuando todas las toberas están en funcionamiento, y de que el cierre de una tobera solamente influye en una medida no esencial sobre la circulación en las otras toberas. Otra ventaja reside en que prácticamente todas las partes del tubo de distribución central y de los conductos de admisión se pueden ensamblar a partir de piezas normalizadas, como son habituales en la construcción de tuberías y en la construcción de calderas. En oposición a un elemento de distribución en forma de una espiral que se encuentra en el exterior, se consiguen ahorros de peso y una reducción considerable de la longitud de la costura de soldadura en el sistema de admisión. Las reivindicaciones dependientes 2 a 21 representan desarrollos ventajosos de la invención.

Un ensanchamiento cónico del tubo de distribución implica un retardo de4 la circulación, que impide que a la entrada a los conductos de admisión se produzcan velocidades más elevadas que, por ejemplo, en el conducto de presión. Al mismo tiempo, en esta zona de circulación más lenta tiene lugar una compensación sin pérdidas de la circulación, cuando algunas toberas individuales están cerradas.

Cuando el eje del tubo de distribución central coincide con el eje de la rueda motriz y los conductos de admisión están dispuestos simétricamente al eje del tubo de distribución de tal manera que se separan a través de rotación alrededor de este eje, entonces se pueden conseguir relaciones de circulación idénticas en las toberas. Al mismo tiempo, de acuerdo con el número de toberas, se obtienen conductos de admisión idénticos, lo que simplifica la fabricación.

Otra gran ventaja resulta en el caso de la adaptación a diferentes alturas de caída y números de revoluciones como también en el caso de transformaciones con incremento de la altura de caída, lo que se aplica con frecuencia ya en el caso de un incremento planificado de la potencia, colocando el colector de agua en un lugar que se encuentra geodésicamente más alto. En tal caso, se modifica el diámetro de la rueda motriz y eventualmente el número de revoluciones. En instalaciones convencionales de varias toberas, esto tiene como consecuencia la renovación completa del conducto de distribución y de los conductos de admisión que se derivan del mismo hasta las toberas, mientras que en el sistema de acuerdo con la invención el tubo de distribución central permanece inalterado y solamente se corrigen los conductos de admisión en una medida insignificante en su ángulo tangencial en el plano de la rueda motriz y en su longitud en el plano de la rueda motriz, para que las toberas se coloquen en la posición prescrita con respecto a la nueva rueda motriz.

Para turbinas Pelton, en las que las toberas están distribuidas de manera uniforme sobre la periferia de la rueda motriz, se obtiene también una distribución uniforme de los conductos de admisión en el tubo de distribución central, ya sea porque están conducidos a través del fondo de cierre o a través de la superficie envolvente del tubo de distribución central. Esto conduce a un aprovechamiento especialmente favorable de la sección transversal interior del tubo de distribución central.

Se consigue otra mejora en cuanto a la circulación cuando los conductos de admisión penetran en forma de un codo de tubo en la circulación del tubo de distribución central. La desviación desde el eje del tubo de distribución tiene lugar entonces ya en el codo de tubo con la circulación acelerada.

Esta desviación es apoyada a través de orificios, por ejemplo, en forma de ranuras transversales en la entrada de estos codos de tubo. Puesto que los tubos de admisión, debido a las altas presiones en turbinas Pelton, deben presentar un espesor mínimo de pared S relativamente grande, la forma de los orificios o de las ranuras en la entrada de los codos de tubos se pueden utilizar al mismo tiempo para la conducción de la circulación de los caudales de agua que circulan a través de los mismos. Las medidas siguientes han sido establecidas, muy en general, en ensayos como medidas esenciales para el “cebado” de una capa límite en un tubo o codo de tubo que penetra en un tubo de distribución con una proyección. Conducen a la reducción de las pérdidas de entrada y a la prevención de una torsión de entrada, que se podría prolongar hasta el chorro libre:

- el canto de entrada debería presentar una inclinación hacia el lado interior,

- los orificios o ranuras deberían presentar de la misma manera una inclinación alrededor de un ángulo 1 de 30º a... [Seguir leyendo]

1. Turbina Pelton con un sistema de admisión para tres a seis toberas, que presenta un tubo de presión (1) con un elemento de distribución (2) , desde el que se derivan unos conductos de admisión (3) hacia las toberas (18, 18a) individuales, que inyectan con un chorro libre (9) sobre las copas (10) de una rueda motriz (8) , en la que el elemento de distribución está constituido por un tubo de distribución central (4) con secciones transversales de forma circular, con eje (5) y con fondo de cierre (6) , y los conductos de admisión (3) , vistos en la dirección axial, distribuidos sobre la periferia del tubo de distribución, se alejan, respectivamente, en dirección tangencial y/o en dirección radial hacia fuera, caracterizada porque los conductos de admisión penetran en contra de la dirección de la circulación en el tubo de distribución con una proyección (19) a una distancia a, que corresponde al menos al 15 % del diámetro d del tubo del conducto de admisión (3) , en el interior del tubo de distribución (4) .

2. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque los conductos de admisión (3) penetran con proyecciones (19) en forma de un codo de tubo (13) en el tubo de distribución (4) , que está curvado en contra de la circulación en la dirección del eje (5) del tubo de distribución.

3. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las proyecciones (19) presentan al menos una serie (17) con orificios (15) o ranuras transversales (14) , que se encuentran sobre una línea periférica y ocupan más del 50 % de la línea periférica, con preferencia entre el 60 % y el 80 %.

4. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque los orificios (15)

o ranuras (14) presentan una inclinación con respecto a la línea envolvente en dirección longitudinal de un ángulo 1 de 30º a 60º, con preferencia de 45º.

5. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 ó 4, caracterizada porque los orificios (15) o ranuras (14) , medidos transversalmente a la inclinación, presentan una anchura B de 30 % a 60 %, con preferencia de 50 % del espesor de la pared del tubo S del conducto de admisión (3) .

6. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque en la dirección longitudinal se encuentran al menos dos series (17) una detrás de la otra con orificios o ranuras, en la que la distancia A entre las series corresponde aproximadamente al espesor de pared S del conducto de admisión.

7. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el tubo de distribución central (4) se ensancha cónicamente hacia el fondo de cierre (6) .

8. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el eje (5) del tubo de distribución central (4) está alineado con un eje (7) de la rueda motriz (8) .

9. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque están previstas una aberturas (11) para los conductos de admisión (3) en el fondo de cierre (6) .

10. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque están previstas una aberturas (11) para los conductos de admisión en la superficie envolvente (12) del tubo de distribución central (4) .

11. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque los conductos de admisión (3) salen con relación al eje (5) del tubo de distribución central (4) en un ángulo de 90º > a > 0º desde el tubo de distribución o fondo de cierre en la dirección de la rueda motriz (8) .

12. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque el ángulo a está entre 70º y 20º.

13. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductos de admisión (3) se separan unos de los otros a través de la rotación alrededor del eje (S) del tubo de distribución central (4) .

14. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductos de admisión (3) parten desde el tubo de distribución central (4) a una distancia b mayor y giran hacia dentro en una curvatura de las toberas (16) , que se reduce en la sección transversal y acelera la circulación, en el plano medio de la rueda motriz.

15. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los conductos de admisión (3) están distribuidos a distancias iguales sobre la periferia del tubo de distribución central (4) .

16. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque delante de los conductos de admisión (3) está colocado un cuerpo de desplazamiento (20) de forma cónica, dispuesto en el centro en el tubo de distribución central (4) .

17. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque en la salida desde el tubo de distribución central (4) , la suma de las secciones transversales de los tubos de admisión (3) corresponde a la sección transversal del tubo de presión (1) .

18. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque para una disposición horizontal delante de la transición del tubo de distribución central (4) a los conductos de admisión (3) , en la zona más baja de la superficie envolvente (12) del tubo de distribución existe un orificio (37) hacia un separador de arena (32) .

19. Turbina Pelton con sistema de admisión de acuerdo con la reivindicación 18, caracterizada porque en el orificio

(37) está montado un rastrillo (33) con perfiles longitudinales y ranuras (26) dispuestos transversalmente a la dirección de la circulación.

20. Turbina Pelton de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizada porque, por una parte, las toberas (18) se apoyan sobre un anillo de carcasa (38) con una primera articulación esférica (41) que se puede fijar con punto central M1, y porque, por otra parte, el conducto de admisión (3) presenta en cada caso una conexión de brida (25) con una segunda articulación esférica (46) con punto medio M2, en la que una recta de unión (40) ente los pontos medios M1, M2 forma un eje de articulación para la sección de tubo entre la tobera (18) y la conexión de brida

(25) y el eje de articulación (40) está dispuesto paralelo o aproximadamente paralelo al eje de la rueda motriz (7) , para realizar una articulación del chorro libre (9) en el plano de la rueda motriz (39) en un ángulo s de más / menos 4º.

21. Turbina Pelton de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizada porque las secciones de tubo entre la primera y la segunda articulación esférica (41, 46) presentan un punto de apoyo (44) a una distancia c del eje de articulación (40) , para poder regular a través de diferentes soportes de base (45) un ajuste del chorro libre (9) en torno a un ángulo de articulación s predeterminado.