Hélice para máquina hidráulica, máquina hidráulica equipada de tal hélice y método de ensamblaje de tal hélice.

Hélice (1) para máquina hidráulica, destinada a ser atravesada por un flujo,

comprendiendo la hélice (1) un buje (3) que se extiende a lo largo de un eje de rotación (X-X) de la hélice (1) y unas palas (2) que se extienden a partir del buje (3), estando la hélice (1) compuesta de varios sectores (4) que comprenden cada uno un cuerpo (5) que, una vez ensamblados los sectores (4), constituyen juntos el buje (3) y siendo cada pala (2) solidaria del cuerpo (5) de un sector (4), estando los sectores (4) ensamblados entre sí para formar la hélice (1) por medio de al menos un anillo (6) zunchado que está colocado alrededor de los cuerpos (5) de los sectores (4), caracterizándose la hélice (1) por que el buje (3) es hueco, por que cada sector (4) comprende una pared lateral (50) y una proyección (54) que es solidaria de la pared lateral (50) y que sobresale hacia el interior del buje (3), perpendicularmente al eje (X-X), y por que los sectores (4) están además ensamblados entre sí para formar la hélice (1) por medio de al menos una arandela (9) ensamblada a la proyección (54) de cada sector (4), en el interior del buje (3), por medio de elementos de fijación (10) apropiados.

Hélice para máquina hidráulica, máquina hidráulica equipada de tal hélice y método de ensamblaje de tal hélice La presente invención se refiere a una hélice para máquina hidráulica, en particular de tipo turbina, así como a una máquina hidráulica equipada de tal hélice, y a un método de ensamblaje de tal hélice,

En el sentido de la presente invención, una máquina hidráulica puede ser una turbina, una bomba o una turbinabomba, utilizada, por ejemplo, en una fábrica de producción de hidroelectricidad. La hélice de la invención está destinada a ser atravesada por un flujo forzado de agua. A continuación, corriente arriba designa el lado de un flujo que está elevado con respecto a la corriente abajo de este flujo. Tal flujo de la corriente arriba hacia la corriente abajo tiene por efecto arrastrar la hélice en rotación, cuando la máquina es una turbina. Cuando la máquina es una bomba, la rotación de la hélice, en el sentido contrario, arrastra tal flujo desde corriente abajo hacia corriente arriba.

Algunas hélices de máquina hidráulica tienen un diámetro superior a 6 metros. Es difícil, incluso imposible, transportar tales hélices por vía terrestre, marítima o aérea sobre su sitio de utilización debido a las limitaciones impuestas por las infraestructuras de transporte. Para poder transportar tales hélices, se conoce llevarlas al sitio en varias piezas separadas, que son ensambladas en el sitio. Por ejemplo, las palas son soldadas en el sitio a un buje central de la hélice. Sin embargo, tal ensamblaje por soldadura es relativamente largo y fastidioso, teniendo en cuenta el gran número de soldaduras a efectuar y el material de soldadura a utilizar. Además, una vez que las palas están soldadas en el buje, la periferia de las palas de la hélice debe ser mecanizada para ajustar las dimensiones del diámetro externo de la hélice, en particular para controlar la dimensión del espacio entre un carenado externo de la hélice y el extremo de las palas. Estas operaciones de mecanizado son difíciles de realizar en el sitio. Además, de manera clásica, una hélice así ensamblada debe sufrir un tratamiento térmico para mejorar sus características mecánicas, lo que necesita también un material voluminoso que tendrá que ser transportado al sitio.

Para remediar estos inconvenientes, se conoce fabricar una hélice para máquina hidráulica ensamblando entre sí varios sectores que se componen cada uno de una porción de buje y de una pala. Así, el documento CA-A-874235 propone ensamblar entre sí tales sectores por medio de anillos dispuestos a nivel de los dos extremos axiales del buje. Estos anillos constituyen unos zunchos: son calentados, lo que provoca su dilatación y permite colocarlas alrededor de los sectores dispuestos los unos contra los otros. Una vez colocados, los anillos se enfrían, lo que provoca un estrechamiento de su diámetro de manera que los anillos mantienen fijamente los diferentes sectores en configuración ensamblada.

A temperatura ambiente, cuando un anillo no es colocado alrededor del buje, el diámetro interno del anillo es inferior al diámetro del buje medido en el sitio en el que está previsto colorar este anillo, a fin de crear una fuerza de sujeción. La intensidad de esta fuerza depende de esta diferencia de diámetro entre el diámetro interno del anillo y el diámetro externo del buje. Cuanto más grande sea esta diferencia de diámetro, más significativa es la fuerza de sujeción.

La fuerza de sujeción depende igualmente de la sección transversal del anillo y de las propiedades mecánicas de los materiales utilizados, en particular su rigidez.

Durante el calentamiento de un anillo, el ensanchamiento máximo de su diámetro interno depende de la temperatura máxima a la que se puede calentar sin modificar las propiedades mecánicas. Ahora bien, es necesario, durante el calentamiento del anillo, que éste se dilate suficientemente para obtener un espacio entre el diámetro interno del anillo y el buje, para permitir la colocación del anillo alrededor de los sectores. Por otro lado, cuanto más pequeño sea el diámetro menos significativa es la dilatación del anillo.

Cuando el diámetro del buje es bajo, la utilización de un anillo zunchado no es apropiada, en particular si se desea obtener una fuerza de sujeción consecuente así como un espacio suficiente para permitir la colocación del anillo.

Además, en el caso de los bujes de pequeño diámetro, la geometría del extremo corriente abajo del buje no permite en general la instalación de un zuncho, por unos problemas de volumen.

El documento US-A-3973876 divulga también una hélice de máquina hidráulica fabricada a partir de varios sectores que se componen cada uno de una porción de buje y de una pala. Varios tornillos tensores están dispuestos en el interior del buje, que es hueco, y son utilizados para el ensamblaje de dos sectores opuestos al buje. Unos anillos zunchados, dispuestos a nivel de cada extremo del buje, consolidan el ensamblaje. Esta solución no es adecuada cuando el número de palas es impar. Además, los anillos zunchados no son convenientes para unos bujes de pequeño diámetro. Por lo tanto, el volumen del buje es relativamente importante, lo que impide el rendimiento de la hélice y su comportamiento hidráulico.

Los documentos US-A-2009/0092495 y US-A-2009/0092496 divulgan cada uno una hélice para máquina hidráulica que comprende un buje central monobloque en el que se ensamblan unas palas. Cada pala es solidaria de una brida y la superficie externa del buje está provista de zonas especialmente adaptadas para recibir las bridas. Se utilizan unos pernos para fijar las bridas al buje. El diámetro del buje debe ser relativamente elevado para permitir el ensamblaje de las bridas. En algunos casos, el diámetro del buje es aumentado únicamente con el objetivo de

permitir el ensamblaje de las bridas, lo que implica aumentar las dimensiones de toda la máquina hidráulica. Por ello, , esta solución es costosa. Además, necesita una cantidad considerable de operaciones de mecanizado del buje y de las palas, lo que contribuye también a incrementar el coste de tal hélice.

Estos son inconvenientes que más particularmente pretende remediar la invención, proponiendo una hélice para máquina hidráulica fácilmente transportable y cuyo ensamblaje en el sitio sea fácil. Otro objetivo de la invención es proponer una hélice en la que el diámetro del buje central sea variable y disminuya desde corriente arriba hacia corriente abajo, con un diámetro del buje relativamente bajo a nivel del extremo del pequeño diámetro.

Para ello, la invención tiene por objeto una hélice para máquina hidráulica, destinada a ser atravesada por un flujo, comprendiendo la hélice un buje que se extiende a lo largo de un eje de rotación de la hélice y unas palas que se extienden a partir del buje. La hélice está compuesta de varios sectores que comprenden cada uno un cuerpo que, una vez ensamblados los sectores, constituyen el buje. Cada pala es solidaria del cuerpo de un sector. Los sectores son ensamblados entre sí para formar la hélice por medio de al menos un anillo zunchado que se coloca alrededor de los cuerpos de los sectores. El buje es hueco, cada sector comprende una pared lateral y una proyección solidaria de la pared lateral y que sobresale hacia el interior del buje, perpendicularmente al eje. Los sectores están además ensamblados entre sí para formar la hélice por medio de al menos una arandela ensamblada a la proyección de cada sector, en el interior del buje, mediante elementos de fijación añadidos.

Gracias a la invención, el ensamblaje de los diferentes sectores se realiza al mismo tiempo mediante el anillo zunchado y el elemento de ensamblaje. La hélice de la invención está particularmente adaptada a los bujes globalmente cónicos cuyo extremo de pequeño diámetro presenta un diámetro relativamente bajo, incluso nulo, ya que en este caso el anillo está zunchado en el extremo de mayor diámetro del buje que, la mayoría de las veces, es de diámetro suficientemente grande para permitir un zunchado eficaz. Esto permite reducir el volumen del buje y de la hélice y mejorar su rendimiento y su comportamiento hidráulico. El elemento de ensamblaje está fijado en el interior del buje de manera que no es necesario adaptar la superficie radial externa del buje, es decir la superficie hidráulica que se moja en funcionamiento, para la colocación de elementos de fijación. Además, tal ensamblaje es relativamente fácil de efectuar en el sitio y no necesita el transporte de material elaborado.

Según unos aspectos ventajosos pero no obligatorios de la invención, tal hélice puede incorporar una o varias de las características... [Seguir leyendo]

1. Hélice (1) para máquina hidráulica, destinada a ser atravesada por un flujo, comprendiendo la hélice (1) un buje (3) que se extiende a lo largo de un eje de rotación (X-X) de la hélice (1) y unas palas (2) que se extienden a partir del buje (3) , estando la hélice (1) compuesta de varios sectores (4) que comprenden cada uno un cuerpo (5) que, una vez ensamblados los sectores (4) , constituyen juntos el buje (3) y siendo cada pala (2) solidaria del cuerpo (5) de un sector (4) , estando los sectores (4) ensamblados entre sí para formar la hélice (1) por medio de al menos un anillo (6) zunchado que está colocado alrededor de los cuerpos (5) de los sectores (4) , caracterizándose la hélice (1) por que el buje (3) es hueco, por que cada sector (4) comprende una pared lateral (50) y una proyección (54) que es solidaria de la pared lateral (50) y que sobresale hacia el interior del buje (3) , perpendicularmente al eje (X-X) , y por que los sectores (4) están además ensamblados entre sí para formar la hélice (1) por medio de al menos una arandela (9) ensamblada a la proyección (54) de cada sector (4) , en el interior del buje (3) , por medio de elementos de fijación (10) apropiados.

2. Hélice (1) según la reivindicación 1, caracterizada por que el buje (3) es globalmente troncocónico y presenta un primer extremo axial (31) , girado corriente arriba del flujo, y un segundo extremo axial (32) , girado corriente abajo del flujo, cuya dimensión radial externa máxima (D2) , medida perpendicularmente al eje (X-X) es inferior a la dimensión radial externa máxima (D1) del primer extremo axial (31) .

3. Hélice (1) según la reivindicación 2, caracterizada por que el anillo (6) está zunchado a nivel del primer extremo axial (31) del buje (3) .

4. Hélice (1) según la reivindicación 3, caracterizada por que el primer extremo axial (31) del buje (3) está prolongado hacia el eje (X-X) por una pared (33) que comprende una ranura (7) de recepción del anillo (6) , extendiéndose la ranura (7) en un plano perpendicular al eje (X-X) .

5. Hélice (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los elementos de fijación (10) están constituidos por unos pernos y/o unas clavijas.

6. Hélice (1) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que los sectores (4) son monobloque, en particular fabricados por moldeo.

7. Hélice (1) según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que los sectores (4) son fabricados ensamblando una de las palas (2) a uno de los cuerpos (5) , en particular por soldadura.

8. Máquina hidráulica, caracterizada por que está equipada de una hélice (1) según una de las reivindicaciones anteriores.

9. Método de ensamblaje de una hélice (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que comprende unas etapas en las que:

- el anillo (6) está zunchado (F1) alrededor del cuerpo (5) de cada sector (4) ,

-al menos una arandela (9) está ensamblada (F2) a la proyección (54) de cada sector (4) .

10. Método de ensamblaje según la reivindicación 9, caracterizado por que al menos una arandela (9) está ensamblada a la proyección (54) de cada sector mediante elementos de fijación (10) añadidos, en particular unos pernos y/o unas clavijas.