Instalación de turbina y bomba.

Instalación de turbina y bomba que comprende

1.1 una turbina (1) con un rodete de turbina (1.

1) soportado por un árbol (3), así como una caja espiral deturbina (1.2);

1.2 una bomba (2) con un rodete de bomba (2.1) y con una caja espiral de bomba (2.2);

1.3 una máquina eléctrica (4) que está o puede ponerse en una conexión de accionamiento con el árbol (3);1.4 entre la turbina (1) y la bomba (2) se puede establecer un cortocircuito hidráulico;

1.5 por el rodete (1.1; 2.1) y la carcasa (1.2; 2.2) de cada una de las máquinas hidráulicas (1; 2) quedanformadas sendas juntas laberínticas (20) por las que durante el funcionamiento circula un flujo de fuga para larefrigeración y/o la lubricación de la junta laberíntica (20);

1.6 el rodete (1.1; 2.1) y la carcasa (1.2; 2.2) de la máquina hidráulica correspondiente - turbina (1) o bomba (2)- están montados de forma desplazable relativamente entre sí entre una posición operativa y una posición nooperativa en la dirección de un flujo de fuga;

caracterizada por las siguientes características:

1.7 la turbina (1) presenta una mayor potencia nominal (NT) que la bomba (2);

1.8 la junta laberíntica (20) comprende una pluralidad de cámaras anulares (20.1) y canales en forma deranuras anulares (20.2) que las unen entre sí de forma conductiva;

1.9 al menos una de las dos máquinas - turbina (1) o bomba (2) - presenta un distribuidor regulable;

1.10 la potencia nominal NT de la turbina es hasta 5 veces mayor que la potencia nominal NP de la bomba.

Instalación de turbina y bomba La invención se refiere a una instalación de turbina y bomba que comprende una turbina con un rodete de turbina así como una caja espiral de turbina y una bomba con un rodete de bomba y con una caja espiral de bomba. La bomba y la turbina están o pueden ponerse en conexión de accionamiento con una máquina eléctrica.

Como turbinas entran en consideración turbinas Francis o Pelton. Además, tanto la bomba como la turbina pueden estar realizadas con una o múltiples etapas, de modo que son posibles combinaciones de una turbina de una etapa con una bomba de múltiples etapas o de turbinas de múltiples etapas con una bomba de una etapa o de múltiples etapas.

Las instalaciones de turbina y bomba de centrales de bombeo presentan dos regímenes, a saber, un régimen de turbina y un régimen de bomba. En este último, la bomba bombea agua de una pila inferior a una pila superior y para ello es accionada por una máquina eléctrica que está en conexión de accionamiento con la bomba. La máquina eléctrica es alimentada de energía eléctrica desde una red eléctrica pública.

En el régimen de turbina, en cambio, es el agua que circula desde la pila superior, pasando por la turbina, a la pila inferior, la que acciona la turbina que transmite la potencia correspondiente a la máquina eléctrica. La máquina eléctrica transforma la potencia de accionamiento en potencia eléctrica y la alimenta a la red eléctrica. Por lo tanto, la máquina eléctrica trabaja una vez como generador y una vez como motor. Por lo tanto, se denomina también generador motor.

Al contrario de las instalaciones de turbina y bomba genéricas mencionadas anteriormente se dieron a conocer también instalaciones de turbina y bomba reversibles en las que la turbina y la bomba están formadas por un rodete común, de modo que en el régimen de turbina, el rodete común se carga con agua para la generación de potencia eléctrica y, en el régimen de bomba, es accionado por la máquina eléctrica.

Dado que las centrales de bombeo de este tipo se usan para la compensación de crestas de carga en la red eléctrica, la turbina-bomba debe capacitarse rápidamente para suministrar potencia de turbina para apoyar la red eléctrica o recibir rápidamente potencia de bombeo para emplearse para la regulación primaria de la red. Por lo tanto, es deseable que la turbina-bomba de una central de bombeo pueda hacerse pasar lo más rápidamente posible del régimen de turbina al régimen de bomba, y viceversa.

En este tipo de instalaciones, frecuentemente se producen cambios de caudal del agua suministrada a la turbina. El caudal puede presentar valores extremos hacia arriba o hacia abajo. La turbina tiene una eficiencia óptima que se consigue cerca del valor máximo del caudal. En el caso de un caudal pequeño es relativamente pequeña la eficiencia de la turbina. Esto es válido especialmente para la carga parcial extrema. No sólo empeora la eficiencia de la carga parcial, sino también el comportamiento de cavitación.

Al conmutar del régimen de turbina al régimen de bomba y viceversa existen dos estados extremos: Por una parte, puede estar funcionando sólo la turbina siendo arrastrada la bomba. En este caso, la turbina está llena de agua y la bomba está llena de aire. En este caso, existe un rendimiento de turbina del cien por cien.

En el otro caso, está llena de agua sólo la bomba y la turbina está llena de aire. En este caso, existe un rendimiento de bomba del cien por cien.

Entre estos dos estados extremos existe un estado intermedio.

En todos estos casos, es de gran importancia la estanqueización de los intersticios entre el rodete y la caja de la máquina hidráulica correspondiente.

El documento DE1807443 describe un procedimiento y un dispositivo para el funcionamiento de una instalación de 55 turbina y bomba que se hace funcionar temporalmente sin medio de trabajo, es decir agua. Para estanqueizar el flujo de fuga entre el rodete y el tubo de succión de la bomba y de la turbina se proponen laberintos escalonados, mientras que para la estanqueización entre el rodete y el resto de la caja se usan respectivamente laberintos lisos. Para reducir la potencia perdida de la instalación de turbina y bomba, en el caso del funcionamiento exclusivo de la bomba se minimizan los anchos de intersticio de las juntas laberínticas de la bomba, mientras que se maximizan los de la turbina. Entonces, el rodete de turbina rota en aire. Viceversa, en el régimen de turbina se minimizan los anchos de intersticio de las juntas laberínticas de la turbina y se maximizan los de la bomba, en cuyo caso también el rodete de bomba rota en aire. Durante la transición del régimen de bomba al régimen de turbina y viceversa, para ello, el árbol completo de la turbina con el rodete de bomba y el rodete de turbina se desplaza en el sentido axial.

La invención tiene el objetivo de realizar una instalación de turbina y bomba de tal forma que se eviten los problemas relacionados con la carga parcial. Por lo tanto, se pretende que la eficiencia de un grupo de máquinas que comprende al menos una turbina y al menos una bomba sea óptimo a lo largo de un rango de operación más amplio en comparación con los grupos de máquinas conocidos. Por lo tanto, la eficiencia debe seguir siendo aceptable incluso en caso de una carga parcial extrema. Se pretende mejorar el comportamiento de cavitación. Al mismo tiempo, se pretende evitar los problemas relacionados con la conmutación. Es que se pretende reducir la potencia de pérdida y la refrigeración de las juntas correspondientes.

Este objetivo se consigue mediante las características de la reivindicación 1.

Una teoría esencial de la invención consiste en dimensionar más alta la potencia nominal de la turbina que la potencia nominal de la bomba. Además, entre la turbina y la bomba se debe poder realizar un cortocircuito hidráulico.

Esto ofrece la ventaja de que la turbina puede operar en un rango óptimo incluso en caso de un caudal pequeño de agua suministrada. Emite una menor potencia, pero con una eficiencia sensiblemente mejor de lo que era el caso en las instalaciones conocidas.

Además, para la ampliación mencionada del rango de operación no se requieren dispositivos o medidas adicionales como por ejemplo la estabilización de la marcha mediante el suministro de aire de estabilización. No obstante, se pueden aplicar este tipo de medidas adicionales.

La diferencia de las potencias nominales de la turbina y de la bomba se elige de la mejor manera de tal forma que sean óptimas la eficiencia de la turbina con una determinada carga y la eficiencia del cortocircuito hidráulico.

La turbina puede presentar una potencia nominal que ascienda a entre 1 a 2 veces la potencia nominal de la bomba, 25 por ejemplo 1, 1 veces, 1, 2 veces, 1, 3 veces etc., hasta 2 veces.

Resulta conveniente dotar ambas máquinas hidráulicas, es decir, la turbina y la bomba, respectivamente de una corona de álabes directores regulable. Esto permite una conmutación regulada del régimen de cortocircuito hidráulico en el régimen de turbina y viceversa.

Al rodete de turbina o al rodete de bomba o a los dos puede estar preconectado un órgano de cierre (una compuerta anular o cilíndrica) . El órgano de cierre puede encontrarse entre el rodete y el anillo transversal o entre el rodete y el distribuidor. Lo mejor es preconectarlo directamente al rodete.

Además, al rodete de turbina o al rodete de bomba se puede postconectar un órgano de cierre, en el mejor caso, una válvula de mariposa, a saber, delante o detrás del tubo de succión, en el caso extremo también dentro del tubo de succión.

Otra teoría esencial de la invención consiste en que para el ajuste del ancho de paso de los canales en forma de ranuras anulares, en el sentido axial con respecto al componente rotatorio, el componente estacionario está montado de forma deslizable entre una posición de operativa y una posición no operativa, en la dirección de un flujo de fuga. Dicho de otra manera, el componente estacionario se desliza paralelamente con respecto al eje de giro de la máquina hidráulica, con respecto al componente rotatorio.

Cuando en lo sucesivo se habla de una máquina hidráulica, se refiere siempre también a la turbina de agua o turbina-bomba según la invención.

En el sentido de la invención, posición operativa quiere decir la posición del componente estacionario con respecto al componente rotatorio, en la que en la junta laberíntica fluye un flujo de fuga para estanqueizar y refrigerar. Este es el caso durante la operación de la máquina hidráulica, cuando el medio de trabajo incide en sus álabes de rodete.... [Seguir leyendo]

1. Instalación de turbina y bomba que comprende

1.1 una turbina (1) con un rodete de turbina (1.1) soportado por un árbol (3) , así como una caja espiral de turbina (1.2) ;

1.2 una bomba (2) con un rodete de bomba (2.1) y con una caja espiral de bomba (2.2) ;

1.3 una máquina eléctrica (4) que está o puede ponerse en una conexión de accionamiento con el árbol (3) ;

1.4 entre la turbina (1) y la bomba (2) se puede establecer un cortocircuito hidráulico;

1.5 por el rodete (1.1; 2.1) y la carcasa (1.2; 2.2) de cada una de las máquinas hidráulicas (1; 2) quedan formadas sendas juntas laberínticas (20) por las que durante el funcionamiento circula un flujo de fuga para la refrigeración y/o la lubricación de la junta laberíntica (20) ;

1.6 el rodete (1.1; 2.1) y la carcasa (1.2; 2.2) de la máquina hidráulica correspondiente - turbina (1) o bomba (2)

- están montados de forma desplazable relativamente entre sí entre una posición operativa y una posición no 15 operativa en la dirección de un flujo de fuga;

caracterizada por las siguientes características:

1.7 la turbina (1) presenta una mayor potencia nominal (NT) que la bomba (2) ;

1.8 la junta laberíntica (20) comprende una pluralidad de cámaras anulares (20.1) y canales en forma de ranuras anulares (20.2) que las unen entre sí de forma conductiva;

1.9 al menos una de las dos máquinas - turbina (1) o bomba (2) - presenta un distribuidor regulable;

1.10 la potencia nominal NT de la turbina es hasta 5 veces mayor que la potencia nominal NP de la bomba.

2. Instalación de turbina y bomba según la reivindicación 1, caracterizada por las siguientes características.

2.1 las dos cajas espiral (1.2, 2.2) están dispuestas en sentido contrario una respecto a otra;

2.2 los conductos de presión (1.3, 2.3) de las dos cajas espiral (1.2, 2.2) desembocan en un conducto de presión (6) común . 30

3. Instalación de turbina y bomba según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la máquina eléctrica (4) se encuentra en un espacio intermedio (5) entre las dos cajas espiral (1.2, 2.2) .

4. Instalación de turbina y bomba según la reivindicación 1, caracterizada por que la máquina eléctrica (4) se 35 encuentra fuera de un espacio intermedio (5) entre las dos cajas espiral (1.2, 2.2.) .

5. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada por que las dos cajas espiral (1.2, 2.2) están apoyadas directamente mediante un elemento de apoyo, especialmente un anillo de apoyo cilíndrico o un cono de apoyo.

6. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada por que en el conducto de presión (6) está dispuesto un órgano de cierre (6.1) común.

7. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada por que los conductos de 45 presión (1.2, 2.3) de las dos cajas espiral desembocan en un solo conducto de presión común.

8. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por las siguientes características.

8.1 entre componentes estacionarios (30) y componentes rotatorios (40) están formadas juntas laberínticas (20) a partir de ambos componentes, por las que durante el funcionamiento pasa un flujo de fuga para la refrigeración y/o la lubricación de la junta laberíntica (20) ;

8.2 la junta laberíntica (20) comprende una pluralidad de cámaras anulares (20.1) y canales en forma de ranuras anulares (20.2) que las unen entre sí de forma conductiva;

8.3 el componente estacionario (30) está montado de forma desplazable en la dirección axial con respecto al componentes rotatorio (40) , entre una posición operativa y una posición no operativa en la dirección de un flujo de fuga, para ajustar el ancho de paso del canal (20.2) .

9. Instalación de turbina y bomba según la reivindicación 8, caracterizada por que la extensión axial de las cámaras 60 (20.1) en el sentido de desplazamiento del componente estacionario (30) es mayor que la extensión axial del canal en forma de ranura anular (20.2) .

10. Instalación de turbina y bomba según la reivindicación 9, caracterizada por que la extensión axial de las cámaras (21) en el sentido de desplazamiento relativo es mayor que la extensión axial de los canales en forma de 65 ranuras anulares (22) .

11. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que las superficies de delimitación (1.1, 2.1) orientadas una hacia otra que forman la junta laberíntica están dispuestas en una superficie de camisa cilíndrica o cónica y los dos componentes (30, 40) están dispuestos de forma concéntrica uno respecto a otro.

12. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que al rodete de turbina (1.1) y/o al rodete de bomba (2.1) está preconectado o postconectado un órgano de cierre.

13. Instalación de turbina y bomba según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que al tubo de 10 succión de turbina (1.5) y/o al tubo de succión de bomba (2.5) está asignado un órgano de cierre.