Máquina hidráulica que comprende unos medios de inyección de un flujo extraído de un flujo principal.

Máquina hidráulica atravesada por un flujo (E) principal de agua,

que comprende por lo menos un perfil de álabe(1) de una turbina, que presenta un extremo aguas arriba (8) y un extremo aguas abajo (10), cerca de la cual seforma por lo menos una zona turbulenta o una zona de presión reducida o una zona de cavitación (14),comprendiendo la máquina unos medios de inyección de un flujo extraído (E1, E2) de dicho flujo principal, nomodificado con respecto al flujo principal (E), en dicha zona (14) turbulenta o de presión reducida o de cavitación, demanera que modifique localmente el flujo principal (E) o aumente la presión en esta zona (14), caracterizada porquelos medios de inyección del flujo (E1, E2) comprenden un conducto (16) que desemboca en el extremo aguas abajo(10) sustancialmente según la dirección del flujo principal (E).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2008/051385.

Solicitante: ALSTOM HYDRO FRANCE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 3 AVENUE ANDRÉ MALRAUX 92300 LEVALLOIS PERRET FRANCIA.

Inventor/es: MAZZOUJI,Farid, TRAVERSAZ,MONIQUE.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03B1/04 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.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 1/00 Motores del tipo acción, es decir, turbinas con chorros de líquidos a gran velocidad que chocan con rotores de álabes o con dispositivos similares, p. ej. ruedas Pelton; Partes constitutivas o detalles particulares de las mismas. › Inyectores (en general B05B ); Organos portantes de los inyectores.
  • F03B11/00 F03B […] › Partes constitutivas o detalles no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F03B 1/00 - F03B 9/00 (control F03B 15/00).
  • F03B11/04 F03B […] › F03B 11/00 Partes constitutivas o detalles no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F03B 1/00 - F03B 9/00 (control F03B 15/00). › para disminuir la cavitación o las vibraciones, p. ej. equilibrado.
  • F03B3/12 F03B […] › F03B 3/00 Máquinas o motores del tipo reacción; Partes constitutivas o detalles particulares de las mismas. › Alabes; Rotores que portan los álabes.

PDF original: ES-2399773_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Máquina hidráulica que comprende unos medios de inyección de un flujo extraído de un flujo principal.

La presente invención se refiere a una máquina hidráulica del tipo atravesada por un flujo principal de agua, que comprende por lo menos un perfil de álabe de una turbina, que presenta un extremo aguas arriba y un extremo aguas abajo, cerca de la cual se forma por lo menos una zona turbulenta o una zona de presión reducida o una zona de cavitación, comprendiendo la máquina unos medios de inyección de un flujo extraído de dicho flujo principal, no modificado con respecto al flujo principal, en dicha zona turbulenta o de presión reducida o de cavitación con el fin de modificar localmente el flujo principal o aumentar la presión en esta zona.

Una máquina hidráulica de este tipo se utiliza, por ejemplo, en una central de producción de hidroelectricidad. La máquina se instala a filo del agua o se alimenta con agua a partir de un depósito en el que se vierten uno o más cursos de agua.

En estas máquinas hidráulicas, existen unas zonas en las que el flujo principal que atraviesa la máquina es perturbado y forma unos remolinos o presenta una presión reducida o unas zonas de cavitaciones, debido a la configuración de la máquina. Dichas zonas perturban las prestaciones generales de la máquina hidráulica ya que reducen la eficacia de acción del flujo principal en la máquina hidráulica u ocasionan problemas de funcionamiento de la máquina hidráulica.

La patente US nº 1.942.995 describe una máquina hidráulica del tipo citado anteriormente, que permite inyectar un flujo extraído del flujo principal en la zona de cavitación que se forma a lo largo de los álabes de la rueda de la turbina.

Sin embargo, los orificios de salida del flujo extraído están dispuestos para inyectar el flujo según una dirección sustancialmente perpendicular a la dirección del flujo principal. Dichos orificios no permiten suprimir las zonas turbulentas que se forman en la estela de los álabes y que perturban asimismo las prestaciones generales de la máquina hidráulica.

Uno de los objetivos de la invención es evitar estos inconvenientes proponiendo una máquina hidráulica que permita suprimir las zonas turbulentas que se forman en la estela de un perfil de álabe cualquiera.

Para ello, la invención se refiere a una máquina hidráulica del tipo citado anteriormente, en la que los medios de inyección comprenden un conducto que extrae el flujo del flujo principal y lo hace desembocar en el extremo aguas abajo sustancialmente según la dirección del flujo principal.

La inyección de un flujo extraído del flujo principal en el extremo aguas abajo del perfil de álabe permite modificar el flujo principal en la zona turbulenta que se forma inmediatamente aguas abajo del perfil de álabe en la estela de ésta. La zona turbulenta se suprime así, lo cual permite subsanar eficazmente la falta de rendimiento de la acción del flujo principal en esta zona, lo cual mejora las prestaciones y el comportamiento de la máquina hidráulica.

Según otras características de la máquina hidráulica:

- el conducto comprende una entrada que extrae el flujo del flujo principal aguas arriba del perfil de álabe y una salida que desemboca en la zona turbulenta o de presión reducida o de cavitación,

- los medios de inyección comprenden una válvula dispuesta en la trayectoria del flujo extraído, siendo dicha válvula móvil entre una posición abierta en la que deja pasar el flujo extraído del flujo principal y una posición cerrada en la que impide el paso del flujo extraído,

- el movimiento de la válvula está controlado por unos medios de control apropiados,

- el perfil de álabe es por lo menos un álabe de una pluralidad de álabes de una rueda de turbina Francis, estando dichos álabes dispuestos entre un techo y un cinturón, siendo el flujo extraído desde el techo o desde el cinturón por medio de aberturas practicadas en dicho techo o en dicho cinturón, desembocando dicho flujo en el extremo aguas abajo de por lo menos un álabe.

Otros aspectos y ventajas de la invención aparecerán durante la descripción siguiente, dada a título de ejemplo y realizada haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la figura 1 es una representación esquemática en sección superior de un perfil de álabe de una turbina según la invención,

- la figura 2 es una representación esquemática parcial en sección de una turbina Francis según la invención,

-la figura 3 es una representación esquemática vista por arriba de la rueda de turbina Francis de la figura 2.

La invención descrita a continuación se aplica en particular a unas máquinas hidráulicas de tipo turbina Francis. Como estas máquinas son conocidas, no se describirán en detalle en la presente descripción. La invención se aplica asimismo a otros tipos de máquinas hidráulicas en las que se plantean unos problemas de formación de zonas turbulentas, de presión reducida o de cavitación.

En la descripción, los términos "aguas arriba" y "aguas abajo" están definidos con respecto al sentido de flujo del flujo principal E que atraviesa la máquina hidráulica.

Haciendo referencia a la figura 1, se describe un órgano de máquina hidráulica del tipo perfil de álabe 1 de una turbina. Dicho perfil de álabe 1 es, por ejemplo, una ante-directriz, una directriz o un álabe de turbina. El perfil de álabe 1 representado en la figura 1 es una ante-directriz.

Las ante-directrices y las directrices tienen por función guiar un flujo principal E que atraviesa la rueda 4 de la turbina rozando unos álabes 6, lo cual provoca la rotación de la rueda 4 alrededor de un eje vertical Z-Z'.

El perfil de álabe 1 presenta un extremo aguas arriba 8 y un extremo aguas abajo 10 unidos entre sí por unas paredes laterales 12 rozadas por el flujo principal E. Ya sea para una ante-directriz, una directriz o un álabe de turbina, una zona 14 turbulenta y/o de presión reducida se crea cerca del extremo aguas abajo 10, en particular inmediatamente aguas abajo del extremo aguas abajo 10, lo cual puede provocar unas vibraciones en la máquina hidráulica.

El perfil de álabe 1 comprende por lo menos un conducto 16 que se extiende en el interior del perfil entre una abertura de entrada 18 y una abertura de salida 20. La abertura de entrada 18 está dispuesta cerca del extremo aguas arriba 8 y desemboca por ejemplo en una de las paredes laterales 12 del perfil de álabe 1. Una parte E1 del flujo principal E que roza las paredes laterales 12 es por lo tanto extraída en el conducto 16 por la abertura de entrada 18 y conducida a la abertura de salida 20. Según otro modo de realización, el conducto 16 extrae el flujo E1 en el exterior del perfil de álabe 1 y encamina este flujo hasta la abertura de salida 20.

La abertura de salida 20 desemboca en el extremo aguas abajo 10. Así, el flujo extraído E1 del flujo principal E circula en el conducto 16 y es inyectado en la zona 14 por la abertura de salida 20. Esto tiene por efecto modificar las propiedades del flujo E en la zona 14 y prevenir así los fenómenos de vibración.

En el caso de un álabe 6, se plantea también un problema de creación de cavitaciones sobre el perfil de los álabes 6 de la rueda 4 en una zona cerca de las aristas de entrada o extremo aguas arriba 8 y/o de las aristas de salida o extremo aguas abajo 10 de los álabes. Con el fin de evitar este inconveniente, el álabe 6, representado en la figura 2, comprende otros conductos (no representados) que se extienden en el interior del álabe entre una abertura de entrada 22 y una abertura de salida 24, 26. Las aberturas de entrada 22 de los conductos están dispuestas cerca del extremo aguas arriba 8 del álabe 6 con el fin de extraer un flujo del flujo principal E aguas arriba del álabe. Las aberturas de salida 24, 26 de los conductos están dispuestas para inyectar el flujo extraído sobre las paredes laterales de los álabes 6 cerca del extremo aguas arriba 8 y/o del extremo aguas abajo 10 del álabe 6. El flujo extraído e inyectado tiene por efecto modificar localmente el flujo principal E y evitar así los fenómenos de formación de cavitación sobre el perfil de los álabes. Algunos conductos comprenden por lo tanto una abertura de salida 24 que desemboca en una pared lateral del álabe 6 cerca del extremo aguas arriba 8 con el fin de evitar los fenómenos de formación de cavitación sobre los álabes cerca del extremo aguas arriba 8. Otros conductos comprenden una abertura de salida 26 que desemboca en una pared lateral del álabe 6 cerca del extremo aguas abajo 10 con el fin de evitar los fenómenos de formación de cavitación sobre... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Máquina hidráulica atravesada por un flujo (E) principal de agua, que comprende por lo menos un perfil de álabe

(1) de una turbina, que presenta un extremo aguas arriba (8) y un extremo aguas abajo (10) , cerca de la cual se forma por lo menos una zona turbulenta o una zona de presión reducida o una zona de cavitación (14) , comprendiendo la máquina unos medios de inyección de un flujo extraído (E1, E2) de dicho flujo principal, no modificado con respecto al flujo principal (E) , en dicha zona (14) turbulenta o de presión reducida o de cavitación, de manera que modifique localmente el flujo principal (E) o aumente la presión en esta zona (14) , caracterizada porque los medios de inyección del flujo (E1, E2) comprenden un conducto (16) que desemboca en el extremo aguas abajo

(10) sustancialmente según la dirección del flujo principal (E) .

2. Máquina hidráulica según la reivindicación 1, caracterizada porque el conducto (16) del perfil de álabe comprende una entrada (18, 31, 32) que extrae el flujo (E1, E2) del flujo principal (E) aguas arriba del perfil de álabe (1) y una salida que desemboca en la zona turbulenta o de presión reducida o de cavitación (14) .

3. Máquina hidráulica según la reivindicación 2, caracterizada porque los medios de inyección comprenden una válvula (72) dispuesta en la trayectoria del flujo extraído (E1, E2) , siendo dicha válvula (72) móvil entre una posición abierta en la que deja pasar el flujo extraído (E1, E2) del flujo principal (E) y una posición cerrada en la que impide el paso del flujo extraído (E1, E2) .

4. Máquina hidráulica según la reivindicación 3, caracterizada porque el movimiento de la válvula (72) es mandado por unos medios de mando apropiados.

5. Máquina hidráulica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el perfil de álabe (1) es por lo menos un álabe (6) de una pluralidad de álabes de una rueda (4) de turbina Francis (2) , estando dichos álabes dispuestos entre un techo (28) y un cinturón (30) , siendo el flujo (E2) extraído desde el techo (28) o desde el cinturón

(30) por medio de aberturas (31, 32) practicadas en dicho techo (28) o en dicho cinturón (30) , desembocando dicho flujo (E2) en el extremo aguas abajo (10) del por lo menos un álabe (6) .


 

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