Órgano que forma punta para rueda de máquina hidráulica, rueda y máquina hidráulica equipadas con dicho órgano.

Organo (4) apto para ser adicionado al techo (12) o al cubo de una rueda (1) de máquina hidráulica (T),

estandoeste órgano provisto de un faldón (42) del cual una superficie (421) es apta para colocarse en la prolongación deuna superficie mojada (121) del techo o del cubo, estando el órgano equipado con al menos una aleta (43) situadaradialmente en el interior del faldón (42), caracterizado por que esta aleta sobrepasa axialmente (h), hacia la partebaja cuando el órgano se adiciona sobre la rueda, con relación a un borde inferior libre (424) del faldón que delimitauna abertura (45) que permite la circulación del agua hacia o a partir del volumen interior del faldón y por que laporción (434) de la o de cada aleta (43) que sobrepasa hacia la parte baja con relación al borde libre (424) del faldón(42) permite influir sobre la corriente en la proximidad del eje de rotación (Z) de la rueda (1).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2009/050349.

Solicitante: ALSTOM Renewable Technologies.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 82, Avenue Léon Blum 38100 Grenoble FRANCIA.

Inventor/es: GAUDIN,ERIC, BAZIN,DANIÈLE, BERAL,CLAUDE, BERTEA,JEAN-FRANÇOIS, CHIAPPA,RACHEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03B11/00 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). › 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.
  • F03B3/02 F03B […] › 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.

PDF original: ES-2445692_T3.pdf

 

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Órgano que forma punta para rueda de máquina hidráulica, rueda y máquina hidráulica equipadas con dicho órgano.

Fragmento de la descripción:

Órgano que forma punta para rueda de máquina hidráulica, rueda y máquina hidráulica equipadas con dicho órgano.

La presente invención se refiere a un órgano apto para ser adicionado al techo de una rueda de máquina hidráulica. La invención se refiere igualmente a una rueda equipada con dicho órgano, así como a una máquina hidráulica que comprende una rueda de este tipo.

En el ámbito de las turbinas hidráulicas, particularmente de las turbinas Francis, es conocido equipar la parte río abajo del techo con una rueda con un órgano de eje simétrico, a menudo denominado «punta» cuya superficie externa prolonga sustancialmente la superficie mojada del techo de la rueda, con un diámetro que puede ir disminuyendo en dirección aguas abajo. Este órgano o «punta» trata de prolongar el guiado de la corriente en dirección al eje de rotación de la rueda. De la misma manera, es conocido utilizar órganos o puntas de guiado en las turbinas-bombas y otras turbinas de palas. En las turbinas hidráulicas conocidas, la corriente que pasa por la rueda puede dar lugar a remolinos o turbulencias, generalmente calificadas como «torche» (forma de antorcha) y que, en algunas cargas, tienen forma de tirabuzón. Estas turbulencias en forma de «torche» (antorcha) son molestas en la medida en que provocan fluctuaciones de presión y/o de potencia que pueden perjudicar a la estabilidad de la red que alimenta la máquina, así como a los rendimientos mecánicos de ésta máquina.

Es conocido por el documento WO-A-2005/038243 utilizar una punta que comprende dos superficies, respectivamente convergente y divergente en dirección a un eje de rotación de la rueda, lo cual permite limitar, en una amplia medida, las turbulencias, Sin embargo, a ciertos regímenes, las turbulencias siguen produciéndose.

Se conoce igualmente por el documento US-A-4.017.211 prever álabes curvos en la superficie exterior de una punta de rueda con el fin de participar en la conducción de la corriente en caso de carga de una turbina superior a las condiciones de funcionamiento óptimas para las cuales se ha concebido la rueda. Una solución de este tipo no está adaptada para reducir o eliminar todas las inestabilidades bajo poca carga y se muestra complicada de poner en práctica pues la misma necesita estudios relativamente elaborados para definir la geometría compleja de los álabes, cuando la fabricación de estos álabes es delicada. Además, el posicionamiento de estos álabes en la superficie exterior de la punta inducen que tengan una influencia limitada sobre los «torches» (remolinos en forma de antorcha) que se desarrollan en la proximidad inmediata del eje de rotación de la rueda.

Por otro lado, el documento GB-A-739 013 describe una rueda Francis equipada con un cono que lleva dos aletas situadas radialmente por fuera de la superficie del cono. A ciertos regímenes, estas aletas pueden perturbar el trayecto de una corriente que lame la superficie externa del cono.

Son estos inconvenientes los que más particularmente pretende remediar la invención proponiendo un nuevo órgano que pueda ser adicionado sobre el techo de una rueda y que permita reducir y/o eliminar las inestabilidades debidas a los «torches» (remolinos) turbulentos, particularmente con baja carga.

Con este fin, la invención se refiere a un órgano apto para ser adicionado sobre el techo o el cubo de una rueda de máquina hidráulica, estando este órgano provisto de un faldón cuya superificie es apta para quedar situada en la prolongación de una superficie mojada del techo o del cubo. Este órgano está equipado con al menos una aleta situada radialmente en el interior del faldón anteriormente citado, mientras que esta aleta sobresale axialmente, hacia abajo, cuando el órgano se encuentra adicionado sobre la rueda, con relación a un borde interior libre del faldón que delimita una abertura que permite la circulación del agua hacia o a partir del volumen interior del faldón y por que la porción de la o de cada aleta que sobresale hacia abajo con relación al borde libre del faldón permite influir sobre la corriente en la proximidad del eje de rotación de la rueda.

El hecho de que la porción de la o de cada aleta que sobresale por debajo del faldón permita influir sobre la corriente en la proximidad del eje de rotación de la rueda reduce sustancialmente los remolinos o turbulencias en esta zona. La o las aletas no tienen por qué tener una forma de álabe compleja, lo cual facilita la concepción y la fabricación de un órgano conforme a la invención. Como las aletas se colocan radialmente en el interior del faldón, las mismas no perturban la circulación de agua sobre la superficie radial externa del faldón que prolonga la superficie mojada del techo o del cubo de la rueda. De este modo, el hecho de actuar localmente sobre los remolinos o turbulencias en la proximidad del eje de rotación de la rueda no disminuye sustancialmente el rendimiento global de la instalación.

Según aspectos ventajosos pero no obligatorios, un órgano conforme a la invención puede incorporar una o varias características de las reivindicaciones 2 a 13, tomadas en cualquier combinación técnicamente admisible.

La invención se refiere igualmente a una rueda de máquina hidráulica equipada con un órgano tal como el descrito anteriormente. Una rueda de este tipo presenta mejores características hidráulicas y permite cambiar la estructura hidrodinámica de «torches» (remolinos) turbulentos que tienen tendencia a desarrollarse en la proximidad de su eje de rotación.

Por último, la invención se refiere a una máquina hidráulica equipada con una rueda tal como la mencionada anteriormente. Una máquina de este tipo puede ser una turbina, una bomba o una turbina-bomba.

Cuando el órgano comprende medios de ajuste de la posición axial de las aletas con relación a la pared, la máquina está ventajosamente equipada con medios de control de los medios de ajuste en función de los parámetros de una corriente que pasa por la rueda.

La invención se comprenderá mejor y otras ventajas de ésta aparecerán más claramente a la luz de la descripción que sigue, de cuatro modos de realización de un órgano y de una rueda de Francis conformes a la invención, dada únicamente a título de ejemplo y realizada con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales :

- la figura 1 es una sección axial de una rueda de turbina conforme a la invención ;

- la figura 2 es una vista en perspectiva a mayor escala de la punta de la rueda de la figura 1 ;

-la figura 3 es una vista por debajo de la punta de la figura 2 ;

- la figura 4 es una sección según la línea IV-IV en la figura 3, correspondiendo esta sección a la representación de la punta en la figura 1 ;

- la figura 5 es una sección según la línea V-V de la figura 3 ;

- la figura 6 es una sección análoga a la figura 1 para una rueda de turbina conforme a un segundo modo de realización de la invención e incorporando una punta conforme a un segundo modo de realización de la invención ;

- la figura 7 es una vista por debajo análoga a la figura 3 para una punta conforme a un tercer modo de realización de la invención ;

- la figura 8 es una sección según la línea VIII-VIII de la figura 7 ;

- la figura 9 es una sección axial análoga a la figura 1 para una rueda conforme a un cuarto modo de realización de la invención ;

- la figura 10 es una vista en perspectiva de la punta de la rueda de la figura 9 ; y

- la figura 11 es una sección según la línea XI-XI de la digura 10 pero a mayor escala.

La rueda de turbina Francis 1 representada en la figura 1 está destinada para formar parte de una turbina T de tipo Francis estando unida con un árbol 2 móvil en rotación alrededor de un eje vertical Z. Esta rueda se alimenta a partir de un cárter 3 perteneciente a una instalación que comprende la turbina T y que sirve para transformar la energía hidráulica en energía eléctrica o mecánica, según el material con el cual el árbol 2 esté conectado en la parte alta.

Para claridad del dibujo, los elementos 2 y 3 se han representado con líneas de trazo mixto en la figura 1.

La rueda 1 comprende álabes 11 regularmente repartidos alrededor del eje central Z1 de la rueda que se confunde con el eje Z en la configuración instalada de la turbina T. Un techo 12 está previsto en la parte superior y radial interna de la rueda 1, mientras que un cinturón 13 bordea las partes inferiores y radiales externas de los álabes 11. Un conducto de corriente se crea entre cada par de dos álabes 11 adyacentes, estando este conducto delimitado por los álabes 11, por una superficie mojada 121... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Organo (4) apto para ser adicionado al techo (12) o al cubo de una rueda (1) de máquina hidráulica (T) , estando este órgano provisto de un faldón (42) del cual una superficie (421) es apta para colocarse en la prolongación de una superficie mojada (121) del techo o del cubo, estando el órgano equipado con al menos una aleta (43) situada radialmente en el interior del faldón (42) , caracterizado por que esta aleta sobrepasa axialmente (h) , hacia la parte baja cuando el órgano se adiciona sobre la rueda, con relación a un borde inferior libre (424) del faldón que delimita una abertura (45) que permite la circulación del agua hacia o a partir del volumen interior del faldón y por que la porción (434) de la o de cada aleta (43) que sobrepasa hacia la parte baja con relación al borde libre (424) del faldón (42) permite influir sobre la corriente en la proximidad del eje de rotación (Z) de la rueda (1) .

2. Organo según la reivindicación 1, caracterizado por que la o cada aleta (43) presenta, en su parte (434) que sobrepasa axialmente hacia la parte baja con relación al faldón (42) , un borde radial externo (436) que no sobrepasa sustancialmente, según una dirección radial, el borde inferior del faldón (424) , alejándose del eje central (Z4) del faldón.

3. Organo según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que la aleta o cada aleta se extiende paralelamente a una dirección (P4) radial con relación al eje de simetría (Z4) del faldón (42) .

4. Organo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que una porción (437) de la o de cada aleta

(43) se extiende axialmente en el interior del faldón (42) .

5. Organo según la reivindicación 4, caracterizado por que un borde (431) de la porción (437) de la o de cada aleta (43) que se extiende por el interior del faldón (42) se encuentra contigüo a la superficie interna (422) del faldón.

6. Organo según una de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque un borde (432) de la aleta o de cada aleta se encuentra contigüa a una superficie (412) de una abrazadera (41) de fijación del órgano (4) al techo (12) o al cubo de la rueda (1) , dirigiéndose esta superficie (412) hacia la parte baja cuando el órgano (4) se adiciona a la rueda.

7. Organo según la reivindicación 6, caracterizado por que cada aleta (43) está soldada a la abrazadera (41) y al faldón (42) radialmente en el interior del faldón.

8. Organo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la longitud (h) sobre la cual un elemento sobrepasa axialmente la pared es regulable (F1) .

9. Organo según la reivindicación 8, caracterizado por que comprende medios (63) de ajuste (F1) , cuando el órgano

(4) se encuentra adicionado sobre la rueda (1) , de la posición axial (h) del elemento (43) con relación al faldón (42) .

10. Organo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el faldón (42) es móvil con relación a la rueda (1) paralelamente a su eje central (Z4) , cuando el órgano (4) se encuentra montado sobre la rueda.

11. Organo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada aleta (43) está provista de un borde (435) perpendicular al eje central (Z4) del faldón y que se extiende a una distancia (h) del borde inferior (424) del faldón (42) y por debajo de este borde.

12. Organo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada aleta (43) está provista de un borde libre (433) paralelo al eje central (Z4) del faldón y que se extiende a una distancia (d1) de este eje.

13. Organo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que las aletas (43) se juntan en una porción central del volumen interno del faldón (42) .

14. Rueda (1) de máquina hidráulica (T) equipada con un órgano (4) según una de las reivindicaciones anteriores.

15. Máquina hidráulica (T) equipada con una rueda (1) según la reivindicación 14.

16. Máquina hidráulica según la reivindicación 15, caracterizada por que el órgano (4) es según la reivindicación 9 y/o la reivindicación 10 y la máquina (T) está equipada con medios (7) de control (S7) de los medios de ajuste (63) de la posición del elemento (43) o del faldón (42) , en función de los parámetros (S’8) de una corriente (E) que pasa por la rueda (1) .


 

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