ES2201348T3 - Impulsor para bombas de turbinas dotado de alabes con perfil mejorado. - Google Patents

Abstract

UN ROTOR PARA UNA BOMBA DE TURBINA QUE COMPRENDE UNOS ALABES DEL TIPO CON CURVATURA DOBLE, OBTENIDO MONOLITICAMENTE A TRAVES DE UN MOLDEO A PRESION Y QUE COMPRENDE, ENTRE DOS ELEMENTOS EN FORMA DE DISCO, UNA PLURALIDAD DE ALABES DE CURVATURA DOBLE. EN CADA ALABE, LAS DOS SUPERFICIES QUE SON GOLPEADAS POR EL FLUIDO SE OBTIENEN A PARTIR DE UNA SECUENCIA DE PORCIONES CURVAS TRANSVERSALES (25) FORMADAS POR UNOS ARCOS CIRCULARES (26) CENTRADOS SOBRE UN EJE CENTRAL ESPACIAL COMUN.

Description

Impulsor para bombas de turbinas dotado de álabes con perfil mejorado.

La presente invención se refiere a un impulsor para bombas de turbinas dotado de álabes con perfil mejorado.

En particular, el impulsor según la presente invención es de tipo monolítico obtenido mediante fundición de un metal en un molde. Es sabido que las bombas de turbinas convierten la energía mecánica que reciben de un motor en energía de presión de un fluido.

La parte básica de una bomba de turbina es el impulsor, el cual transfiere la energía total a la unidad de masa del fluido que fluye a través del mismo, en parte como energía de presión y en parte como energía cinética.

El impulsor de una bomba de turbina está constituido sustancialmente por dos elementos que presentan una forma prácticamente de disco entre los cuales se encuentran dispuestos los álabes; los álabes impulsan el fluido, que es atraído hacia el eje de la bomba de turbina, hacia el remolino para la conexión con un dispositivo usuario. Un tal impulsor se conoce, por ejemplo, por el documento EP-A-0 061 375.

El número de álabes de cada impulsor y su configuración geométrica y estructural dependen de las relaciones hidráulicas y físicas que son bien conocidas y aplicadas por los proyectistas.

Con frecuencia se utilizan los álabes con retorsión, esto es, los álabes del tipo de doble curvatura.

Estos impulsores se obtienen normalmente introduciendo el metal fundido, generalmente hierro colado, en un molde dispuesto al efecto, el cual constituye, en la práctica, una forma complementaria de la que los impulsores toman su forma.

El molde que se usa presenta las impresiones de los dos elementos en forma de disco y en su parte interna incluye un macho apropiado para dar forma a las impresiones de los álabes impulsores del fluido.

El macho está construido generalmente con arena prensada y cocida, su forma es generalmente toroidal y actúa como cuerpo de matriz para los álabes.

En la ejecución práctica, es preciso comenzar a partir del dibujo de un diseño teórico de álabe producido por un proyectista.

Después un modelista debe reproducir dicho álabe teórico en un prototipo real, que se representa esquemáticamente en las figuras 1 y 2 y se designa con la letra de referencia A.

Una vez que el modelista ha creado el prototipo de álabe A, este prototipo se utiliza para formar el macho de tierra prensada y cocida, designado por la letra de referencia B en las figuras.

Después de formar el macho B, la fabricación del impulsor continúa con la inserción del macho en el molde y la introducción del metal fundido.

Además, la extracción del prototipo de álabe A del macho B, normalmente sólo puede realizarse combinando un doble movimiento que incluye un movimiento de desplazamiento hacia fuera y una elevación simultánea del prototipo, como se indica esquemáticamente en las figuras 1 y 2 por las flechas C y D.

Los prototipos de álabes A, con los cuales se da forma al macho B y que se han obtenido a partir de un dibujo teórico, presentan forma retorcida; ello produce una gran dificultad en la extracción de los prototipos A del macho B, puesto que cada nueva producción de álabes requiere la realización de planos, llenado, modificaciones y retoques de la estructura de todos los prototipos A.

Dicho de otro modo, el modelista tiene que retocar por primera vez cada prototipo A, realizando una pluralidad de operaciones de eliminación de material hasta que el prototipo puede extraerse del macho de arena B sin riesgo de daño para el mismo.

Al terminar los ajustes, se obtienen unos impulsores de bomba de turbina cuyos álabes presentan unas formas que no se ajustan a los modelos hidráulicos teóricos y que, en sus aplicaciones prácticas, reducen el rendimiento hidráulico de las máquinas de turbina.

El proceso para la modificación y adaptación del prototipo A de cada álabe, para permitir su fácil extracción del macho de arena B, normalmente requiere largo tiempo (que, en todo caso, nunca puede estimarse de antemano) y supone unos costes notablemente elevados, lo que constituye una carga para la primera etapa de la producción.

A veces el modelista se ve obligado a intervenir más de una vez, partiendo cada vez del principio, a causa errores cometidos en el proyecto y en la modificación de la estructura del prototipo A.

El propósito de la presente invención es proporcionar un impulsor para máquinas de turbina que está dotado de álabes de arrastre cuya forma elimina los inconvenientes, indicados anteriormente, de los que adolecen los tipos convencionales.

Dentro del alcance de este propósito, un objetivo particular de la presente invención es proporcionar un impulsor dotado de álabes cuyos prototipos pueden obtenerse sin requerir ajustes particularmente significativos realizados mediante eliminación de material.

Un objetivo importante de la presente invención es proporcionar un impulsor para bombas de turbinas que puede obtenerse con un coste inferior al de los impulsores obtenidos con procedimientos convencionales.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un impulsor con álabes de doble curvatura que pueden fabricarse de forma que se reduce el tiempo requerido para la creación de los machos en la primera etapa de producción.

Otro importante objetivo de la presente invención es proporcionar un impulsor con álabes de doble curvatura cuya fabricación puede permitir un mayor grado de automatización que los impulsores convencionales.

Este propósito, estos objetivos y otros que se pondrán de manifiesto a continuación, se consiguen mediante un impulsor que comprende monolíticamente, dos elementos en forma de disco entre los cuales se encuentra dispuesta una pluralidad de álabes de doble curvatura, caracterizado porque, las superficies de cada álabe se obtienen por una secuencia de porciones curvas transversales, estando formadas dichas porciones curvas transversales por arcos circulares que pertenecen a círculos contenidos en diferentes planos y centrados en un eje central espacial común.

Otras características y ventajas del impulsor según la presente invención se pondrán de manifiesto por la siguiente descripción detallada de una forma de realización del mismo, ilustrada únicamente a título de ejemplo no limitativo con los dibujos adjuntos, en los cuales:

las figuras 1 y 2 son vistas esquemáticas en perspectiva del estado de la técnica, particularmente de dos etapas para la extracción de un prototipo convencional de un macho de arena;

la figura 3 es una vista en perspectiva de un impulsor con álabes que presentan un perfil mejorado según la presente invención;

la figura 4 es una vista en perspectiva de un detalle de un impulsor con álabes que presentan un perfil mejorado según la presente invención;

la figura 5 es una vista en perspectiva de un detalle de un impulsor según la presente invención;

la figura 6 es una vista de detalle de un álabe teórico;

las figuras 7 y 8 son vistas esquemáticas de la etapa de extracción de un prototipo de álabe según la presente invención;

las figuras 9 y 10 son vistas esquemáticas de la etapa de ejecución de un prototipo de álabe según la presente invención.

Haciendo particular referencia a las figuras 3 a 10, un impulsor dotado de álabes con perfil mejorado se indica en general con la referencia numérica 10 y comprende, entre un primer elemento 11 y un segundo elemento 12, ambos en forma sustancialmente de disco, una pluralidad de álabes 13 del tipo de doble curvatura.

El impulsor 10 según la invención, está formado monolíticamente, de forma conocida por sí misma, por un metal fundido, normalmente hierro colado, que se introduce en un molde de forma complementaria apropiada (no representada en las figuras anteriormente descritas) el cual incluye un macho 14 que presenta las impresiones de los álabes 13.

El macho 14 es de estructura toroidal sobre la cual se encuentran dispuestas unas impresiones 16 de forma complementaria de los álabes 13 del impulsor 10.

En la ejecución práctica, se comienza a partir del álabe teórico 17 que es el resultado de simulaciones de diseño tridimensional auxiliado por ordenador, es de doble curvatura, se obtiene ajustándose a relaciones hidráulicas conocidas por sí mismas y carece de espesor.

En el álabe teórico 17 es posible localizar fácilmente curvas de desarrollo 21, determinadas por la unión del impulsor 10 con los elementos en forma de disco 11 y 12; un perfil interno de admisión 18, adyacente al eje central 19 del impulsor 10; y un perfil externo de entrega 20.

Continuando con la simulación de diseño tridimensional, a partir del álabe teórico 17 se localiza por aproximaciones sucesivas un eje en el espacio 23 sustancialmente inclinado con respecto a la serie de álabes teóricos 17 del impulsor 10.

El eje 23 se obtiene partiendo de una secuencia de puntos que son los centros de círculos designados, en general, por la referencia numérica 24.

Los círculos 24 se determinan inequívocamente por puntos que pertenecen al perfil interior 18 y al perfil exterior 20 de cada álabe teórico 17.

Los círculos 24 forman una secuencia de porciones curvas 25, cada una de las cuales está delimitada por arcos 26 contenidos en los círculos 24.

El resultado de la secuencia de porciones curvas 25, sustancialmente delimitadas por las curvas de desarrollo 21 del álabe teórico 17, es el álabe 13 del impulsor 10, que presenta un perfil interior 28 y un perfil exterior 27, que están conformados, respectivamente, como arcos formados por dos de los círculos 24.

El perfil interior 28 está conformado, por tanto, como un arco de círculo centrado en el eje 23 y de forma que la concavidad, en esta forma de realización, está dispuesta, en realidad, en dirección opuesta con respecto a la concavidad del arco del perfil exterior 27.

En consecuencia, partiendo del álabe teórico de doble curvatura 17, se obtiene un álabe 13 cuyas curvas de desarrollo 29 (que corresponden a las curvas de desarrollo 21 del álabe teórico 17) no cambian, sustancialmente, con respecto a las curvas correspondientes 21, puesto que el álabe 13 se obtiene como secuencia de las porciones 25 delimitadas por los arcos 26 de los círculos 24 centrados en el eje 23.

El álabe mejorado 13 puede utilizarse para obtener, prácticamente sin corrección o ajuste posterior, el macho 14 para su colocación en el molde para la fundición del impulsor 10.

El macho resultante 14 permite de hecho la extracción de los álabes 13 de las huellas 16 con un movimiento en una sola dirección, indicado por la referencia numérica 30, que corresponde a un arco de uno de los círculos 24 centrados en el eje 23.

En la práctica, se ha comprobado que la presente invención consigue efectivamente el propósito perseguido y todos los objetivos.

En particular, una ventaja importante que se consigue con la presente invención consiste en que proporciona un impulsor dotado de álabes de perfil mejorado que puede obtenerse sin ninguna modificación y sin requerir ajustes producidos eliminando material.

Otra ventaja que se asegura con la presente invención consiste en que se proporciona un impulsor dotado de álabes mejorados que puede fabricarse con costes de producción extremadamente competitivos con respecto a los impulsores obtenidos con procedimientos convencionales.

Otra ventaja importante que se consigue con la presente invención se debe a que se proporciona un impulsor de bomba de turbina dotado de álabes de doble curvatura que puede producirse en un tiempo muy corto y dentro de los límites de tiempo preestablecidos para los impulsores convencionales.

Otra ventaja importante que se consigue con la presente invención es que se proporciona un impulsor para bomba de turbina con álabes de perfil mejorado que puede producirse mediante un proceso totalmente automatizado.

La presente invención admite numerosas modificaciones y variaciones, todas las cuales se encuentran dentro del alcance del mismo concepto de la invención.

Además, todos los detalles pueden ser sustituidos por otros elementos técnicamente equivalentes.

Los materiales empleados, así como las dimensiones, pueden ser cualesquiera que se ajusten a las necesidades.

Cuando determinadas características técnicas mencionadas en cualquiera de las reivindicaciones van seguidas de signos de referencia, tales signos de referencia se han incluido con el exclusivo objeto de aumentar la inteligibilidad de las reivindicaciones y, por consiguiente, tales signos de referencia no tienen ningún efecto limitativo sobre la interpretación de cada uno de los elementos identificados, a título de ejemplo. por dichos signos de referencia.

Claims (2)

1. Impulsor (10) que comprende monolíticamente, dos elementos en forma de disco (11, 12) entre los cuales se encuentra dispuesta una pluralidad de álabes de doble curvatura (13), caracterizado porque las superficies de cada álabe se obtienen por una secuencia de porciones curvas transversales (25), estando formadas dichas porciones transversales por arcos circulares (26), que pertenecen a círculos (24) contenidos en diferentes planos y centrados en un eje central espacial común (33).

2. Impulsor según la reivindicación 1, caracterizado porque cada uno de dichos álabes de doble curvatura (13) forma un perfil interior de admisión (18), adyacente al eje central, y un perfil exterior de entrega (20), estando conformados dichos perfiles según arcos que pertenecen a dos de dichos círculos (24).