ES2593840T3 - Método y sistema para ajustar una turbina hidráulica usando boquillas de inyección secundarias en un anillo de boquillas - Google Patents

Método y sistema para ajustar una turbina hidráulica usando boquillas de inyección secundarias en un anillo de boquillas Download PDF

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Ryan KITZMILLER
Jason B. HUNT
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Fluid Equipment Development Co LLC
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Abstract

Una turbina hidráulica (200, 200'), que comprende: una carcasa (202) que tiene una voluta (232) y una salida (30); un rodete (224) acoplado a rotación a la carcasa (202); un anillo de boquillas (228) que tiene una pluralidad de boquillas principales (230) y una pluralidad de boquillas secundarias (410), dirigiendo dicha pluralidad de boquillas principales (230) y dicha pluralidad de boquillas secundarias (410) fluido hacia el rodete (224); un conjunto de válvula auxiliar (256) que pone en comunicación selectivamente fluido procedente de la voluta (232) hasta la pluralidad de boquillas secundarias (410); y un accionador (210) acoplado al conjunto de válvula auxiliar (256), que desplaza dicho conjunto de válvula auxiliar (256) desde una primera posición, que pone en comunicación fluido desde la voluta (232) hacia dentro de las boquillas secundarias (410), hasta una segunda posición, que bloquea el flujo de fluido hasta dichas boquillas secundarias (410).

Description

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DESCRIPCION
Metodo y sistema para ajustar una turbina hidraulica usando boquillas de inyeccion secundarias en un anillo de boquillas
Solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica prioridad de la solicitud de utilidad de EE. UU. numero 13/757.034, presentada el 1 de febrero de 2013.
Campo tecnico
La presente invencion se refiere, en general, a turbinas hidraulicas y, mas especlficamente, a un metodo y un sistema para el ajuste fino de la resistencia de la turbina usando boquillas secundarias en un anillo de boquillas.
Antecedentes
Lo que se expone en esta seccion proporciona simplemente la informacion de antecedentes relacionada con la presente invencion y puede que no constituya la tecnica anterior.
Los turbocompresores se usan para muchas aplicaciones. Un turbocompresor incluye una zona de bomba y una zona de turbina. Los turbocompresores se usan para recuperar energla de una corriente a presion de fluido. Una presion excesiva en la zona de turbina se utiliza para accionar la zona de bomba. Un uso para un turbocompresor es recuperar energla de una salida de salmuera de un conjunto de membranas de osmosis inversa.
Los sistemas de osmosis inversa funcionan en un amplio intervalo de condiciones de funcionamiento para cualquier flujo dado, al tiempo que se busca mantener un alto nivel de comportamiento. Se conocen diversas configuraciones de turbina para mejorar los niveles de comportamiento de la turbina.
En una turbina conocida, los sistemas de voluta de boquilla unica usan un vastago de valvula para permitir derivar fluido desde la entrada de la turbina hasta la rueda movil o rodete. Se consigue alguna mejora en el comportamiento. Sin embargo, la derivacion de voluta de boquilla unica tiene un rendimiento inferior y una carga radial desequilibrada sobre el rodete debido a la distribucion de presion alrededor de la periferia.
El documento FR 1 216 975 A divulga una turbina que comprende una carcasa que tiene una voluta y una salida; un rodete acoplado a rotacion a la carcasa; un anillo de boquillas que tiene una pluralidad de boquillas principales, en la que dicha pluralidad de boquillas principales dirigen fluido hacia el rodete.
Otro tipo de sistema de turbina es una boquilla de alabes variables que tiene alabes moviles para cambiar el tamano de la boquilla de alabes. Los problemas asociados con esta configuracion son un rendimiento inferior debido a perdidas en la entrada al alabe, un rendimiento inferior debido a fugas a traves de las holguras de las partes moviles, unas piezas mecanicas sometidas a desgaste y un complejo procedimiento de montaje implicado al montar el alabe variable.
Sumario
La presente invencion proporciona un diseno de turbina que permite el ajuste fino de la resistencia de la turbina usando boquillas secundarias que se controlan selectivamente para aumentar la cantidad de fluido desde la voluta hasta el rodete.
En un aspecto de la invencion, una turbina hidraulica, con las caracterlsticas de la reivindicacion 1, incluye una carcasa que tiene una voluta y una salida, y un rodete acoplado a rotacion a la carcasa. La turbina incluye un anillo de boquillas que tiene una pluralidad de boquillas principales y una pluralidad de boquillas secundarias. La pluralidad de boquillas principales y la pluralidad de boquillas secundarias dirigen fluido hacia el rodete. Un conjunto de valvula auxiliar pone en comunicacion selectivamente fluido desde la voluta hasta la pluralidad de boquillas secundarias. Un accionador esta acoplado al conjunto de valvula auxiliar, desplazando dicho conjunto de valvula auxiliar desde una primera posicion, que pone en comunicacion fluido desde la voluta hacia dentro de las boquillas secundarias, hasta una segunda posicion, que bloquea el flujo de fluido hasta dichas boquillas secundarias.
En otro aspecto de la invencion, un metodo para hacer funcionar una turbina hidraulica, segun la reivindicacion 13, incluye poner en comunicacion fluido desde una voluta de la turbina, a traves de una pluralidad de boquillas principales de un anillo de boquillas, para hacer girar un rodete sobre un arbol; accionar un conjunto de accionador para desplazar un conjunto de valvula auxiliar a fin de abrir una pluralidad de boquillas secundarias del anillo de boquillas al fluido procedente de la voluta y, despues de ello, hacer girar el rodete con fluido desde la pluralidad de boquillas principales y la pluralidad de boquillas secundarias.
Las areas adicionales de aplicabilidad resultaran evidentes a partir de la description proporcionada en esta memoria. Se deberla entender que la descripcion y los ejemplos especlficos estan destinados solamente a fines ilustrativos y no estan destinados a limitar el alcance de la presente invencion.
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Dibujos
Los dibujos descritos en esta memoria son solamente con fines ilustrativos y no estan destinados a limitar de modo alguno el alcance de la presente invencion.
La figura 1A es una vista esquematica de bloques de un sistema de osmosis inversa que incluye un turbocompresor. La figura 1B es una vista esquematica de bloques del turbocompresor de la figura 1A.
La figura 1C es una vista esquematica de bloques de un conjunto de turbocompresor y motor denominado HEMI.
La figura 2A es una vista, en perspectiva, del turbocompresor segun la presente invencion.
La figura 2B es una vista, en despiece ordenado, del turbocompresor.
La figura 3 es una vista extrema del turbocompresor, desde el extremo de entrada.
La figura 4 es una vista, en seccion transversal, por la llnea A-A de la figura 3.
La figura 5 es una vista extrema, desde el extremo de salida del turbocompresor.
La figura 6 es una vista, en seccion transversal, correspondiente a la seccion B-B de la figura 5.
La figura 7 es una vista, en seccion transversal, del turbocompresor por la llnea C-C de la figura 5.
La figura 8A es una vista, en perspectiva, de la tapa extrema del turbocompresor.
La figura 8B es una vista extrema de la tapa extrema del turbocompresor.
La figura 9 es una vista, en perspectiva, de la placa auxiliar.
Las figuras 10A y 10B representan la placa auxiliar con relacion a la abertura en una posicion cerrada y en una posicion abierta, respectivamente.
Las figuras 11A y 11B ilustran una vista detallada del anillo de boquillas.
La figura 11C es una vista extrema del anillo de boquillas.
La figura 12 es una vista, en despiece ordenado, de un segundo ejemplo de la invencion.
La figura 13 es una vista extrema del segundo ejemplo de la invencion, desde el extremo de salida.
La figura 14 es una vista, en seccion transversal, del segundo ejemplo del turbocompresor por la llnea E-E de la figura 13.
Las figuras 15A y 15B son vistas, en perspectiva y desde abajo, de la placa auxiliar rotatoria segun el segundo ejemplo de la invencion.
La figura 16A es una vista, en perspectiva, del segundo ejemplo del conjunto de valvula auxiliar.
La figura 16B es una vista extrema del conjunto de vastago de valvula auxiliar del segundo ejemplo.
La figura 17 es una vista lateral simplificada del conjunto de vastago de valvula auxiliar, la placa auxiliar rotatoria y el anillo de boquillas del segundo ejemplo.
Las figuras 18A-18C son vistas extremas respectivas de la placa auxiliar rotatoria con relacion al anillo de boquillas, que tiene las aberturas del anillo de boquillas alineadas con las boquillas secundarias, las aberturas de la placa auxiliar rotatoria parcialmente alineadas con las boquillas secundarias y las aberturas de la placa auxiliar no alineadas con las boquillas secundarias.
Descripcion detallada
La siguiente descripcion es simplemente a tltulo de ejemplo por naturaleza y no esta destinada a limitar la presente invencion, su aplicacion, o sus usos. Con fines de claridad, en los dibujos se usaran los mismos numeros de referencia para identificar elementos similares. Como se usa en esta memoria, la frase al menos uno de A, B y C se deberla interpretar como que significa una logica (A o B o C), usando una logica OR no exclusiva. Se deberla entender que las etapas de un metodo se pueden ejecutar en orden diferente sin alterar los principios de la presente invencion.
La presente invencion mejora el comportamiento global de las turbinas hidraulicas, al tiempo que se mantiene la flexibilidad para cumplir diversos criterios no previstos. Tlpicamente, los turbocompresores estan disenados para un
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conjunto limitado de condiciones de funcionamiento. El diseno mejorado permite que los turbocompresores cumplan criterios no previstos. El diseno del anillo de boquillas incluye boquillas secundarias que permiten que la turbina cumpla el comportamiento pico en el punto de servicio deseado, sin sacrificar la variabilidad. La forma geometrica fija de las boquillas permite que se mantenga la presion total, al tiempo que se elimina la posibilidad de fugas que se manifiesta, a menudo, en disenos de alabes variables. Como se describira mas adelante, las boquillas estan colocadas simetricamente alrededor de la periferia del rodete de manera que este equilibrada la distribucion de presion alrededor de dicho rodete. Equilibrando la presion se mejora la vida util de los soportes, puesto que se reduce la carga lateral de dichos soportes. Reduciendo la carga lateral de los soportes se reducen las averlas de los mismos y se mejora as! la duracion del equipo.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 1A, se expone un sistema de osmosis inversa 10 que incluye un turbocompresor 12. En este ejemplo, el fluido de alimentacion desde un distribuidor de entrada 14 se pone en comunicacion a traves de una bomba a alta presion 16, que se pone en comunicacion, a su vez, con una carcasa de membrana 18 a traves del turbocompresor 12. La carcasa de membrana 18 incluye una membrana de osmosis inversa 20 que se usa para generar agua potable a partir de agua del mar. El agua potable se genera en la salida de permeado 22 de la carcasa de membrana. Una corriente de salmuera procedente de la carcasa de membrana se dirige a una entrada 24 del turbocompresor 12 a traves de una valvula de control 25 para salmuera. El turbocompresor 12 usa la energla de la corriente de salmuera a alta presion para aumentar la presion del fluido de alimentacion. El fluido de alimentacion a presion procedente de la bomba a alta presion 16 se recibe a traves de una entrada de bomba 26. El turbocompresor 12 aumenta la presion del fluido de alimentacion, y aumenta la presion del fluido de alimentacion en la salida de bomba 28. Los residuos procedentes del turbocompresor 12 se descargan a una presion inferior a traves de la salida de turbocompresor 30. Aunque se ilustra un ejemplo especlfico de un sistema de osmosis inversa 10, diversos ejemplos de sistemas de osmosis inversa resultaran evidentes para los expertos en la tecnica. Al disponer el turbocompresor 12, se reduce la presion requerida desde la bomba a alta presion y se reduce tambien la energla total consumida por el sistema si se compara con un sistema sin dicho turbocompresor 12.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 1B, el turbocompresor 12 esta ilustrado con mas detalle. El turbocompresor 12 incluye una zona de turbina 40 y una zona de bomba 42. La zona de turbina 40 recupera energla de la corriente a alta presion al hacer girar, y al hacer girar por ultimo, los componentes dentro de la zona de bomba 42. La bomba se usa para aumentar la presion del fluido a la entrada de la carcasa de membrana 18.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 1C, el turbocompresor 12 puede estar incorporado tambien en un sistema que incluye un arbol 50 comun que se extiende no solamente a traves de la zona de bomba y turbina ilustrada en la figura 1B, sino que se extiende hasta un motor 52. El motor 52 incluye un controlador 54, permitiendo la adicion de dicho motor 52 que el turbocompresor actue como una bomba cuando se desee. El motor 52 puede actuar tambien como un generador para recuperar la potencia en exceso generada.
Haciendo referencia a continuacion a las figuras 2A y 2B, se ilustran una vista montada y una vista, en despiece ordenado, de un conjunto de turbina 200. En este ejemplo, la turbina incluye un conjunto de carcasa de turbina 202 y un conjunto de tapa extrema de turbina 204. El conjunto de carcasa de turbina 202 incluye la entrada 24 de la corriente de salmuera. El conjunto de tapa extrema incluye la salida de turbina 30.
El conjunto de tapa extrema 204 tiene un conjunto de accionador 210 acoplado al mismo. El conjunto de accionador 210 esta acoplado a un conjunto de vastago de valvula 212 que se extiende a traves del conjunto de tapa extrema 204. El conjunto de accionador 210 puede incluir un motor 214 utilizado para hacer girar el conjunto de vastago de valvula 212.
El conjunto de turbina 200 tiene un arbol 220 que se extiende hacia dentro de la abertura de arbol 222. El arbol 220 esta acoplado a un rodete de turbina 224 y gira con el mismo. El arbol representa el eje de rotacion del rodete 224. El arbol se puede extender hacia fuera de la carcasa de turbina entrando en la zona de bomba del turbocompresor. El rodete 224 tiene unos alabes 226 que se usan para recibir fluido a presion y hacer girar el arbol 220.
Un anillo de boquillas 228 esta dispuesto dentro del conjunto de turbina 200. El anillo de boquillas 228 incluye unas boquillas principales 230 que dirigen fluido desde el volumen de la voluta 232 al interior del conjunto de turbina 200. Las boquillas principales 230 dirigen fluido para hacer girar el rodete 224.
Una pared 240 se extiende desde el conjunto de tapa extrema y se usa para proporcionar una separacion entre la voluta 232 y una camara auxiliar 242. La pared 240 se extiende en una direccion axial con relacion al arbol 220 que define el eje de rotacion del conjunto de turbina 200.
La pared 240 incluye una abertura 250 que permite poner en comunicacion el fluido desde la voluta 232 hacia dentro de la camara auxiliar 242. La abertura 250 se abre y se cierra selectivamente usando una placa auxiliar 252 para formar una holgura para fluido (descrita en lo que sigue). La holgura para fluido esta limitada por el conjunto de carcasa de turbina 202 y la pared 240 del conjunto de tapa extrema 204. La placa auxiliar 252 esta dispuesta dentro de la camara auxiliar 242. La placa auxiliar 252 se mueve en una direction axial con relation al eje de rotacion 221 definido por el arbol 220. El conjunto de vastago de valvula 212 puede estar roscado y un agujero 254 de la placa
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auxiliar puede estar tambien roscado correspondientemente. El conjunto de accionador 210 puede hacer girar el conjunto de vastago de valvula 212. La rotacion aplica las roscas del agujero 254 para desplazar la placa auxiliar 252 en una direccion axial con relacion al eje de rotacion 221 a fin de abrir y cerrar selectivamente dicho agujero 254 de manera que el fluido desde la voluta 232 pueda circular, o ser impedido a circular, a traves del mismo hacia dentro de la camara auxiliar 242.
Un conjunto de valvula auxiliar 256, en el primer ejemplo expuesto anteriormente, incluye la placa auxiliar 252 y el accionador 210. El conjunto de valvula auxiliar 256 puede incluir tambien el conjunto de vastago de valvula 212.
Se puede usar un accionador manual 260 para reemplazar el conjunto de accionador 210. El accionador manual 260 puede actuar para hacer girar manualmente el conjunto de vastago de valvula 212 a fin de abrir y cerrar la abertura al flujo de fluido procedente de la voluta 232.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 3, una vista extrema del conjunto de turbina 200 que ilustra el conjunto de carcasa de turbina 202, la voluta 232, el conjunto de tapa extrema 204 y la salida 30, que se exponen de manera montada. Se expone tambien el conjunto de accionador 210 acoplado al conjunto de tapa extrema 204. En este ejemplo, se toma una seccion A-A por la entrada de turbina 24 y el conjunto de carcasa de turbina 202.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 4, la seccion A-A de la figura 3 esta ilustrada con mas detalle. En este ejemplo, la voluta 232 esta ilustrada con mas detalle. Igualmente, la seccion incluye tambien el anillo de boquillas 228. Como se ilustra, el anillo de boquillas 228 incluye las boquillas principales 230, que estan espaciadas simetricamente alrededor de dicho anillo de boquillas 228. Las boquillas principales 230 dirigen fluido desde la voluta 232 hacia los alabes 226 del rodete 224.
Como se describira adicionalmente en lo que sigue, el anillo de boquillas 228 puede incluir asimismo unas boquillas secundarias 410 espaciadas tambien simetricamente alrededor de dicho anillo de boquillas 228. Como se ilustra, cinco boquillas secundarias 410 y cinco boquillas principales 230 estan dispuestas en el anillo de boquillas 228. Cada una de las boquillas principales 230 esta acoplada para circulacion de fluido a una boquilla secundaria 410 respectiva. Como se describira en lo que sigue, las boquillas secundarias se acoplan para circulacion de fluido selectivamente a la voluta, como se describira con detalle en lo que sigue. Como se describira mas adelante, las boquillas secundarias se utilizan selectivamente para mejorar el funcionamiento usando las boquillas principales.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 5, se expone una vista extrema del conjunto de turbina 200. El conjunto de turbina 200 se describira con mas detalle con relacion a la seccion B-B y la seccion C-C.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 6, la seccion B-B esta ilustrada con mas detalle. En esta vista, se ilustra la camara auxiliar 242 que tiene forma anular. Se ilustran la posicion del anillo de boquillas 228 y las boquillas principales 230. Como se ha mencionado anteriormente, el fluido pasa desde la voluta 232, a traves de las boquillas principales 230, hacia el rodete 224 y los alabes de rodete 226. El fluido en la voluta 232 esta a una alta presion con relacion a la presion en la salida 30.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 7, la seccion C-C de la figura 5 esta ilustrada con mas detalle. En este ejemplo, la seccion es tambien a traves del conjunto de vastago de valvula auxiliar 212. La pared 240, que tiene forma anular, esta ilustrada tambien con la abertura 250. La placa auxiliar 252 esta ilustrada con el agujero 254 para recibir el conjunto de vastago de valvula 212. Como se ha mencionado anteriormente, unas roscas 710, 712 en el conjunto de vastago de valvula 212 y un agujero 254 de la placa auxiliar 252, respectivamente, se usan para desplazar la placa auxiliar en la direccion ilustrada por la flecha 714. En esta vista, la placa auxiliar 252 esta ilustrada en la posicion abierta de manera que circule fluido desde la voluta 232 hacia dentro de la camara auxiliar 242.
Haciendo referencia a continuacion a las figuras 8A y 8B, se exponen vistas de la tapa extrema 204. En este ejemplo, se expone la abertura 250 en la pared 240 que separa la voluta de la camara auxiliar 242. Una abertura 810 a traves del conjunto de tapa extrema 204 se usa para recibir el conjunto de vastago de valvula 212 ilustrado en la figura 2B.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 9, se ilustra una vista, en perspectiva, de la placa auxiliar 252. En este ejemplo, se ilustra el agujero 254 que tiene las roscas interiores 712. Las roscas interiores engranan con las roscas exteriores 710 del conjunto de vastago de valvula 212.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 10A, una vista detallada de la abertura 250 en la pared 240 del conjunto de tapa extrema 204 esta ilustrada con mas detalle. En este ejemplo, la placa auxiliar 252 cierra la abertura 250. El otro llmite de la abertura es el anillo de boquillas 228.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 10B, la placa auxiliar 252 esta ilustrada en una posicion abierta de manera que la abertura 250 permita que el fluido desde la voluta 232 entre en la camara auxiliar 242 a traves de la holgura para fluido 1010. La magnitud que se abre la placa auxiliar 252 cambia el area de la holgura para fluido 1010. La cantidad de fluido se puede regular o cambiar desplazando el conjunto de vastago de valvula auxiliar 212. Se pueden dejar diversos tamanos de holgura para fluido entre la abertura 250 y el anillo de boquillas 228
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dependiendo de las caracterlsticas (tales como la resistencia de la turbina) de funcionamiento deseadas de la turbina.
Haciendo referencia a continuacion a las figuras 11A y 11B, el anillo de boquillas 228 esta ilustrado con mas detalle. La figura 11B muestra la seccion D-D de la figura 11A. En este ejemplo, las boquillas principales 230 estan ilustradas con mas detalle. Se ilustran tambien las boquillas secundarias 410, que estan en comunicacion de fluido con las boquillas principales 230. El fluido en las boquillas principales 230 y las boquillas secundarias 410 se combina para circulacion de fluido y esta dirigido al rodete a traves de una salida comun 1110. Unas entradas 1112 de las boquillas principales 230 estan dispuestas en una superficie (cillndrica) anular que se extiende axialmente del anillo de boquillas.
Haciendo referencia a continuacion tambien a la figura 11C, se ilustra la vista extrema del anillo de boquillas 228, que tiene las boquillas secundarias 410 en la superficie lateral (con relacion al eje de rotacion del arbol). La entrada de las boquillas secundarias 410 se extiende hacia dentro de la superficie en una direccion axial con relacion al eje de rotacion del rodete. La superficie ilustrada en la figura 11C es perpendicular al eje de rotacion del rodete y el arbol.
En funcionamiento, la placa auxiliar 252 esta controlada desde una posicion abierta hasta una posicion cerrada y en posiciones entre las mismas, basandose en el movimiento del conjunto de vastago de valvula 212. Al controlar la posicion de la placa auxiliar 252, se puede cambiar el tamano eficaz de la holgura para fluido 1010. Esto permite que entre mas o menos fluido en la camara auxiliar 242. Para bajar la resistencia de la turbina, la placa auxiliar 252 es desplazada en una direccion axial para permitir que aumente la abertura eficaz con relacion a la abertura 250. Por supuesto, se pueden usar otras direcciones tales como alrededor del eje en una direccion anular. Aumentando el fluido desde la voluta hacia dentro de la camara auxiliar 242 se reduce la resistencia de la turbina. Cuando la placa auxiliar deja expuesta la camara auxiliar 242 a la voluta, las boquillas secundarias 410 dirigen fluido desde la camara auxiliar, a traves de las boquillas secundarias, hacia dentro de las boquillas principales 230 del anillo de boquillas 228. El fluido procedente tanto de las boquillas principales como de las boquillas secundarias 410 se usa para hacer girar el rodete 224 al dirigir fluido hacia los alabes 226.
En resumen, la rotacion del conjunto de vastago de valvula auxiliar hace que la placa auxiliar 252 se mueva en una direccion axial y abra por ello la holgura para fluido 1010 entre la voluta y la camara auxiliar en una magnitud deseada. El fluido desde la camara auxiliar 242 es dirigido al rodete, a traves de las boquillas secundarias, cuando se deja, al menos, alguna holgura para fluido 1010 por la posicion de la placa auxiliar 252. Las boquillas principales 230 dirigen tambien fluido al rodete 224 durante su funcionamiento y no estan controladas selectivamente.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 12, se ilustra una vista, en despiece ordenado, de un segundo ejemplo de un conjunto de turbina 200'. En este ejemplo, los mismos numeros de referencia se usan para ilustrar los mismos componentes expuestos en las figuras 1-11. En este ejemplo, en lugar de que el conjunto de vastago de valvula auxiliar controle o desplace la placa auxiliar 252, una leva (ilustrada en lo que sigue), que esta acoplada al conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212, hace girar una placa auxiliar 1210 rotatoria. El conjunto de accionador 210 tiene un motor que hace girar el conjunto de vastago de valvula auxiliar 212 para desplazar la placa auxiliar 1210 rotatoria hasta alinearla y desalinearla respecto a las boquillas secundarias sobre el rodete 224.
Un conjunto de valvula auxiliar 1220, en el primer ejemplo expuesto anteriormente, incluye la placa auxiliar 1210 rotatoria y el accionador 210. El conjunto de valvula auxiliar 1220 puede incluir tambien el conjunto de vastago de valvula 1212.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 13, se ilustra una vista extrema del conjunto de turbina 200' del segundo ejemplo, con llneas en seccion que ilustran la seccion E-E.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 14, se expone una vista, en seccion transversal, de la seccion E-E de la figura 13. En este ejemplo, el conjunto de vastago de valvula auxiliar 212 esta ilustrado dentro del conjunto de tapa extrema 204, en este ejemplo, la camara auxiliar 242 esta expuesta siempre a la voluta a traves del paso 1410. La placa auxiliar 1210 rotatoria se hace girar hasta ponerla y quitarla de su posicion como se describira adicionalmente en lo que sigue. Una leva 1412 gira y permite as! que la placa auxiliar 1210 rotatoria gire para permitir que las aberturas en la placa auxiliar se alineen con las boquillas secundarias. Esto se describira adicionalmente en lo que sigue.
Haciendo referencia a continuacion a las figuras 15A y 15B, se exponen una vista desde arriba y una vista desde abajo de la placa auxiliar 1210 rotatoria. En este ejemplo, la placa auxiliar rotatoria incluye unas aberturas 1510 separadas simetricamente alrededor de dicha placa auxiliar 1210 rotatoria. La posicion de las aberturas 1510 corresponde a la posicion de las boquillas secundarias en el anillo de boquillas 228.
Al menos una ranura 1512 esta situada dentro de la placa auxiliar 1210 rotatoria. La ranura 1512 se usa para encajar una leva (mostrada en las figuras 16A, 16B) a fin de hacer girar la placa auxiliar con relacion al anillo de boquillas 228. La ranura 1512 se extiende radialmente hacia dentro con relacion a la placa auxiliar rotatoria.
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Haciendo referenda a continuacion a las figuras 16A y 16B, el conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212 esta ilustrado con mas detalle. El conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212 tiene un primer extremo 1610 que se usa para su aplicacion a un motor. Una ranura 1612 se puede encajar en una chaveta (no mostrada) dentro del conjunto de vastago de valvula para hacer girar el conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212 con un aparato tal como un motor. Una leva 1620 esta dispuesta en el segundo extremo 1621. El conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212 tiene un pasador 1624 que se extiende desde el mismo. El pasador 1624 gira en la direccion indicada por la flecha 1622 alrededor del eje longitudinal 1630 del conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212.
En funcionamiento, el pasador 1624 encaja en la ranura 1512 de la placa auxiliar 1210 rotatoria. En una primera posicion, la situacion del pasador 1624 hace que las aberturas 1510 se alineen completamente con las boquillas secundarias sobre el anillo de boquillas 228 y maximicen un paso de fluido entre la voluta y la boquilla secundaria. En una segunda posicion, el pasador 1624 hace que la placa auxiliar rotatoria gire alrededor del eje longitudinal del conjunto de turbina de manera que las aberturas 1510 no se alineen con las boquillas secundarias. Por supuesto, el pasador 1624 puede estar situado en cualquier posicion entre la primera posicion y la segunda posicion para permitir la alineacion parcial de las aberturas 1510 con las boquillas secundarias a fin de proporcionar, al menos, algun paso de fluido.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 17, el conjunto de accionador 210 esta ilustrado con relacion al anillo de boquillas 228. Se expone una seccion F-F a traves del conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212.
Haciendo referencia a continuacion a las figuras 18A, 18B y 18C, se ilustran diversas posiciones del conjunto de vastago de valvula auxiliar 1212 con relacion a la seccion F-F de la figura 17. La posicion del pasador 1624 subyacente ilustrado en las figuras 16A y 16B hace moverse a la placa auxiliar 1210 rotatoria. En la figura 18A, la leva 1620 esta en una primera posicion en la que las boquillas secundarias 410 del anillo de boquillas 228 estan completamente alineadas con las aberturas 1510 de la placa auxiliar 1210 rotatoria a fin de formar una holgura para fluido maxima 1810.
En la figura 18B, las aberturas 1510 de la placa auxiliar 1210 rotatoria se muestran en alineacion parcial con las boquillas secundarias 410 del anillo de boquillas 228. En esta posicion, un flujo parcial de fluido desde la voluta hacia dentro de las boquillas secundarias se establece por la alineacion o desalineacion de las aberturas 1510 con las boquillas secundarias 410. La holgura para fluido 1810 esta redirigida desde la de la figura 18A.
Haciendo referencia a continuacion a la figura 18C, las aberturas 1510 de la placa auxiliar 1210 rotatoria estan ilustradas completamente en desalineacion respecto a las boquillas secundarias 410 del anillo de boquillas 228. En esta figura, la holgura para fluido 1810 ilustrada en las figuras 18A y 18B esta cerrada.
En funcionamiento, dependiendo de la resistencia deseada de la turbina, la cantidad de fluido que pasa a traves de las boquillas secundarias 410 se puede controlar haciendo girar la placa auxiliar 1210 rotatoria hasta diversas posiciones a fin de variar el area de la holgura para fluido 1810. Como se ilustra en la figura 18A, se establece una alineacion completa de las aberturas 510 y la placa auxiliar 1210 rotatoria con las boquillas secundarias 410. Esto permite un flujo maximo de fluido desde la voluta a traves de las boquillas secundarias que estan dirigidas hacia los alabes 226 del rodete 224. En la figura 18B, se desea mas resistencia de la turbina y, asl, se proporciona solamente una alineacion parcial de las boquillas secundarias 410 con la placa auxiliar 1210 rotatoria. Se puede controlar la magnitud de la alineacion para controlar la resistencia de la turbina. En la figura 18C, la placa auxiliar 1210 rotatoria esta completamente desalineada respecto a las boquillas secundarias 410. Como se puede observar al comparar las figuras 18A-18C, cambia la posicion de la leva 1620 y, asl, la posicion del pasador 1624. El pasador 1624 encaja en la ranura 1512 para hacer girar la placa auxiliar 1210 rotatoria alrededor del eje de rotacion 221 del arbol 220 del conjunto de turbina 200'.
Los expertos en la tecnica ya pueden apreciar, a partir de la descripcion anterior que las amplias ensenanzas de la invention se pueden implementar en una variedad de formas. Por lo tanto, aunque esta invention incluye ejemplos particulares, el verdadero alcance de la misma no se debe limitar de esta manera, dado que otras modificaciones resultaran evidentes para el profesional experto tras un estudio de los dibujos, la memoria descriptiva y las siguientes reivindicaciones.

Claims (15)

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    20
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    REIVINDICACIONES
    1. Una turbina hidraulica (200, 200'), que comprende:
    una carcasa (202) que tiene una voluta (232) y una salida (30); un rodete (224) acoplado a rotacion a la carcasa (202);
    un anillo de boquillas (228) que tiene una pluralidad de boquillas principales (230) y una pluralidad de boquillas secundarias (410), dirigiendo dicha pluralidad de boquillas principales (230) y dicha pluralidad de boquillas secundarias (410) fluido hacia el rodete (224);
    un conjunto de valvula auxiliar (256) que pone en comunicacion selectivamente fluido procedente de la voluta (232) hasta la pluralidad de boquillas secundarias (410); y
    un accionador (210) acoplado al conjunto de valvula auxiliar (256), que desplaza dicho conjunto de valvula auxiliar (256) desde una primera posicion, que pone en comunicacion fluido desde la voluta (232) hacia dentro de las boquillas secundarias (410), hasta una segunda posicion, que bloquea el flujo de fluido hasta dichas boquillas secundarias (410).
  2. 2. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 1, en la que la pluralidad de boquillas secundarias (410):
    - estan dispuestas simetricamente alrededor del rodete (224); o
    - se extienden hacia dentro de una superficie del anillo de boquillas (228) perpendicular a un eje de rotacion del rodete (224), en la que, en particular, las boquillas secundarias (410) se extienden axialmente hacia dentro del anillo de boquillas (228).
  3. 3. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 1, en la que la pluralidad de boquillas principales (230) estan acopladas para circulacion de fluido a la pluralidad de boquillas secundarias (410).
  4. 4. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 1, en la que el conjunto de valvula auxiliar (256) comprende una placa auxiliar (252, 1210) acoplada al accionador (210), desplazando dicho accionador (210) la placa auxiliar (252, 1210) desde la primera posicion hasta la segunda posicion.
  5. 5. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 4, en la que la carcasa (202) comprende una pared (240) que se extiende axialmente y que tiene una abertura, estando dicha pared (240) dispuesta entre la voluta (232) y una camara auxiliar (242) adyacente a la pluralidad de boquillas secundarias (410), en la que, en particular, la pared (240) que se extiende axialmente esta dispuesta en un conjunto de tapa extrema de turbina (204), que comprende particularmente una salida de turbina.
  6. 6. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 4, en la que el accionador (210) desplaza la placa auxiliar (252, 1210) en una direccion axial.
  7. 7. La turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 6, en la que el accionador (210) comprende un conjunto de vastago de valvula (212, 1212) acoplado a la placa auxiliar (252, 1210), en la que dicho conjunto de vastago de valvula (212, 1212) gira haciendo que la placa auxiliar (252, 1210) se mueva en la direccion axial, en la que, en particular, el accionador (210) comprende uno de un motor para hacer girar el conjunto de vastago (212, 1212) y un accionador manual (260) para hacer girar el conjunto de vastago (212, 1212).
  8. 8. La turbina hidraulica (200') segun la reivindicacion 1, en la que el conjunto de valvula auxiliar (256) comprende una placa auxiliar (1210) rotatoria que tiene una pluralidad de aberturas (1510) a traves de la misma.
  9. 9. La turbina hidraulica (200') segun la reivindicacion 8, en la que el accionador (210) realiza uno de:
    - desplazar la placa auxiliar (1210) rotatoria alrededor de un eje de rotacion del rodete (224); y
    - desplazar la placa auxiliar (252, 1210) rotatoria desde una primera posicion, en la que las aberturas (1510) estan alineadas con las boquillas secundarias (410) para permitir que circule fluido desde la voluta a las boquillas secundarias (410), hasta una segunda posicion, en la que las aberturas (1510) no estan alineadas con las boquillas secundarias (410).
  10. 10. La turbina hidraulica (200') segun la reivindicacion 8, en la que la placa auxiliar (1210) rotatoria comprende una ranura (1512) y el accionador (210) comprende una leva (1620) y un pasador (1624), estando dicho pasador (1612) dispuesto dentro de la ranura (1512), en la que, en particular, el accionador (210) comprende uno de un motor para hacer girar la leva (1620) y un accionador manual (260) para hacer girar la leva (1620).
  11. 11. Un sistema (10), que comprende:
    la turbina hidraulica (200, 200') segun la reivindicacion 1, que comprende un arbol (220); y
    5
    10
    15
    20
    25
    una bomba (16) acoplada al arbol (220).
  12. 12. El sistema (10) segun la reivindicacion 11, que comprende ademas una carcasa de osmosis inversa (18) en comunicacion con la turbina hidraulica (200, 200') y la bomba (16).
  13. 13. Un metodo para hacer funcionar una turbina hidraulica (200, 200'), que comprende:
    poner en comunicacion fluido desde una voluta (232) de la turbina hidraulica (200, 200'), a traves de una pluralidad de boquillas principales (230) de un anillo de boquillas (228), para hacer girar un rodete (224) sobre un arbol (220);
    accionar un conjunto de accionador (210) para desplazar un conjunto de valvula auxiliar (256) a fin de abrir una pluralidad de boquillas secundarias (410) del anillo de boquillas (228) al fluido procedente de la voluta (232); y,
    despues de ello, hacer girar el rodete (224) con fluido desde la pluralidad de boquillas principales (230) y la pluralidad de boquillas secundarias (410).
  14. 14. El metodo segun la reivindicacion 13, que comprende ademas bajar una resistencia de la turbina hidraulica (200, 200') en respuesta a desplazar el conjunto de valvula auxiliar (256) para abrir la pluralidad de boquillas secundarias (410).
  15. 15. El metodo segun la reivindicacion 13, en el que el accionamiento comprende uno de:
    - desplazar una placa auxiliar (252, 1210) en una direccion axial y, en respuesta al desplazamiento, poner en comunicacion fluido desde la voluta (232);
    - desplazar una placa auxiliar (252, 1210) en una direccion axial y, en respuesta al desplazamiento, poner en comunicacion fluido procedente de la voluta (232) a traves de una abertura (1510) en una pared (240) que se extiende axialmente de una carcasa de turbina (202); y
    - hacer girar una placa auxiliar (252, 1210) rotatoria que tiene aberturas (1510) en la misma en alineacion con las boquillas secundarias (410) del anillo de boquillas (228), en la que, en particular, hacer girar una placa auxiliar (252, 1210) comprende hacer girar la placa auxiliar (252, 1210) al desplazar un pasador (1624) dispuesto sobre una leva (1620) de un conjunto de vastago de valvula auxiliar (1212) dentro de una ranura (1512) de la placa auxiliar (252, 1210) rotatoria.
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