ES2931325T3 - Turbina hidráulica - Google Patents

Turbina hidráulica Download PDF

Info

Publication number
ES2931325T3
ES2931325T3 ES20733520T ES20733520T ES2931325T3 ES 2931325 T3 ES2931325 T3 ES 2931325T3 ES 20733520 T ES20733520 T ES 20733520T ES 20733520 T ES20733520 T ES 20733520T ES 2931325 T3 ES2931325 T3 ES 2931325T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
blade
leading edge
impeller
blades
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES20733520T
Other languages
English (en)
Inventor
Abraham D Schneider
Sterling Marina Watson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Natel Energy Inc
Original Assignee
Natel Energy Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Natel Energy Inc filed Critical Natel Energy Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2931325T3 publication Critical patent/ES2931325T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/121—Blades, their form or construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/08—Machine or engine aggregates in dams or the like; Conduits therefor, e.g. diffusors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/125—Rotors for radial flow at high-pressure side and axial flow at low-pressure side, e.g. for Francis-type turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/10—Submerged units incorporating electric generators or motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/04—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto with substantially axial flow throughout rotors, e.g. propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B3/00—Machines or engines of reaction type; Parts or details peculiar thereto
    • F03B3/12—Blades; Blade-carrying rotors
    • F03B3/126—Rotors for essentially axial flow, e.g. for propeller turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2210/00—Working fluid
    • F05B2210/10—Kind or type
    • F05B2210/11—Kind or type liquid, i.e. incompressible
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/30—Application in turbines
    • F05B2220/32—Application in turbines in water turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/13—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines
    • F05B2240/133—Stators to collect or cause flow towards or away from turbines with a convergent-divergent guiding structure, e.g. a Venturi conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/24—Rotors for turbines
    • F05B2240/242—Rotors for turbines of reaction type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301—Cross-section characteristics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/303—Details of the leading edge
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/70—Shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00—Function
    • F05B2260/84—Modelling or simulation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/60—Ecological corridors or buffer zones
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Lubrication Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Abstract

Un corredor para una turbina hidráulica configurado para reducir la mortalidad de los peces. La corredera incluye un cubo y una pluralidad de palas que se extienden desde el cubo. Cada hoja incluye una raíz conectada al cubo y una punta opuesta a la raíz. Cada pala incluye además un borde de ataque opuesto a un borde de salida, y la relación entre el grosor del borde de ataque y el diámetro de la corredera puede oscilar entre aproximadamente 0,06 y aproximadamente 0,35. Además, cada pala tiene un borde de ataque que está curvado con respecto a un eje radial de la corredera. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina hidráulica
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un rodete de turbina hidroeléctrica. Específicamente, la presente invención se refiere a un rodete de turbina para aplicaciones de altura de caída baja configurado para fomentar un paso aguas abajo seguro de los peces a través de la turbina.
Antecedentes de la invención
Cada vez es más necesario contar con centrales hidroeléctricas que tengan un impacto bajo sobre el entorno. Con el fin de reducir el impacto sobre el entorno, las centrales hidroeléctricas se están diseñando para aplicaciones de altura de caída baja (por ejemplo, una altura de caída de 20 metros o menos) y aplicaciones de altura de caída muy baja (por ejemplo, una altura de caída de 5 metros o menos) tales como para la instalación en un río o arroyo. Es deseable que las centrales hidroeléctricas tengan un efecto mínimo sobre los peces y otra fauna acuática (por ejemplo, no dañando a los peces y evitando bloquear el desplazamiento o la migración de los peces). También es deseable construir centrales hidroeléctricas con unos costes de instalación, de funcionamiento y de mantenimiento relativamente bajos.
En consecuencia, existe una necesidad continuada en la técnica de una turbina para aplicaciones de altura de caída baja que permita un paso aguas abajo seguro de los peces a través de la turbina y que minimice los costes de instalación, de funcionamiento y de mantenimiento.
Se conocen turbinas hidráulicas a partir de los documentos CN 103912434 B, US 1833529 A, WO 2013/059935 A1, US 2018/372059 A1 y JP 2017020372 A.
Breve sumario de la invención
La presente invención proporciona un rodete de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones adicionales del rodete. Algunas realizaciones en el presente documento se refieren a un rodete para una turbina hidráulica que incluye un buje y una pluralidad de palas que se extienden desde el buje. Cada pala tiene una raíz conectada al buje y una punta opuesta a la raíz, e incluye además un borde de ataque opuesto a un borde de salida. Una relación entre un espesor del borde de ataque de una pala y un diámetro del rodete puede ser aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,2. El borde de ataque de cada pala puede ser recto o se puede curvar en relación con un eje radial perpendicular al eje de rotación del rodete.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, el espesor del borde de ataque de la pala puede ser al menos aproximadamente 50 mm.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la pluralidad de palas puede incluir tres palas.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, cada una de la pluralidad de palas puede tener la misma forma y las mismas dimensiones.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, el borde de ataque de cada una de la pluralidad de palas puede tener forma de silla de montar.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, una relación entre el espesor de una pala de la pluralidad de palas y un diámetro del rodete puede ser de aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, el borde de ataque de una pala de la pluralidad de palas puede formar un ángulo en la punta en relación con una superficie concéntrica adyacente de aproximadamente 20 a aproximadamente 45 grados.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la raíz de la pala en el borde de ataque se puede disponer en un eje radial del rodete, y la punta de la pala en el borde de ataque se dispone de forma coincidente con el eje radial.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la raíz de la pala en el borde de ataque se puede disponer en un eje radial del rodete, y la punta de la pala en el borde de ataque se puede extender hacia delante del eje radial.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, el rodete puede tener un diámetro de al menos aproximadamente 0,5 metros.
El diámetro del rodete puede ser de menos que aproximadamente 3 metros.
Una relación entre una longitud del rodete como se mide en una dirección de un eje longitudinal de la turbina y el diámetro del rodete puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,75.
La invención proporciona adicionalmente una turbina, que comprende una carcasa que define una entrada y una salida para un flujo de líquido; y cualquiera de los rodetes como se ha definido anteriormente situados dentro de la carcasa.
La turbina se puede configurar para recibir un flujo de agua en una dirección axial y para descargar un flujo de agua en la dirección axial.
La turbina se puede configurar para recibir un flujo de agua en una dirección radial y descargar un flujo de agua en una dirección axial.
La invención proporciona adicionalmente una instalación hidroeléctrica para una aplicación de altura de caída baja, que comprende una pluralidad de cámaras de turbinas configuradas para mantener una altura de caída entre un agua de cabecera aguas arriba de la cámara de turbinas y un agua de descarga aguas abajo de la cámara de turbinas; una pluralidad de turbinas de flujo axial, situándose una de la pluralidad de turbinas de flujo axial dentro de cada una de la pluralidad de cámaras de turbinas, comprendiendo cada una de las turbinas de flujo axial: una carcasa que define un paso de flujo; y cualquiera de los rodetes como se ha definido anteriormente situados dentro de la carcasa.
La invención proporciona adicionalmente un método para diseñar un rodete seguro para los peces que comprende: estimar una probabilidad de un golpe con peces en una sección de una pala de rodete; estimar la probabilidad de supervivencia a golpes en la sección; computar una tasa de paso de peces en la sección; y, basándose en la tasa de paso de peces computada, ajustar uno de: una relación entre un espesor de borde de ataque máximo de la pala en la sección y un diámetro del rodete, un ángulo de inclinación del borde de ataque de la pala en la sección, una relación entre el espesor de borde de ataque máximo de la pala en la sección y una longitud de una cuerda de la pala, o una forma de una sección transversal del borde de ataque de la pala en la sección, o un número de palas. El método puede comprender además: estimar una probabilidad de un golpe con peces en una segunda sección de la pala de rodete; estimar la probabilidad de supervivencia a golpes en la segunda sección; y computar una segunda tasa de paso de peces en la segunda sección; y, basándose en la segunda tasa de paso de peces computada, ajustar uno de: una relación entre un espesor de borde de ataque máximo de la pala en la segunda sección y el diámetro del rodete, un ángulo de inclinación del borde de ataque de la pala en la segunda sección, una relación entre el espesor de borde de ataque máximo de la pala en la segunda sección y una longitud de una cuerda de la pala, o una forma de una sección transversal del borde de ataque de la pala en la segunda sección, o un número de palas.
Estimar la probabilidad de supervivencia a golpes en la sección puede comprender estimar la probabilidad de supervivencia a golpes basándose, al menos en parte, en el ángulo de inclinación de la sección.
Algunas realizaciones en el presente documento se refieren a una turbina de flujo axial, que incluye una carcasa que define una entrada para un flujo de líquido y una salida, un conjunto de álabes directores para controlar un flujo de líquido, un rodete de acuerdo con una realización como se describe en el presente documento, y un tubo de aspiración situado aguas abajo del rodete.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, el conjunto de álabes directores de la turbina puede incluir una pluralidad de álabes directores de paso fijo.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, una relación entre una longitud del rodete de turbina como se mide en una dirección de un eje longitudinal de la turbina y un diámetro de la turbina puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,75, y preferiblemente entre aproximadamente 0,58 y 0,65 para un rodete con 3 palas.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la turbina puede incluir además un bulbo configurado para alojar un generador.
Algunas realizaciones en el presente documento se refieren a una instalación hidroeléctrica para una aplicación de altura de caída baja, que incluye una pluralidad de cámaras de turbinas configuradas para mantener una altura de caída entre un agua de cabecera aguas arriba de la cámara de turbinas y un agua de descarga aguas abajo de la cámara de turbinas, y una pluralidad de turbinas de flujo axial dispuestas en una orientación vertical dentro de cada una de la pluralidad de cámaras de turbinas. Cada una de las turbinas de flujo axial incluye una carcasa que define un paso de flujo, un conjunto de álabes directores para controlar un flujo de agua a la carcasa, un rodete que incluye un buje y una pluralidad de palas configuradas para ser impulsadas de forma rotatoria por el flujo de agua, y un tubo de aspiración configurado para dirigir el flujo de agua hacia el agua de descarga.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, cada una de la pluralidad de cámaras de turbinas puede incluir paneles de hormigón prefabricados.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, cada una de la pluralidad de cámaras de turbinas se puede definir mediante un par de paredes laterales separadas y paralelas, un suelo y una pared de aguas abajo configurada para mantener una altura de caída de la instalación hidroeléctrica. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de turbinas de flujo axial se puede asentar sobre el suelo de una cámara de turbinas bajo la fuerza de la gravedad.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la instalación hidroeléctrica puede incluir además un enrejado para basura situado en una orientación horizontal o casi horizontal y configurado para evitar que entren residuos en las turbinas de flujo axial.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la instalación hidroeléctrica puede incluir además una compuerta de aguas arriba móvil entre una posición abierta y una posición cerrada para controlar un flujo de agua a la pluralidad de cámaras de turbinas.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la instalación hidroeléctrica puede incluir además una compuerta de aguas abajo móvil entre una posición abierta y una posición cerrada para controlar una altura de caída de la instalación hidroeléctrica.
En cualquiera de las diversas realizaciones analizadas en el presente documento, la instalación hidroeléctrica puede incluir además una grúa configurada para retirar o instalar una turbina de flujo axial en la instalación hidroeléctrica.
Breve descripción de las figuras/dibujos
Los dibujos adjuntos, que se incorporan en el presente documento y forman parte de la memoria descriptiva, ilustran la presente divulgación y, junto con la descripción, sirven adicionalmente para explicar los principios de la misma y para posibilitar que un experto en la materia pertinente pueda fabricar y usar la misma.
La figura 1 es una representación gráfica del número de velocidad adimensional de turbina frente a la altura de caída.
La figura 2 es una representación gráfica de unos parámetros de diseño de turbina frente al número de velocidad adimensional.
La figura 3 es un diagrama que muestra unas variables de diseño de turbina.
La figura 4 es una representación gráfica de dispersión del porcentaje de supervivencia de los peces total ajustado frente a la velocidad de golpe para un rango de relaciones entre la longitud de los peces y el espesor de pala.
La figura 5 es una representación gráfica de dispersión del porcentaje de supervivencia de los peces total frente al ángulo de inclinación de borde de ataque de pala en el momento del golpe para un rango de velocidades de golpe.
La figura 6 es una representación gráfica de contorno de unos diámetros de rodete requeridos para producir un rango de potencia a un rango de altura de caída, para turbinas convencionales y las Restoration Hydro.
La figura 7 es una representación gráfica de contorno de la relación entre la longitud de los peces y el espesor de borde de ataque de turbina para turbinas requerida para producir un rango de potencia a un rango de altura de caída, para turbinas convencionales y las Restoration Hydro, suponiendo una longitud de los peces de 300 mm y suponiendo una relación entre el espesor de borde de ataque y el diámetro de rodete de 0,035 para turbinas convencionales y de 0,012 para turbinas Restoration Hydro.
La figura 8 es una representación gráfica de contorno de la tasa de supervivencia de los peces estimada, suponiendo que unos peces de 300 mm de longitud son golpeados cerca de la punta de los rodetes de turbina, para turbinas en todo un rango de potencia a un rango de altura de caída, para turbinas convencionales y las Restoration Hydro, y suponiendo una relación entre el espesor de borde de ataque y el diámetro de rodete de 0,035 para turbinas convencionales y de 0,012 para turbinas Restoration Hydro, y suponiendo un ángulo de inclinación en la punta de rodete de entre 20 y 45 grados para las turbinas Restoration Hydro.
La figura 9A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización. La figura 9B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 9A.
La figura 9C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 9A, mostrando peces que se encuentran con la pala de rodete.
La figura 9D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 9A tomada en la línea 9D-9D. La figura 9E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 9A tomada en la línea 9E-9E. La figura 9F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 9A tomada en la línea 9F-9F.
La figura 10A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 10B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 10A.
La figura 10C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 10A.
La figura 10D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 10A tomada en la línea 10D-IOD.
La figura 10E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 10A tomada en la línea 10E-IOE.
La figura 10F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 10A tomada en la línea 10F-IOF.
La figura 10G es una vista de aguas abajo del rodete de acuerdo con la figura 10A.
La figura 11A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 11B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 11A.
La figura 11C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 11A.
La figura 11D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 11A tomada en la línea 11D-IID .
La figura 11E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 11A tomada en la línea 11E-IIE .
La figura 11F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 11A tomada en la línea 11F-IIF .
La figura 11G es una vista de aguas abajo del rodete de acuerdo con la figura 11A.
La figura 12A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 12B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 12A.
La figura 12C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 12A.
La figura 12D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 12A tomada en la línea 12D-12D.
La figura 12E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 12A tomada en la línea 12E-12E.
La figura 12F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 12A tomada en la línea 12F-12F.
La figura 12G es una vista de aguas abajo del rodete de acuerdo con la figura 12A.
La figura 13A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 13B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 13A.
La figura 13C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 13A.
La figura 13D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 13A tomada en la línea 13D-13D.
La figura 13E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 13A tomada en la línea 13E-13E.
La figura 13F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 13A tomada en la línea 13F-13F.
La figura 13G es una vista de aguas abajo del rodete de acuerdo con la figura 13A.
La figura 14A es una vista en perspectiva de un rodete para una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 14B es una vista lateral del rodete de acuerdo con la figura 14A.
La figura 14C es una vista de aguas arriba del rodete de acuerdo con la figura 14A.
La figura 14D es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 14A tomada en la línea 14D-14D.
La figura 14E es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 14A tomada en la línea 14E-14E.
La figura 14F es una vista en sección transversal de una pala del rodete de la figura 14A tomada en la línea 14F-14F.
La figura 14G es una vista de aguas abajo del rodete de acuerdo con la figura 14A.
Las figuras 15A-C muestran una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
Las figuras 16A-C muestran una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
Las figuras 17A-C muestran una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
Las figuras 18A-C muestran una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
Las figuras 19A-C muestran una turbina hidráulica de acuerdo con una realización.
La figura 20A es un diagrama de una instalación hidroeléctrica de acuerdo con una realización.
La figura 20B es una vista en sección de la instalación hidroeléctrica de la figura 20A, tomada a lo largo de la línea A-A.
La figura 21 es un diagrama de flujo con respecto a un método para diseñar una pala segura para peces.
Descripción detallada de la invención
En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar un entendimiento completo de las realizaciones de la presente divulgación. Sin embargo, será evidente para los expertos en la materia que las realizaciones, incluyendo estructuras, sistemas y métodos, se pueden poner en práctica sin estos detalles específicos. La descripción y la representación en el presente documento son los medios comunes usados por los experimentados o expertos en la materia para transmitir de la forma más eficaz la esencia de su trabajo a otros expertos en la materia. En otros casos, no se han descrito con detalle métodos, procedimientos, componentes y circuitería bien conocidos para evitar complicar innecesariamente aspectos de la divulgación.
Referencias en la memoria descriptiva a "la realización", "una realización", "una realización de ejemplo", etc., indican que la realización descrita puede incluir un rasgo, estructura o característica particular, pero puede que no todas las realizaciones incluyan necesariamente ese rasgo, estructura o característica particular. Además, tales expresiones no se refieren necesariamente a la misma realización. Además, cuando un rasgo, estructura o característica particular se describe en relación con una realización, se afirma que está dentro del conocimiento de un experto en la materia afectar a tal rasgo, estructura o característica en relación con otras realizaciones, ya se describa, o no, explícitamente.
Los siguientes ejemplos son ilustrativos, pero no limitantes, de la presente divulgación.
Las instalaciones hidroeléctricas modernas a menudo solo se pueden hacer funcionar si el esquema hidroeléctrico puede superar unos criterios rigurosos de sostenibilidad para con el entorno. A pesar de evitar algunas de las perturbaciones del entorno creadas por retenciones más arriba, las centrales hidroeléctricas de altura de caída baja, por ejemplo, aproximadamente 20 metros o menos, o de altura de caída muy baja, por ejemplo, aproximadamente 5 metros o menos, sin embargo, a menudo perturban los ecosistemas naturales, en particular alterando los movimientos de los peces aguas arriba y aguas abajo. Los peces fluviales migratorios típicos de interés incluyen salmónidos, clupeidos y anguilas. La longitud de los juveniles de salmónido que migran aguas abajo varía habitualmente entre 130 mm y 210 mm; la longitud de los ejemplares zancados de salmón atlántico adulto que, después del desove, regresan al océano, varía habitualmente de 650 mm a 800 mm. La longitud de las anguilas que migran aguas abajo puede variar de 650 mm a 1500 mm. La longitud de los juveniles de sábalo del Canadá tiende a estar en el rango de 75 mm - 100 mm, y la longitud de los juveniles de esturión varía habitualmente de 100 mm a 300 mm.
Los factores de riesgo más significativos que provocan la mortalidad de los peces que pasan aguas abajo a través de turbinas de altura de caída baja convencionales son el impacto con una pala y el arrastre físico entre componentes móviles y estacionarios. Otros factores de riesgo de mortalidad, tales como la tasa de cambio de presión, la presión estática mínima y el esfuerzo cortante de fluido son generalmente menos significativos para los peces arrastrados en turbinas hidroeléctricas de altura de caída baja y de altura de caída muy baja en comparación con las turbinas de altura de caída media o de altura de caída alta, por ejemplo, una altura de caída superior a 30 metros, debido a la velocidad de flujo inherentemente baja y a las presiones relativamente altas a tal altura de caída baja. De acuerdo con la ecuación de von Raben, la probabilidad de que una pala golpee a los peces que pasan a través de cualquier turbina es proporcional a la longitud de los peces (Lf), al coseno del ángulo entre el vector de la velocidad de flujo axial (VaXia¡) y el vector de la velocidad absoluta del agua, a la velocidad de la turbina (n) y al número de palas (Z), e inversamente proporcional a la velocidad de flujo axial:
Figure imgf000006_0001
La figura 4 ilustra cómo la supervivencia de los peces después de un suceso de golpe de pala es sensible a la relación entre la longitud del cuerpo de los peces y el espesor del borde de ataque de pala de turbina y la velocidad. Los datos en la figura 4 corresponden a palas con bordes de ataque rectos, es decir, el borde de ataque es perpendicular a la dirección del desplazamiento de pala. Unas relaciones bajas entre la longitud de los peces y el espesor de pala (Lf/t) corresponden a palas que tienen un espesor relativamente alto en relación con la longitud de los peces arrastrados. Unas relaciones altas entre la longitud de los peces y el espesor de pala corresponden a palas relativamente delgadas en relación con la longitud de los peces arrastrados. Como se muestra en la figura 4, por debajo de unas velocidades de golpe entre aproximadamente 3 y 5 m/s, todas las relaciones entre la longitud de los peces y el espesor de pala dan como resultado un porcentaje de supervivencia alto mayor que el 95 %. Las palas con una relación entre la longitud de los peces y el espesor de pala de > 9,6 muestran una supervivencia por debajo del 50 % a una velocidad de golpe entre 7 y 8 m/s, que tiende a una supervivencia del 0 % a una velocidad de golpe de 12 m/s o mayor. Las palas con una relación entre la longitud de los peces y el espesor de pala < 1 pueden permitir una supervivencia a golpes del 100 % a una velocidad de golpe de 7 m/s y > 90 % a una velocidad de golpe de 12 m/s.
Acudiendo de nuevo a la figura 1, las turbinas hidráulicas se diseñan habitualmente con un rango de números de velocidad adimensionales correspondientes a la altura de caída hidráulica disponible. En la representación gráfica se muestran diversas turbinas convencionales, incluyendo las turbinas Pelton, Francis, Kaplan y de bulbo compacto. También se muestra la turbina Restoration Hydro.
La figura 2 es un nomograma ilustrativo de relaciones usadas comúnmente en el diseño de turbinas hidráulicas convencionales. Los nomogramas especifican los rangos típicos de características de diseño tales como número de diámetro adimensional de turbina (S), diámetro exterior de rodete (Dt), diámetro de buje (Dh), número de palas (Z), correspondientes a una velocidad adimensional particular. Estos caracteres se muestran en una turbina ilustrativa en la figura 3.
El número de velocidad, a, es directamente proporcional a la velocidad de eje de turbina, n, y a la raíz cuadrada del caudal, Q, e inversamente proporcional a la potencia de exponente tres cuartos de la altura de caída, H.
Figure imgf000007_0001
El número de diámetro adimensional, S, es proporcional al diámetro de turbina y a la raíz 4a de la altura de caída, e inversamente proporcional a la raíz 8a del caudal.
Figure imgf000007_0002
Habitualmente, a la altura de caída hidráulica más alta, se utiliza una velocidad adimensional muy baja, mientras que, a una altura de caída baja, las turbinas convencionales se diseñan con una velocidad adimensional muy alta. En parte, esta relación permite que se construyan turbinas hidroeléctricas con un acoplamiento directo entre el rodete de turbina y el generador eléctrico cuya frecuencia de salida está bien adaptada a los requisitos de frecuencia de la red eléctrica o la carga. Adicionalmente, las turbinas de altura de caída baja convencionales dependen de la velocidad de los rodetes con el fin de, por ejemplo, reducir el tamaño de la turbina, así como para reducir el tamaño y el coste del generador y de cualquier aumentador de velocidad. A una altura de caída elevada (mayor de 100 metros), se aplican habitualmente turbinas de impulso tales como las turbinas Pelton, con un número de velocidad habitualmente de menos de 0,1. A una altura de caída media (entre 30 y 600 metros), se usan habitualmente turbinas de reacción de flujo mixto, tales como las turbinas Francis, con un número de velocidad entre 0,1 y 0,7. Las turbinas de flujo axial tales como las turbinas de hélice o de Kaplan, se usan habitualmente por encima de un número de velocidad de aproximadamente 0,5, y a una altura de caída de menos de 10 metros, se usan habitualmente unos números de velocidad muy altos superiores a 1,5.
Las palas de turbina de flujo axial de diseño convencional utilizan habitualmente palas delgadas con un borde de ataque relativamente afilado para reducir el riesgo de cavitación y reducir el coste de fabricación. Un espesor de borde de ataque convencional es habitualmente de menos del 3 % del diámetro de rodete. Para las centrales hidroeléctricas de altura de caída baja y muy baja, la combinación de la velocidad de eje alta y las dimensiones de turbina pequeñas crean un desafío a la hora de fomentar un paso aguas abajo seguro de los peces.
Por ejemplo, a partir de las figuras 1-2, una turbina de diseño convencional que tiene por objeto su aplicación a 3 metros de altura de caída que genera 333 kW tendría 3 o 4 palas con un diámetro de rodete de aproximadamente 1,73 metros, rotando a aproximadamente 183 revoluciones por minuto, con una velocidad de punta de rodete de aproximadamente 16,7 m/s. Siguiendo unos principios de diseño convencionales, la velocidad relativa en la punta es aproximadamente 16,4 m/s. El espesor de borde de ataque de la pala sería aproximadamente 70 mm, y los peces de una longitud de 300 mm (Lf/t de 5 según la figura 7) que pasan por la región de punta tendrán una probabilidad de golpe del 56 %, de acuerdo con la ecuación de von Raben, y todos los peces golpeados morirán, conduciendo a una tasa de supervivencia de los peces del 44 %, como se muestra en la figura 8, en la región de punta.
Como otro ejemplo, una turbina diseñada para su aplicación a 7 metros de altura de caída que genera 700 kW, siguiendo nomogramas convencionales, tendría de 5 a 7 palas con un diámetro de turbina de aproximadamente 1,5 metros según la figura 6, rotando a aproximadamente 300 revoluciones por minuto, con una velocidad de punta de rodete de aproximadamente 23 m/s. Siguiendo unos principios de diseño convencionales, la velocidad relativa en la punta es aproximadamente 22 m/s. El espesor de borde de ataque de la pala sería aproximadamente 60 mm; los peces de una longitud de 300 mm (Lf/t de 6 según la figura 7) que pasan por la región de punta tendrán una probabilidad de golpe del 69 %, de acuerdo con la ecuación de von Raben, y todos los peces golpeados morirán, conduciendo a una tasa de supervivencia de los peces del 31 %, en la región de punta.
Una turbina típica diseñada con un número de velocidad de 0,8 se aplicaría habitualmente a no menos de 25 metros y tendría de 6 a 8 palas, con número de diámetro, S, de aproximadamente 1,75 y una relación de diámetro entre el buje y la punta de 0,5.
Debido a que las turbinas de diseño convencional son perjudiciales para los peces, las instalaciones hidroeléctricas pueden requerir una rejilla de protección para evitar que entren peces en las turbinas. Estas rejillas para peces son más costosas que los "enrejados para basura" habituales que se usan normalmente para proteger de daños a las turbinas hidroeléctricas mediante la exclusión de objetos extraños. Los enrejados para basura se componen habitualmente de barras largas separadas a muy poca distancia y dispuestas sobre una estructura que presenta una cara plana al flujo entrante. Cuando no se requiere excluir también el arrastre de peces, estas rejillas tienen una separación entre barras que varía de 35 mm a 75 mm. Los enrejados para basura solo son capaces de excluir peces muy grandes. Por ejemplo, un enrejado con una separación de barras de 50 mm puede ser capaz de excluir salmónidos y clupeidos de una longitud por encima de aproximadamente 400 mm. Se requiere una separación entre barras mucho más fina para excluir peces pequeños; para excluir esguines de salmón se requiere una separación entre barras entre 19 mm y 25 mm, y para excluir anguilas se requiere una separación aún más fina, de 10 mm -12 mm. Las rejillas de exclusión de peces finas requieren un aumento en el área superficial y en el coste de capital, y un aumento en el coste de funcionamiento y de mantenimiento, así como un aumento en la pérdida de carga hidráulica en comparación con los enrejados para basura normales.
Las turbinas de altura de caída baja convencionales también pueden requerir un tubo de aspiración grande para recuperar la altura de caída. Esto se debe a que las velocidades de rodete rápidas de las turbinas de altura de caída baja convencionales producen una velocidad de salida alta para el agua que sale del rodete. Para las turbinas de eje vertical, el tubo de aspiración se debe doblar 90 grados con una forma tridimensional compleja para garantizar un desempeño alto a través de la transición de forma. La excavación y la obra civil requeridas para instalar un tubo de aspiración pueden ser considerables. Mientras que las turbinas de eje horizontal pueden tener una superficie en planta ocupada por obra civil inferior a la de las turbinas de eje vertical, el tubo de aspiración sigue representando un componente y un coste grandes. En algunos casos, puede ser necesario que el tubo de aspiración se construya de hormigón, requiriendo una extracción de agua considerable y un armazón a medida. La velocidad alta de las turbinas de altura de caída baja convencionales también aumenta la susceptibilidad de estas turbinas a la cavitación y, para evitar la cavitación, se requiere que las turbinas se sumerjan hasta un punto por debajo del nivel del agua de descarga. Esto aumenta el coste de construcción.
Algunas realizaciones de la presente invención descritas en el presente documento proporcionan un rodete para una turbina hidráulica para aplicaciones de altura de caída baja que permite un paso aguas abajo seguro de los peces a través de una turbina que incorpora el rodete.
En algunas realizaciones, una pala del rodete tiene un borde de ataque grueso en relación con un diámetro del rodete, y en relación con los peces a los que se permite pasar a través de la turbina. Como resultado, es más probable que un pez que se encuentra con una pala del rodete sobreviva a un impacto con una pala en relación con un pez que se encuentra con una pala que tiene un borde de ataque más delgado en relación con un diámetro del rodete.
Adicionalmente, en algunas realizaciones, la relación entre el espesor de borde de ataque máximo y un diámetro del rodete es mayor en una punta de la pala de rodete de lo que es en un buje de la pala de rodete. De esta forma, el efecto protector de un borde de ataque grueso en relación con un diámetro del rodete es el más grande en una región en la que las velocidades de pala (y, por lo tanto, las velocidades de golpe) son las más altas.
En algunas realizaciones, un borde de ataque de una pala del rodete se inclina hacia delante en relación con un eje radial del rodete. Como resultado, la componente normal wn de la velocidad de golpe se reduce, reduciendo de ese modo la mortalidad de los peces como consecuencia de un impacto con la pala.
En algunas realizaciones, el rodete se incorpora a una turbina. Puede entrar agua en la turbina desde un canal o depósito de compensación abierto, o desde una tubería o conducto forzado, y se puede encontrar con paletas de guía dispuestas para un caudal afluente radial, un caudal afluente axial, o una mezcla de direcciones de flujo radial y axial. En algunas realizaciones, la turbina se incorpora a una instalación hidroeléctrica.
Los rodetes y las turbinas Restoration Hydro divulgados no siguen unos principios de diseño convencionales. En su lugar, los rodetes y las turbinas Restoration Hydro que se analizan en el presente documento incluyen un diámetro de rodete ligeramente más grande y funcionan a un número de velocidad inferior al de los rodetes típicos a la misma potencia y altura de caída, pero tienen una tasa significativamente mayor de supervivencia de los peces debido a que una relación entre el espesor de borde de ataque de pala y el diámetro significativamente más grande, y a unos bordes de ataque inclinados, lo que reduce la fuerza de golpe que sienten los peces.
Por ejemplo, a partir de la figura 1 y la figura 7, la turbina Restoration Hydro diseñada para una aplicación a 7 metros de altura de caída con un número de velocidad de 0,8, produciendo 700 kW, rotará a aproximadamente 160 rpm, teniendo un diámetro de rodete de aproximadamente 2 metros, una velocidad de punta de aproximadamente 16,6 m/s y una velocidad de fluido relativa W en la punta de aproximadamente 13,6 m/s. Con 3 palas y suponiendo una longitud de los peces de 300 mm, la turbina tendrá una probabilidad de golpe del 42 % de acuerdo con la ecuación de von Raben. Dada una relación de t/Dt de 0,12, el espesor de borde de ataque de la turbina es de 238 mm con un ángulo de inclinación de punta de 25 grados, dando como resultado una componente normal de la velocidad relativa wn de 5,8 m/s y una supervivencia del 100 % de los peces que pasan por la región de punta. En un segundo ejemplo, a partir de la figura 1 y la figura 7, los rodetes y las turbinas Restoration Hydro para una aplicación de altura de caída muy baja a 3 metros de altura de caída tendrían un número de velocidad de 1,75. Si se dimensiona para producir 333 kW, esta turbina tendría un Dt de 1,77 m, y rotaría a 176 rpm; su velocidad de punta sería de 16,4 m/s con una velocidad de fluido relativa W de aproximadamente 15,8 m/s. Suponiendo una longitud de los peces de 300 mm, y 3 palas, esta turbina tiene una probabilidad de golpe en la punta del 45 %, de acuerdo con la ecuación de von Raben, pero con un ángulo de inclinación de punta de 20 grados, la componente normal de la velocidad relativa, WN 5,4 m/s, y dada una relación de t/Dt de 0,12, el espesor de borde de ataque de la turbina es de 213 mm, debería sobrevivir el 100 % de los peces.
Estas y otras realizaciones se analizan a continuación con más detalle con referencia a las figuras.
Las figuras 9A-9F muestran un rodete 900 de acuerdo con algunas realizaciones. El rodete 900 puede incluir un buje 910 y una pluralidad de palas 920 que se extienden en sentido radial desde el buje 910.
Como se muestra, por ejemplo, en la figura 9A, el buje 910 puede tener una configuración cilíndrica. En otro aspecto, el buje 910 puede comenzar a ahusarse por debajo del rodete. Las palas 920 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 910. En algunas realizaciones, las palas 920 se disponen helicoidalmente sobre el buje 910. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 920 del rodete 900 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
En la realización ilustrada en la figura 9A, el rodete 300 incluye tres palas 920. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 900 puede incluir dos palas 920 o puede incluir más de tres palas 920. Un rodete con relativamente menos palas 920 puede contribuir a disminuir la mortalidad de los peces.
En algunas realizaciones, el rodete 900 puede tener un tamaño compacto. Esto puede posibilitar, por ejemplo, un transporte fácil del rodete 900. Por ejemplo, un diámetro Dt del rodete 900 puede ser al menos aproximadamente 0,5 metros. En un aspecto, un diámetro Dt del rodete 900 puede variar de aproximadamente 0,5 metros a aproximadamente 5 metros, tal como aproximadamente 1 metro a aproximadamente 3 metros. Una longitud Lr del rodete 900 en la dirección longitudinal 950 puede ser, por ejemplo, una longitud de aproximadamente 1,7 a aproximadamente 2,1 metros.
Cada pala 920 del rodete 900 puede incluir una raíz 922 ubicada en el buje 910, una punta 924 opuesta a la raíz 922 y que define una extensión lo más exterior de la pala 920 en la dirección radial 960, un borde de ataque 926 en una porción de aguas arriba del rodete 900, un borde de salida 928 en una porción de aguas abajo del rodete 900, una superficie de presión 930 en un lado de aguas arriba de la pala 920, y una superficie de succión 932 en un lado de aguas abajo de la pala 920.
El rodete 900 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 970 alrededor del eje longitudinal 950. En la realización mostrada en la figura 9C, por ejemplo, el sentido circunferencial 970 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba de la pala 920. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 970 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba de la pala 920.
En algunas realizaciones, el rodete 900 puede funcionar en un rango de números de velocidad que varían de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8, lo que equivale a un rango de altura de caída de aproximadamente 2,5 metros a aproximadamente 20 metros. Por ejemplo, si el rodete 900 tiene un diámetro Dt de 2 metros, y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm. A tales tasas de rotación, la turbina que incluye el rodete 900 puede tener una eficiencia hidráulica de al menos aproximadamente el 80 %, o al menos aproximadamente el 85 %, o al menos aproximadamente el 90 %.
En algunas realizaciones, las palas 920 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 900 en la dirección longitudinal 950 entra en contacto con al menos una pala 920. Por lo tanto, como se muestra, por ejemplo, en la figura 9C, las palas 920 se pueden superponer parcialmente entre sí cuando se ven a lo largo de un eje longitudinal 950 del rodete 900. Es decir, cuando el rodete 900 se ve a lo largo de un eje longitudinal 950, un borde de ataque 926 de una primera pala 920 se puede disponer aguas arriba de un borde de salida 928 de una segunda pala 920. En algunas realizaciones, el borde de salida 928 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 926.
En un aspecto, el paso de las palas 920 puede ser ajustable para permitir un rango más amplio de condiciones de funcionamiento de eficiencia alta. En otro aspecto, las palas 920 pueden incluir sellos de punta situados entre las puntas de pala de rodete y la carcasa. Los sellos de punta pueden reducir los flujos de fuga de derivación y permitir unas tolerancias aumentadas entre el rodete y la carcasa. En un aspecto adicional, el rodete 900 puede incluir un reborde unido al diámetro exterior de las palas 920 para reducir el caso de deflexión estructural.
El rodete 900 y/o las palas 920 se pueden hacer de cualquier material adecuado y se pueden formar mediante cualquier proceso adecuado. En algunas realizaciones, el rodete 900 y/o las palas 920 se hacen de fibra de vidrio/carbono moldeado y resina. En tales realizaciones, la pala 920 puede incluir un núcleo compuesto por una espuma de peso ligero. En algunas realizaciones, el rodete 900 está compuesto por metal, tal como bronce, acero inoxidable, o similares, y pueden estar formados por piezas fundidas que se mecanizan hasta dar la forma final. En algunas realizaciones, el rodete 900 está compuesto por materiales compuestos y se produce a través de métodos convencionales de construcción de materiales compuestos. Por ejemplo, el rodete 900 puede tener una construcción compuesta de tipo intercalado o puede incluir un alma de esfuerzo cortante en el interior de una estructura. En algunas realizaciones, el rodete 900 está compuesto por un elastómero o polímero, con refuerzos o bien de forma local o bien distribuidos por todo su interior.
La pala 920 puede tener una construcción híbrida. En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 de la pala 920 está blindado. El borde de ataque 926 puede incluir un revestimiento. El borde de ataque puede ser metálico. En algunas realizaciones, las puntas de pala 924 se moldean con una capa gruesa de material ablativo de tal modo que las puntas de pala 924 se pueden desgastar hasta el diámetro interior de una carcasa de una turbina (mostrada, por ejemplo, en las figuras 15A-C). En un aspecto adicional, el borde de ataque 926 se puede conformar como una silla de montar o un paraboloide hiperbólico. La forma del borde de ataque 926 ayuda a reducir la velocidad de golpe de pala y también proporciona a la pala 920 una rigidez alta y una conexión fuerte con el buje 910. La forma del borde de ataque 926 ayuda además a evitar la concentración o acumulación de residuos en la ubicación en la que la raíz 922 de la pala 920 se encuentra con el buje 910 o en la punta de pala 924, debido a que no se forma esquina alguna.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 9D-F, una sección transversal de la pala 920 del rodete 900 se puede tomar en el buje 910 (la figura 9F), en el meridiano 923 (la figura 9E), o en la punta 224 (la figura 9D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc medida en línea recta desde un borde de ataque 926 de la pala 920 hasta el borde de salida 928 de la pala 920. Cada sección transversal de la pala 920 puede tener un espesor de borde de ataque tLE y un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 920 puede tener una línea de curvatura, C.
Como se muestra, por ejemplo, en la figura 9B, la pala 920 puede tener un borde de ataque 926 con un espesor máximo Tle y una longitud Lle. La pala 920 puede tener una longitud de cuerda LC.
En algunas realizaciones, el rodete 900 tiene una pala con una relación grande entre el espesor de borde de ataque Tle y el diámetro de rodete Dt (es decir, Tle/D^ en relación con un diseño de rodete de altura de caída baja convencional. TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Por ejemplo, el rodete 900 puede tener un diámetro Dt de aproximadamente 1,75 metros y la pala 920 puede tener un espesor de borde de ataque Tle de aproximadamente 145 mm a aproximadamente 350 mm, o aproximadamente 170 a 300 mm, o aproximadamente 190 a 250 mm. Un rodete como este puede tener una relación de TLE/Dt de aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como otro ejemplo, el rodete 900 puede tener un diámetro Dt de aproximadamente 2,75 metros y la pala 920 puede tener un espesor de borde de ataque Tle de aproximadamente 230 mm a aproximadamente 550 mm, o aproximadamente 250 a 500 mm, o aproximadamente 275 a 450 mm. Un rodete como este puede tener una relación de TLE/Dt de aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Una relación entre una longitud Lle del rodete de turbina y un diámetro de la turbina Dt puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,75, tal como entre aproximadamente 0,58 y 0,65, para un rodete con 3 palas. En un aspecto, el rodete puede tener una relación entre el diámetro de buje, Dh, y el diámetro de punta Dt, de aproximadamente 0,35 a aproximadamente 0,5, tal como aproximadamente 0,37 a aproximadamente 0,42.
Como se ha mencionado anteriormente, la mortalidad de los peces puede ser el resultado de que el borde de ataque 926 de una pala 920 de un rodete 900 golpee a un pez 3000 mientras el rodete 900 rota alrededor del eje longitudinal 950 del rodete 900. Un rodete 900 con una relación de TLE/Dt en los rangos indicados anteriormente da como resultado un aumento en el porcentaje de supervivencia de los peces (disminución en la mortalidad de los peces) en relación con un rodete convencional.
En general, aumentar el espesor de pala puede reducir la cantidad de líquido que puede fluir a través del rodete 900, reduciendo de ese modo la velocidad específica de la potencia del rodete 900. Adicionalmente, aumentar el espesor de pala puede aumentar la curvatura local de la pala, lo que puede aumentar el riesgo de cavitación debido a zonas de baja presión locales. Estos problemas se superan en algunas realizaciones del rodete y la turbina Restoration Hydro usando un número pequeño de palas, permitiendo obtener palas gruesas sin retirar una fracción sustancial del área de flujo de turbina, y con una distribución gradual del espesor a lo largo de la línea de curvatura.
En algunas realizaciones, el espesor de borde de ataque TLE de la pala 920 en el borde de ataque 926 puede ser igual o mayor que una longitud de una especie de pez de interés en la región en la que se va a instalar una turbina que incluye el rodete 900. Por ejemplo, los esguines de salmón tienen una longitud que es un promedio de aproximadamente 100 a aproximadamente 200 mm. En consecuencia, el espesor de borde de ataque Tle de la pala 920 que se pretende usar en una región con esguines de salmón puede ser de 100 mm a 200 mm o más.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 910 (LC,h) y un diámetro del rodete 900 (Dt) (es decir, Lo,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 924 (LCt) y un diámetro del rodete 900 (Dt) (es decir, LCt/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 910 (LC,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, Lc^/Lle) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 924 (LC,t) y la longitud de borde de ataque LLE (es decir, LC,t/LLE) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 910 (LCh) y la separación circunferencial (CS) (es decir, LCh/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 924 (LC,t) y la separación circunferencial (CS) (es decir, LC,t/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 910 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 900 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 224 (tmáxt) y un diámetro del rodete 900 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 900 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 910 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (Lc,h) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 924 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (LC,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 920 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, LC,h, en el buje 910 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 920 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LC,t, en la punta 924 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 9D-F, el borde de ataque 926 puede tener una sección transversal basándose en un arco de un cilindro. En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 puede tener una sección transversal basándose en un círculo, una elipse u otra forma.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 9D-F, el espesor de la pala 920 se puede ahusar desde el borde de ataque 926 hacia el borde de salida 928. El espesor de la pala 920 se puede ahusar de tal modo que la superficie de presión 930 y la superficie de succión 932 se corten en un punto del borde de salida 928 de la pala 220. La pala 920 también puede tener un espesor consistente desde la raíz 922 hasta la punta 924.
En otro aspecto, el espesor de la pala 920 puede ser variable. En algunas realizaciones, el espesor de la pala 920 es mayor en la punta 924 de la pala 920 que en el buje 910. Como se ha analizado anteriormente, la velocidad de la pala 920 aumenta desde la raíz 922 hasta el buje 924. Como resultado, la velocidad de golpe de la pala 920 que se encuentra con el pez 3000 cerca de la punta 924 es mayor que la velocidad de golpe de la pala 920 que se encuentra con el pez 3000 cerca de la raíz 922. Por lo tanto, aumentar Tle/D de la pala 920 en la punta 924 reduce la mortalidad en las regiones en las que es más probable que el pez 3000 sufra un impacto mortal.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 9A-F, la pala 920 del rodete 900 puede tener un borde de ataque 926 que se inclina en un ángulo 0 en una o más ubicaciones t, m, h a lo largo del borde de ataque 926. Se puede trazar una curva a lo largo del vértice de la región de estancamiento de la pala desde el buje hasta la punta, que define el borde de ataque de la pala. Una línea tangente trazada en cualquier punto a lo largo de esta curva, se puede medir en relación con una superficie cilíndrica, coaxial con el eje de rotación de rodete de turbina, que pasa por el punto. El ángulo de inclinación se mide entre la línea tangente y un vector dispuesto sobre la superficie cilíndrica, perpendicular al borde de ataque y coincidente con el punto de intersección del borde de ataque (siendo este vector aproximadamente equivalente a la dirección del vector de velocidad relativa de fluido durante un funcionamiento normal).
La mortalidad de los peces es una función de la componente normal wn de la velocidad de golpe en el momento del impacto. Por lo tanto, reducir la componente normal wn de la velocidad de golpe en el momento del impacto da como resultado una reducción en la mortalidad de los peces.
La componente normal de la velocidad se puede determinar mediante la fórmula:
wn = w sen (0t)
En consecuencia, la componente normal wn de la velocidad de golpe se reduce para ángulos 0 distintos de 90 grados. Por lo tanto, la mortalidad de los peces se reduce en relación con una pala roma en las ubicaciones de borde de ataque que tienen un ángulo de inclinación 0 distinto de 90 grados. De hecho, los datos empíricos apoyan estos resultados. La figura 5 muestra una representación gráfica del ángulo de golpe de borde de ataque frente a la supervivencia total (en %) a diferentes velocidades de golpe de pala. Como se muestra, para las velocidades de pala sometidas a prueba, la supervivencia disminuye generalmente entre una posición de ángulo de inclinación de 30° y una posición de ángulo de inclinación de 90°.
En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 en una ubicación se puede inclinar en un ángulo 0 de aproximadamente 25 a aproximadamente 45 grados. En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 en una ubicación se puede inclinar en un ángulo 0 de aproximadamente 30 grados. En un ángulo 0 de 30 grados, la componente normal wn de la velocidad de golpe es la mitad de la velocidad de golpe w. Por lo tanto, por ejemplo, a una velocidad relativa a la corriente libre w de 12 m/s, la componente normal de la velocidad wn en un ángulo de pala 0 de 30° es 6 m/s. En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 se puede inclinar en la punta 924. Como se menciona, la velocidad de golpe aumenta desde la raíz 922 de la pala 920 hasta la punta 924 de la pala 920, de tal modo que la punta 924 de la pala 920 tiene la velocidad de golpe más grande. Por lo tanto, dotar al borde de ataque 926 de un ángulo de inclinación 0 en la punta 924 de la pala 922 puede reducir la mortalidad en donde, de lo contrario, sería más probable que los peces 3000 experimentaran un impacto mortal. Proporcionar un borde de ataque 926 inclinado en la punta 924 también puede, por ejemplo, ayudar a evitar la concentración o acumulación de residuos en la punta 924.
En aplicaciones de altura de caída baja, la fuerza en la punta 924 del borde de ataque 926 puede ser lo suficientemente baja de tal modo que se mantiene un grado suficientemente alto de seguridad para los peces incluso con un ángulo de pala más grande de aproximadamente 45°. En aplicaciones de altura de caída más alta, el rodete 900 funciona a unas velocidades más altas, lo que aumenta la velocidad de golpe. Con el fin de reducir la componente normal wn de la velocidad de golpe a velocidades de rotación más altas, se puede requerir un ángulo más pronunciado, por ejemplo, aproximadamente 35° o inferior, para reducir la componente normal de la velocidad de golpe a un nivel deseado, por ejemplo, por debajo de aproximadamente 7 m/s, para mantener un grado suficientemente alto de seguridad para los peces.
En algunas realizaciones, el borde de ataque 926 se puede inclinar en una ubicación entre la raíz 922 y la punta 924. Por las mismas razones analizadas anteriormente con respecto a proporcionar el borde de ataque 926 con un ángulo de inclinación en la punta 924, dotar al borde de ataque 926 de un ángulo de inclinación 0 en una región entre la raíz 922 y la punta 924 puede reducir la mortalidad en donde puede ser relativamente probable que los peces 3000 experimenten un impacto mortal.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en la figura 9C, el ángulo de inclinación 0 en la punta 924 de la pala 922 puede ser más pequeño que la inclinación 0 en la raíz 920 y/o en una ubicación entre la raíz 922 y la punta 924.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en la figura 9C, el borde de ataque 926 se puede inclinar en la raíz 922. El ángulo de inclinación del borde de ataque 926 de la pala 920 en la raíz 922 puede ser, por ejemplo, aproximadamente 10 grados a aproximadamente 90 grados, tal como aproximadamente 25 a aproximadamente 45 grados. Además de mejorar la supervivencia de los peces 3000 que impactan con la pala 920 en la raíz 922, proporcionar un borde de ataque 926 inclinado en la raíz 922 también puede, por ejemplo, ayudar a evitar la concentración o acumulación de residuos en donde la raíz 922 de la pala 920 se encuentra con el buje 910.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en la figura 9B, el borde de ataque 926 de la pala 920 se puede inclinar de tal modo que el borde de ataque 926 tiene forma de arco. En otras realizaciones, el borde de ataque 926 puede tener forma de C, una forma semicircular, una forma parabólica, una forma cónica o alguna otra forma.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en la figura 9C, el borde de ataque 926 de la pala 920 se puede curvar hacia el borde de salida 928 de la pala 920 cerca del buje 910 de tal modo que el borde de ataque 926 tiene una forma cóncava. Esto puede permitir, por ejemplo, que se logren unos ángulos más pequeños en la punta 924 sin crear una punta en voladizo, como se analizará con más detalle.
En algunas realizaciones, por ejemplo, como se muestra en las figuras 9A-F, el borde de ataque 926 de la pala 920 en la raíz 922 se puede inclinar en un primer ángulo 0, y el borde de ataque 926 de la pala 920 en la punta 924 se puede inclinar en el mismo ángulo 0.
En algunas realizaciones, tanto la raíz 922 del borde de ataque 926 de la pala 920 como la punta 924 del borde de ataque 926 de la pala 920 se pueden situar a lo largo del eje radial 960. Sin embargo, en otras realizaciones, la raíz 922 del borde de ataque 926 de la pala 920 se sitúa a lo largo de un eje radial 960 del rodete 900, y la punta 924 del borde de ataque 926 se extiende más allá del eje radial 960 en el sentido circunferencial 970. Por lo tanto, el borde de ataque 926 de la pala 920 puede estar en voladizo.
Debido a que la punta 924 en el borde de ataque 926 se extiende más lejos más allá del eje radial 960 en el sentido circunferencial 970, se puede lograr un ángulo más pequeño. Como se analiza, esto puede dar como resultado una componente normal inferior de la velocidad de golpe wn en el momento del impacto. Sin embargo, a medida que el ángulo continúa disminuyendo, también puede disminuir la rigidez estructural de la pala. Esto puede dar como resultado un aumento en los costes de fabricación para mantener los requisitos de rigidez estructural mínimos para la pala. Se puede requerir rigidez estructural, por ejemplo, para retener la punta 924 de la pala 920 en las tolerancias estrictas de la carcasa de una turbina.
En algunas realizaciones, el rodete 900 está configurado para rotar de tal modo que la velocidad de golpe es de aproximadamente 7 m/s o menos con el fin de permitir un paso seguro de los peces. Proporcionando un borde de ataque 926 inclinado, la velocidad de golpe se reduce eficazmente, permitiendo que el rodete 900 rote a una velocidad más alta para mejorar la velocidad específica de la potencia y la competitividad económica del rodete 900 al tiempo que se mantiene un paso seguro de los peces.
Como se ha analizado anteriormente, la mortalidad de los peces puede ser el resultado de que el borde de ataque 926 de una pala 920 de un rodete 900 golpee a un pez mientras el rodete 900 rota alrededor del eje longitudinal 950. Cuantas más palas haya en un rodete, más probable es que un pez vaya a ser golpeado por una pala mientras pasa a través de la turbina. Por lo tanto, reducir el número de palas da como resultado generalmente una disminución en la mortalidad de los peces. Reducir el número de las palas 920 en el rodete 900 también puede reducir la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo de líquido a través del rodete 900.
Además, un rodete 900 que tiene menos palas 920 se puede configurar para tener un espesor de pala aumentado en relación con un rodete que tiene palas adicionales, al tiempo que se permite que pase la misma cantidad de líquido a través del rodete. Por ejemplo, un rodete 900 que tiene dos palas 920 puede tener un espesor de borde de ataque Tle más alto, y un grado suficientemente alto de seguridad para los peces, en comparación con un rodete 900 que tiene tres palas 920 al tiempo que se mantiene el mismo flujo de líquido a través del rodete 900.
Sin embargo, un rodete que tiene menos palas tiene generalmente una longitud axial mayor que la de un rodete con palas adicionales, suponiendo que la relación de la cuerda a la separación de palas se mantiene constante, y debido a que el rodete con menos palas tendrá palas con una longitud de cuerda más grande. Por ejemplo, la relación entre la longitud de los peces y el espesor de borde de ataque de pala debe aumentar a medida que aumenta la cantidad de palas si el diseño mantiene un bloqueo de pala uniforme. Por lo tanto, el número de palas seleccionado para un rodete particular puede depender de una diversidad de consideraciones.
Las figuras 10A-10G muestran un rodete 1000 de acuerdo con una realización. El rodete 1000 puede incluir algunos o todos los rasgos, estructuras o características analizados anteriormente con respecto al rodete 900.
El rodete 1000 puede incluir un buje 1010 y una pluralidad de palas 1020 que se extienden en sentido radial desde el buje 1010. Cada pala 1020 del rodete 1000 puede incluir una raíz 1022 ubicada en el buje 1010, una punta 1024 opuesta a la raíz 1022 y que define una extensión lo más exterior de la pala 1020 en la dirección radial 1060, un borde de ataque 1026 en una porción de aguas arriba del rodete 1000, un borde de salida 1028 en una porción de aguas abajo del rodete 1000, una superficie de presión 1030 en un lado de aguas arriba de la pala 1020, y una superficie de succión 1032 en un lado de aguas abajo de la pala 1020. El rodete 1000 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 1070 alrededor del eje longitudinal 1050. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 10C, el sentido circunferencial 1070 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1000. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 1070 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1000.
En algunas realizaciones, el rodete 1000 puede funcionar en un rango de números de velocidad, a, variando de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8. Por ejemplo, si el rodete 200 tiene un diámetro Dt de 2 metros y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm.
El buje 1010 tiene una configuración cilíndrica que se ahúsa hacia dentro en un extremo. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 10B, el buje 1010 comienza a ahusarse dentro de la envergadura de las palas 1020 (es decir, el buje 1010 se ahúsa en donde las palas 1020 se encuentran con el buje 1010). Sin embargo, en otras realizaciones, el buje 1010 comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1020. Un ahusamiento que comienza dentro de la envergadura de las palas 1020 puede, por ejemplo, dar como resultado una reducción global en la longitud de rodete (en comparación con un rodete con un buje que comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1020). A su vez, la reducción de la longitud de rodete puede conducir a unos costes de fabricación y/o de instalación inferiores. El ritmo al que se ahúsa el buje 1010 puede ser diferente del mostrado, por ejemplo, en la figura 10B. Un ahusamiento pronunciado puede hacer que el flujo se separe y provocar condiciones adversas aguas abajo de la turbina, conduciendo a pérdidas de eficiencia. Un ahusamiento poco profundo puede dar como resultado un rodete innecesariamente grande y/o a costes de material o de fabricación innecesarios.
El rodete 1000 incluye tres palas 1020. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 1000 puede incluir dos palas 1020 o puede incluir más de tres palas 1020. Como se ha analizado anteriormente, proporcionar relativamente pocas palas puede dar como resultado una disminución en la mortalidad de los peces y en una reducción en la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo a través del rodete 1000. Las palas 1020 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 1010. En algunas realizaciones, las palas 1020 se disponen helicoidalmente sobre el buje 1010. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 1020 del rodete 1000 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
La pala 1020 tiene un borde de ataque recto y grueso. El borde de ataque grueso fomenta la seguridad para los peces, mientras que la ventaja de construir una pala de esta forma está en la simplicidad estructural en comparación con un rodete con un borde de ataque en voladizo. Sin embargo, con el fin de maximizar la eficiencia, se puede requerir un número más grande de palas con el fin de mantener una solidez suficiente en la punta. Al hacer esto, se reducirá la velocidad específica de la potencia de rodete (este producirá menos potencia a la misma altura de caída y dado el mismo diámetro) en comparación con un rodete inclinado con el mismo espesor de borde de ataque y solidez.
La pala 1020 tiene un borde de ataque 1026 relativamente recto, que surge en sentido radial del buje. Una pala con un borde de ataque relativamente recto, tal como el borde de ataque 1026, puede ser relativamente fácil o barata de fabricar en comparación con una pala con un borde de ataque inclinado.
La pala 1020 puede tener un espesor de borde de ataque Tle y una longitud Lle. La relación entre el espesor de borde de ataque Tle y el diámetro de rodete Dr (es decir, T_e/Dp) del rodete 1000 es grande en relación con un diseño de rodete de altura de caída baja convencional. TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como se analiza, esta relación de Tle/Dr da como resultado una disminución de la mortalidad de peces en relación con un rodete convencional.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 10D-F, una sección transversal de la pala 1020 del rodete 1000 se puede tomar en el buje 1010 (la figura 10F), en el meridiano 1023 (la figura 10E), o en la punta 1024 (la figura 10D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc. Cada sección transversal de la pala 1020 puede tener un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 1020 puede tener una línea de curvatura, C. La pala 1020 puede tener una longitud de cuerda, Lc.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1010 (Lo,h) y un diámetro del rodete 1020 (Dt) (es decir, Lo,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1024 (Lo,t) y un diámetro del rodete 1000 (Dt) (es decir, Lo,t/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1010 (LC,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, LC,h/LLE) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1024 (Lo,t) y la longitud de borde de ataque Lle (es decir, Lc^/Lle) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1010 (Lc,h) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,h/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1024 (LCt) y la separación circunferencial (CS) (es decir, LCt/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1010 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 1000 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1024 (tmáx,t) y un diámetro del rodete 1000 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 1000 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1010 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (LC,h) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1024 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (LC,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 1020 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, LCh, en el buje 1010 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 1020 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LC,t, en la punta 1024 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
En algunas realizaciones, las palas 1020 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 1000 en la dirección longitudinal 1050 entra en contacto con al menos una pala 1020, como se ha analizado anteriormente con respecto a las figuras 9A-F. En algunas realizaciones, el borde de salida 1028 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 1026.
Las figuras 11A-11G muestran un rodete 1100 de acuerdo con una realización. El rodete 1100 puede incluir algunos o todos los rasgos, estructuras o características analizados anteriormente con respecto al rodete 900.
El rodete 1100 puede incluir un buje 1110 y una pluralidad de palas 1120 que se extienden en sentido radial desde el buje 1110. Cada pala 1120 del rodete 1100 puede incluir una raíz 1122 ubicada en el buje 1110, una punta 1124 opuesta a la raíz 1122 y que define una extensión lo más exterior de la pala 1120 en la dirección radial 1160, un borde de ataque 1126 en una porción de aguas arriba del rodete 1100, un borde de salida 1128 en una porción de aguas abajo del rodete 1100, una superficie de presión 1130 en un lado de aguas arriba de la pala 1120, y una superficie de succión 1132 en un lado de aguas abajo de la pala 1120. El rodete 1100 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 1170 alrededor del eje longitudinal 1150. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 11C, el sentido circunferencial 1170 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1100. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 1170 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1100.
La hoja 1120 tiene un borde de ataque recto cuyo espesor cambia desde el buje hasta la punta. El espesor de borde de ataque es más grande en la punta que en el buje. Esto posibilita una Lf/tLE inferior en la ubicación en la que la velocidad de golpe es la más alta. De esta forma, el material y el espacio se utilizan de forma eficiente. Adicionalmente, la sección transversal más gruesa de las palas sirve para aumentar la solidez eficaz de la cascada de palas de rodete, permitiendo potencialmente el uso de un número más pequeño de palas (por ejemplo, 3 en lugar de 4 palas). Un borde de ataque recto posibilita unos requisitos estructurales más simples en comparación con una pala con borde de ataque en voladizo. Por ejemplo, se precisa menos material y costará menos al fabricar un rodete que cumple con unos criterios para unas deflexiones radiales mínimas en condiciones de carga centrípeta, con un borde de ataque recto en comparación con una pala con un borde de ataque en voladizo.
En algunas realizaciones, el rodete 1100 puede funcionar en un rango de números de velocidad, a, variando de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8, lo que equivale a un rango de altura de caída de aproximadamente 2,5 metros a aproximadamente 20 metros. Por ejemplo, si el rodete 200 tiene un diámetro Dt de 2 metros y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm.
El buje 1110 tiene una configuración cilíndrica que se ahúsa hacia dentro en un extremo. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 11B, el buje 1110 comienza a ahusarse dentro de la envergadura de las palas 1120 (es decir, el buje 1110 se ahúsa en donde las palas 1120 se encuentran con el buje 1110). Sin embargo, en otras realizaciones, el buje 1110 comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1120. El rodete 1100 incluye tres palas 1120. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 1100 puede incluir dos palas 1120 o puede incluir más de tres palas 1120. Como se ha analizado anteriormente, proporcionar relativamente pocas palas puede dar como resultado una disminución en la mortalidad de los peces y en una reducción en la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo a través del rodete 1100. Las palas 1120 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 1110. En algunas realizaciones, las palas 1120 se disponen helicoidalmente sobre el buje 1110. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 1120 del rodete 1100 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
La pala 1120 tiene un borde de ataque 1126 relativamente recto. Una pala con un borde de ataque relativamente recto, tal como el borde de ataque 1126, puede ser relativamente fácil o barata de fabricar en comparación con una pala con un borde de ataque inclinado.
La pala 1120 puede tener un espesor de borde de ataque Tle y una longitud Lle. La relación entre el espesor de borde de ataque y el diámetro de rodete (es decir, TLE/Dt) del rodete 1100 es de aproximadamente 0,125 En otras realizaciones, TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como se analiza, esta relación de T LE,máx/Dt da como resultado una disminución de la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 11D-11F, la relación entre el espesor de borde de ataque y el diámetro de rodete (es decir, Tle/D) de la pala 1120 puede ser mayor en la punta 1124 de la pala 1120 que en el buje 1110 de la pala 1120. Como se ha analizado anteriormente, la velocidad de golpe aumenta desde la raíz 1122 hasta el buje 1124. Por lo tanto, aumentar TLE/D de la pala 1120 en la punta 1124 reduce la mortalidad en las regiones en las que es más probable que los peces sufran un impacto mortal.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 11D-F, una sección transversal de la pala 1120 del rodete 1100 se puede tomar en el buje 1110 (la figura 11F), en el meridiano 1123 (la figura 11E), o en la punta 1124 (la figura 11D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc. Cada sección transversal de la pala 1120 puede tener un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 1120 puede tener una línea de curvatura, C. La pala 1120 puede tener una longitud de cuerda, Lc.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1110 (LCh) y un diámetro del rodete 1120 (Dt) (es decir, LCh/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1024 (Lc,t) y un diámetro del rodete 1000 (Dt) (es decir, Lc,t/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1110 (Lc,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, Lc,h/L_E) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1124 (LCt) y la longitud de borde de ataque LLE (es decir, LCt/LLE) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1110 (Lc,h) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,h/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1124 (Lc,t) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,t/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1110 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 1100 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1124 (tmáx,t) y un diámetro del rodete 1100 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 1100 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1110 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (LCh) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1124 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (Lc,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 1120 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, Lc,h, en el buje 1110 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 1120 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LCt, en la punta 1124 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
En algunas realizaciones, las palas 1120 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 1100 en la dirección longitudinal 1150 entra en contacto con al menos una pala 1120, como se ha analizado anteriormente con respecto a las figuras 9A-F. En algunas realizaciones, el borde de salida 1128 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 1126.
Las figuras 12A-12G muestran un rodete 1200 de acuerdo con una realización. El rodete 1200 puede incluir algunos o todos los rasgos, estructuras o características analizados anteriormente con respecto al rodete 900.
El rodete 1200 puede incluir un buje 1210 y una pluralidad de palas 1220 que se extienden en sentido radial desde el buje 1210. Cada pala 1220 del rodete 1200 puede incluir una raíz 1222 ubicada en el buje 1210, una punta 1224 opuesta a la raíz 1222 y que define una extensión lo más exterior de la pala 1220 en la dirección radial 1260, un borde de ataque 1226 en una porción de aguas arriba del rodete 1200, un borde de salida 1228 en una porción de aguas abajo del rodete 1200, una superficie de presión 1230 en un lado de aguas arriba de la pala 1220, y una superficie de succión 1232 en un lado de aguas abajo de la pala 1220. El rodete 1200 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 1270 alrededor del eje longitudinal 1250. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 12C, el sentido circunferencial 1270 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1200. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 1270 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1200.
La pala 1220 tiene un borde de ataque curvo y grueso sin un voladizo significativo. La curvatura cóncava del borde de ataque (cuando se ve desde aguas arriba, al igual que en la figura 12C) posibilita que el borde de ataque de pala se encuentre con los peces en un ángulo inclinado 0 como se ilustra en la figura 9C. Este ángulo inclinado reduce la fuerza que sienten los peces, en comparación con el contacto con una pala de borde recto que no se inclina en relación con la trayectoria del pez, y mejora sus posibilidades de sobrevivir a un golpe. El rodete ilustrado en la figura 12 no tiene una punta fuertemente voladiza. Como se muestra en la figura 12C, la punta de la pala de rodete no pasa hacia delante de una línea radial que pasa a través del punto de conexión entre la raíz de pala y el buje de pala 1260. Por lo tanto, las cargas de momento autoinducidas sobre la pala debido a las fuerzas centrípetas serán bajas en comparación con una pala con una cantidad mayor de masa en voladizo. Como consecuencia, esta pala de rodete será relativamente más fácil de fabricar. El barrido hacia adelante, hacia el flujo, de la pala en su intersección tanto con el buje como con la circunferencia exterior de la turbina fomentan la capacidad del rodete para pasar objetos extraños tales como basura o peces sin posibilidad alguna de que tales materiales queden atrapados en una cuña o esquina convergente.
En algunas realizaciones, el rodete 1200 puede funcionar en un rango de números de velocidad, a, variando de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8. Por ejemplo, si el rodete 200 tiene un diámetro Dt de 2 metros y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm.
El buje 1210 tiene una configuración cilíndrica que se ahúsa hacia dentro en un extremo. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 12B, el buje 1210 comienza a ahusarse dentro de la envergadura de las palas 1220 (es decir, el buje 1210 se ahúsa en donde las palas 1220 se encuentran con el buje 1210). Sin embargo, en otras realizaciones, el buje 1210 comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1220.
El rodete 1200 incluye tres palas 1220. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 1200 puede incluir dos palas 1220 o puede incluir más de tres palas 1220. Como se ha analizado anteriormente, proporcionar relativamente pocas palas puede dar como resultado una disminución en la mortalidad de los peces y en una reducción en la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo a través del rodete 1200. Las palas 1220 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 1210. En algunas realizaciones, las palas 1220 se disponen helicoidalmente sobre el buje 1210. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 1220 del rodete 1200 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
La pala 1220 puede tener un espesor de borde de ataque Tle y una longitud Lle. La relación entre el espesor de borde de ataque Tle y el diámetro de rodete Dr (es decir, T_E/Dr) del rodete 1200 es grande en relación con un diseño de rodete de altura de caída baja convencional. TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como se analiza, esta relación de TLE/Dr da como resultado una disminución de la mortalidad de peces en relación con un rodete convencional. Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 12D-F, una sección transversal de la pala 1220 del rodete 1200 se puede tomar en el buje 1210 (la figura 12F), en el meridiano 1223 (la figura 12E), o en la punta 1224 (la figura 12D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc. Cada sección transversal de la pala 1220 puede tener un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 1220 puede tener una línea de curvatura, C. La pala 1220 puede tener una longitud de cuerda, Lc.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1210 (LCh) y un diámetro del rodete 1200 (Dt) (es decir, LCh/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1224 (Lc,t) y un diámetro del rodete 1200 (Dt) (es decir, Lc,t/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1210 (Lc,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, Lc,ii/Lle) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1224 (LCt) y la longitud de borde de ataque Lle (es decir, LCt/LLE) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1210 (Lc,h) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,h/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1224 (Lc,t) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,t/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1210 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 1200 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1224 (tmáx,t) y un diámetro del rodete 1200 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 1200 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1210 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (LC,h) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1224 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (LC,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 1220 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, LC,h, en el buje 1210 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 1220 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LCt, en la punta 1224 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
La pala 1220 puede tener un borde de ataque 1226 en forma de arco. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1226 puede tener una forma semicircular, una forma parabólica, una forma cónica o alguna otra forma. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1226 puede ser recto.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 12C, el borde de ataque 1226 de la pala 220 se inclina hacia atrás (es decir, en el sentido circunferencial opuesto 1270) entre la raíz 1222 y la ubicación intermedia I, y se inclina hacia delante (es decir, en el sentido circunferencial 1270) entre la ubicación intermedia I y la punta 1224. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la raíz 1222 hasta la ubicación intermedia I. En la ubicación I, el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1224. El ángulo de inclinación en la punta 1224, 0t, es de aproximadamente 45 grados. La ubicación intermedia I se ubica aproximadamente a medio camino entre la raíz 1222 y la punta 1224 (en la dirección radial 1260), de tal modo que el borde de ataque 1226 se inclina hacia atrás a lo largo de aproximadamente la misma distancia radial que se inclina hacia delante.
Como se analiza, la mortalidad de los peces es una función de la componente normal wn de la velocidad de golpe, y la componente normal wn de la velocidad de golpe se reduce para los ángulos de inclinación 0 distintos de 90 grados. El borde de ataque 1226 de la pala 1220 tiene un ángulo de inclinación distinto de 90 grados excepto en la ubicación intermedia I. Por lo tanto, la mortalidad de los peces se reduce (en relación con una pala recta).
Como se menciona, el ángulo de inclinación del borde de ataque 1226 de la pala 1220 disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I, en donde el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados, a la punta 1224. Como resultado, la componente normal de la velocidad de golpe wn se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1224, lo que significa que la mortalidad se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1224. La velocidad tangencial de pala aumenta generalmente desde la raíz 1222 hasta la punta 1224. Por lo tanto, la disminución continua del ángulo de inclinación desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1224 reduce la mortalidad en mayor medida en donde la velocidad tangencial es relativamente alta.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 12C, el borde de ataque 1226 en la raíz 1222 se sitúa más allá del borde de ataque 1226 en la punta 1224 (en el sentido circunferencial 1270). Como resultado, el borde de ataque 1226 de la pala 1220 no está en voladizo. Una configuración sin voladizo, tal como la mostrada en la figura 12C, ofrece ciertas ventajas con respecto a los diseños en voladizo. Por ejemplo, una pala sin voladizo puede tener suficiente rigidez estructural sin la necesidad de un refuerzo adicional. Como resultado, una pala sin voladizo puede ser más fácil y más barata de fabricar que una pala en voladizo.
La capacidad de lograr un ángulo de inclinación pequeño cerca de la punta 1224 sin crear un voladizo se debe, en parte, a la inclinación hacia atrás del borde de ataque 1226 entre la raíz 1222 y la ubicación intermedia I.
En algunas realizaciones, las palas 1220 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 1200 en la dirección longitudinal 1250 entra en contacto con al menos una pala 1220, como se ha analizado anteriormente con respecto a las figuras 9A-F. En algunas realizaciones, el borde de salida 1228 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 1226.
En algunas realizaciones, el rodete 1200 está configurado para rotar de tal modo que la velocidad de golpe eficaz a lo largo del borde de ataque 1226 es, como mucho, aproximadamente 7 m/s. El borde de ataque 1226 inclinado, por lo tanto, permite que el rodete 1200 rote a una velocidad más alta al tiempo que se mantiene un paso seguro de los peces. A su vez, una velocidad de rotación más alta puede mejorar la velocidad específica de la potencia y la competitividad económica del rodete 1200.
Las figuras 13A-13G muestran un rodete 1300 de acuerdo con una realización. El rodete 1300 puede incluir algunos o todos los rasgos, estructuras o características analizados anteriormente con respecto al rodete 900.
El rodete 1300 puede incluir un buje 1310 y una pluralidad de palas 1320 que se extienden en sentido radial desde el buje 1310. Cada pala 1320 del rodete 1300 puede incluir una raíz 1322 ubicada en el buje 1310, una punta 1324 opuesta a la raíz 1322 y que define una extensión lo más exterior de la pala 1320 en la dirección radial 1360, un borde de ataque 1326 en una porción de aguas arriba del rodete 1300, un borde de salida 1328 en una porción de aguas abajo del rodete 1300, una superficie de presión 1330 en un lado de aguas arriba de la pala 1320, y una superficie de succión 1332 en un lado de aguas abajo de la pala 1320. El rodete 1300 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 1370 alrededor del eje longitudinal 1350. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 13C, el sentido circunferencial 1370 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1300. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 1370 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1300.
La pala 1320 tiene un borde de ataque curvo y grueso y un voladizo significativo. El voladizo significativo posibilita un ángulo de inclinación agudo del rodete en la punta, mejorando la supervivencia de los peces que pasan a través de esta área. Este rodete logra una solidez (relación de la longitud de cuerda de pala a la separación de palas) consistentemente alta de raíz a punta de aproximadamente 1,5, lo que permite una eficiencia alta en particular a un número de velocidad entre 0,6 y 0,9. Un rodete de este diseño puede lograr una eficiencia que supera el 91-92 %. Este rodete tiene una cantidad grande de masa en voladizo, como se ilustra en la figura 13C; una cantidad significativa del borde de ataque del rodete en la punta sobresale hacia delante de la línea radial 1360. A unas velocidades de rotación de rodete altas, esta masa provocará cargas de momento autoinducidas sobre la estructura de pala, creando una dificultad de diseño y de fabricación adicional que añade costes a la hora de implementar la pala, y limitando potencialmente la altura de caída de diseño alcanzable para este estilo de rodete.
En algunas realizaciones, el rodete 1300 puede funcionar en un rango de números de velocidad, a, variando de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8, lo que equivale a un rango de altura de caída de aproximadamente 2,5 metros a aproximadamente 20 metros. Por ejemplo, si el rodete 200 tiene un diámetro Dt de 2 metros y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm.
El buje 1310 tiene una configuración cilíndrica que se ahúsa hacia dentro en un extremo. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 13B, el buje 1310 comienza a ahusarse dentro de la envergadura de las palas 1320 (es decir, el buje 1310 se ahúsa en donde las palas 1320 se encuentran con el buje 1310). Sin embargo, en otras realizaciones, el buje 1310 comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1320.
El rodete 1300 incluye tres palas 1320. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 1300 puede incluir dos palas 1320 o puede incluir más de tres palas 1320. Como se ha analizado anteriormente, proporcionar relativamente pocas palas puede dar como resultado una disminución en la mortalidad de los peces y en una reducción en la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo a través del rodete 1300. Las palas 1320 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 1310. En algunas realizaciones, las palas 1320 se disponen helicoidalmente sobre el buje 1310. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 1320 del rodete 1300 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
La pala 1230 puede tener un espesor de borde de ataque Tle y una longitud Lle. La relación entre el espesor de borde de ataque Tle y el diámetro de rodete Dr (es decir, T_e/Dp) del rodete 1300 es grande en relación con un diseño de rodete de altura de caída baja convencional. TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como se analiza, esta relación de Tle/Dp da como resultado una disminución de la mortalidad de peces en relación con un rodete convencional. Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 13D-F, una sección transversal de la pala 1320 del rodete 1300 se puede tomar en el buje 1310 (la figura 13F), en el meridiano 1323 (la figura 13E), o en la punta 1324 (la figura 13D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc. Cada sección transversal de la pala 1320 puede tener un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 1320 puede tener una línea de curvatura, C. La pala 1320 puede tener una longitud de cuerda Lc.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1310 (LCh) y un diámetro del rodete 1300 (Dt) (es decir, Lc,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1324 (Lc,t) y un diámetro del rodete 1300 (Dt) (es decir, Lc,t/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1310 (Lc,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, LCh/LLE) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1324 (Lc,t) y la longitud de borde de ataque Lle (es decir, Lc^Lle) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1310 (Lc,h) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,h/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1324 (Lc,t) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,t/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1310 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 1300 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1324 (tmáx,t) y un diámetro del rodete 1300 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 1300 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1310 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (Lc,h) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1324 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (Lc,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 1320 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, Lc,h, en el buje 1310 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0.15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 1320 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LCt, en la punta 1324 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
La pala 1320 puede tener un borde de ataque 1326 en forma de arco. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1326 puede tener una forma semicircular, una forma parabólica, una forma cónica o alguna otra forma. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1326 puede ser recto.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 13C, el borde de ataque 1326 de la pala 1320 se inclina hacia atrás entre la raíz 1322 y la ubicación intermedia I, y se inclina hacia delante entre la ubicación intermedia I y la punta 1324. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la raíz 1322 hasta la ubicación intermedia 1, en donde el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1324. El ángulo de inclinación en la punta 1324, 0t, es de aproximadamente 35 grados. La ubicación intermedia I se ubica a menos de medio camino entre la raíz 1322 y la punta 1324 (en la dirección radial 1360), de tal modo que la mayor parte del borde de ataque 1326 se inclina hacia delante. En algunas realizaciones, la ubicación intermedia I se ubica a menos de un cuarto de camino entre la raíz 1322 y la punta 1324 (en la dirección radial 1360). En algunas realizaciones, la ubicación intermedia I se ubica a menos de un octavo de camino entre la raíz 1322 y la punta 1324 (en la dirección radial 1360).
Como se analiza, la mortalidad de los peces es una función de la componente normal wn de la velocidad de golpe, y la componente normal wn de la velocidad de golpe se reduce para los ángulos de inclinación 0 distintos de 90 grados. El borde de ataque 1326 de la pala 1320 tiene un ángulo de inclinación distinto de 90 grados excepto en la ubicación intermedia I. Por lo tanto, la mortalidad de los peces se reduce en estas regiones (en relación con una pala recta).
Como se menciona, el ángulo de inclinación del borde de ataque 1326 de la pala 1320 disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I, en donde el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados, a la punta 1324. Como resultado, la componente normal de la velocidad de golpe wn se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1324, lo que significa que la mortalidad se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1324. La velocidad tangencial de pala aumenta generalmente desde la raíz 1322 hasta la punta 1324. Por lo tanto, la disminución continua del ángulo de inclinación desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1324 reduce la mortalidad en mayor medida en donde la velocidad tangencial es relativamente alta.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 13C, el borde de ataque 1326 en la punta 1324 se sitúa más allá del borde de ataque 1326 en la raíz 1322 (en el sentido circunferencial 1370). Como resultado, el borde de ataque 1326 de la pala 1320 está en voladizo. Debido a que la punta 1324 en el borde de ataque 1326 se extiende más allá del borde de ataque 1326 en la raíz 1322 (en el sentido circunferencial 1370), se pueden lograr unos ángulos de inclinación más pequeños cerca de la punta 1324. Como se analiza, esto puede dar como resultado una reducción en la componente normal de la velocidad de golpe wn, reduciendo de ese modo la mortalidad. Sin embargo, debido a que la punta 1324 en el borde de ataque 1326 se extiende más allá del borde de ataque 1326 en la raíz 1322 (en el sentido circunferencial 1370), se crea un voladizo más extremo. Esto puede, por ejemplo, dar como resultado un aumento en los costes de fabricación para producir una rigidez estructural mínima en la punta 1324. Se puede requerir rigidez estructural, por ejemplo, para retener la punta 1324 en las tolerancias estrictas de una carcasa de turbina.
En algunas realizaciones, las palas 1320 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 1300 en la dirección longitudinal 1350 entra en contacto con al menos una pala 1320, como se ha analizado anteriormente con respecto a las figuras 9A-F. En algunas realizaciones, el borde de salida 1328 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 1326.
En algunas realizaciones, el rodete 1300 está configurado para rotar de tal modo que la velocidad de golpe eficaz a lo largo del borde de ataque 1326 es, como mucho, aproximadamente 7 m/s. El borde de ataque 1326 inclinado, por lo tanto, permite que el rodete 1300 rote a una velocidad más alta al tiempo que se mantiene un paso seguro de los peces. A su vez, una velocidad de rotación más alta puede mejorar la velocidad específica de la potencia y la competitividad económica del rodete 1300.
Las figuras 14A-14G muestran un rodete 1400 de acuerdo con una realización. El rodete 1400 puede incluir algunos o todos los rasgos, estructuras o características analizados anteriormente con respecto al rodete 900.
El rodete 1400 puede incluir un buje 1410 y una pluralidad de palas 1420 que se extienden en sentido radial desde el buje 1410. Cada pala 1420 del rodete 1400 puede incluir una raíz 1422 ubicada en el buje 1410, una punta 1424 opuesta a la raíz 1422 y que define una extensión lo más exterior de la pala 1420 en la dirección radial 1460, un borde de ataque 1426 en una porción de aguas arriba del rodete 1400, un borde de salida 1428 en una porción de aguas abajo del rodete 1400, una superficie de presión 1430 en un lado de aguas arriba de la pala 1420, y una superficie de succión 1432 en un lado de aguas abajo de la pala 1420. El rodete 1400 se puede configurar para rotar en un sentido circunferencial 1470 alrededor del eje longitudinal 1450. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 14C, el sentido circunferencial 1470 es el sentido contrario al de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1400. Sin embargo, en otras realizaciones, el sentido circunferencial 1470 puede ser el sentido de las agujas del reloj cuando se ve desde un lado de aguas arriba del rodete 1400.
La pala 1420 tiene un borde de ataque curvo y grueso y una región de punta en voladizo poco significativo. El perfil del borde de ataque como se ve desde aguas arriba (la figura 14C) se diseña de tal modo que este rodete logra un ángulo de inclinación pronunciado en la intersección de la punta de rodete con la carcasa (para mejorar la seguridad para los peces), al tiempo que también limita la cantidad de masa en voladizo, para minimizar los momentos centrípetos autoinducidos, y logrando de este modo reducciones en el coste de fabricación para cumplir con ciertos criterios de deflexión radial. Este tipo de diseño puede permitir que el rodete inclinado de forma pronunciada funcione a unas velocidades de funcionamiento más altas que las de un rodete con una región de punta en voladizo más significativa. Se conservan los otros beneficios del borde de ataque curvo, como se describe para los rodetes en la figura 12 y la figura 13. Este rodete también puede utilizar un borde de ataque con un espesor diferente desde el buje hasta la punta. Aumentando el espesor de sección transversal de punta de rodete, se puede lograr una solidez funcionalmente equivalente a la de un rodete tal como el de la figura 13, a pesar de que la sección transversal de punta tiene una solidez técnica de solo 1,1-1,3.
En algunas realizaciones, el rodete 1400 puede funcionar en un rango de números de velocidad, a, variando de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 2, tal como aproximadamente 0,8, lo que equivale a un rango de altura de caída de aproximadamente 2,5 metros a aproximadamente 20 metros. Por ejemplo, si el rodete 200 tiene un diámetro Dt de 2 metros y está funcionando en unas condiciones de altura de caída neta de 7 metros, este puede rotar a aproximadamente 160 rpm.
El buje 1410 tiene una configuración cilíndrica que se ahúsa hacia dentro en un extremo. Como se muestra, por ejemplo, en la figura 14B, el buje 1410 comienza a ahusarse dentro de la envergadura de las palas 1420 (es decir, el buje 1410 se ahúsa en donde las palas 1420 se encuentran con el buje 1410). Sin embargo, en otras realizaciones, el buje 1410 comienza a ahusarse aguas abajo de las palas 1420.
El rodete 1400 incluye tres palas 1420. Sin embargo, en otras realizaciones, el rodete 1400 puede incluir dos palas 1420 o puede incluir más de tres palas 1420. Como se ha analizado anteriormente, proporcionar relativamente pocas palas puede dar como resultado una disminución en la mortalidad de los peces y en una reducción en la solidez del rotor (la relación entre el área total de las palas del rotor y el área barrida del rotor) y, por lo tanto, el bloqueo del flujo a través del rodete 1400. Las palas 1420 se pueden separar uniformemente alrededor de una circunferencia del buje 1410. En algunas realizaciones, las palas 1420 se disponen helicoidalmente sobre el buje 1410. En algunas realizaciones, cada una de la pluralidad de palas 1420 del rodete 1400 tiene la misma forma y las mismas dimensiones.
La pala 1420 puede tener un espesor de borde de ataque Tle y una longitud Lle. La relación entre el espesor de borde de ataque Tle y el diámetro de rodete Dr (es decir, Tle/Dr) del rodete 1400 es grande en relación con un diseño de rodete de altura de caída baja convencional. TLE/Dt puede ser aproximadamente 0,06 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,14. Como se analiza, esta relación de TLE/Dr da como resultado una disminución de la mortalidad de peces en relación con un rodete convencional. Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 14D-F, una sección transversal de la pala 1420 del rodete 1400 se puede tomar en el buje 1410 (la figura 14F), en el meridiano 1423 (la figura 14E), o en la punta 1424 (la figura 14D). Cada sección transversal puede tener una longitud de cuerda Lc. Cada sección transversal de la pala 1420 puede tener un espesor máximo tmáx. Cada sección transversal de la pala 1420 puede tener una línea de curvatura, C. La pala 1420 puede tener una longitud de cuerda, Lc.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1410 (LCh) y un diámetro del rodete 1400 (Dt) (es decir, LCh/Dt) puede ser aproximadamente 0,55 a aproximadamente 0,75, tal como aproximadamente 0,6 a aproximadamente 0,64. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1424 (Lc,t) y un diámetro del rodete 1400 (Dt) (es decir, Lc,t/Dt) puede ser aproximadamente 1,0 a aproximadamente 1,7, tal como aproximadamente 1,4 a aproximadamente 1,6.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1410 (Lc,h) y la longitud de borde de ataque (Lle) (es decir, Lc,h/L_E) puede ser aproximadamente 1,5 a aproximadamente 1,8. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1424 (Lc,t) y la longitud de borde de ataque Lle (es decir, Lc,t/L_E) puede ser aproximadamente 2,5 a aproximadamente 3,75.
En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en el buje 1410 (Lc,h) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,h/CS) puede ser aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,55, tal como aproximadamente 1,48 a aproximadamente 1,53. En algunas realizaciones, una relación entre la longitud de cuerda en la punta 1424 (Lc,t) y la separación circunferencial (CS) (es decir, Lc,t/CS) puede ser aproximadamente 0,9 a aproximadamente 1,6, tal como aproximadamente 1,35 a aproximadamente 1,5.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1410 (tmáx,h) y un diámetro del rodete 1400 (Dt) (es decir, tmáx,h/Dt) puede ser aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1424 (tmáx,t) y un diámetro del rodete 1400 (Dt) (es decir, tmáx,t/Dt) puede ser aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17. Un rodete 1400 con unas relaciones dentro de los rangos indicados anteriormente da como resultado una disminución en la mortalidad de los peces en relación con un rodete convencional.
En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en el buje 1410 (tmáx,h) y la longitud de cuerda (LCh) es aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35, tal como aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,33. En algunas realizaciones, una relación entre el espesor máximo en la punta 1424 (tmáx,t) y la longitud de cuerda (Lc,t) es aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25, tal como aproximadamente 0,15 a aproximadamente 0,17.
En algunas realizaciones, la pala 1420 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bh, de la línea de curvatura, Ch, y la línea de cuerda, Lc,h, en el buje 1410 de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0. 15, tal como aproximadamente 0,097. En algunas realizaciones, la pala 1420 puede tener una relación de curvatura entre la distancia máxima, bt, de la línea de curvatura, Ct, y la línea de cuerda, LCt, en la punta 1424 de aproximadamente 0 a aproximadamente 0,005.
La pala 1420 puede tener un borde de ataque 1426 en forma de arco. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1426 puede tener una forma semicircular, una forma parabólica, una forma cónica o alguna otra forma. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1426 puede ser recto.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 14C, el borde de ataque 1426 de la pala 1420 se inclina hacia atrás entre la raíz 1422 y la ubicación intermedia I, y se inclina hacia delante entre la ubicación intermedia I y la punta 1424. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la raíz 1422 hasta la ubicación intermedia 1, en donde el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados. El ángulo de inclinación disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1424. El ángulo de inclinación en la punta 1424, 0t, es de aproximadamente 30 grados. La ubicación intermedia I se ubica aproximadamente a medio camino entre la raíz 1422 y la punta 1424 (en la dirección radial 1460), de tal modo que el borde de ataque 1246 se inclina hacia atrás a lo largo de aproximadamente la misma distancia radial que se inclina hacia delante.
Como se analiza, la mortalidad de los peces es una función de la componente normal wn de la velocidad de golpe, y la componente normal wn de la velocidad de golpe se reduce para los ángulos de inclinación 0 distintos de 90 grados. El borde de ataque 1426 de la pala 1420 tiene un ángulo de inclinación distinto de 90 grados excepto en la ubicación intermedia I. Por lo tanto, la mortalidad de los peces se reduce en estas regiones (en relación con una pala recta).
Como se menciona, el ángulo de inclinación del borde de ataque 1426 de la pala 1420 disminuye continuamente al moverse desde la ubicación intermedia I, en donde el ángulo de inclinación es aproximadamente 90 grados, a la punta 1424. Como resultado, la componente normal de la velocidad de golpe wn se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1424, lo que significa que la mortalidad se disminuye en mayor medida al moverse desde la ubicación intermedia I a la punta 1424. La velocidad tangencial de pala aumenta generalmente desde la raíz 1422 hasta la punta 1424. Por lo tanto, la disminución continua del ángulo de inclinación desde la ubicación intermedia I hasta la punta 1424 reduce la mortalidad en mayor medida en donde la velocidad tangencial de pala es relativamente alta.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 14C, el borde de ataque 1426 en la punta 1424 se sitúa más allá del borde de ataque 1426 en la raíz 1422 (en el sentido circunferencial 1470). Como resultado, el borde de ataque 1426 de la pala 1420 está en voladizo. Debido a que la punta 1424 en el borde de ataque 1426 se extiende más allá del borde de ataque 1426 en la raíz 1422 (en el sentido circunferencial 1470), se pueden lograr unos ángulos de inclinación más pequeños cerca de la punta 1424. Como se analiza, esto puede dar como resultado una reducción en la componente normal de la velocidad de golpe wn, reduciendo de ese modo la mortalidad. Sin embargo, debido a que la punta 1424 en el borde de ataque 1426 se extiende más allá del borde de ataque 1426 en la raíz 1422 (en el sentido circunferencial 1470), se crea un voladizo más extremo. Esto puede, por ejemplo, dar como resultado un aumento en los costes de fabricación para producir una rigidez estructural mínima en la punta 1424. El voladizo mostrado, por ejemplo, en las figuras 14C, sin embargo, no es lo suficientemente exagerado para provocar un aumento significativo en los costes de fabricación.
En algunas realizaciones, las palas 1420 se pueden conformar de tal modo que el líquido que pasa a través del rodete 1400 en la dirección longitudinal 1450 entra en contacto con al menos una pala 1420, como se ha analizado anteriormente con respecto a las figuras 9A-F. En algunas realizaciones, el borde de salida 1428 se puede conformar para aproximarse a la forma del borde de ataque 1426.
En algunas realizaciones, el rodete 1400 está configurado para rotar de tal modo que la velocidad de golpe eficaz a lo largo del borde de ataque 1426 es, como mucho, aproximadamente 7 m/s. El borde de ataque 1426 inclinado, por lo tanto, permite que el rodete 1400 rote a una velocidad más alta al tiempo que se mantiene un paso seguro de los peces. A su vez, una velocidad de rotación más alta puede mejorar la velocidad específica de la potencia y la competitividad económica del rodete 1400.
En algunas realizaciones, el rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 puede tener un tamaño compacto. Esto puede posibilitar, por ejemplo, un transporte fácil del rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400. Por ejemplo, un diámetro Dt del rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 puede ser al menos aproximadamente 0,5 metros. En un aspecto, un diámetro Dt del rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 puede variar de aproximadamente 0,5 metros a aproximadamente 5 metros, tal como aproximadamente 1 metro a aproximadamente 3 metros. Una longitud Lr de rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 en la dirección longitudinal 1050, 1150, 1250, 1350 o 1450 puede, por ejemplo, ser aproximadamente 1,7 metros a aproximadamente 2,1 metros.
Los rodetes 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 y/o las palas 1020, 1120, 1220, 1320 o 1420 se pueden hacer de cualquier material adecuado y se pueden formar mediante cualquier proceso adecuado. En algunas realizaciones, los rodetes 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 y/o las palas 1020, 1120, 1220, 1320 o 1420 se hacen de fibra de vidrio/carbono moldeado y resina. En tales realizaciones, las palas 1020, 1120, 1220, 1320 o 1420 pueden incluir un núcleo compuesto por una espuma de peso ligero. En algunas realizaciones, el rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 está compuesto por metal, tal como bronce, acero inoxidable, o similares, y pueden estar formados por piezas fundidas que se mecanizan hasta dar la forma final. En algunas realizaciones, el rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 está compuesto por materiales compuestos y se produce a través de métodos convencionales de construcción de materiales compuestos. Por ejemplo, el rodete 1000, 1100, 1200, 1300 o 1400 puede tener una construcción de tipo intercalado o puede incluir un alma de esfuerzo cortante en el interior de una estructura. En algunas realizaciones, el rodete 200 está compuesto por un elastómero o polímero, con refuerzos o bien de forma local o bien distribuidos por todo su interior.
Las palas 1020, 1120, 1220, 1320 o 1420 pueden tener una construcción híbrida. En algunas realizaciones, el borde de ataque 1026, 1126, 1226, 1326 o 1426 de las palas 1020, 1120, 1220, 1320 o 1420 está blindado. El borde de ataque 1026, 1126, 1226, 1326 o 1426 puede tener aplicado un revestimiento. El borde de ataque puede ser metálico. En algunas realizaciones, las puntas de pala 1024, 1124, 1224, 1324 o 1424 se moldean con una capa gruesa de material ablativo de tal modo que las puntas de pala 1024, 1124, 1224, 1324 o 1424 se pueden desgastar hasta el diámetro interior de una carcasa de una turbina (mostrada, por ejemplo, en las figuras 15A-C).
Las figuras 15A-15C ilustran un rodete seguro para peces 1510 integrado en una turbina de foso 1500, cuya entrada 1512 tiene por objeto conectarse a la descarga de una tubería presurizada o de un conducto forzado. Fluye agua en sentido axial alrededor de un foso 1520 que contiene el equipo de transmisión de potencia 1560, se dirige en sentido diagonal a través de una fase de paletas de guía 1532 (que puede ser de paso fijo, o ajustables, según lo requiera la aplicación), en sentido axial a través del rodete 1510, a través de un tubo de aspiración 1540 o difusor, y fuera de la turbina 1500. La salida 1518 del tubo de aspiración 1540 o bien descarga directamente a un agua de descarga o bien conecta con una tubería que a su vez puede comunicar el agua descargada a una masa de agua de descarga, o dondequiera que conduzca la tubería. Este tipo de turbina se puede instalar en cualquier ángulo en relación con el suelo, tal como horizontal, inclinado o vertical. El generador 1552 o un equipo de toma de fuerza tal como una caja de engranajes o acoplamiento 1554, están contenidos en un foso 1520 que está abierto al aire y se puede cubrir opcionalmente para su protección. Una ventaja de este tipo de turbina es un acceso fácil a los componentes de transmisión de potencia, tales como sellos de eje, cojinetes y equipo de toma de fuerza. Este tipo de turbina es aplicable en todo un rango amplio de altura de caída, desde solo unos pocos metros de altura de caída hasta 10 metros o incluso 20 metros.
Las figuras 16A-16C ilustran un rodete seguro para peces 1610 integrado en una turbina de foso 1600, cuya entrada 1612 tiene por objeto comunicarse directamente con un canal o canalización abierta o de otro modo con el agua de cabecera por encima de una caída en la cota entre el agua de cabecera y el agua de descarga. Fluye agua en sentido axial alrededor de un foso 1620 que contiene el equipo de transmisión de potencia 1660, se dirige en sentido diagonal a través de una fase de paletas de guía 1632 (que puede ser de paso fijo, o ajustables, según lo requiera la aplicación), en sentido axial a través del rodete 1610, a través de un tubo de aspiración 1640 o difusor, y fuera de la turbina 1600. El generador 1652 o un equipo de toma de fuerza tal como una caja de engranajes o acoplamiento 1654, están contenidos en un foso 1620. Las ventajas de este tipo de turbina son la simplicidad del acceso a los componentes de transmisión de potencia como se describe para la figura 15. Este tipo de turbina es aplicable principalmente a una altura de caída muy baja, menos de aproximadamente 5 metros o 7 metros.
Las figuras 17A-17C ilustran un rodete seguro para peces 1710 integrado en una turbina de bulbo 1700, cuya entrada tiene por objeto comunicarse directamente con un canal o canalización abierta o de otro modo con el agua de cabecera por encima de una caída en la cota entre el agua de cabecera y el agua de descarga. Fluye agua a través de esta turbina de una forma similar a la de la figura 15. Fluye agua en sentido axial alrededor del bulbo 1780 que contiene el equipo de transmisión de potencia 1760, se dirige en sentido diagonal a través de una fase de paletas de guía 1632 (que puede ser de paso fijo, o ajustables, según lo requiera la aplicación), en sentido axial a través del rodete 1710, a través de un tubo de aspiración 1740 o difusor, y fuera de la turbina 1700. Un generador 1752 se encierra totalmente en el bulbo 1780, que es estanco al agua. Los cables de alimentación y de control, así como cualquier encaminamiento adicional requerido, tal como aceites de lubricación o gases, se unen a la turbina desde una ubicación remota en tierra. Las ventajas de este tipo de turbina son su capacidad para funcionar completamente sumergida. Esto es útil en aplicaciones tales como en ríos grandes, en donde unos caudales estacionales altos pueden conducir a menudo a inundaciones locales. Este tipo de configuración de bulbo también se puede implementar dentro de una tubería, exactamente igual que en la figura 15.
Las figuras 18A-18C ilustran un rodete seguro para peces 1810 integrado en una turbina de bulbo 1800, cuya entrada tiene por objeto comunicarse directamente con un canal o canalización abierta o de otro modo con el agua de cabecera por encima de una caída en la cota entre el agua de cabecera y el agua de descarga. Fluye agua en sentido radial a la turbina 1800, pasando a través de una fase de paletas de guía 1832 que inducen un torbellino en el flujo antes de pasar en sentido axial a través del rodete 1810, y saliendo en sentido axial a través de un tubo de aspiración 1840 o difusor. Una ventaja de este tipo de turbina está en su capacidad para instalarse con un coste de capital mínimo, y cuando se hace funcionar con un eje de turbina vertical, esta turbina se beneficia de unas cargas autoinducidas fluctuantes muy bajas (por ejemplo, procedentes de la masa de pala rotatoria), fomentando una vida útil prolongada. Es posible instalar este tipo de turbina en cualquier orientación, incluyendo la vertical o la horizontal. La turbina 1800 puede incluir un generador 1852, que se puede encerrar en un bulbo seco, exactamente igual que en la figura 17.
Las figuras 19A-19C ilustran un rodete seguro para peces 1910 integrado en una turbina tubular 1900, cuya entrada tiene por objeto conectarse a una tubería presurizada o a un conducto forzado. Una cascada de paletas giratorias estacionarias 1935 se sitúa en el codo de la tubería de admisión, si el codo está cerca de 90 grados. Este tipo de turbina se puede construir con unos codos de entrada de un ángulo más pequeño, tal como 45 grados y, en un caso como este, pueden que no se requieran las paletas giratorias. Fluye agua desde el conducto forzado a través del codo, a las paletas de guía 1930, que se pueden orientar con un flujo predominantemente axial, o con un flujo que tiene alguna componente de dirección diagonal de forma similar a las tomas de bulbo o foso, induciendo un torbellino apropiado en el flujo. Entonces fluye agua a través del rodete 1910, y sale en sentido axial hacia un difusor o tubo de aspiración 1940, y desde allí, a un agua de descarga de salida o a una tubería de salida. Este tipo de turbina se puede instalar en un rango de ángulos que van desde la vertical a la no vertical. La turbina es muy adecuada para emplazamientos con una altura de caída superior a varios metros, hasta 20 metros, y permite reducciones en la longitud, la anchura y la profundidad de la obra civil para la central hidroeléctrica. La turbina 1900 puede incluir un generador 1952.
Otras turbinas se pueden construir de una forma semejante. Por ejemplo, una caja espiral presurizada o caja de voluta podría suministrar agua a la turbina de la figura 18 , permitiendo su aplicación en una central eléctrica seca en lugar de en un depósito de compensación de canalización abierta.
Como se muestra, por ejemplo, en las figuras 20A-B, el rodete se puede incorporar a una turbina, y la turbina puede ser parte de la instalación hidroeléctrica 2000. Cada turbina de la instalación hidroeléctrica 2000 puede ser una turbina de flujo axial que tiene un eje longitudinal Z dispuesto en una orientación vertical de tal modo que el flujo de líquido a través de la turbina procede en sentido vertical hacia abajo en una dirección del eje longitudinal Z de cada turbina. En algunas realizaciones, la turbina puede incluir un caudal afluente radial como se muestra y, en algunas realizaciones, la turbina puede incluir un caudal afluente axial. Cada turbina se puede configurar para funcionar cuando está totalmente sumergida. Además, cada turbina puede ser modular, de tal modo que se pueden añadir, retirar o sustituir turbinas adicionales en la instalación hidroeléctrica 2000 según sea necesario.
La instalación hidroeléctrica 2000 puede ser particularmente adecuada para su uso en arroyos y ríos, que generalmente tienen una carga de basura grande y contienen residuos, tales como ramas, hojas, vegetación y basura, y similares. La instalación hidroeléctrica 2000 está configurada para su uso en aplicaciones de altura de caída baja, inhibe el flujo de rocas y residuos a las turbinas, y se configura de tal modo que su rejilla para basura es autolimpiable en gran medida.
La instalación hidroeléctrica 2000 puede incluir una pluralidad de cámaras de turbinas 2010 como se muestra en las figuras 20A-B. Las cámaras de turbinas 2010 se pueden disponer de forma adyacente entre sí en una dirección transversal a un flujo de agua de cabecera hacia el agua de descarga. Cada cámara de turbinas 2010 se puede definir mediante un par de paredes laterales paralelas separadas y un suelo. La cámara de turbinas 2010 puede incluir además una pared de aguas abajo para mantener la altura de caída. La cámara de turbinas 2010 se puede formar a partir de paneles de hormigón prefabricados para facilitar la instalación de la instalación hidroeléctrica 2000. Las turbinas se pueden disponer dentro de la cámara de turbinas 2010 y cada turbina se puede disponer en una orientación vertical.
Cada turbina se puede asentar en un suelo de la cámara de turbinas 2010. Cada turbina puede incluir una chaveta de enclavamiento para evitar la rotación de la turbina cuando se asienta en el suelo. Cada turbina puede ser soportada por la fuerza de la gravedad y por el flujo de líquido. Por lo tanto, no se requieren soportes ni armazones para instalar cada turbina. Como resultado, cada turbina se puede instalar fácilmente simplemente colocando la turbina sobre el suelo para asentar la turbina en el suelo de la cámara de turbinas 2010 y, de forma similar, cada turbina se puede retirar fácilmente sin el desmontaje de un bastidor u otras estructuras de soporte.
Una o más turbinas se pueden disponer en cada cámara de turbinas 2010. En la figura 20A, por ejemplo, se disponen tres turbinas en cada cámara de turbinas 2010, y una primera turbina se puede disponer aguas arriba de una segunda turbina. Sin embargo, en realizaciones alternativas, cada cámara de turbinas 2010 puede incluir turbinas adicionales. Debido a que cada una de las cámaras de turbinas 2010 puede incluir múltiples turbinas, la instalación hidroeléctrica 2000 puede tener una disposición de turbinas semejante a una malla.
Una entrada de cada turbina se puede disponer por encima del suelo de la cámara de turbinas 2010. De esta forma, la turbina se puede disponer para evitar o inhibir que entren rocas y otros residuos grandes en la turbina.
Las cámaras de turbinas pueden ser protegidas por un enrejado para basura 2020 con una orientación horizontal o muy aguda con respecto al plano horizontal. Se puede permitir que una cantidad de agua se desborde de la cámara de turbinas, arrastrando los residuos fuera de los enrejados para basura por medio de la velocidad del agua que pasa por ellos. De esta forma, se pueden evitar costosos dispositivos de limpieza de enrejados para basura. En algunos casos, se puede requerir un sistema de limpieza de enrejados para basura, y la naturaleza autolimpiable de las cámaras de turbinas reducirá la frecuencia o el tiempo que se requiere que funcione el sistema de limpieza, en comparación con una cámara de turbinas con un enrejado para basura orientado en sentido vertical.
La instalación hidroeléctrica 2000 puede incluir además una compuerta de aguas arriba en una entrada de la cámara de turbinas 2010 para controlar un flujo de líquido a la cámara de turbinas 2010. La compuerta de aguas arriba puede ser móvil entre una configuración abierta para permitir el flujo de agua a la cámara de turbinas y una configuración cerrada en la que se evita que entre un flujo de agua en la cámara de turbinas.
La figura 21 muestra un proceso para diseñar un rodete seguro para peces. Como entenderá un experto en la materia, no todas las operaciones descritas son necesarias y no es necesario que las operaciones se realicen en el orden descrito, salvo que sea evidente lo contrario.
En la operación 2110, se estima una probabilidad de un golpe con peces en una sección de una pala de rodete. La sección puede, por ejemplo, ser una sección transversal de la pala tomada a lo largo de la dirección circunferencial, o una porción de la pala entre dos círculos concéntricos centrados en un eje longitudinal del rodete. La probabilidad de un golpe con peces se puede estimar, por ejemplo, de acuerdo con la ecuación de von Raben analizada anteriormente. La probabilidad de un golpe con peces también se puede estimar por otros medios, por ejemplo, usando el seguimiento de partículas en una simulación de dinámica de fluidos computacional.
En la operación 2120, se estima una probabilidad de la supervivencia a golpes en la sección. La estimación de la supervivencia a golpes en la sección se puede basar, por ejemplo, en su totalidad o en parte, en una longitud de los peces, un espesor de borde de ataque de la pala en la sección, una relación entre el espesor de borde de ataque de la pala en la sección y un diámetro del rodete, una relación entre el espesor máximo de la pala en la sección y el diámetro del rodete, una relación entre el espesor máximo de la pala en la sección y una longitud de una cuerda de la pala, una relación entre una longitud de cuerda de la pala en la sección y una separación circunferencial de la pala, o una forma de una sección transversal del borde de ataque de la pala en la sección, una curvatura de una sección transversal de la pala en la sección, una relación entre una longitud de cuerda de la pala en la sección y una longitud del borde de ataque, un número de velocidad, un ángulo de inclinación del borde de ataque de la pala en la sección, o alguna otra propiedad de la pala. Como se ha analizado anteriormente, estas propiedades pueden afectar a la supervivencia de un pez a continuación de un golpe. La probabilidad de un golpe con peces también se puede estimar por otros medios, por ejemplo, usando el seguimiento de partículas en una simulación de dinámica de fluidos computacional.
En la operación 2130, se computa una tasa de paso en la sección. La tasa de paso se puede computar, por ejemplo, multiplicando la probabilidad de un golpe con peces en la sección estimada en la operación 2110 y la probabilidad de supervivencia a golpes en la sección estimada en la operación 2120.
En la operación 2140, se ajusta uno o más de lo siguiente: un espesor de borde de ataque máximo de la pala en la sección, una relación entre el espesor de borde de ataque máximo de la pala en la sección y un diámetro del rodete, una relación entre el espesor máximo de la pala en la sección y el diámetro del rodete, una relación entre el espesor máximo de la pala en la sección y una longitud de una cuerda de la pala, una relación entre una longitud de cuerda de la pala en la sección y una separación circunferencial de la pala, o una forma de una sección transversal del borde de ataque de la pala en la sección, una curvatura de una sección transversal de la pala en la sección, una relación entre una longitud de cuerda de la pala en la sección y una longitud del borde de ataque, un número de velocidad, un ángulo de inclinación del borde de ataque de la pala en la sección, alguna otra propiedad de la pala, o un número de palas. Como se ha analizado anteriormente, estas propiedades pueden afectar a la supervivencia de un pez a continuación de un golpe.
En la operación 2150, las operaciones 2110 a 2140 se repiten para una segunda sección de la pala diferente de la primera sección.
En un aspecto, después de la operación 2140, se puede realizar una operación para determinar la factibilidad del diseño de rodete. Por ejemplo, los criterios estructurales y/o los criterios de coste de fabricación se pueden evaluar y equilibrar frente a la tasa de paso computada. Si uno o ambos de los criterios estructurales y de coste de fabricación son poco deseables, se puede repetir la operación 2140.
Se debe apreciar que se pretende usar la sección de Descripción Detallada para interpretar las reivindicaciones, y no las secciones de Sumario y de Resumen. Las secciones de Sumario y de Resumen pueden exponer una o más pero no todas las realizaciones ilustrativas de la(s) presente(s) invención(es) según lo contemplado por los inventores y, por lo tanto, no pretenden limitar en modo alguno la(s) presente(s) invención(es) y las reivindicaciones adjuntas. La(s) presente(s) invención(es) se ha(n) descrito anteriormente con la ayuda de bloques básicos funcionales que ilustran la implementación de funciones especificadas y las relaciones de las mismas. Los límites de estos bloques básicos funcionales se han definido arbitrariamente en el presente documento por razones de conveniencia de la descripción. Se pueden definir límites alternativos siempre que las funciones especificadas y las relaciones de las mismas se realicen apropiadamente.
La descripción anterior de las realizaciones específicas revelará de forma tan completa la naturaleza general de la(s) invención(es) que otras personas pueden, aplicando conocimiento dentro de la experiencia en la materia, modificar y/o adaptar fácilmente para diversas aplicaciones tales realizaciones específicas, sin experimentación indebida, y sin apartarse del concepto general de la(s) presente(s) invención(es). Por lo tanto, tales adaptaciones y modificaciones pretenden estar dentro del significado y rango de equivalentes de las realizaciones divulgadas, basándose en la enseñanza y en la orientación presentadas en el presente documento. Se ha de entender que la fraseología o la terminología empleada en el presente documento se usa para fines de descripción y no de limitación, de tal modo que la terminología o fraseología de la presente memoria descriptiva ha de ser interpretada por el experto a la luz de las enseñanzas y orientaciones en el presente documento.
La amplitud y el alcance de la(s) presente(s) invención(es) no deberían estar limitados por ninguna de las realizaciones ilustrativas descritas anteriormente, sino que se deberían definir solo de acuerdo con las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un rodete (900) para una turbina hidráulica, que comprende:
un buje (910); y
una pluralidad de palas (920) que se extienden desde el buje (910),
en donde cada pala (920) de la pluralidad de palas (920) comprende una raíz (922) ubicada en el buje (910), una punta (924) opuesta a la raíz (922), un borde de ataque (926) y un borde de salida (928) opuesto al borde de ataque (926), y
caracterizado por que una relación entre un espesor máximo del borde de ataque (926) en la punta (924) de una pala (920) de la pluralidad de palas (920) y un diámetro del rodete (900) medido desde las puntas (924) de la pluralidad de palas (920), TLE/Dt, es mayor que aproximadamente 0,06.
2. El rodete de acuerdo con la reivindicación 1, en donde, para al menos una de las palas (920), el borde de ataque de raíz de pala se sitúa a lo largo de un eje radial del rodete (900) y el borde de ataque de punta de pala está en voladizo más allá del eje radial en un sentido circunferencial del rodete (900).
3. El rodete de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde la relación entre el espesor máximo del borde de ataque (926) en la punta (924) de la pala (920) de la pluralidad de palas (920) y el diámetro del rodete (900) medido desde las puntas (924) de la pluralidad de palas (920), TLE/Dt, varía de aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,35.
4. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espesor máximo del borde de ataque (926) de al menos una de las palas (920), TLE, es al menos aproximadamente 50 mm.
5. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una relación entre un espesor máximo de la pala (920) en el buje de pala (910) y el diámetro del rodete (900) medido desde las puntas (924) de la pluralidad de palas (920), tmáx,h/Dt, varía de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,35.
6. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una relación entre un espesor máximo de la pala (920) en la punta de pala (924) y el diámetro del rodete (900) medido desde las puntas (924) de la pluralidad de palas (920), tmáx,t/Dt, varía de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 0,25.
7. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el espesor de borde de ataque de al menos una de las palas (920) en la punta de pala (924) es más grande que el espesor de borde de ataque en la raíz de pala (922).
8. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pluralidad de palas (920) comprende cinco o menos palas (920).
9. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde de ataque (926) de al menos una de las palas (920) tiene forma de silla de montar.
10. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde, para al menos una de las palas (920), una relación entre el espesor de borde de ataque de la pala (920) en el buje de pala (910) y una longitud de una cuerda de la pala (920) en el buje de pala (910) varía de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,39.
11. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde, para al menos una de las palas (920), una relación entre el espesor máximo del borde de ataque (926) de la pala (920) en la punta de pala (924) y una longitud de una cuerda de la pala (920) en la punta de pala (924) varía de aproximadamente 0,09 a aproximadamente 0,25.
12. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una porción del borde de ataque (926) en la punta de pala (924) de al menos una de las palas (920) se inclina hacia delante en una dirección de rotación de pala.
13. El rodete de la reivindicación 12, en donde la porción del borde de ataque (926) en la punta de pala (924) se inclina en un ángulo que varía de aproximadamente 20 grados a aproximadamente 90 grados.
14. El rodete de la reivindicación 13, en donde la porción del borde de ataque (926) en la punta de pala (924) se inclina en un ángulo que varía de aproximadamente 25 grados a aproximadamente 45 grados.
15. El rodete de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el rodete (900) tiene un diámetro de al menos aproximadamente 0,5 metros.
ES20733520T 2019-03-13 2020-03-13 Turbina hidráulica Active ES2931325T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962818031P 2019-03-13 2019-03-13
PCT/US2020/022817 WO2020186244A1 (en) 2019-03-13 2020-03-13 Hydraulic turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2931325T3 true ES2931325T3 (es) 2022-12-28

Family

ID=72426052

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES20733520T Active ES2931325T3 (es) 2019-03-13 2020-03-13 Turbina hidráulica

Country Status (13)

Country Link
US (5) US11614065B2 (es)
EP (1) EP3735529B1 (es)
DE (1) DE202020005480U1 (es)
DK (1) DK3735529T3 (es)
ES (1) ES2931325T3 (es)
HR (1) HRP20221386T1 (es)
HU (1) HUE060285T2 (es)
LT (1) LT3735529T (es)
PL (1) PL3735529T3 (es)
PT (1) PT3735529T (es)
RS (1) RS63961B1 (es)
SI (1) SI3735529T1 (es)
WO (1) WO2020186244A1 (es)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020186244A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 Natel Energy, Inc. Hydraulic turbine
US12135003B2 (en) 2020-05-13 2024-11-05 Natel Energy Holdings, Inc. Behavioral guidance system for fish
WO2021235790A1 (ko) * 2020-05-21 2021-11-25 한국조선해양 주식회사 최적의 허브 직경비를 갖는 가변 피치 프로펠러
CN114354116B (zh) * 2021-12-15 2024-06-07 江苏大学 一种叶片前缘撞击损伤度量化试验装置及试验方法
USD1038028S1 (en) * 2022-04-29 2024-08-06 Natel Energy Holdings, Inc. Turbine runner
WO2025050075A1 (en) * 2023-09-01 2025-03-06 Natel Energy Holdings, Inc. Hydraulic turbine
EP4771270A1 (en) * 2023-09-01 2026-07-08 Natel Energy Holdings, Inc. Hydraulic turbine runner
DE102024100709B3 (de) * 2024-01-11 2025-02-13 Voith Patent Gmbh Laufradschaufel für eine hydraulische Maschine einer Wasserkraftanlage

Family Cites Families (94)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1607773A (en) 1926-11-23 moody
US1748892A (en) 1917-10-20 1930-02-25 Allis Chalmers Mfg Co Hydraulic process and apparatus
US1929099A (en) * 1920-04-13 1933-10-03 I P Morris & De La Vergne Inc Hydraulic turbine
US1504737A (en) * 1921-07-01 1924-08-12 Allis Chalmers Mfg Co Hydraulic turbine
US1504710A (en) * 1922-04-01 1924-08-12 Allis Chalmers Mfg Co Rotor
US1529634A (en) 1923-03-26 1925-03-10 Allis Chalmers Mfg Co Hydraulic installation
US1613816A (en) * 1925-03-30 1927-01-11 James Leffel And Company Runner for turbines
US1833529A (en) * 1927-08-27 1931-11-24 Moody Lewis Ferry Hydraulic apparatus
US2334302A (en) 1942-05-27 1943-11-16 Alfred A Dorman Screw turbine
US2667936A (en) * 1950-09-16 1954-02-02 William F Clark Boat propeller
US2709052A (en) * 1952-04-15 1955-05-24 Charles J Fletcher Spanwise flow control of fluid swept lifting surfaces
US2949540A (en) 1957-06-27 1960-08-16 Mark M Clayton Combination hydraulic turbine and electric generator
US3367423A (en) * 1966-06-13 1968-02-06 Cornelius W. Van Ranst Propeller
US3504990A (en) 1967-05-09 1970-04-07 David B Sugden Undulating flow promoting rotor and assemblies embodying same
US3694104A (en) * 1970-10-07 1972-09-26 Garrett Corp Turbomachinery blade
US3697193A (en) 1970-12-10 1972-10-10 Adrian Phillips Fluidfoil section
US4143999A (en) 1974-04-09 1979-03-13 Weir Pumps Limited Fluid machines
FR2315001A1 (fr) * 1975-06-18 1977-01-14 Entat Marcel Procede de realisation de pales d'helices et pales d'helices perfectionnees obtenues par la mise en oeuvre de ce procede
US4165467A (en) 1977-04-29 1979-08-21 Atencio Francisco J G Dam with transformable hydroelectric station
US4188788A (en) 1978-06-14 1980-02-19 Eller James D Hydraulic turbine system
US4367413A (en) 1980-06-02 1983-01-04 Ramon Nair Combined turbine and generator
US4364228A (en) 1980-07-25 1982-12-21 Eller J David Hydraulic turbine system with siphon action
US4441029A (en) 1982-06-25 1984-04-03 The University Of Kentucky Research Foundation Hydropower turbine system
NL8203179A (nl) 1982-08-12 1984-03-01 Stork Pompen Pomphuis, vormdelen van een vormwand voor een pomphuis en werkwijze voor het vervaardigen van een pomphuis.
US4629904A (en) 1984-03-21 1986-12-16 Rojo Jr Agustin Micro-hydroelectric power plant
US4674279A (en) 1984-09-12 1987-06-23 Acres International Corporation Control system for run-of-river hydroelectric plant
US5352093A (en) * 1989-07-24 1994-10-04 Hannon R Douglas Weedless propeller
CA2020765C (en) * 1990-07-09 2000-02-22 Hung Do Propeller blade configuration
US5158433A (en) 1991-01-21 1992-10-27 Brunswick Corporation Marine propeller having an outwardly flared hub
US5961289A (en) 1995-11-22 1999-10-05 Deutsche Forshungsanstalt Fur Luft-Und Raumfahrt E.V. Cooling axial flow fan with reduced noise levels caused by swept laminar and/or asymmetrically staggered blades
US5947679A (en) * 1996-03-28 1999-09-07 Voith Hydro, Inc. Adjustable blade turbines
US5954474A (en) 1996-03-28 1999-09-21 Voith Hydro, Inc. Hydro-turbine runner
AT405756B (de) 1996-05-30 1999-11-25 Efg Turbinen Und Kraftwerksanl Leitschaufel für kaplanturbinen
US5754446A (en) 1996-08-19 1998-05-19 Voith Hydro, Inc. Method and apparatus for optimizing performance of a kaplan turbine
US5997242A (en) * 1996-12-02 1999-12-07 Alden Research Laboratory, Inc. Hydraulic turbine
WO2002059464A1 (en) 2001-01-26 2002-08-01 Y & Y Co., Ltd. Fluid machinery
DE10117552C1 (de) 2001-04-08 2002-10-31 Peter Roth Bewegliches, über- und unterströmbares Wasserkraftwerk
US6948910B2 (en) 2002-07-12 2005-09-27 Polacsek Ronald R Spiral-based axial flow devices
FR2845427B1 (fr) 2002-10-02 2005-05-06 Alstom Switzerland Ltd Roue de type francis et turbine hydraulique equipee d'une telle roue
JP4374897B2 (ja) * 2003-05-12 2009-12-02 株式会社日立製作所 軸流ファン
FR2862723B1 (fr) 2003-11-20 2006-04-28 Jacques Fonkenell Turbine et centrale hydraulique pour tres basse chute
WO2005090779A1 (en) 2004-03-18 2005-09-29 Frank Daniel Lotrionte Turbine and rotor therefor
DE112007000717A5 (de) 2006-03-31 2009-02-19 Alstom Technology Ltd. Leitschaufel für eine Strömungsmaschine, insbesondere für eine Dampfturbine
CA2544108C (en) 2006-04-19 2013-06-04 Metin Ilbay Yaras Vortex hydraulic turbine
DE102006043946A1 (de) 2006-09-14 2008-03-27 Oswald Elektromotoren Gmbh Turbinenvorrichtung
US8251662B2 (en) 2007-01-22 2012-08-28 Parker Daniel B Wind turbine blade assembly and apparatus
US8777573B2 (en) * 2009-01-27 2014-07-15 Vestas Wind Systems A/S Sectional wind turbine blade
RU2391554C1 (ru) 2009-02-05 2010-06-10 Борис Львович Историк Низконапорная ортогональная турбина
USD610542S1 (en) 2009-05-29 2010-02-23 Cypress Wind Turbines Ltd. Vane module for a wind turbine
EP2452077A1 (en) * 2009-07-06 2012-05-16 Mike Richard John Smith Blade orientation of an impeller or propeller
NL2003467C2 (nl) 2009-09-10 2011-03-14 Nijhuis Pompen B V Visvriendelijke pomp- of turbineinrichting.
IL201222A (en) 2009-09-29 2015-02-26 Re 10 Ltd Hollow conical spiral turbine for energy conversion
USD678837S1 (en) 2009-11-03 2013-03-26 Aeroblade, S.A. Shovel for eolic generator
DE102009052383A1 (de) 2009-11-09 2011-05-12 Technische Universität München Schachtkraftwerk
GB201002241D0 (en) 2010-02-10 2010-03-31 Demontmorency David G Very low head (VLHS) packaged small hydro station
US9587645B2 (en) * 2010-09-30 2017-03-07 Pratt & Whitney Canada Corp. Airfoil blade
US20120082556A1 (en) * 2010-09-30 2012-04-05 Enzo Macchia Nanocrystalline metal coated composite airfoil
GB2487404A (en) 2011-01-20 2012-07-25 Sea Lix As Rotor for extracting energy from bidirectional fluid flows
USD654433S1 (en) 2011-03-04 2012-02-21 Delta Electronics, Inc. Wind power generator
WO2012146768A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Jouni Jokela Hydraulic turbine and hydroelectric power plant
FR2976027B1 (fr) * 2011-06-01 2015-03-20 Alstom Hydro France Helice pour machine hydraulique, machine hydraulique equipee d'une telle helice et methode d'assemblage d'une telle helice
TR201903404T4 (tr) * 2011-10-23 2019-04-22 Andritz Hydro Canada Inc Francis türbinin çarkına yönelik kompakt kanat ve çarkın yapılandırımasına yönelik yöntem.
US9803613B2 (en) * 2012-02-09 2017-10-31 Andritz Hydro Canada Inc. Mounting in hub for blades of a hydro turbine
WO2013190007A1 (de) 2012-06-19 2013-12-27 Fella Maschinenbau Gmbh Unterwasserturbine mit gashaltung
WO2013190008A2 (de) 2012-06-19 2013-12-27 Fella Maschinenbau Gmbh Unterwasserturbine mit korrosionsschutzvorrichtung
US9234325B1 (en) 2012-10-12 2016-01-12 Amjet Turbine Systems, Llc Combined turbine/generator installation on a dam
US9217332B2 (en) 2012-11-05 2015-12-22 Mohammad Ismail Abbassi Shakibapour Uni-directional axial turbine blade assembly
CN103912434B (zh) * 2014-03-27 2017-03-15 河海大学 一种小水电轴流式水轮机装置
WO2015157101A1 (en) * 2014-04-08 2015-10-15 Pritchard Shaun Submerged planing surface that provides hydrodynamic lift in a liquid at high speed
US11679852B1 (en) * 2014-04-08 2023-06-20 Shaun Anthony Pritchard Superventilated blade that provides hydrodynamic force in a liquid at high speed
USD722965S1 (en) 2014-10-21 2015-02-24 Robert Perless Vertical axis helical wind turbine
JP6670052B2 (ja) * 2015-07-08 2020-03-18 Ntn株式会社 風水車用のプロペラ
CN107850043A (zh) 2015-04-28 2018-03-27 克里斯·比尔斯 涡旋推进器
CA2990499C (en) 2015-07-21 2022-09-13 G Lucio Tiago FIHO Axial-flow turbine for low-head installations
KR101800642B1 (ko) 2015-09-09 2017-11-23 엘지전자 주식회사 송풍팬
CA3002149A1 (en) 2015-10-22 2017-04-27 Community Hydro, Llc Power generation systems, and related methods, components and control systems
BE1023246B1 (nl) * 2015-12-08 2017-01-10 Turbulent Bvba Een gravitatie vortex waterturbine geheel
US20160208771A1 (en) 2016-03-30 2016-07-21 George David Hughes Double Acute Angle Hydro and Wind Turbine
TWI624589B (zh) 2016-07-21 2018-05-21 Lai Rong Yi Low head large flow channel turbine
USD805474S1 (en) 2016-11-30 2017-12-19 Chris Bills Vortex propeller
GB201702382D0 (en) * 2017-02-14 2017-03-29 Rolls Royce Plc Gas turbine engine fan blade
USD842211S1 (en) 2017-05-12 2019-03-05 Azure Power Technology Co., Ltd. Propeller blade
US20190170113A1 (en) 2017-12-01 2019-06-06 Michael Alden HIGINBOTHAM Turbine blade assembly
GB2573513A (en) 2018-05-02 2019-11-13 Anakata Wind Power Resources Ltd Aerofoil tip structure, particularly for a HAWT rotor blade
US11280199B2 (en) * 2018-11-21 2022-03-22 Honeywell International Inc. Throat distribution for a rotor and rotor blade having camber and location of local maximum thickness distribution
WO2020186244A1 (en) * 2019-03-13 2020-09-17 Natel Energy, Inc. Hydraulic turbine
US11254404B2 (en) * 2019-09-05 2022-02-22 Conic Propulsion, Llc Propeller
US11512593B2 (en) * 2019-09-05 2022-11-29 Conic Propulsion, Llc Propeller
US10941747B1 (en) 2019-10-21 2021-03-09 Rondid D. Bingaman Gravitational vortex variable water flow energy generating system including adjustable height turbine and diffuser assemblies
PL3855014T3 (pl) * 2020-01-22 2025-10-20 Nordex Energy Se & Co. Kg Dzielona łopata wirnika turbiny wiatrowej oraz segment łopaty wirnika
US11608743B1 (en) * 2022-02-04 2023-03-21 General Electric Company Low-noise blade for an open rotor
US12049306B2 (en) * 2022-02-04 2024-07-30 General Electric Company Low-noise blade for an open rotor
US20260084826A1 (en) * 2023-08-04 2026-03-26 General Electric Company Aircraft with an unducted fan propulsor
WO2025050075A1 (en) * 2023-09-01 2025-03-06 Natel Energy Holdings, Inc. Hydraulic turbine

Also Published As

Publication number Publication date
US20250334094A1 (en) 2025-10-30
US11614065B2 (en) 2023-03-28
US12320325B2 (en) 2025-06-03
US20250067239A1 (en) 2025-02-27
PL3735529T3 (pl) 2022-12-27
PT3735529T (pt) 2022-11-30
US20210231094A1 (en) 2021-07-29
HUE060285T2 (hu) 2023-02-28
US11952976B2 (en) 2024-04-09
US20200408184A1 (en) 2020-12-31
RS63961B1 (sr) 2023-03-31
DE202020005480U1 (de) 2021-06-10
US20230296073A1 (en) 2023-09-21
HRP20221386T1 (hr) 2023-01-06
WO2020186244A1 (en) 2020-09-17
SI3735529T1 (sl) 2023-01-31
DK3735529T3 (da) 2022-11-21
US11078882B2 (en) 2021-08-03
EP3735529A1 (en) 2020-11-11
EP3735529B1 (en) 2022-08-24
EP3735529A4 (en) 2021-06-23
LT3735529T (lt) 2022-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12320325B2 (en) Hydraulic turbine
ES2243756T3 (es) Turbina entubada subacuatica.
US9109571B2 (en) Shaft power plant
US8648487B2 (en) Shaft power plant
JP2007278297A (ja) 低速移動する水流からの動的水力電力発電
JPS61116076A (ja) 水車
US8083483B1 (en) Water wheel barrage energy converter
NO323002B1 (no) Vannturbin omfattende et turbinhjul samt et turbinhjul for en vannturbin.
JP5773304B2 (ja) 垂直魚道
CN205000307U (zh) 阶梯式-螺旋反向旋转底坎式联合消能设施
CN105133555B (zh) 阶梯式-螺旋反向旋转底坎式联合消能设施及消能方法
US20200400113A1 (en) Systems and methods for hydroelectric systems
CA2278707C (en) Helical penstock
WO2019049901A1 (ja) 水力発電装置
WO2014194438A1 (es) Dispositivo convertidor de energia cinetica de mareas en electrica que posee una hidroturbina de flujo transversal capaz de direccionar los flujos captados de una manera optima redirigiendo y acelerandolos hacia un rodete interno de la h idroturbina y una planta generadora de electr1cidad que ocupa a dicho dispositivo.
AU2024335088A1 (en) Hydraulic turbine
JP6065162B1 (ja) 網場設備
JP2002167740A (ja) 水力発電方法
WO2025008640A1 (en) A device and method for extracting energy from a flow of water
CN206744337U (zh) 一种安全高效的鱼类下行装置
CN1323950A (zh) 水力涡轮机系统
CN115573844A (zh) 一种轴流式水轮机
EP4115076A1 (en) Inlet for a hydrodynamic screw
RU2557836C2 (ru) Русловая гидроэлектростанция русского инженера железнякова сергея тимофеевича
CN121435545A (zh) 一种导流型桩基冲刷防护方法及防护装置