ES3066374T3 - Blade of a pelton turbine - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un álabe (2) de una turbina Pelton con un borde de salida (6) curvado al menos en secciones. Según la invención, para lograr una eficiencia particularmente alta, el borde de salida (6) forma una joroba trasera (7) vista de lado, donde, desde esa vista, el centro de curvatura de la joroba se sitúa por debajo del borde de salida (6) y el vértice (10) de la joroba se encuentra más cerca de la base de la pala (3) que del extremo del álabe (4). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Álabe de una turbina Pelton

[0003] La invención se refiere a un álabe de una turbina Pelton con un borde de salida curvado al menos por secciones. Las turbinas Pelton pertenecen desde hace mucho tiempo al estado de la técnica y se conocen en particular por el documento CA 32918 A. Mientras que inicialmente solo se utilizaban álabes con bordes de salida planos, tal como se describe, por ejemplo, en el documento DE 3938356 C2 y el documento DE 10210426 A1, desde hace algún tiempo se conocen también álabes para turbinas Pelton con bordes de salida curvados, en particular por los documentos EP 1386076 B1 y EP 2868912 A1. A ese respecto, el propósito es siempre una mejora de la eficiencia mediante una influencia beneficiosa en el flujo provocada por la forma del álabe.

[0004] Correspondientemente, el objetivo de esta invención es también indicar un álabe Pelton del tipo mencionado al principio, con el que pueda conseguirse una eficacia especialmente alta. Según la invención, este objetivo se alcanza mediante un álabe del tipo mencionado al principio según la reivindicación 1.

[0005] En el marco de la invención se reconoció que, de esta manera, puede aumentarse una altura de salida del chorro de agua, con lo que se consigue un mejor control del flujo saliente, lo que conduce a su vez a un aumento de la eficacia. La configuración según la invención posibilita el diseño de perfiles de álabe innovadores con más posibilidades geométricas con respecto a las posiciones, las curvaturas y los ángulos para:

[0006] - optimizar la transferencia de energía al rodete para una mejor eficiencia hidráulica;

[0007] - optimizar el flujo inverso de agua desde la cavidad de álabe, para reducir el flujo inverso hacia las boquillas y el rodete, y para modificar los puntos de impacto del agua sobre las boquillas o la carcasa;

[0008] - optimizar la distribución de grosor en el rodete para mejorar el nivel de tensión en el rodete;

[0009] - optimizar la distribución de masa en el rotor para mejorar el comportamiento dinámico de la conducción del hueco. Por base de cavidad de álabe se entiende un extremo radialmente interno del álabe o de la cavidad de álabe en el caso de la disposición del álabe en una rueda Pelton, y por cara de álabe se entiende un extremo radialmente externo de la cavidad de álabe en el caso de una disposición según lo previsto del álabe en una turbina Pelton. Así, la protuberancia trasera está dispuesta habitualmente en una mitad radialmente interna del álabe y en la mayoría de los casos no sobresale más allá del diámetro del círculo de chorro. En particular, un vértice de la protuberancia, es decir, un punto en el que la protuberancia presenta una distancia máxima con respecto a un borde de salida plano imaginario, se encuentra de manera habitual radialmente dentro del diámetro del círculo de chorro.

[0010] Según la invención, la protuberancia sobresale por encima de un filo central. Una parte plana del borde de salida, es decir, una región en la que el borde de salida en una vista lateral forma una línea de conexión esencialmente recta entre la cara de álabe y la base de cavidad de álabe, puede estar dispuesta por debajo del filo central de modo que, en una variante de realización preferida, el borde plano se encuentre por debajo del filo central y que solo la protuberancia sobresalga por encima del filo central.

[0011] Ha demostrado su efectividad que un centro de gravedad de la protuberancia trasera esté situado entre la base de cavidad de álabe y un centro entre la base de cavidad de álabe y la cara de álabe. De esta manera se consigue un flujo beneficioso tanto en una región radialmente externa como en una región trasera o una región de la cavidad de álabe que se encuentra radialmente más hacia el interior. En este caso, por protuberancia se entiende aquella parte de la cavidad de álabe que sobresale por encima de una línea de conexión recta, directa, de la base de cavidad de álabe y la cara de álabe. En consecuencia, por centro de gravedad se entiende el centro de gravedad de esta parte que sobresale por encima del borde plano.

[0012] En este caso, las indicaciones radialmente interno y radialmente externo se refieren, por supuesto, a un sistema de coordenadas cilíndricas que parte de un eje de rotación de la rueda Pelton, en la que está dispuesto o puede estar dispuesto según lo previsto el álabe.

[0013] Preferiblemente está previsto que la protuberancia trasera se extienda desde la base de cavidad de álabe aproximadamente hasta un centro entre la base de cavidad de álabe y la cara de álabe.

[0014] Básicamente, la protuberancia, que forma parte del borde de salida, puede ser configurada de las maneras más diversas. Para conseguir unas condiciones de flujo beneficiosas, está previsto preferiblemente que la protuberancia presente una primera región cóncava con un centro de curvatura situado por encima del borde de salida en una vista lateral, una segunda región convexa con un centro de curvatura situado por debajo del borde de salida en una vista lateral y una tercera región cóncava con un centro de curvatura situado por encima del borde de salida en una vista lateral. Preferiblemente, la protuberancia trasera presenta así dos puntos de inflexión y, entre ellos, una configuración aproximadamente en forma de cresta, y la primera región cóncava y la tercera región cóncava pasan de manera tangencial al borde adyacente del álabe, que, en consecuencia, corresponde habitualmente en una vista lateral a una línea de conexión recta de la base de cavidad de álabe y la cara de álabe, o a un borde plano.

[0015] Por regla general, está previsto que la protuberancia trasera se extienda aproximadamente hasta la base de cavidad de álabe, pero la cavidad de álabe presenta, en la región de la base de cavidad de álabe, un borde de salida con una altura correspondiente a un borde plano. A este respecto, se considera que un borde plano es una línea que, en una vista lateral, forma una conexión recta de la base de cavidad de álabe y la cara de álabe.

[0016] Para conseguir un flujo que sea especialmente beneficioso y una alta eficacia, está previsto preferiblemente que el álabe presente una protuberancia delantera adicional que esté curvada al menos por secciones, estando situado un centro de curvatura por debajo del borde de salida en una vista lateral y estando dispuesto un vértice de la protuberancia delantera más cerca de la cara de álabe que de la base de cavidad de álabe.

[0017] Así se obtiene también como resultado en una región delantera o radialmente externa del álabe un aumento de una altura de la salida del flujo.

[0018] La protuberancia delantera presenta también preferiblemente una región cóncava, una región convexa a continuación de la misma y una región cóncava a continuación a su vez de la región convexa, de modo que la protuberancia delantera presenta también preferiblemente dos puntos de inflexión y, por regla general, se encuentra exclusivamente por encima de un borde plano imaginario o por encima de una línea de conexión recta desde la base de cavidad de álabe hasta la cara de álabe. La protuberancia delantera puede extenderse hasta la cara de álabe, aunque también puede estar previsto que la protuberancia delantera en un extremo delantero no se extienda completamente hasta la cara de álabe, de modo que entre un extremo delantero de la protuberancia delantera y la cara de álabe se obtenga como resultado una región recta o plana.

[0019] Ha demostrado ser especialmente beneficioso que la protuberancia delantera presente una altura menor que la protuberancia trasera. Por ejemplo, la protuberancia delantera y la protuberancia trasera pueden presentar una altura inferior al 30 % de una profundidad máxima de la cavidad de álabe (según la definición del documento DE 3938356 C2).

[0020] La presente invención puede combinarse también con un álabe que presente un borde de salida con una región cóncava, tal como se describe en el documento EP 1386076 B1, por ejemplo. En este caso, puede estar previsto que el borde de salida presente una región cóncava, en particular entre la protuberancia trasera y la protuberancia delantera.

[0021] Los álabes para turbinas Pelton están habitualmente dispuestos simétricamente con respecto a un filo central. Correspondientemente, ha resultado ser beneficioso que las protuberancias estén dispuestas simétricamente a ambos lados de un plano central imaginario del álabe, plano central que por regla general contiene los filos centrales.

[0022] Se entiende que los álabes correspondientes están dispuestos por regla general en una rueda Pelton de una turbina Pelton, presentando preferiblemente la rueda Pelton exclusivamente álabes configurados según la invención.

[0023] Características, ventajas y efectos adicionales de la invención se desprenden de los ejemplos de realización descritos a continuación. En los dibujos, a los que se hace referencia a ese respecto, muestran:

[0024] la figura 1, una sección de una rueda Pelton con tres álabes configurados según la invención;

[0025] la figura 2, una sección adicional de una rueda Pelton según la invención con tres álabes configurados según la invención;

[0026] la figura 3, una rueda Pelton;

[0027] la figura 4, un álabe de una rueda Pelton;

[0028] la figura 5, una rueda Pelton.

[0029] La figura 1 muestra una sección de una rueda Pelton 1 según la invención, representándose tres álabes 2. Tal como puede apreciarse, cada álabe 2 presenta una cara de álabe 4, una base de cavidad de álabe 3 así como un filo central 5. A ambos lados del filo central 5 y simétricamente con respecto a un plano central, los álabes 2 representados presentan en los bordes de salida 6 protuberancias traseras 7, que se extienden más allá del borde plano 9 representado, es decir, más allá de una línea de conexión recta de la base de cavidad de álabe 3 y la cara de álabe 4 en una vista lateral. De esta manera se aumenta una altura de salida del flujo en la región de las protuberancias traseras 7, con lo que resultan propiedades de flujo más beneficiosas. Para que esto resulte especialmente evidente, el borde plano 9 se representa como una línea de trazos en la región de las protuberancias traseras 7. Fuera de una región de las protuberancias traseras 7, el borde de salida 6 corresponde al borde plano 9.

[0030] Tal como puede apreciarse, las protuberancias traseras 7 presentan una primera región cóncava 11, una segunda región convexa 12 a continuación de la misma, que incluye un vértice 10, y una región cóncava 11 a continuación a su vez de la misma, pasando las regiones cóncavas 11 de manera aproximadamente continua al borde de salida plano 6. Tal como puede apreciarse en una vista lateral, el vértice 10 de las protuberancias traseras 7 se encuentra más cerca de la base de cavidad de álabe 3 que de la cara de álabe 4 y se encuentra así radialmente dentro de un centro de la cavidad de álabe o dentro de un círculo de acero.

[0031] La figura 2 muestra un ejemplo de realización adicional de una rueda Pelton 1 con álabes 2 configurados según la invención, representándose nuevamente una región que presenta tres álabes 2. De manera complementaria a las protuberancias traseras 7 representadas en la figura 1, estos álabes 2 presentan también protuberancias delanteras 8. De esta manera la altura de una salida de flujo se eleva también por regiones en la región delantera. Tal como puede apreciarse en este caso, tanto las protuberancias traseras 7 como las protuberancias delanteras 8 presentan en cada caso regiones cóncavas 11, una región convexa 12 a continuación de la misma así como una región cóncava 11 a continuación a su vez de la misma, de modo que se obtiene como resultado una transición esencialmente continua al borde de salida 6 a continuación de las protuberancias.

[0032] Además, puede apreciarse que tanto la protuberancia delantera 8 como la protuberancia trasera 7 no se extienden completamente hasta un extremo delantero o trasero, respectivamente, del álabe 2, o hasta una base de cavidad de álabe 3 y una cara de álabe 4, aunque esto es básicamente posible. En este caso, el vértice 10 de la protuberancia trasera 7 se encuentra también más cerca de la base de cavidad de álabe 3 que de la cara de álabe 4, mientras que el vértice 10 de la protuberancia delantera 8 se encuentra más cerca de la cara de álabe 4 que de la base de cavidad de álabe 3. En las protuberancias representadas, un centro de gravedad de las protuberancias traseras 7 se encuentra en cada caso también más cerca de la base de cavidad de álabe 3 que de la cara de álabe 4, y un centro de gravedad de las protuberancias delanteras 8 se encuentra en cada caso más cerca de la cara de álabe 4 que de la base de cavidad de álabe 3. Así, los centros de gravedad y los vértices 10 de las protuberancias traseras 7 se encuentran radialmente dentro de un círculo de acero no representado en este caso, y los vértices 10 y los centros de gravedad de las protuberancias delanteras 8 se encuentran radialmente fuera del círculo de acero.

[0033] La figura 3 muestra una rueda Pelton 1 adicional con álabes 2 configurados según la invención. Tal como puede apreciarse, por una parte los álabes 2 comprenden una región cóncava 11 con una curvatura, encontrándose un centro de curvatura por encima del borde de salida 6 en una vista lateral. Además, estos álabes 2 presentan también protuberancias traseras radialmente internas 7 con el fin de influir favorablemente en un flujo. A ese respecto, el borde de salida 6 se encuentra en la región cóncava 11 por debajo del filo central 5.

[0034] La figura 4 muestra un álabe 2 adicional de una turbina Pelton, que presenta a su vez a ambos lados del filo central 5 protuberancias traseras 7 y protuberancias delanteras 8, que se elevan en cada caso por encima de un borde plano 9, que coincide con el borde de salida 6 por fuera de las protuberancias traseras 7 y las protuberancias delanteras 8. En este caso, por un borde plano se entiende también una línea de conexión recta de la cara de álabe y la base de cavidad de álabe en una vista lateral. En este caso, las protuberancias delanteras 8 se extienden hasta la cara de álabe 4 y, a diferencia de las protuberancias delanteras 8 representadas en la figura 2, no presentan en un extremo delantero ninguna región cóncava 11, sino que pasan de manera convexa a la cara de álabe 4. Así, las protuberancias delanteras 8 presentan en este caso solo un punto de inflexión, mientras que las protuberancias traseras 7 presentan en este caso, tal como en el ejemplo de realización representado en la figura 1, una región cóncava 11, una región convexa 12 a continuación y una región cóncava 11 a continuación a su vez de la región convexa 12, y así dos puntos de inflexión.

[0035] La figura 5 muestra una rueda Pelton 1 con los álabes 2 representados en la figura 4.

[0036] Mediante una configuración según la invención de los álabes 2 de una turbina Pelton puede conseguirse una influencia beneficiosa sobre el flujo y conseguirse una mayor eficacia. Además, de ese modo se posibilita un diseño hasta la fecha imposible de perfiles de álabe innovadores con más opciones geométricas con respecto a las posiciones, las curvaturas y los ángulos.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES

1. Álabe (2) de una turbina Pelton con un borde de salida (6) curvado al menos por secciones, configurando el borde de salida (6) una protuberancia trasera (7) en una vista lateral, estando situado un centro de curvatura de la protuberancia por debajo del borde de salida (6) en una vista lateral y encontrándose un vértice (10) de la protuberancia más cerca de la base de cavidad de álabe (3) que de la cara de álabe (4), caracterizado por que la protuberancia sobresale por encima de un filo central (5).

2. Álabe (2) según la reivindicación 1, caracterizado por que un centro de gravedad de la protuberancia trasera (7) está situado entre la base de cavidad de álabe (3) y un centro entre la base de cavidad de álabe (3) y la cara de álabe (4).

3. Álabe (2) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la protuberancia trasera (7) se extiende desde la base de cavidad de álabe (3) aproximadamente hasta un centro entre la base de cavidad de álabe (3) y la cara de álabe (4).

4. Álabe (2) según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la protuberancia presenta una primera región cóncava (11) con un centro de curvatura, que está situado por encima del borde de salida (6) en una vista lateral, una segunda región convexa (12) con un centro de curvatura, que está situado por debajo del borde de salida (6) en una vista lateral, y una tercera región cóncava (11) con un centro de curvatura, que está situado por encima del borde de salida (6) en una vista lateral.

5. Álabe (2) según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el álabe (2) presenta una protuberancia delantera (8) adicional, que está curvada al menos por secciones, estando situado un centro de curvatura por debajo del borde de salida (6) en una vista lateral, y estando dispuesto un vértice (10) de la protuberancia delantera (8) más cerca de la cara de álabe (4) que de la base de cavidad de álabe (3).

6. Álabe (2) según la reivindicación 5, caracterizado por que la protuberancia delantera (8) presenta una altura menor que la protuberancia trasera (7).

7. Álabe (2) según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el borde de salida (6) presenta una región cóncava (11), en particular entre la protuberancia trasera (7) y la protuberancia delantera (8).

8. Álabe (2) según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que las protuberancias (7, 8) están dispuestas simétricamente a ambos lados de un plano central imaginario del álabe (2).