BR102015029546A2

BR102015029546A2 - máquina hidráulica

Info

Publication number: BR102015029546A2
Application number: BR102015029546A
Authority: BR
Inventors: Atsuhito NISHIMOTO; Eiki Takeda; Pohan Ko
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 2014-12-09
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2016-08-09
Also published as: US20160160834A1; CN105697215A; JP2016109087A

Abstract

1/1 resumo máquina hidráulica uma máquina hidráulica de acordo com modalidades descritas aqui inclui um membro que define um canal, uma pluralidade de pás de guia, e um rotor. o membro que define um canal define um canal. cada uma das pás de guia pode girar em torno de um eixo de rotação. o rotor é provido em um lado periférico interno das pás de guia. a pá diretora possui um par de extremidades voltadas para o membro que define um canal. um membro em disco é provido em pelo menos uma das extremidades da pá diretora. o membro em disco é ocultado no membro que define um canal e inclui um eixo central que é o eixo de rotação. o membro em disco se sobrepõe a pelo menos uma entre uma extremidade à montante e uma extremidade à jusante da pá diretora quando visto de uma direção ao longo do eixo de rotação.

Description

“MÁQUINA HIDRÁULICA” CAMPO

[0001] Modalidades aqui descritas se referem genericamente a uma máquina hidráulica.

FUNDAMENTOS

[0002] Em uma máquina hidráulica tal como uma turbina Francis e uma turbina hidráulica, a água flui para dentro de uma carcaça em espiral a partir de um reservatório superior por meio de um tubo de pressão de água, e a água que flui para dentro da carcaça flui para dentro de um rotor por meio de uma pá estacionária e uma pá diretora. O rotor é acionado em rotação pela água que flui para dentro do rotor. Quando o rotor é acionado em rotação, um gerador conectado ao rotor por meio de um eixo principal é acionado e gera energia. A água que acionou em rotação o rotor flui para fora do rotor para um reservatório inferior (ou um canal de dissolução) por meio de um tubo de saída.

[0003] Uma pá diretora é disposta em um lado à jusante de uma pá estacionária e em um lado à montante de um rotor e é formada com liberdade para girar como uma pá diretora móvel (palheta diretriz). Desta forma, o volume de fluxo de água que flui para dentro do rotor é ajustada. Ainda, a direção de fluxo da água que flui para dentro do rotor pode ser modificada ao girar a pá diretora. Assim, a direção de um vetor de velocidade relativa do fluxo em um ponto de entrada do rotor pode ser configurado ao longo do formato da pá do rotor.

[0004] Como descrito acima, sem relação com uma mudança no volume de fluxo, uma velocidade de rotação de uma turbina de água pode ser mantida a uma velocidade de rotação determinada, e o desempenho da turbina de água pode ser mantido no desempenho desejado em um alcance de operação amplo.

[0005] No entanto, para girar uma pá diretora, é provida uma lacuna entre a pá diretora e um membro que define um canal (porção estática), tal como uma cobertura superior e uma cobertura inferior adjacente à pá diretora. A lacuna é chamada de lacuna lateral de uma pá diretora. Quando a água flui para dentro da lacuna lateral, é formado um fluxo de vazamento através da lacuna lateral, e uma perda de vazamento é causada. Consequentemente, o desempenho da turbina de água pode ser degradado. Essa degradação de desempenho tende a ser notável quando uma velocidade específica de uma turbina de água é aumentada.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] A Figura 1 é uma vista de seção transversal em um plano meridiano que ilustra parcialmente uma turbina Francis de acordo com uma primeira modalidade;

[0007] A Figura 2 é uma vista ampliada da Figura 1 e uma vista em seção e uma vista superior que ilustra uma pá diretora;

[0008] A Figura 3 é uma vista em seção e uma vista superior que ilustra uma pá diretora de acordo com uma segunda modalidade;

[0009] A Figura 4 é uma vista em seção e uma vista superior que ilustra uma variação da Figura 3;

[0010] A Figura 5 é uma vista superior que ilustra uma pá adicional de acordo com uma terceira modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0011] Uma máquina hidráulica de acordo com modalidades descritas aqui inclui um membro que define um canal, uma pluralidade de pás de guia, e um rotor. O membro que define um canal define um canal. A pluralidade de pás de guia é provida no canal e estas são dispostas separadamente em uma direção circunferencial, e cada uma das pás de guia pode girar em torno de um eixo de rotação. O rotor é provido em um lado periférico interno das pás de guia e é acionado em rotação por um fluxo que flui para dentro da pá diretora. A pá diretora possui um par de extremidades voltadas para o membro que define um canal. Um membro em disco é provido em pelo menos uma das extremidades da pá diretora. O membro em disco é ocultado no membro que define um canal e inclui um eixo central que é o eixo de rotação. O membro em disco se sobrepõe a pelo menos uma entre uma extremidade à montante e uma extremidade à jusante da pá diretora quando visto de uma direção ao longo do eixo de rotação.

[0012] Uma máquina hidráulica de acordo com as modalidades aqui descritas será descrita agora em referência aos desenhos que acompanham. (Primeira Modalidade) [0013] Uma máquina hidráulica de acordo com uma primeira modalidade será descrita pelo uso das Figuras 1 e 2. Primeiramente, usando a Figura 1, uma turbina Francis será descrita como um exemplo da máquina hidráulica.

[0014] Como ilustrado na Figura 1, uma turbina Francis 1 inclui uma carcaça em espiral 2, uma pluralidade de pás estacionárias 3, uma pluralidade de pás de guia 4a e 4b, e um rotor 6. A água flui para dentro da carcaça 2 a partir de um reservatório superior (não ilustrado) através de um tubo de pressão de água (não ilustrado) enquanto a turbina é operada.

[0015] As pás estacionárias 3 são providas em uma lateral periférico interno da carcaça 2. As pás de guia 4a e 4b são providas nos lados periféricos internos das pás estacionárias 3. O rotor 6 é provido em uma lateral periférica interna das pás de guia 4a e 4b.

[0016] As pás estacionárias 3 são dispostas separadamente em uma direção circunferencial. Um canal é formado entre as pás estacionárias 3 adjacentes uma à outra. A água que flui da carcaça 2 flui para dentro de cada canal (vide seta em linha grossa na Figura 1). As pás estacionárias 3 guiam o fluxo de água que flui da carcaça 2 para as pás de guia 4a e 4b.

[0017] Similarmente, as pás de guia 4a e 4b são dispostas separadamente em uma direção circunferencial (vide Figura 2). Um canal é formado entre as pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra. A água que flui das pás estacionárias 3 flui para cada canal (vide seta em linha grossa na Figura 2). As pás de guia 4a e 4b guiam o fluxo de água que flui das pás estacionárias 3 para o rotor 6.

[0018] Conforme ilustrado na Figura 1, o rotor 6 é acionado em rotação pelo fluxo de água que flui da carcaça 2 através das pás estacionárias 3 e das pás de guia 4a e 4b. Especificamente, o rotor 6 inclui uma pluralidade de pás de rotor 6a dispostas separadamente em uma direção circunferencial, e é formado um canal entre as pás de rotor 6a adjacentes uma à outra. A água que flui das pás de guia 4a e 4b flui para dentro de cada canal. O rotor 6 pode girar em torno de um eixo de rotação X. Assim, o rotor 6 é acionado em rotação quando as pás de rotor 6a recebem pressão da água que flui para dentro das pás de guia 4a e 4b.

[0019] Um gerador 8 é conectado ao rotor 6 por meio de um eixo principal 7. O gerador 8 gera energia enquanto uma turbina hidráulica é operada. Ainda, um tubo de saída 9 é provido em um lado à jusante do rotor 6, enquanto a turbina hidráulica é operada. O tubo de saída 9 é conectado a um reservatório inferior (ou um canal de dissolução) (não ilustrado) e descarrega a água que acionou em rotação o rotor 6.

[0020] A turbina Francis 1 de acordo com a modalidade pode executar uma operação de bombeamento. Durante a operação de bombeamento, o gerador 8 aciona em rotação o rotor 6 operando como um motor elétrico, e a água no tubo de saída 9 é sugada e bombeada pelo rotor 6. A água sugada pelo rotor 6 flui para dentro da carcaça 2 por meio das pás de guia 4a e 4b e das pás estacionárias 3 e é descarregada da carcaça 2 em um reservatório superior por meio de um tubo de pressão de água. Neste caso, as pás de guia 4a e 4b e as pás estacionárias 3 guiam a água que flui do rotor 6 para a carcaça 2.

[0021] Como ilustrado na Figura 2, cada uma das pás de guia 4a e 4b pode girar em torno de um eixo de rotação 10 que se estende substancialmente em paralelo ao eixo de rotação X do rotor 6, e os ângulos das pás de guia 4a e 4b podem ser modificados. Consequentemente, uma região de canal (um grau de abertura de pá diretora) formada entre as pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra pode ser ajustada. Portanto, o volume de um fluxo para o rotor 6 disposto em um lado à jusante é modificado, e, ainda, um vetor de velocidade relativa do fluxo para o rotor 6 é direcionado ao longo do formato das pás de rotor 6a. Durante uma operação de bombeamento, o grau de abertura das pás de guia 4a e 4b é ajustado para uma taxa de descarga de bombeamento adequada, dependendo da cabeça de bombeamento. O eixo de giro 10 das pás de guia 4a e 4b é disposto em um círculo primitivo C pré-determinado quando visto de uma direção ao longo do eixo de rotação X do rotor 6.

[0022] Ainda, como ilustrado na Figura 1, um anel de guia (não ilustrado) é conectado a cada uma das pás de guia 4a e 4b por meio de um eixo 11 e um braço de pá diretora (não ilustrado) correspondentes. Uma unidade de acionamento de pá diretora 12 (por exemplo, um servo-motor) é conectada ao anel de guia. Desta forma, a unidade de acionamento de pá diretora 12 gira integralmente cada uma das pás de guia 4a e 4b e ajusta o grau de abertura das pás de guia 4a e 4b. Ainda, uma unidade de controle (não ilustrada) é conectada à unidade de acionamento de pá diretora 12, de modo que a unidade de controle possa controlar a unidade de acionamento de pá diretora 12. Assim, uma vez que a unidade de controle controla a unidade de acionamento de pá diretora 12, a unidade de acionamento de pá diretora 12 modifica um grau de abertura de pá diretora ao girar as pás de guia 4a e 4b em uma direção horária ou em uma direção anti-horária quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10.

[0023] Como ilustrado na Figura 2, um canal no qual as pás de guia 4a e 4b são providas é definido por um membro que define um canal 15. O membro que define um canal 15 inclui uma cobertura superior 16 e uma cobertura inferior 17 voltadas uma para a outra. As pás de guia 4a e 4b se situam entre a cobertura superior 16 e a cobertura inferior 17 e são providas a um canal formado entre a cobertura superior 16 e a cobertura inferior 17. Mais especificamente, a cobertura superior 16 inclui uma superfície que define um canal 16a provida nas laterais (laterais superiores) das pás de guia 4a e 4b. A cobertura inferior 17 inclui uma superfície que define um canal 17a provida nas laterais (laterais inferiores) das pás de guia 4a e 4b. Um canal é formado entre as superfícies que definem um canal 16a e 17a, e as pás de guia 4a e 4b são providas no canal formado.

[0024] As pás de guia 4a e 4b incluem uma extremidade lateral superior 20 voltada para a cobertura superior 16 e uma extremidade lateral inferior 21 voltada para a cobertura inferior 17. O eixo 11 descrito anteriormente é conectado à extremidade lateral superior 20 e se estende até o braço de pá diretora através da cobertura superior 16. Uma haste 22 é conectada à extremidade lateral inferior 21 das pás de guia 4a e 4b. A haste 22 se estende ao longo da cobertura inferior 17 e dá suporte às pás de guia 4a e 4b com liberdade para girar em relação à cobertura inferior 17.

[0025] Uma vista superior da Figura 2 ilustra a primeira pá diretora 4a e a segunda pá diretora 4b adjacentes uma à outra em uma direção circunferencial. Entre elas, uma placa circular lateral inferior 30 (uma membro em disco lateral inferior) se situa entre a primeira pá diretora 4a e a haste 22. Especificamente, a placa circular lateral inferior 30 é provida na extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a e ocultado na cobertura inferior 15. Ainda, o eixo de rotação 10 é um eixo central na placa circular lateral inferior 30, e a placa circular lateral inferior 30 é fixada à primeira pá diretora 4a e girada concentricamente com a pá diretora 4a. De acordo com a modalidade, um membro de conexão 25 é provido na extremidade lateral superior 20 da primeira pá diretora 4a. Este membro de conexão 25 é provido para conectar a primeira pá diretora 4a e o eixo 11 e formado em um formato de placa circular com um diâmetro menor do que o diâmetro da placa circular lateral inferior 30. O diâmetro do membro de conexão 25 é determinado de acordo com uma força material a ser usada. Em geral, o diâmetro é maior do que uma espessura máxima da primeira pá diretora 4a.

[0026] A placa circular lateral inferior 30 se sobrepõe a ambas uma extremidade à montante 23 e uma extremidade à jusante 24 da primeira pá diretora 4a quando vista em uma direção ao longo do eixo de rotação 10 (por exemplo, visto em uma vista superior). Especificamente, a placa circular lateral inferior 30 é formada a partir da extremidade à montante 23 até a extremidade à jusante 24 na extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a e formada de modo a cobrir toda a extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a. Quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, a extremidade à montante 23 e a extremidade á jusante 24 da primeira pá diretora 4a podem corresponder (ou se combinarem) com uma extremidade externa da placa circular lateral inferior 30 ou pode ser disposta em uma lateral interna da placa circular lateral inferior 30. No último caso, a extremidade externa da placa circular lateral inferior 30 é disposta em uma lateral externa radial no caso de configuração do eixo de rotação 10 como um eixo central, em comparação com a extremidade à montante 23 e a extremidade à jusante 24 da primeira pá diretora 4a.

[0027] Uma placa circular lateral superior 31 (membro em disco lateral superior) similar à placa circular lateral inferior 30 é provida na extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b adjacente à primeira pá diretora 4a em uma direção circunferencial (em um lado à jusante). Por outro lado, um membro de conexão 26 similar ao membro de conexão 25 descrito acima é provido em uma extremidade lateral inferior 21 da segunda pá diretora 4b. Portanto, a placa circular lateral superior 31 correspondente à segunda pá diretora 4b, que é uma entre as pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra em uma direção circunferencial, é provida à extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b. A placa circular lateral inferior 30 correspondente à primeira pá diretora 4a é provida na extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a. Em outras palavras, a segunda pá diretora 4b na qual a placa circular lateral superior 31 é provida na extremidade lateral superior 20 e a primeira pá diretora 4a na qual a placa circular lateral inferior 30 é provida na extremidade lateral inferior 20 são dispostas alternadamente em uma direção circunferencial. A placa circular lateral superior 31 correspondente à segunda pá diretora 4b se situa entre a segunda pá diretora 4b e o eixo 11, e a placa circular lateral superior 31 é ocultado na cobertura superior 16.

[0028] As superfícies nas laterais das pás de guia 4a e 4b das placas circulares 30 e 31 são preferencialmente formadas de um modo com facilidade para deslizamento de fluidos para conectar continuamente com as superfícies que definem um canal 16a e 17a da cobertura superior 16 e da cobertura inferior 17. Correspondentemente, previne-se que uma lacuna seja formada entre as superfícies nas laterais das pás de guia 4a e 4b das placas circulares 30 e 31 e as superfícies que definem um canal 16a e 17a da cobertura superior 16 e da cobertura inferior 17 e previne-se que ocorra perda de fluxos de água. Neste caso, as placas circulares 30 e 31 não estão presentes em um canal definido entre a superfície que define um canal 16a da cobertura superior 16 e a superfície que define um canal 17a da cobertura inferior 17. Ainda, neste caso, uma extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a é posicionada em uma superfície na lateral da primeira pá diretora 4a da placa circular lateral inferior 30 de modo a não formar a lacuna lateral (vide G na Figura 2) próximo à extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a. Similarmente, a extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b é posicionada em uma superfície na lateral da segunda pá diretora 4b na placa circular lateral superior 31 de modo a não formar a lacuna lateral (vide G na Figura 2) próximo à extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b.

[0029] Em seguida, uma ação da modalidade que inclui tal configuração será descrita.

[0030] Enquanto uma turbina hidráulica é operada, água flui das pás estacionárias 3 para o rotor 6 por meio das pás de guia 4a e 4b. A água que fluiu das pás estacionárias 3 para as pás de guia 4a e 4b é guiada para uma direção desejada pelas pás de guia 4a e 4b e flui para o rotor 6.

[0031] Como descrito acima, a placa circular lateral inferior 30 é provida na extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a, e, quando vista de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, a placa circular lateral inferior 30 se sobrepõe a ambas a extremidade à montante 23 e a extremidade à jusante 24 da primeira pá diretora 4a. Correspondentemente, previne-se que a lacuna lateral seja formada a partir da extremidade à montante 23 até a extremidade à jusante 24 na extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a. Portanto, a água que flui próximo à extremidade lateral inferior 21 da primeira pá diretora 4a flui ao longo de uma superfície de pressão 4a (superfície lateral periférica externa) ou de uma superfície de sucção 5b (superfície lateral periférica interna) da primeira pá diretora 4a, e um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral não é formado. A placa circular lateral superior 31 é provida na extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b adjacente à primeira pá diretora 4a em uma direção circunferencial, e a água que flui próximo à extremidade lateral superior 20 da segunda pá diretora 4b flui ao longo de uma superfície de pressão 5a ou de uma superfície de sucção 5b da segunda pá diretora 4b, e um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral não é formado.

[0032] De acordo com a modalidade descrita acima, a placa circular lateral inferior 30 (ou a placa circular lateral superior 31) é provida na extremidade lateral inferior 21 (ou na extremidade lateral superior 20) das pás de guia 4a e 4b e, quando vista de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, a placa circular lateral inferior 30 se sobrepõe com ambas as extremidades à montante 23 e à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b. Correspondentemente, previne-se que a lacuna lateral seja formada a partir da extremidade à montante 23 até a extremidade à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b na extremidade lateral inferior 21 (ou na extremidade lateral superior 20) das pás de guia 4a e 4b. Portanto, um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral pode ser reduzido, e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser melhorado.

[0033] Para garantir as características de fechamento das pás de guia 4a e 4b em uma emergência, as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b se sobrepõem com as extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra em uma direção circunferencial em um estado de fechamento. Portanto, se as placas circulares laterais inferiores 30 (ou a placa circular lateral superior 31) são providas nas extremidades laterais inferiores 21 (ou nas extremidades laterais superiores 20) de ambas as pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra, as placas circulares laterais inferiores 30 podem interferir uma com a outra. No entanto, de acordo com a modalidade, a placa circular lateral superior 31 correspondente à primeira pá diretora 4a, que é uma das pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra, é provida na extremidade lateral superior 20 da primeira pá diretora 4a. A placa circular lateral inferior 30 correspondente à segunda pá diretora 4b, que é a outra das pás de guia 4a e 4b, é provida na extremidade lateral inferior 21 da segunda pá diretora 4b. Correspondentemente, previne-se que a placa circular lateral inferior 30 (ou a placa circular lateral superior 31) seja provida nas extremidades laterais inferiores 21 (ou nas extremidades laterais superiores 20) de ambas as pás de guia 4a e 4b adjacentes uma à outra e previne-se que as placas circulares laterais inferiores 30 interfiram uma com a outra. Em outras palavras, de acordo com a modalidades, as características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser garantidas enquanto reduz-se um fluxo de vazamento que flui através das lacunas laterais das pás de guia 4a e 4b, as pás de guia 4a e 4b podem ser completamente fechadas por uma pressão de fluxo em um lado à montante das pás de guia 4a e 4b sem depender de um grau de abertura mesmo em uma emergência, tal como perda de energia de controle, e as pás de guia 4a e 4b podem ser automaticamente fechadas. (Segunda Modalidade) [0034] Em seguida, uma máquina hidráulica de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção será descrita usando a Figura 3.

[0035] Na segunda modalidade ilustrada na Figura 3, as configurações são substancialmente as mesmas da primeira modalidade ilustrada nas Figuras 1 e 2, principalmente exceto que uma de uma extremidade à montante e uma extremidade à jusante sejam dispostas em uma lateral externa de um membro em disco quando vistas de uma direção ao longo de um eixo de rotação. As mesmas porções da primeira modalidade ilustrada nas Figuras 1 e 2 são denotadas pelos mesmos sinais de referência na Figura 3, e descrições detalhadas destas são omitidas.

[0036] Como ilustrado na Figura 3, placas circulares 30 e 31 são providas em ambas uma extremidade lateral superior 20 e uma extremidade lateral inferior 21 das pás de guia 4a e 4b. Especificamente, a placa circular lateral superior 31 é provida em cada extremidade lateral superior 20 da primeira pá diretora 4a e da segunda pá diretora 4b, e a placa circular lateral inferior 30 é provida em cada extremidade lateral inferior 21. Tais pás de guia 4a e 4b são dispostas em uma direção circunferencial.

[0037] Nesta modalidade, quando vistas de uma direção ao longo de um eixo de rotação 10, extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b são dispostas em lados externos das placas circulares 30 e 31. Correspondentemente, os diâmetros das placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 3 são menores do que os diâmetros das placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 2. As placas circulares 30 e 31 e o eixo de rotação ilustrados na Figura 3 são posicionados excentricamente nas laterais das extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b em comparação com as placas circulares 30 e 31 e o eixo de rotação 10 ilustradas na Figura 2.

[0038] As placas circulares 30 e 31 preferencialmente possuem um diâmetro grande capaz de prevenir que as placas circulares 30 e 31 adjacentes uma à outra interfiram uma com a outra. Por outro lado, se as placas circulares 30 e 31 cobrirem regiões nas laterais das extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b nas quais um fluxo de vazamento formado na lacuna lateral tende a se formar de forma relativamente fácil, um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral pode ser efetivamente suprimido, e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser efetivamente melhorado. Portanto, as placas circulares 30 e 31 se sobrepõem a pelo menos as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b quando vistas a partir de uma direção ao longo do eixo de rotação. Neste caso, as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b podem corresponder (ou se igualarem) com as extremidades externas das placas circulares 30 e 31 ou podem ser dispostas nas laterais internas das placas circulares 30 e 31. Embora os diâmetros das placas circulares 30 e 31 não sejam especialmente limitados se as pás de guia 4a e 4b puderem ser suavemente configurados, por exemplo, os diâmetros podem ser iguais a ou maiores que 1/3 ou mais, preferencialmente iguais a ou maiores que 1/2, de um comprimento de corda L das pás de guia 4a e 4b. No último caso, as placas circulares 30 e 31 se sobrepõem com ambas as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b e um ponto de centro de uma corda quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10.

[0039] De acordo com a modalidade descrita acima, cada uma das placas circulares 30 e 31 é provida em ambas as extremidades laterais superiores 20 e as extremidades laterais inferiores 21 das pás de guia 4a e 4b. Correspondentemente, pode-se suprimir que as lacunas laterais das pás de guia 4a e 4b sejam formadas nas extremidades laterais superiores 20 e nas extremidades laterais inferiores 21 das pás de guia 4a e 4b. Portanto, um fluxo de vazamento que flua através da lacuna lateral pode ser reduzido, e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser melhorado.

[0040] Ainda, de acordo com a modalidade, quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, as extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b são dispostas em lados externos das placas circulares 30 e 31. Correspondentemente, no caso em que as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b são formadas de modo a se sobreporem às extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b adjacentes em um estado fechado, previne-se que as placas circulares 30 e 31 adjacentes uma à outra em uma direção circunferencial interfiram uma com a outra. Portanto, enquanto reduz um fluxo de vazamento que flui através das lacunas laterais das pás de guia 4a e 4b, características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser garantidas.

[0041] Ainda, de acordo com a modalidade, como descrito acima, quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b se sobrepõem às placas circulares 30 e 31, e as extremidades à jusante 24 são dispostas em uma lateral externa das placas circulares 30 e 31. Neste caso, as placas circulares 30 e 31 podem cobrir regiões nas laterais das extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b nas quais um fluxo de vazamento formado na lacuna lateral tende a se formar de modo relativamente fácil, um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral pode ser efetivamente suprimido, e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser efetivamente melhorado.

[0042] Na modalidade descrita acima, foi descrito um exemplo no qual as extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b são dispostas em lados externos das placas circulares 30 e 31 quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10. No entanto, sem limitar-se à descrição acima, as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b podem ser dispostas em lados externos das placas circulares 30 e 31, como ilustrado na Figura 4, quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10. Nesse caso, os diâmetros das placas circulares 30 e 31 são menores do que os diâmetros das placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 2. As placas circulares 30 e 31 e o eixo de rotação 10 ilustrado na Figura 4 são posicionados excentricamente na lateral da extremidade à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b em comparação com as placas circulares 30 e 31 e o eixo de rotação 10 ilustrado na Figura 2. Na modalidade ilustrada na Figura 4, as placas circulares 30 e 31 podem cobrir regiões nas laterais das extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b, um fluxo de vazamento formado através da lacuna lateral pode ser suprimido, e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser melhorado. Ainda, o eixo de rotação 10 é excentricamente posicionado na lateral das extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b. Portanto, uma distância entre o eixo de rotação 10 e as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b pode ser melhorada, e uma pressão, que age em uma direção de fechamento e que é uma das pressões aplicadas às superfícies de pressão 5a das pás de guia 4a e 4b por um fluxo de água, pode ser aumentada. Portanto, as características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser melhor garantidas. (Terceira Modalidade) [0043] Em seguida, uma máquina hidráulica de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção será descrita usando a Figura 5.

[0044] Na terceira modalidade ilustrada na Figura 5, as configurações são substancialmente as mesmas daquelas na segunda modalidade ilustrada na Figura 3, principalmente exceto que uma pá adicional disposta na lateral de uma superfície de sucção de uma pá diretora é provida à placa circular. Na Figura 5, as mesmas porções da segunda modalidade ilustrada na Figura 3 são denotadas pelos mesmos sinais de referência, e descrições detalhadas destas são omitidas.

[0045] Placas circulares 30 e 31 de acordo com a modalidade são as placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 3 de acordo com a segunda modalidade. Especificamente, cada uma entre a placa circular lateral superior 31 e a placa circular lateral inferior 30 é provida em ambas as extremidades laterais superiores 20 e as extremidades laterais inferiores 21 das pás de guia 4a e 4b como ilustradas na Figura 3. Embora as extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b se sobreponham com as placas circulares 30 e 31 quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10, as extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b são dispostas nas lados externos das placas circulares 30 e 31.

[0046] Nessa modalidade, como ilustrado na Figura 5, uma pá adicional 32 é provida nas placas circulares 30 e 31. A pá adicional 32 é disposta na lateral da superfície de sucção 4b das pás de guia 4a e 4b. A pá adicional 32 é disposta em um lado à jusante de uma pá diretora (por exemplo, a primeira pá diretora 4a) adjacente a uma outra pá diretora correspondente (por exemplo, a segunda pá diretora 4b) em uma lateral à montante em um ponto de projeto (um ponto de operação no grau de abertura de pá diretora mais eficiente). A pá adicional 32 é formada de modo a se estender da placa circular lateral superior 31, que é provida na extremidade lateral superior 20 das pás de guia 4a e 4b, para a placa circular lateral inferior 30, que é provida na extremidade lateral inferior 21. Especificamente, a pá adicional 32 é fixada sendo suportada pela placa circular lateral superior 31 e pela placa circular lateral inferior 30, e a pá adicional 32 gira com as pás de guia 4a e 4b correspondentes em torno do eixo de rotação 10.

[0047] Um fluxo (fluxo de escape) que flui das pás de guia 4a e 4b tende a causar uma perda, uma vez que a pressão é reduzida, em geral. Uma perda por conta de um fluxo que flui das pás de guia 4a e 4b pode ser reduzida quando a pá adicional 32 descrita acima for disposta nas laterais à jusante das pás de guia 4a e 4b. Portanto, a pá adicional 32 é preferencialmente formada em uma posição e ângulo que podem efetivamente reduzir a perda. Por exemplo, a pá adicional 32 pode ser disposta ao longo de um fluxo que flui das pás de guia 4a e 4b para extensões dos lados à jusante das pás de guia 4a e 4b. Ainda, a pá adicional 32 preferencialmente possui um formato de aerofólio. No entanto, a pá adicionai 32 pode possuir um formato arbitrário sem estar limitada ao formato de aerofólio se um aumento da perda de fluxo puder ser suprimido.

[0048] Um comprimento (ou comprimento de corda) da extremidade à montante 33 para a extremidade à jusante 34 da pá adicional 32 pode ser menor do que um comprimento (ou comprimento de corda) da extremidade à montante 23 para a extremidade à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b.

[0049] Especificamente, a pá adicional 32 pode não ser formada de modo a se estender da extremidade à montante 23 para a extremidade à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b. Portanto, um aumento em uma perda de fricção causado pela pá adicional 32 pode ser suprimido.

[0050] Na modalidade ilustrada na Figura 5, ambas a extremidade à montante 33 e a extremidade à jusante 34 da pá adicional 32 se sobrepõem às placas circulares 30 e 31 quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10. Especificamente, uma extremidade lateral inferior da pá adicional 32 é posicionada em uma superfície lateral da pá adicional 32 na placa circular lateral inferior 30 de modo a não formar a lacuna lateral próxima à extremidade lateral inferior da pá adicional 32. Similarmente, uma extremidade lateral superior da pá adicional 32 é posicionada em uma superfície na lateral da pá adicional 32 da placa circular lateral superior 31 de modo a não formar a lacuna lateral próxima à extremidade lateral superior da pá adicional 32.

[0051] Enquanto uma turbina hidráulica está sendo operada, a pá adicional 32 guia um fluxo para um rotor 6, como fazem as pás de guia 4a e 4b. Nesse caso, a pá adicional 32 recebe um arrasto (uma força de fricção por uma viscosidade de água) e uma força normal (uma pressão recebida de um fluxo de água). Um tamanho dessas forças depende de tal posição, de um ângulo, e de um formato da pá adicional 32. No entanto, uma força que age em uma direção de fechamento em relação às pás de guia 4a e 4b pode ser provida. Portanto, as características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser adicionalmente garantidas.

[0052] De acordo com a modalidade descrita acima, a pá adicional 32 disposta na lateral da superfície de sucção 5b das pás de guia 4a e 4b é provida nas placas circulares 30 e 31. Correspondentemente, uma força que age em uma direção de fechamento em relação às pás de guia 4a e 4b pode ser aumentada por uma força aplicada nas pás adicionais 32 por um fluxo de água. Portanto, características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser adicionalmente garantidas.

[0053] Ainda, de acordo com a modalidade, a pá adicional 32 é disposta em um lado à jusante das pás de guia 4a e 4b adjacente às outras pás de guia 4a e 4b adjacentes em um lado à montante no ponto de projeto. Dessa forma, uma perda causada por um fluxo que flui das pás de guia 4a e 4b pode ser reduzida.

[0054] Ainda, de acordo com a modalidade, as placas circulares 30 e 31 são providas em ambas a extremidade lateral superior 20 e a extremidade lateral inferior 21 das pás de guia 4a e 4b. As extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b se sobrepõem às placas circulares 30 e 31 quando vistas de uma direção ao longo do eixo de rotação 10. As extremidades à jusante 24 das pás de guia 4a e 4b são dispostas em lados externos das placas circulares 30 e 31. Correspondentemente, regiões nos lados das extremidades à montante 23 das pás de guia 4a e 4b nas quais um fluxo de vazamento formado na lacuna lateral tende a se formar com relativa facilidade pode ser coberto, um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral pode ser efetivamente suprimido e o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser efetivamente melhorado. Em relação às pás de guia 4a e 4b, uma força que age em uma direção de fechamento pode ser aumentada pela pá adicional 32, e as características de fechamento das pás de guia 4a e 4b podem ser garantidas adicionalmente ao reforçar uma força em uma direção de fechamento.

[0055] Na modalidade descrita acima, foi descrito um exemplo no qual a pá adicional 32 é provida nas placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 3. No entanto, sem se limitar ao exemplo acima, a pá adicional 32 pode ser provida nas placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 4. Nesse caso, uma força em uma direção de fechamento pode ser reforçada pelo aumento de uma força que age em uma direção de fechamento em relação às pás de guia 4a e 4b pela pá adicional 32, e as características de fechamento das pás de guia podem ser adicionalmente garantidas. Ainda, se a intensidade for garantida, a pá adicional 32 pode ser provida nas placas circulares 30 e 31 ilustradas na Figura 2.

[0056] De acordo com as modalidades descritas acima, o desempenho de uma turbina hidráulica pode ser melhorado pela redução de um fluxo de vazamento que flui através da lacuna lateral das pás de guia 4a e 4b.

[0057] Enquanto certas modalidades foram descritas, essas modalidades foram apresentadas apenas como forma de exemplo, e não se destinam a limitar o escopo das invenções. De fato, as modalidades novas descritas aqui podem ser incorporadas em uma pluralidade de outras formas; ainda, várias omissões, substituições e modificações na forma das modalidades aqui descritas podem ser feitas sem desviar do espírito das invenções. As reivindicações que acompanham e suas equivalentes se destinam a cobrir tais formas ou modificações como se situariam dentro do escopo e do espírito das invenções. Ainda, cabe observar que essas modalidades podem ser pelo menos parciaimente combinadas adequadamente sem desviar do espírito da presente invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Máquina hidráulica, caracterizada pelo fato de que compreeende: um membro que define um canal configurado para definir um canal; uma pluralidade de pás de guia providas no canal e dispostas separadamente em uma direção circunferencial, cada uma das pás de guia podendo girar em torno de um eixo de rotação; e um rotor provido em um lado periférico interno das pás de guia e acionado em rotação por um fluxo que flui através das pás de guia, em que as pás de guia incluem um par de extremidades voltadas para o membro que define um canal, um membro em disco ocultado no membro que define um canal e incluindo um eixo central que é o eixo de rotação é provido em pelo menos uma das bordas da pá diretora, e o membro em disco se sobrepõe a pelo menos uma entre uma extremidade à montante e uma extremidade à jusante da pá diretora quando visto de uma direção ao longo do eixo de rotação.

2. Máquina hidráulica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro em disco se sobrepõe com ambas as extremidades à montante e à jusante da pá diretora quando visto de uma direção ao longo do eixo de rotação.

3. Máquina hidráulica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o membro em disco é provido em ambas as bordas da pá diretora.

4. Máquina hidráulica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que uma pá adicional disposta em um lado de uma superfície de sucção da pá diretora é provida ao membro em disco.

5. Máquina hidráulica de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a pá adicional é disposta em um lado à jusante da pá diretora adjacente à outra pá diretora correspondente a tal pá adicional em um lado à jusante em um ponto de projeto.