BR102017002280A2 - Pad for a covered rotor, covered rotor and method for rehabilitating a covered rotor - Google Patents

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Abstract

trata-se de um kaplan coberto e uma turbina hidráulica do tipo propulsor coberta. mais particularmente, a presente invenção se refere a uma pá para tais turbinas cobertas. a ideia básica subjacente à presente invenção é adicionar uma asa no lado de pressão de uma pá para eliminar um vão grande entre a pá e a cobertura, para aprimorar desempenhos, diminuir cavitação marginal e aprimorar um ambiente ecologicamente correto para peixes.

Description

“PÁ PARA UM ROTOR COBERTO, ROTOR COBERTO E MÉTODO PARA REABILITAR UM ROTOR COBERTO” Campo da Técnica [001] A presente invenção refere-se a um Kaplan coberto ou a uma turbina hidráulica de propulsor coberta e, mais geralmente, a rotores para turbinas hidráulicas. Mais particularmente, a presente invenção se refere a uma pá para tais turbinas cobertas.
Antecedentes da Invenção [002] Como sabe-se bem, pás de rotor Kaplan e de propulsor podem se estender muito abaixo da cobertura de rotor, sendo que isso é devido, principalmente, a considerações de restrições hidráulicas e a um espaço disponível limitado. Como resultado disso, uma ampliação do vão de ponta de pá próximo à borda de fuga é, desse modo, criada.
[003] Vãos de ponta grandes são responsáveis por fluxo de vazamento maior, o que causa um decréscimo em eficiência, cavitação marginal maior e mortalidade de peixes maior.
[004] Para turbinas que necessitam de um comprimento de pá que é mais longo, na abertura mais alta, do que o espaço disponível permitido pelo espaço de cobertura, a natureza e tamanho do vão de ponta podem ser mudados projetando-se pás que tenham um perfil de borda de fuga curvado.
[005] Uma borda de fuga curvada é o resultado do decréscimo da altura de pá localmente na cobertura, enquanto mantém uma altura grande de pá em um raio menor, onde for necessário.
[006] Na maioria dos casos, essa solução prova-se insuficiente devido ao fato de que o comprimento de pá necessário resulta em uma borda de fuga quase vertical, levando a fluxo de vazamento maior e à formação de um vórtice de ponta de pá, similar ao experimentado em um vão do tipo padrão.
Descrição Resumida da Invenção [007] É um objetivo da presente invenção solucionar os problemas técnicos mencionados acima fornecendo-se uma pá para um propulsor ou rotor Kaplan coberto conforme definido substancialmente na reivindicação independente 1.
[008] É um objetivo adicional da presente invenção fornecer um propulsor ou rotor Kaplan coberto conforme definido substancialmente na reivindicação dependente 6.
[009] É um objetivo adicional da presente invenção fornecer um método para reabilitar um propulsor ou rotor Kaplan coberto existente conforme definido substancialmente na reivindicação independente 7.
[010] De acordo com um aspecto da invenção, esse objetivo é obtido por uma pá para um rotor coberto configurada para girar dentro de uma cobertura externa localizada anularmente ao redor do rotor, em que a pá compreende uma asa localizada na pá lado de pressão e que se estende para cima.
[011] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a asa está localizada próxima a uma borda de fuga da pá.
[012] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a asa tem um perfil hidrodinâmico.
[013] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a asa tem uma borda de ataque arredondada.
[014] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a asa tem um entroncamento de filete com a pá.
[015] De acordo com um aspecto adicional da invenção, é fornecido um método para reabilitar um rotor coberto, em que o rotor compreende uma ou mais pás configuradas para girar dentro de uma cobertura localizada anularmente ao redor do rotor, em que o método inclui a etapa de fornecimento de uma asa, localizada no lado de pressão de pá e que se estende para cima, a uma ou cada pá.
[016] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, em que a asa é conectada à pá através de soldagem.
[017] De acordo com um aspecto preferencial da invenção, a conexão entre a pá e a asa é realizada de tal modo que estabeleça um entroncamento de filete ao longo de uma porção de soldagem.
[018] A ideia básica subjacente à presente invenção é adicionar uma asa no lado de pressão de uma pá para eliminar um vão grande entre a pá e a cobertura, para aprimorar desempenhos, diminuir cavitação marginal e aprimorar um ambiente ecologicamente correto para peixes.
[019] As asas de ponta de pá, ou rebordos, são usadas amplamente em hidroturbinas axiais, porém, as mesmas são posicionadas tipicamente no lado de sucção, ao redor da pá intermediária e são, em geral, limitados em altura, em comparação à presente invenção.
[020] Ademais, as asas são, muitas vezes, empregadas em pontas de pá em espaço aéreo (asas e pás de propulsor) e turbinas eólicas para se opor a vórtices de pontas de pá, porém, essas aplicações não envolvem uma cobertura. Também, as mesmas estão, principalmente, todas no lado de sucção ou em ambos os lados de pressão e de sucção.
[021] As asas também foram empregadas em propulsores de mar aberto não cobertos para embarcações.
[022] Conforme será claro a partir de uma descrição detalhada de uma realização exemplificativa e não limitadora, a presente invenção consiste em uma asa, ou aleta, no lado de pressão de uma pá que se estende para cima para suprimir um vão grande entre a pá e a cobertura.
[023] Mantendo-se apenas um vão funcional próximo à pá borda de fuga, cavitação marginal e perdas são bastante diminuídas.
[024] A presente invenção é aplicável a propulsores e, particularmente, rotores Kaplan. Preferencialmente, para os últimos, as asas são esféricas para manter um vão funcional em todas as aberturas de pá. Isso é análogo a uma extensão da cobertura esférica aplicada localmente em pás de rotor.
[025] Vantajosamente, essa solução fornece o comprimento de pá hidráulica desejado, sem introduzir vãos de ponta grandes, independentemente da altura de cobertura disponível.
[026] A presente invenção pode contribuir para diminuir perdas e cavitação associadas ao fluxo de vazamento e ao vórtice de ponta.
[027] Adicionalmente, uma exigência de vão mínima para turbinas favoráveis a peixes é garantida. De fato, vãos de ponta grandes foram associadas a danos a peixes; entretanto, turbinas favoráveis a peixes também exigem pressões maiores que são obtidas com comprimentos de corda maiores. Similarmente, comprimentos de corda maiores podem também ser necessários para evitar cavitação quando a potência de turbina é aumentada com uma substituição de rotor.
[028] De acordo com um aspecto adicional da invenção, também é fornecido um método para reabilitar turbinas hidráulicas axiais, especificamente quando um ambiente ecologicamente correto para peixes é uma preocupação principal.
Breve Descrição das Figuras [029] Os objetivos, vantagens e outros recursos da presente invenção se tornarão mais evidentes mediante a leitura da descrição não restritiva a seguir de realizações preferenciais da mesma, dadas para o propósito de exemplificação, apenas, com referência ao desenho em anexo, através do qual referências numéricas similares podem ser usadas para referência a elementos similares e em que: [030] As Figuras 1 a 7 mostram uma pá que compreende uma asa de acordo com a presente invenção em diferentes vistas em perspectiva.
Descrição Detalhada [031] Com referência à Figura 1, é mostrada esquematicamente uma porção terminal de uma pá de um rotor (não mostrado) de acordo com a presente invenção, indicada, geralmente, pela referência numérica 1. A pá 1 é configurada para girar dentro de uma cobertura externa, indicada esquematicamente com a referência numérica 6, localizada anularmente ao redor da pá 1. Conforme mostrado na figura, a pá 1 compreende uma asa 3 localizada em uma pá lado de pressão 4 e que se estende para cima. A extensão da asa 3 em direção à cobertura 6 é selecionada vantajosamente de tal forma que forneça um vão mínimo 5 entre um topo da asa 3 e a cobertura, de tal modo que garanta tolerância necessária para a rotação da pá dentro do volume delimitado pela cobertura circundante.
[032] De acordo com uma realização preferencial, a asa 3 tem uma borda de ataque arredondada 7 e compreende um entroncamento de filete 8 com a pá 1 ao longo de uma porção de conexão, para evitar concentrações de tensão que podem levar a rompimento durante uso prolongado.
[033] Vantajosamente, a borda de ataque 7 é hidraulicamente mais suave para evitar acelerações de fluxo local.
[034] Com referência à próxima Figura 2, a pá 1 que inclui a asa 3 é mostrada mais claramente em uma vista em perspectiva. Vantajosamente, conforme pode ser verificado a partir desta vista, a asa 3 tem um perfil hidrodinâmico e está localizada próxima a uma borda de fuga da pá.
[035] A pá 1 de acordo com a invenção também é retratada, em diferentes vistas em perspectiva, nas Figuras 3 a 7 a seguir.
[036] A altura da asa 3 é projetada vantajosamente de tal modo que reduza de modo eficaz o vão existente 5 entre a pá e a cobertura, quando em comparação a instalações conhecidas que têm pás de comprimento similar. Ademais, a asa é dotada de uma espessura suficiente para garantir integridade mecânica.
[037] A asa 3 pode também ser fornecida para um rotor coberto existente, para reabilitar a turbina e aprimorar seus desempenhos.
[038] O método de reabilitação de um rotor coberto de acordo com a presente invenção inclui o fornecimento da asa 3, que se estende para cima e está localizada no lado de pressão de pá 4, às pás do rotor.
[039] A conexão entre a asa e a pá existente pode ser executada com uma operação de soldagem. Em particular, a soldagem pode ser operada de tal modo que crie o entroncamento de filete 8 ao longo de uma porção de soldagem.
[040] De acordo com uma realização alternativa, o método para reabilitar um rotor coberto pode incluir a asa na moldagem da pá, para obter vantajosamente uma pá que compreende a asa como em peça única.
[041] Embora a invenção tenha sido descrita em detalhes em conjunto com apenas um número limitado de realizações, deve-se compreender prontamente que a invenção não se limita a tais realizações reveladas. Ao contrário, a invenção pode ser modificada para incorporar quaisquer tipos de variações, alterações, substituições ou disposições equivalentes não descritas até o momento, mas que são proporcionais ao espírito e ao escopo da invenção. Adicionalmente, embora várias realizações da invenção tenham sido descritas, deve ser entendido que os aspectos da invenção podem incluir somente algumas das realizações descritas. Consequentemente, a invenção não deve ser vista como limitada pela descrição anteriormente mencionada, mas é apenas limitada pelo escopo das reivindicações anexas.
Reivindicações

Claims (10)

1. PÁ (1) PARA UM ROTOR COBERTO, sendo que a pá é configurada para girar dentro de uma cobertura externa (6) de modo anular localizada ao redor do rotor, caracterizada pelo fato de que compreende uma asa (3) que se estende para cima e está localizada na pá lado de pressão (4)
2. PÁ (1), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a dita asa (3) está localizada próxima a uma borda de fuga da dita pá (1).
3. PÁ (1), de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a asa (3) tem um perfil hidrodinâmico.
4. PÁ (1), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada pelo fato de que a asa tem uma borda de ataque arredondada (7).
5. PÁ (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a dita asa (3) tem um entroncamento de filete (8) com a pá (1).
6. ROTOR COBERTO (1), caracterizado pelo fato de que compreende uma pá (3), conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores.
7. MÉTODO PARA REABILITAR UM ROTOR COBERTO, sendo que o rotor compreende uma ou mais pás (1) configuradas para girar dentro de uma cobertura localizada anularmente ao redor do rotor, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende a etapa de fornecimento de uma asa (3), localizada no lado de pressão de pá (4) e que se estende para cima, às duas ou mais pás (1).
8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a dita asa é conectada à dita pá (1) através de soldagem.
9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que a dita conexão entre a pá e a asa é realizada de tal modo que estabeleça um entroncamento de filete ao longo de uma porção de soldagem.
10. MÉTODO PARA REABILITAR UM ROTOR COBERTO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a dita asa (3) é incluída na moldagem da dita pá (1).
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