BR112014007860B1

BR112014007860B1 - conexão de pá para um rotor de turbina

Info

Publication number: BR112014007860B1
Application number: BR112014007860-2A
Authority: BR
Inventors: Hans Jørgen Jørgensen; Are Johan Simonsen
Original assignee: Dynavec As
Priority date: 2011-10-04
Filing date: 2012-10-03
Publication date: 2021-04-20
Also published as: US9488058B2; NO333946B1; CN103842642B; NO20121084A1; CL2014000800A1; EP2800897B1; CO6930338A2; RU2607988C2; WO2013051942A1; CN103842642A; BR112014007860A2; US20140255195A1; PE20141977A1; EP2800897A4; EP2800897A1; RU2014116100A

Abstract

CONEXÃO DE PÁ PARA UM ROTOR DE TURBINA. A presente invenção refere-se a uma conexão de pá para um rotor da turbina (1) onde o rotor da turbina (1) inclui uma série de pás (4) cercando um disco central (2), onde pelo menos uma pá (4) está giratoriamente ou articuladamente ligada ao disco central (2), e onde a posição da pá (4) com relação ao disco central (2) em funcionamento é definida por um encosto (22) entre a pá (4) e um suporte (16), onde o suporte (16) está ligado ou constitui uma parte do disco central (2), e onde o suporte é constituído por uma superfície de encosto (18) sobre o suporte (16) e uma superfície de encosto (20) na pá (4), onde a superfície de encosto (18) no suporte (16) é não-plana, no sentido de que é fornecida com um encurvamento (19), e que a superfície de encosto (20) da pá (4) é fornecida com um encurvamento (21) adaptada para se encaixar na encurvamento (19) da superfície de encosto (18) do suporte (16), de acordo com o qual encosto (22) é adaptado para acomodar as forças que atuam, tanto de forma tangencial e radial sobre a pá (4).

Description

[001] É fornecida uma conexão de pá para um rotor de turbina.Mais precisamente, é fornecida uma conexão de pá para um rotor de turbina, onde a turbina inclui uma série de pás cercando um disco central.

[002] Esta invenção refere-se principalmente aos rotores de turbina do tipo Pelton onde um disco central montado sobre um eixo tem uma série de lâminas em forma de copo, chamados pás, distribuídas ao redor do disco central. Um ou mais jatos de água pressurizada atuam sobre as pás.

[003] Tradicionalmente tais pás têm sido fixadas ao disco centralpor dois ou mais parafusos. O método de conexão funciona satisfatoriamente a pressões de água relativamente baixas, porém, problemas de fadiga na conexão do parafuso têm sido experimentados quando pressões de água mais elevadas são utilizadas.

[004] A fim de superar o problema da fadiga, o rotor da turbine tem sido forjado para formá-lo como uma peça, onde posteriormente as pás são usinadas e esmerilhadas para dar-lhes forma. É evidente que tal método de produção é relativamente oneroso.

[005] Sob condições onde a água está contaminada, normalmen te por areia, um maior desgaste nas pás é experimentado. Tais danos de desgaste podem ser reparados por soldadura. Soldadura provoca aquecimento e, portanto tensão no material, o qual, sem tratamento térmico adequado pode levar a fissura. Quando tratamento térmico de resolver esses problemas é realizado, é provável que as tolerâncias geométricas relativamente estreitas do rotor da turbina são afetadas.

[006] Se outros processos para a preparação das pás, tal como revestimento em pó estiverem incluídos, não é possível chegar a toda à região das superfícies de desgaste da pá com o equipamento ne- cessário perpendicularmente quando as pás estão fixas no disco central.

[007] A patente NO 322857 mostra um disco de roda para um rotor de turbina, onde uma série de pás são conectadas ao disco da roda de modo substituível, e onde as pás estão apoiadas na direção tangencial por elementos de suporte que se estendem a partir do disco.

[008] O objetivo da invenção é superar ou pelo menos reduzir uma das desvantagens da técnica anterior.

[009] O objetivo é alcançado de acordo com a invenção pelas características conforme divulgado na descrição a seguir e nas reivindicações de patente que se seguem.

[0010] É fornecida uma conexão de pá para um rotor de turbine onde a turbina inclui uma série de pás cercando um disco central, em que pelo menos uma pá está giratoriamente ou articuladamente ligada ao disco central.

[0011] A pá pode ser conectada ao disco central por um pino.

[0012] O termo "giratoriamente" deve ser entendido para incluir uma conexão quando a pá está conectada ao disco central por um pino, o termo pino incluindo um parafuso, um eixo, um tubo ou objetos similares, enquanto que o termo "articuladamente" também inclui uma conexão onde, por exemplo, uma parte da pá está encostada a uma parte do disco central na direção radial do disco central.

[0013] Conforme a pá pode girar ou se mover articuladamente em relação ao disco central, são evitadas muitas das forças que atuam em uma conexão fixa entre a pá e o disco central. É substancialmente menos complicado calcular as forças que atuam em uma conexão onde a pá pode ajustar a sua posição com relação ao disco central.

[0014] As forças centrífugas que atuam sobre as pás mantêm a pá em posição correta durante a operação.

[0015] A posição da pá relativa ao disco central em funcionamento pode ser definida por um encosto entre a pá e um suporte onde o suporte está conectado ou constitui uma parte do disco central.

[0016] Tanto o apoio como a pá, ambos podem ser dotados de superfícies de encosto que constituem o encosto. As superfícies de encosto podem ser não-planas, de modo que podem acomodar as forças que atuam tanto de forma tangencial e radial sobre a pá.

[0017] Assim, a posição da pá com relação ao disco central não será alterada pela força que age a partir de um jato de água.

[0018] Um eixo de conexão da pá pode ser posicionado no lado da direção de funcionamento da pá com relação a uma primeira linha que passa através do eixo do centro do rotor e um centro de massa da pá. Uma distância entre o eixo de conexão e a primeira linha é denominada "a" na parte especial da descrição.

[0019] O eixo de conexão é o eixo de rotação ou de articulação da pá. A referida posição faz com que a força centrífuga influencie a pá em direção ao encosto.

[0020] Uma superfície do encosto pode ser localizada em uma po sição relativa e ângulo em relação ao eixo de conexão quanto a dar um padrão de carga favorável no disco central, bem como nas pás.

[0021] Pode ser proporcionado um batente. O batente que é fixado ao disco do central, pode ser posicionado no lado oposto da pá com relação ao encosto. Como alternativa, o batente pode ser posicionado em um orifício na interface entre o disco central e cada pá. A função do tampão consiste em limitar o movimento de rotação ou de articulação da pá particularmente durante paralisação e início de operação.

[0022] A conexão da pá proposta supera uma série de inconveni entes experimentado em rotores de turbinas de uma peça trabalhando sob pressão de água relativamente elevada e, quando a água está contaminada.

[0023] Além disso, o a pá pode ser mais larga em uma parte acima do suporte do que na extremidade distal. A largura aumentada da pá em uma área de trabalho de um jato de água é benéfica para fortalecer as pás, e aumentando assim a sua vida útil.

[0024] Projetar os componentes incluídos é relativamente simples já que as forças que agem em uma conexão tão simples são bem compreendidas.

[0025] Cada pá pode ser retirada do disco central para a troca e reparação, sem ter que tratar termicamente todo o rotor da turbina. O custo de produção do rotor é substancialmente mais baixo do que o custo de produção de um rotor de turbina de uma só peça do mesmo tamanho.

[0026] A seguir, um exemplo de um dispositivo preferido é explica do com referência aos desenhos anexos, onde:

[0027] A Fig. 1 mostra uma vista em perspectiva de um rotor de turbina de acordo com a presente invenção;

[0028] A Fig. 2 mostra uma vista lateral de uma pá e uma parte de um disco central, e A Fig. 3 mostra uma vista em planta da pá e do disco central na Fig. 1.

[0029] Nos desenhos o número de referência 1 indica um rotor de turbina incluindo um disco central 2 e uma série de pás 4 distribuídas ao redor do disco central 2. Cada pá 4 está conectada ao disco central por um pino 6 onde um eixo central do pino 6 constitui um eixo de conexão 8, entre o disco central 2 e a pá 4. O eixo de conexão 8 é substancialmente paralelo a um eixo central 10 do rotor da turbina 1.

[0030] O disco central 2 está projetado para ser montado sobre um eixo, não representado, que passa através de um furo no centro 12 do disco central 2. O disco central 2 está provido de uma perfuração de pino 14 para cada pá 4. Nesta concretização preferida, a pá 4 está conectada ao disco central 2 pelo pino 6 que passa através do furo de pino real 14 do disco central 2 e através dos correspondentes orifícios na pá 4 não mostrados. Na Fig. 2 o pino 6 é mostrado com um diâmetro maior do que o furo do pino 14. Isto é devido ao método de fixação do pino que é conhecido por um perito na técnica e não é discutido aqui.

[0031] O disco central 2 inclui uma série de suportes 16, sob a forma de saliências, que se estende em uma direção radial entre cada par de pás 4 a partir do disco central 2. Cada suporte 16 tem pelo menos uma superfície de encosto 18.

[0032] A superfície de encosto 18 sobre o suporte 16 é não plana, em que ele é fornecido com um encurvamento 19. A superfície de encosto 18 tem desse modo tanto um componente tangencial e um radial.

[0033] Cada pá 4, também tem uma superfície de encosto 20 que, juntamente com uma superfície de contato 18 correspondente do disco central 2 forma um encosto 22. A superfície de encosto 20 de cada pá é fornecida com um encurvamento inverso 21 montado na superfície de encosto 18 do suporte 16. O encosto 22 é, portanto, adaptado para acomodar as forças tanto tangenciais como radiais que atuam sobre as pás 4.

[0034] A pá 4 tem um centro de massa 24, tal como mostrado na Fig. 2. O eixo de conexão 8 está posicionado a uma distância "a" de uma primeira linha 26 que passa através o eixo central 10 do rotor 1 e o centro de massa 24 da pá 4. Normalmente o eixo de conexão 8, está posicionado no lado oposto com relação à primeira linha 26 a uma superfície de trabalho 28 da pá 4.

[0035] Batentes 32, aqui na forma de elementos cilíndricos, os quais estão posicionados em orifícios 34 que se estendem através das pás 4 e dentro do disco central 2, impedem que a pá 4 rode muito em torno do pino 6 especialmente durante a partida.

[0036] Quando em funcionamento, a pá 4 é influenciada ao redor do eixo de conexão 8 para superfície de encosto 18 do disco central 2 pela força centrífuga. Quando um jato de água, não mostrado, está trabalhando sobre a superfície de trabalho 28 da pá 4, a pá 4 é ainda mais forçada em direção à superfície de encosto 18.

[0037] Como pode ser visto na vista em planta da Fig. 3; as pás 4 são um pouco em forma de coração, na concretização mostrada. As pás estão 4 alargando a partir da extremidade distal para o disco central 2, para um máximo sobre a superfície de encosto 18 do suporte 16, e, em seguida, estreitando na direção do eixo de conexão 8. O aumento da largura da superfície de trabalho 28 na área de ataque de um jato de água não mostrado aumenta a resistência e, assim, a vida útil das 4 pás.

Claims

1 . Conexão de pá para um rotor da turbina (1) onde o rotor da turbina (1) inclui uma série de pás (4) cercando um disco central (2), onde pelo menos uma pá (4) está giratoriamente ou articuladamente ligada ao disco central (2), e onde a posição da pá (4) com relação ao disco central (2) em funcionamento é definida por um encosto (22) entre a pá (4) e um suporte (16), onde o suporte (16) está ligado ou constitui uma parte do disco central (2), e onde o suporte é constituído por uma superfície de encosto (18) sobre o suporte (16) e uma superfície de encosto (20) na pá (4), caracterizada pelo fato que a superfície de encosto (18) no suporte (16) é não-plana, no sentido de que é fornecida com um en- curvamento (19), e a superfície de encosto (20) da pá (4) é fornecida com um encurvamento (21) adaptada para se encaixar no encurva- mento (19) da superfície de encosto (18) do suporte (16), de acordo com o qual o encosto (22) é adaptado para acomodar as forças que atuam tanto de forma tangencial e radial sobre a pá (4).

2 . Conexão de pá, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato que a pá (4) está conectada ao disco central (2) por um pino (6).

3 . Conexão de pá, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato que um eixo de conexão (8) da pá (4) está posicionado ao lado da direção de funcionamento da pá (4) com relação a uma primeira linha (26) que passa através do eixo central (10) do rotor da turbina (1) e um centro de massa (24) da pá (4).

4 . Conexão de pá, de acordo qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato que um batente (32) que é fixado ao disco central (2) é posicionado no lado oposto da pá (4) com relação ao encosto (22).

5 . Conexão de pá, de acordo com qualquer uma das reivin- dicações 1 a 4, caracterizada pelo fato que a pá (4) é mais larga em uma parte acima do suporte do que na extremidade distal.