BR112017001069B1 - Rotores de turbina hidráulica francis e turbina hidráulica francis - Google Patents

Abstract

A presente invenção refere-se a um rotor de turbina Francis incluindo um comprimento de cinta reduzido e um comprimento de pá reduzido, com uma borda de ataque de pá de cinta invertida tendo uma junção da borda de ataque com a coroa na direção de rotação, e um rotor sem cinta incluindo um comprimento periférico reduzido e um comprimento de pá reduzido, combinados com uma borda de ataque de pá de rotor invertida, tendo um canto da borda de ataque na periferia externa do rotor, que fica à frente de onde a borda de ataque se une com a coroa na direção de rotação. Uma característica adicional inclui um projeto de curvatura de borda de ataque invertida na pá de rotor, que reduz ainda mais o comprimento da pá.

Description

CAMPO TÉCNICO

[0001] A presente invenção refere-se a turbinas hidráulicas, tais como turbinas Francis. A invenção se refere, particularmente, às pás e à cinta de um rotor de uma turbina Francis.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] A Figura 1 apresenta uma turbina hidráulica Francis con vencional 1, configurada para converter energia hidráulica em torque para acionar um gerador elétrico (não mostrado). A água escoa tipicamente por um invólucro espiral 2 a um distribuidor 13, circundando um rotor rotativo 3 da turbina 1. O distribuidor 13 pode ter palhetas estáticas 132 e palhetas de guia 130. A água escoa para dentro para o rotor, em, geralmente, um movimento espiral ao longo de uma direção horizontal dentro de uma turbina tendo um eixo vertical. A velocidade de rotação da água aciona o rotor, para que gire em torno do eixo. Na medida em que a água escoa pelo rotor, o componente de transporte da água é passado de um fluxo horizontal a uma descarga geralmente vertical. Do rotor, a água escoa a um cone vertical do tubo de tiragem 5 abaixo do rotor.

[0003] No caso de uma turbina tendo um eixo horizontal, a água escoa para dentro para o rotor em geralmente um movimento espiral. A velocidade de rotação da água aciona o rotor para girar em torno do eixo. Na medida em que a água escoa pelo rotor, a água é girada a uma descarga geralmente horizontal. Do rotor, a água escoa para um cone horizontal do tubo de tiragem, a jusante do rotor.

[0004] O rotor 3 de uma turbina Francis inclui, tipicamente, uma coroa 6, tendo uma superfície de revolução se estendendo na direção da cinta 8, ao longo de um eixo 11 do rotor 3, e as pás 7 se estenden- do da superfície de revolução da coroa 6 a uma cinta anular 6. Cada pá 7 tem uma borda de ataque e uma borda de fuga. As extremidades dessas bordas são unidas à coroa 6 e à cinta 8. O rotor 3 pode ser localizado acima de um anel de fundo 22 na turbina.

[0005] A água entra no rotor 3, escoa em torno das bordas de ata que das pás, escoa entre as pás, e passa pelas bordas de fuga das pás, depois escoa para o tubo de tiragem 5.

[0006] A velocidade da água é geralmente maior próxima da cinta do que próxima da coroa no rotor. O fluxo de água de alta velocidade resulta em um atrito hidráulico relativamente alto na ou próximo da cinta, o que reduz a eficiência da turbina Francis, pois parte da energia é perdida por atrito. A água de alta velocidade também provoca uma baixa pressão estática no rotor. A baixa pressão pode provocar a formação de bolhas de cavitação, que podem danificar as superfícies das pás, da cinta e da coroa.

[0007] No campo de turbinas de água, a cinta do rotor é também conhecida como um invólucro ou anel. A coroa é também conhecida como um cubo. A borda de ataque de uma pá é também conhecida como uma borda de entrada ou uma borda de influxo. A borda de fuga de uma pá é também conhecida como uma borda de saída de uma pá de rotor. Esta descrição pode usar os termos intercambiavelmente em referência aos diferentes componentes do rotor.

[0008] As Figuras 2 e 3 são vistas lateral e pelo fundo, respecti vamente, de um rotor de turbina Francis convencional exemplificativa 9, que gira na direção (R) em torno de um eixo de rotação 11 do rotor 9. O rotor 9 inclui uma disposição anular de pás de rotor 10, uma cinta anular 12 e uma coroa 14. O rotor 9 gira no sentido horário, quando visto da coroa 14. A coroa 14 tem uma superfície de revolução, que é voltada, tipicamente, para a cinta 12, ao longo do eixo de rotação 11. Uma abertura 23 na coroa 14 é coaxial com o eixo 11, e pode receber um eixo para um gerador.

[0009] A Figura 2 mostra as extremidades 18 das pás 10 super postas na cinta 12, para fins de ilustração. As extremidades das pás 10 são unidas, por exemplo, soldadas, na cinta 12, mas não precisam se estender pela cinta 12. As extremidades 18 das pás 10 podem não ser visíveis pela cinta 12, em uma concretização prática do rotor 9.

[0010] As pás 10 são dispostas em uma disposição anular entre a cinta 12 e a coroa 14 do rotor 9. As pás 10 direcionam a água do invólucro espiral 2 para que escoe entre a cinta e a coroa e para o tubo de tiragem 5, como mostrado na Figura 1.

[0011] Cada pá 10 tem uma forma similar, que se estende como uma curva da borda de ataque 16 para a borda de fuga 20. A borda de ataque 16 fica na entrada para o rotor 9 e a borda de fuga 20 fica na saída. Pseudolinhas de escoamento 17, 19 são desenhadas na imagem das pás 10, para ilustrar a forma das pás 10. Pseudolinhas de escoamento sólidas 17 são mostradas no lado de sucção das pás 10, e pseudolinhas de escoamento tracejadas 19 são mostradas no lado de pressão das pás 10. Os lados de sucção das pás 10 são voltados na direção da direção de rota (R) do rotor, e os lados de pressão distantes da direção de rotação (R). Cada pseudolinha de escoamento 17, 19 é desenhada na superfície da pá 10, da borda de ataque 16 para a borda de fuga 20.

[0012] Cada pá 10 tem quatro cantos P, Q, S e T. Os cantos P e S da extremidade da pá 21 se encontram na coroa 14 e dois cantos Q e T se encontram na cinta 12. Os cantos P, S se encontram na superfície externa da coroa 14. O canto P fica próximo da região a montante da coroa 14, e o canto S fica na região a jusante 25 da coroa 14. Os cantos Q e T da extremidade da pá 18 se encontram na cinta 12, com o canto Q sendo localizado próximo de um primeiro anel da cinta 12, e o canto T sendo próximo de um segundo anel da cinta 12.

[0013] A superfície externa da coroa 14 suporta as extremidades 21 das pás 10. As extremidades 21 podem ser unidas na coroa 14, tal como por soldagem. A coroa 14 pode ter uma abertura interna para receber um eixo de acionamento. Uma parte 24 da superfície externa da coroa 14 se estende além dos cantos S das pás 10 em uma direção de escoamento. A parte 24 da coroa 14 é voltada para o tubo de tiragem 5.

[0014] A cinta 12 é uma estrutura anular, que suporta as extremi dades 18 das pás 10. A cinta 12 pode ter uma curvatura, que se curva na direção do eixo 11 do rotor da turbina 3. A curvatura se conforma às bordas 18 das pás 10. A cinta tem um comprimento (L) e um diâmetro (D). O comprimento (L) é uma distância medida entre o fundo 15 do distribuidor 13 para a borda de fuga T na cinta 8. O diâmetro (D) é um diâmetro de saída do rotor 3, que é um diâmetro da cinta 12 na junção com a borda de fuga T. Um comprimento de cinta normalizado, chamado uma "relação de comprimento de cinta" no contexto desta descrição, pode ser caracterizado pela relação de seu comprimento para seu diâmetro mínimo (L/D).

[0015] Os rotores convencionais têm uma relação de comprimento de cinta de pelo menos 17% (0,17). Esses são referidos como rotores longos no contexto deste pedido de patente.

[0016] No contexto deste pedido de patente, os rotores referidos como rotores curtos têm uma relação de comprimento de cinta inferior a 17% (0,17). Os rotores curtos foram experimentados no passado, mas sofreram de graves danos de cavitação, que danificaram o rotor e reduziram sua eficiência hidráulica. A cavitação é usualmente menos excessiva em rotores de cinta longos, com longas pás. O conhecimento convencional é que as cintas e as pás devem ser longas para evitar cavitação.

[0017] O maior comprimento das pás e da cinta, em um rotor lon go, aumenta a massa do rotor. A eficiência hidráulica do rotor longo se deteriora por causa do aumento nas perdas hidráulicas por atrito, devido às maiores áreas superficiais molhadas das pás e da cinta mais longas. As tentativas para reduzir a cavitação em um rotor e, para de outro modo, aperfeiçoar o desempenho do rotor, são descritas nas patentes U.S. 6.135.716 e 4.479.757. Ainda persiste uma necessidade para aperfeiçoar o desempenho do rotor e reduzir a cavitação em um rotor.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0018] Um rotor curto foi concebido tendo pás curtas com bordas de ataque precursoras. O rotor curto tem uma área superficial menos molhada, comparado com um rotor longo, o que resulta em um menor atrito hidráulico e um desempenho aperfeiçoado. O rotor curto pode ter uma cinta, ou pode ser sem cinta (sem invólucro).

[0019] Em uma borda de ataque precursora, a borda de ataque se une à cinta de antemão, onde a borda de ataque se une à coroa, na direção de rotação do rotor. Uma borda de ataque precursora também pode ser referida como uma borda de ataque inversa.

[0020] Uma borda de ataque precursora desloca a carga de pres são de uma pá na direção da coroa e para longe da cinta. A carga se refere à força hidráulica aplicada em várias posições na superfície de uma pá, em consequência da diferença de pressão entre os lados de pressão e sucção. Devido ao deslocamento na carga, as pás são carregadas mais uniformemente entre a cinta e a coroa.

[0021] O deslocamento da carga da pá distante da cinta reduz o risco de cavitação nas superfícies da cinta e da pá próximas da cinta. Por redução do risco de cavitação, uma pá curta fica sendo prática. Outros parâmetros das pás, tais como a espessura das pás e distribuição dos ângulos das pás, podem ser selecionados para reduzir o risco de cavitação e o risco de dano ao rotor, devido à cavitação.

[0022] A combinação de pás curtas tendo bordas de avanço pre cursoras em um rotor curto, com menor atrito hidráulico, em comparação com um rotor longo convencional. O risco de cavitação no rotor curto está dentro de níveis aceitáveis. O rotor curto apresenta menos peso do que um rotor longo convencional, o que resulta em custos mais baixos de materiais e um menor custo de manufatura para produzir o rotor.

[0023] As bordas de fuga de uma pá curta podem ser invertidas. Uma borda de fuga invertida tem uma curvatura, que se curva na direção da borda de ataque da pá. A curvatura se estende ao longo de todo o comprimento da borda de fuga, da cinta para a coroa de um rotor. Uma borda de fuga invertida reduz o comprimento da pá ao longo das pseudolinhas de escoamento 17, 19, especialmente nas regiões de alcance intermediário da pá. A redução do comprimento das pás diminui a área superficial molhada das pás, e, desse modo, reduz o atrito hidráulico.

[0024] O rotor curto pode ser usado para substituir um rotor exis tente, especialmente quando há pouco espaço disponível em uma turbina hidráulica existente, dentro da qual vai se inserir o rotor. O rotor curto também propicia novos projetos de montagem de turbina, para que se tenha um tamanho reduzido e custos mais baixos de material e de produção do que aqueles de tamanhos e custos para a produção de uma turbina convencional.

[0025] Um rotor curto pode incluir uma cinta, uma coroa, uma dis posição de pás curtas tendo bordas de avanço precursoras, e uma relação de comprimento de cinta inferior a 17% (0,17). Além disso, as bordas de fuga podem ser invertidas, isto é, são curvadas na direção da borda de ataque, entre a coroa e a cinta.

[0026] Um rotor de turbina sem cinta (sem invólucro) pode incluir uma coroa, uma disposição de pás curtas tendo bordas de avanço precursoras, e uma periferia externa da rotor tendo uma relação de comprimento de periferia inferior a 17% (0,17). Além disso, as bordas de fugo das pás podem ser também invertidas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027] A Figura 1 é uma vista lateral, mostrada em seção trans versal parcial, de uma turbina Francis vertical convencional, tendo um distribuidor com palhetas estáticas e palhetas de guia, um rotor, um tubo de tiragem e um invólucro espiral.

[0028] A Figura 2 é uma vista lateral de uma ilustração esquemáti ca de um rotor convencional para uma turbina Francis.

[0029] A Figura 3 é uma vista pelo fundo do rotor convencional.

[0030] A Figura 4 é uma vista lateral de uma ilustração esquemáti ca de um rotor curto, tendo uma cinta curta e pás curtas.

[0031] A Figura 5 é uma vista pelo fundo do rotor curto, mostrado na Figura 4.

[0032] A Figura 6 é uma vista pelo topo do rotor mostrado na Figu ra 4, em que a coroa é mostrada em linhas tracejadas para fins de ilustração das pás.

[0033] A Figura 7 é uma vista em perspectiva de uma pá de rotor curta mostrando a borda de ataque, em que as pseudolinhas de escoamento são desenhadas na superfície da pá.

[0034] A Figura 8 é uma vista em perspectiva da pá de rotor mos trada na Figura 7, e proporciona uma vista de cima para baixo da pá.

[0035] A Figura 9 é uma vista em perspectiva da pá de rotor mos trada na Figura 7, e proporciona uma vista da borda de fuga.

[0036] A Figura 10 é uma vista meridional de uma pá de rotor cur to.

[0037] A Figura 11 é uma vista em perspectiva das partes laterais e de fundo de outra concretização de um rotor curto.

[0038] A Figura 12 é uma vista em seção transversal do rotor curto mostrado na Figura 11.

[0039] A Figura 13 é uma vista em perspectiva das partes laterais e de fundo de outra concretização de um rotor curto, tendo uma borda de fuga invertida.

[0040] A Figura 14 é uma vista em seção transversal do rotor curto mostrado na Figura 13.

[0041] A Figura 15 é um gráfico comparando as eficiências hidráu licas de um rotor curto e um rotor longo convencional.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0042] As Figuras 4 e 5 ilustram um rotor curto 26 para uma turbi na Francis, com pás 30 tendo uma borda de ataque precursora. O rotor curto 26 gira na direção (R) em torno de um eixo 28. A relação de comprimento da cinta (L/D) é inferior a 17% (0,17) e pode ser inferior a 15% (0,15), e em uma faixa de 11% a 7% (0,11 a 0,07).

[0043] O rotor curto 26 inclui uma disposição anular de pás de ro tor 30, uma cinta anular 32 e uma coroa 34. A direção (R) é uma direção no sentido horário, quando o rotor 26 é visto da coroa 34. A coroa 34 pode ter uma superfície de revolução se estendendo na direção da cinta 32, ao longo do eixo 28 do rotor 26. Cada pá 30 inclui uma borda de ataque 36 e uma borda de fuga 40.

[0044] As bordas de ataque 36 são na entrada a montante para o rotor 26 e são a jusante do invólucro espiral e do distribuidor para água ou outro fluido hidráulico. As bordas de ataque 40 ficam na extremidade a jusante do turbina Francis 26 e voltadas para um tubo de tiragem, que pode ficar a jusante do rotor 26. As pseudolinhas de escoamento 17 são mostradas no lado de sucção da ilustração da pá, e as pseudo- linhas de escoamento 19 são mostradas no lado de pressão da ilustração da pá. As pseudolinhas de escoamento 17, 19 são para fins de ilustração, e não indicam a estrutura nas superfícies das pás, nem representam as linhas de escoamento reais.

[0045] Uma primeira borda 33 de cada pá 30 é fixada na superfície externa da coroa 34, e uma segunda borda 38 é fixada em uma superfície interna da cinta 32. Os cantos P, S da primeira borda 33 são na região a montante e na região a jusante, respectivamente, da superfície externa da coroa. Os cantos Q, T são nas regiões a montante e a jusante da cinta 32, respectivamente.

[0046] O comprimento da cinta L é curto comparado com aquele das cintas convencionais. Para acomodar o comprimento de cinta mais curto L, o comprimento da pá foi reduzido ao longo da borda 38. Uma comparação das Figuras 2 e 4 mostra que o comprimento da cinta L e o comprimento da borda 38 das pás 30 do rotor curto 26 são mais curtos do que das pás 10 do rotor longo 9.

[0047] A curvatura da pá 30, ilustrado pelas pseudolinhas de es coamento tracejadas 16 e pelas pseudolinhas de escoamento sólidas 17, tem proporções para acomodar uma borda curta 38 e uma cinta curta 32.

[0048] A Figura 6 ilustra a borda de ataque precursora 36 de cada pá 30. Em uma borda de ataque precursora 36, o canto Q da borda na cinta 32 fica angularmente em frente do canto P na coroa 34, na direção de rotação R do rotor. Um ângulo de inclinação (θ) é o ângulo entre os cantos Q e P da borda de ataque 36 da pá 30, que é medido do eixo 28 do rotor curto 26, na direção dos cantos Q e P. Um ângulo de inclinação positivo existe quando o canto P fica à frente do canto Q, na direção de rotação R. Um ângulo de inclinação negativo (θ < 0°), tal como mostrado na Figura 6, indica uma borda de ataque precursora.

[0049] Uma junção de borda de ataque precursora Q desloca a carga hidráulica da pá para longe da cinta 32 e na direção da coroa 34. Esse deslocamento reduz a carga hidráulica próxima da cinta 32, e, desse modo, reduz o risco de cavitação na cinta 32 e nas partes das pás 30 próximas ad cinta 34. O deslocamento da carga hidráulica na direção da coroa 34 também proporciona uma carga mais uniforme ao longo da extensão da pá 30.

[0050] As Figuras 7, 8 e 9 são vistas de uma pá 30 no rotor curto 26 de diferentes pontos de vista. A pá 30 pode ser vista como sendo em forma de "V" na vista mostrada na Figura 7, vista a um ângulo voltando na direção do lado de sucção da pá 30. A borda 33 da pá 30 se prende na coroa, e a borda 38 se prende na cinta. Os cantos P, Q, S e T da pá correspondem aos cantos mostrados nas Figuras 4, 5 e 6.

[0051] A Figura 10 é uma vista meridional de um rotor curto, para ilustrar a borda de ataque 36 e a borda de fuga 40 da pá 30, mostradas nas Figuras 7 a 9. A borda 33 da pá 30 é mostrada em contato com uma linha de perfil 42, representando a superfície externa da coroa 34. A borda oposta 38 da pá 30 entra em contato com uma linha de perfil 44 da superfície interna da cinta. O eixo vertical (Z) do diagrama representa o eixo de rotação, e o raio horizontal (r) representa a distância do eixo 28 do rotor para a junção da borda de fuga com a cinta (ponto T).

[0052] Uma inversão da borda de fuga 40 na pá curta 30 é eviden te da curvatura da borda de fuga 40, em comparação com uma linha reta 46 entre os cantos de S e T da borda de fuga. A borda de fuga 40 tem uma forma que é curva na direção da borda de ataque 36 da pá 30. Em comparação com a borda de fuga invertida, uma borda de fuga convencional 20 (mostrada em linhas tracejadas na Figura 10) se curva para longe da borda de ataque 36, e, desse modo, se arqueia da linha reta 46.

[0053] A borda de fuga invertida 40 reduz o comprimento da pá 30, particularmente, na região de extensão intermediária (M) da pá. A redução da pá 30 reduz a área superficial molhada da pá 30, e, desse modo, diminui o atrito hidráulico entre as pás 30 e a água. O menor atrito aumenta a eficiência da turbina Francis em converter energia na água em torque aplicado ao eixo.

[0054] A área superficial molhada total do rotor curto pode ser re duzida em comparação com a área superficial molhada de um rotor longo convencional por quinze por cento (15%) ou mais. A redução na área superficial molhada do rotor curto é devido à cinta mais curta e às pás mais curtas, em comparação com um rotor longo convencional. A redução na área superficial molhada fica ainda maior, por exemplo, superior a vinte por cento (20%), por inversão das bordas de fuga das pás no rotor curto.

[0055] O atrito superficial hidráulico pode ser quantificado por me dida da tensão de cisalhamento nas superfícies molhadas de um rotor. A tensão de cisalhamento nas superfícies é uma consequência do atrito entre a água, escoando pelas superfícies molhadas do rotor, e a superfície do rotor. A redução da área superficial reduz a área na qual a tensão de cisalhamento é produzida pela água, para criar atrito hidráulico. A área superficial molhada reduzida de um rotor curto pode reduzir a tensão de cisalhamento hidráulico, integrado pela superfície, por trinta por cento (30%) ou mais, em comparação com um rotor longo. Por redução da quantidade de tensão de cisalhamento hidráulico, as perdas de energia, devido ao atrito, são reduzidas e, desse modo, mais energia pode ser convertida em torque para acionar o eixo do rotor.

[0056] As Figuras 11 e 12 mostra outra concretização de um rotor curto 48. O rotor 48 é adaptado para receber um eixo 60. Todas as pás 50 têm uma borda de ataque precursora 52 com os cantos P e Q. A borda de fuga 54 de cada pá 50 é mostrada como tendo uma curvatura que se curva para longe da borda de ataque 52. A extremidade a jusante da coroa 58 é perpendicular ao eixo 28 do rotor 48. A cinta 62 pode ter uma superfície cilíndrica, que é escalonada para se conformar com um anel de fundo estacionário na turbina Francis.

[0057] As Figuras 13 e 14 mostram outra concretização de um ro tor curto 64, que é similar ao rotor curto 48 mostrado nas Figuras 11 e 12, exceto para a borda de fuga 66. A borda de fuga 66 do rotor curto 64 é invertida, pois é evidente da borda curva, entre as bordas T e S da borda de fuga 66, que se curva na direção da borda de ataque 52.

[0058] A Figura 15 é uma comparação gráfica da eficiência hidráu lica de um rotor longo convencional com aquele de um rotor curto, tais como os rotores 26, 48 e 64. A eficiência no eixo y é normalizada com a eficiência de pico do rotor longo convencional. A descarga do eixo x é normalizada com a descarga na eficiência de pico. A eficiência de desempenho 68 do rotor curto é consistentemente superior à eficiência de desempenho 70 de um rotor longo convencional. A eficiência é definida como a relação de energia, que é convertida em torque no eixo, para a energia, que entra no sistema hidráulico na entrada do invólucro espiral, menos a energia deixando o sistema hidráulico na saída do tubo de tiragem.

[0059] O rotor curto também pode ser usado em uma turbina hori zontal. Um rotor curto para uma turbina horizontal vai ter, diferentemente, um eixo horizontal como o eixo de um rotor. Um rotor curto pode atuar, de modo que as vantagens de um rotor curto, em uma turbina vertical, sejam também vistas em uma turbina horizontal.

[0060] Além disso, rotores sem cinta (sem invólucro) podem ter um rotor curto e uma borda de ataque precursora. Os rotores sem cinta podem ser usados em turbinas de Francis e de Kaplan. A borda de ataque precursora de um rotor em cinta pode ser definida como tendo uma borda de ataque na periferia externa do rotor, que avança onde a borda de ataque se une com a coroa na direção longitudinal do rotor sem cinta.

[0061] Um rotor sem cinta curto tem uma relação de comprimento de periferia do rotor que é inferior a 17% (017). A relação de compri- mento periférico (L/D) é uma relação entre um comprimento (L), que é uma distância medida entre um distribuidor inferior do rotor a um ponto da borda de fuga na periferia externa do rotor, e o diâmetro (D), que é um diâmetro de saída do rotor sem cinta, que é um diâmetro do rotor em uma periferia externa do rotor.

[0062] As bordas periféricas externas das pás curtas no rotor sem cinta podem ser adaptadas para ficar voltadas para uma superfície de um anel de fundo de um invólucro estacionário, e as pás podem ser adaptadas para impedirem que a água escoe entre a borda periférica da pá e a superfície do invólucro estacionário. Por exemplo, as bordas periféricas externas das pás curtas podem formar um selo em uma superfície estacionária. O rotor sem cinta curto apresenta vantagens similares àquelas do rotor curto com uma cinta.

[0063] As vantagens de um rotor curto em uma turbina podem in cluir, e não são limitadas a, proporcionar um rotor mais leve, reduzir o atrito hidráulico, aumentar a eficiência hidráulica e manter um comportamento de cavitação aceitável.

[0064] Ainda que a invenção tenha sido descrita em conjunto com o que é considerado atualmente como sendo a concretização mais prática e preferida, deve-se entender que a invenção não é limitada à concretização descrita, mas, ao contrário, é tencionada para cobrir várias modificações e disposições equivalentes incluídas dentro do espírito e do âmbito das reivindicações em anexo.

Claims (8)

1. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), que compreende: uma cinta (32, 62); uma coroa (34, 56); e pás de rotor (30, 50) se estendendo da coroa (34, 56) para a cinta (32, 62); caracterizado pelo fato de que para cada uma das pás de rotor (30, 50), uma junção (Q) entre uma borda de ataque (36, 52) da pá de rotor (30, 50) e da cinta (32, 62), que antecipa uma junção (P) entre a borda de ataque (36, 52) com a coroa (34, 56) em uma direção de rotação (R), e o rotor (26, 48, 64) tem uma relação de comprimento de cinta (L/D) não superior a 17% (0,17), em que a relação de comprimento de cinta (L/D) é uma relação entre comprimento (L) e diâmetro (D) em que o comprimento (L) é uma distância medida entre o fundo (15) de um distribuidor (13) do rotor (26, 48, 64) para uma borda de fuga (T) da pá de rotor (30, 50) na cinta (32,62) e em que o diâmetro (D) é o diâmetro (D) da cinta (32, 62) em uma junção (T) com uma borda de fuga (40, 54, 66) da pá de rotor (30, 50).

2. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a borda de fuga (40, 54, 66) da pá de rotor (30, 50) tem uma curvatura entre a cinta (32, 62) e a coroa (34, 56) encurvando na direção da borda de ataque (36, 52) da pá de rotor (30, 50).

3. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a relação de comprimento da cinta é inferior a 15% (0,15).

4. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), que compreende: uma periferia externa do rotor (26, 48, 64) uma coroa (34, 56); e pás de rotor (30, 50) se estendendo da coroa (34, 56) para a periferia externa do rotor (26, 48, 64); caracterizado pelo fato de que um canto (Q) de uma borda de ataque (36, 52) de cada uma das pás de rotor (30, 50) na periferia externa do rotor (26, 48, 64) fica à frente em uma direção de rotação (R) de um canto (P), no qual a borda de ataque (36, 52) se une à coroa (34, 56), e o rotor (26, 48, 64) tem uma relação de comprimento periférico não superior a 17% (0,17), em que a relação de comprimento periférico (L/D) é uma relação entre comprimento (L) que é uma distância medida entre um fundo (15) de um distribuidor (13) do rotor (26, 48, 64) até um ponto de uma borda de fuga (40, 54, 66) na periferia externa do rotor (26, 48, 64) e o diâmetro (D) do rotor (26, 48, 64) em uma periferia externa do rotor (26, 48, 64).

5. Rotor hidráulico Francis (26, 48, 64), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a borda de fuga (40, 54, 66) da pá de rotor tem uma curvatura entre a periferia externa do rotor (26, 48, 64) e a coroa (34, 56) se encurvando na direção da borda de ataque (36, 52) da pá de rotor (30, 50).

6. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a relação de comprimento periférico é inferior a 15% (0,15).

7. Rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma cinta anular (32, 62), presa em uma borda periférica mais externa das pás (30, 50).

8. Turbina hidráulica Francis, caracterizada pelo fato de que compreende: um rotor de turbina hidráulica Francis (26, 48, 64), conforme definido em qualquer uma das reivindicações anteriores; um invólucro espiral (2) localizado a montante do rotor (26 ,48, 64); um distribuidor (13) localizado entre o rotor (26 ,48, 64) e o invólucro espiral (2); e um tubo de tiragem (5) localizado a jusante do rotor (26, 48, 64).

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