BRPI0604288B1

BRPI0604288B1 - turbina-bomba tipo francis

Info

Publication number: BRPI0604288B1
Application number: BRPI0604288-0A
Authority: BR
Inventors: Kazuyuki Nakamura; Kataro Tezuka; Toshifumi Kurokawa
Original assignee: Kabushiki Kaisha Toshiba
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2020-12-01
Also published as: CN1948744A; JP2007107418A; CN100513776C; US20070140852A1; JP4751165B2; US7682134B2

Abstract

TURBINA-BOMBA TIPO FRANCIS. Uma turbina-bomba tipo Francis inclui uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas na direção circunferencial em torno de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, na qual a pá da roda móvel é formada, em uma borda de fuga do mesmo, com uma parte curva que se expande até o eixo principal quando a turbina está em operação, a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa no qual a borda de fuga e a coroa são conectadas e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta no qual a borda de fuga e a cinta são conectadas e um ângulo (alfa) formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo (...).

Description

Campo da invenção

A presente invenção diz respeito a turbinas-bomba Francis e, em particular, a uma turbina-bomba Francis capaz de ser operada com alta eficiência quando a turbina estiver em uma operação de carga parcial.

Técnica relacionada

Turbinas-Bomba tipo Francis em geral podem selecionar livremente tanto um modo de geração como um modo de bombeamento, comutando a rotação do gerador do motor de rotação normal para rotação reversa, ou vice-versa.

A figura 11 ilustra uma estrutura geral de uma turbina-bomba tipo Francis e, conforme mostrado na figura 11, quando o gerador da turbina está em operação, a turbina-bomba tipo Francis com esta estrutura guia a água de acionamento (operação), que é suprida de um reservatório de alto nível e um tubo hidráulico, ambos não estão mostrados, a um revestimento espiral 1 r a uma roda móvel 4 através de uma palheta de suporte 2 e um palheta guia 3 para rotacionar a roda móvel 4, e supre a energia (torque de funcionamento) gerada no momento a um gerador do motor, não mostrado, por meio de um eixo principal (eixo de rotação) 5.

Enquanto a bomba está em operação, a turbina-bomba tipo Francis gira a roda móvel 4 em uma direção contrária à da geração da turbina por meio de uma força de acionamento do gerador do motor para guiar a água de acionamento do tubo de descarga 6 que comunica com um reservatório inferior à câmara da roda móvel 7, onde a água de acionamento é provida com energia da roda móvel 4 e bombeada para o reservatório superior através palheta guia 3, a palheta de suporte 2 e o revestimento 1.

A palheta guia 3 abre ou fecha a palheta de acordo com flutuações na demanda de energia elétrica para controlar a vazão da água de acionamento suprida pelo revestimento 1 durante a geração da turbina.

A roda móvel 4 tem pás da roda móvel 8 montadas em tomo da direção circunferencial do eixo principal 5 em intervalos regulares, em que ambas as extremidades em uma direção da altura da pá da roda móvel 8 é suportada por uma coroa 9 e uma cinta 10 para fornecer um canal de fluxo entre as pás da roda móvel 8.

A figura 12 é uma vista de meridiano na roda móvel 4, extraída da parte “A” da figura 11, onde a vista do meridiano é uma vista revelada incluindo o eixo principal 5.

A borda de fuga 11 da pá da roda móvel 8, tendo ambas as extremidades suportadas pela coroa 9 e a cinta 10, foi em geral construída de maneira tal que a posição radial da extremidade do lado da coroa 12 seja estabelecida a cerca de 50 porcento da posição radial da extremidade do lado da cinta 13 do eixo principal 5 da borda de fuga 11.

Em outras palavras, a parte curva que conecta a extremidade do lado da coroa 12 definida pela borda de fuga 11 da pá da roda móvel 8 e a coroai a êxtremidadedoladodacinta 13 definida pela borda de fuga llea cinta 10 se salienta ou se expande suavemente até o eixo principal 5. em que o relacionamento entre a distância Rc do eixo principal 5 até a extremidade do lado da coroa 12 e uma distância Rb do eixo principal 5 até a extremidade do lado da cinta 13 foi substancialmente estabelecida em Rc = 0,5 Rb.

Conforme mostrado na figura 13, a roda móvel 4 vista pela saída da pá da roda móvel 8 (adjacente ao tubo de descarga 6) tem uma estrutura na qual a extremidade do lado da coroa 12 e a extremidade do lado da cinta 13 da borda de fuga 11 da pá da roda móvel 8 são conectadas por uma linha reta.

As extremidades do lado da coroa 12 e as extremidades do lado da cinta 13 de todas as bordas de fuga 11 têm o mesmo ângulo circunferencial nas coordenadas polares indicadas por uma distância radial do eixo principal 5 e um ângulo circunferencial.

A roda móvel 4 tem as pás da roda móvel 8 de uma forma tal que diminui significativamente a eficiência da roda móvel se a vazão desviar de um ponto de projeto. Por exemplo, quando a vazão da água cai abaixo de um ponto de projeto, a água de acionamento é afetada por uma força centrífuga para impulsionar em direção à cinta 10. Quando a vazão da água excede o ponto de projeto, a água é impulsionada em direção à coroa 9, causando uma perda por causa do assim chamado fluxo secundário.

A fim de reduzir a perda por causa do fluxo secundário para melhorar a eficiência de carga parcial da turbina, foi proposto que a parte curva que conecta a extremidade da extremidade do lado da coroa 12 e a extremidade do lado da cinta 13 da borda de fuga 11 da pá da roda móvel 8 mude da posição indicada pela linha tracejada em uma estrutura convencional para a posição adjacente ao eixo principal 5 indicada pela linha cheia, com o que a linha de fluxo ST1 indicada pela linha tracejada é deslocada para a linha de fluxo ST2 indicada pela linha cheia para formar o fiuxo^unifòrmev- Entretanto, este métodoinduziuj^fluxe-nas^as^aã^oda móvel 8 durante a ^peraçãtTdã^bõmba, diminuindo extremamente a eficiência de operação da bomba.

Isto leva a uma necessidade de determinar o equilíbrio no projeto do maquinário hidráulico no qual não somente a eficiência de carga parcial da turbina é melhorada, mas também a eficiência de operação.

Uma técnica para melhorar a eficiência da roda móvel quando a bomba está em operação está revelada em JP-A-2000-136766 (Documento de patente 1), em que a borda de ataque da pá da roda móvel é na forma de uma curva rebaixada no sentido de rotação durante a operação da bomba

O documento de patente 1 icveia uma roda móvel de turbina- bomba que tem pás cujas partes das bordas de ataque (ou seja, suas bordas de saída quando a turbina está em operação) são na forma de curvas rebaixadas no sentido de rotação durante a operação da bomba. Entretanto, ela não apresenta solução para o arraste da água de acionamento quando a turbina está em operação.

Por outro lado, a técnica proposta na figura 14 não soluciona o problema de refluxo induzido quando a bomba está em operação, mesmo se a posição da borda de fuga 11 indicada pela linha tracejada na estrutura convencional for deslocada à jusante para a posição indicada pela linha cheia para tomar a linha de fluxo ST2 uniforme, melhorando assim a eficiência de carga parcial da turbina. Portanto, o equilíbrio é necessário, tal como no Documento da Patente 1.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A invenção foi concebida em consideração à circunstâncias supramencionadas e um objetivo da presente invenção é fornecer uma turbina-bomba tipo Francis capaz de impedir o refluxo de água de acionamento durante a operação da bomba e aumentar a eficiência de carga parcial durante a operação da turbina.

O objetivo apresentado .pQde-ser alcançãdo de acordo com a presente invenç^o provendo-se, em um aspecto, uma turbina-bomba tipo Francis incluindo uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas na direção circunferencial em tomo do eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça direção da altura da pá.

Em que a pá da roda móvel é formada, na sua borda de fuga, com uma parte curva expandindo para o eixo principal quando a turbina está em operação, a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta uma extremidade de conexão da borda de tuga do lado da coroa na qv.a! a burda de fuga e a coroa são conectados e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta na qual a borda de fuga e a cinta sào conectados, e um ângulo a formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta é estabelecido em uma faixa de a <150 °.

Neste aspecto, tanto a parte curva formada na borda de fuga como o ângulo a são providos em uma parte central da pá da roda móvel da borda de fuga até um lado à montante.

Em um outro aspecto da presente invenção, é também provido uma turbina-bomba tipo Francis que inclui uma roda móvel provida com pás 10 da roda móvel arranjados em tomo de uma direção circunferencial de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que a pá da roda móvel é formada, na sua borda de fuga, 15 com uma parte curva que se expande até o eixo principal quando a turbina está em operação, a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma ImhaJXtaHque-eenectamrnãéxtrêmídãdédeconexão da borda de fuga do lado da coroa na qual a borda de fuga e a coroa são conectados e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta na qual a borda de fuga e a cinta são conectados, e uma relação de distância S/Rb é estabelecida para ficar na faixa de S/Rb >0,05, onde S é a distância entre o ponto máximo e a linha reta que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta e Rb é a distância entre o eixo principal e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da 25 cinta.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é também provida uma turbiua-bomba tipo Francis que inclui uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas na direção circunferencial em tomo do eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que a pá da roda móvel tem uma superfície de pressão e uma superfície de sucção que são formadas para ser curvas para dentro, e uma espessura mínima t0 no centro na direção da altura da pá é estabelecida para ficar na faixa de 0,90, onde tb é a espessura da pá da roda móvel adjacente à cinta e tc é a espessura da pá da roda móvel adjacente à coroa.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é também provida uma turbina-bomba tipo Francis que inclui uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas em tomo da direção circunferencial de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá em que a pá da roda móvel é formada com uma superfície de sucção linear e uma superfície de pressão rebaixada para dentro, e uma espessura mínima to no centro na direção da altura da pá é estabelecida para ficarna faixa deTo√{(tci + tbl’)/2} <0,85, onde tbi é a espessura da pá da roda móvel adjacente à cinta e tci é a espessura da pá da roda móvel adjacente à coroa.

Em um aspecto adicional da presente invenção, é também provida uma turbina-bomba tipo Francis que inclui uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas em tomo da direção circunferencial de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior e na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que a pá da roda móvel é formada com uma parte curva a em uma pai te centrai da mesma da borda de fuga até um lado à montante da pá, quando a turbina está em operação, a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta uma extremidade de conexão da pá no lado da coroa e uma extremidade que conecta o lado da cinta, um ângulo a formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da pá do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da pá do lado da cinta é estabelecido para ficar em uma faixa de o <105 °, e uma borda de ataque da pá da roda móvel é formada em uma linha reta, a borda de ataque reta sendo conectada de uma parte de conexão da borda de ataque do lado da coroa e uma parte de conexão da borda de ataque do lado da cinta a um lado à montante na direção de inclinação.

Também em um aspecto adicional da presente invenção, é também provida uma turbina-bomba tipo Francis que inclui uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas em tomo da direção circunferencial de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que a borda de fuga da pá da roda móvel é construída de, jn^teii^tal^ue--a4itúrania^5^dã^êlugrdapáda roda móvel que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa que conecta a horda de fuga e a coroa e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta que conecta a extremidade de saída e a cinta é retirada para um aposição reversa em relação ao sentido de rotação do eixo principal durante a operação da turbina.

A turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma modalidade da presente invenção dos aspectos supramencionados, a pá da roda móvel tem a parte curva que se expande para o eixo principal (eixo de rotação) na borda de fuga quando a turbina está em operação e tem um ponto máximo de manei™ ? tomar a vazão de agua uniforme e aumentar a área molhada. Este arranjo pode reduzir a perda de energia durante a operação de carga parcial da turbina e impedir o refluxo da água de acionamento durante a operação da bomba.

A natureza e recursos característicos adicionais da presente invenção ficarão mais claros a partir das descrições seguintes feitas com referência aos desenhos anexos.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DOS DESENHOS

Nos desenhos anexos:

A figura 1 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção;

A figura 2 é um gráfico de perda de energia da turbina-bomba tipo Francis mostrada na figura 1 quando a turbina está em operação de carga parcial;

A figura 3 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma segunda modalidade da presente invenção;

A figura 4 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma terceira modalidade da presente invenção;

A figura 5 é um gráfico de perda de energia da turbina-bnmha- tipo Francis mostrada na figura 4 quando a turbina está em operação de carga parcial;

A figura 6 é uma vista seccional do eixo principal de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma quarta modalidade da presente invenção, vista por uma saída de uma roda móvel;

A figura 7 é uma vista seccional feita ao longo da linha IIV- IIV da figura 6;

A figura 8 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma quinta modalidade da presente invenção;

A figura 9 é um diagrama conceituai de uma pá da rnda móvel de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma sexta modalidade da presente invenção;

A figura 10 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma sétima modalidade da presente invenção;

A figura 11 é um diagrama conceituai ilustrado de uma turbina-bomba tipo Francis geral;

A figura 12 é um diagrama conceituai de uma pá da roda 5 móvel mostrada na figura 11;

A figura 13 é um diagrama conceituai da turbina-bomba tipo Francis na figura 11, vista por uma saída da roda móvel da turbina-bomba tipo Francis mostrada na figura 11; e

A figura 14 é um diagrama que mostra o comportamento de 10 linhas de fluxo de água na pá da roda móvel de uma turbina-bomba tipo Francis convencional quando a turbina está em operação.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS

Uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma modalidade da presente invenção será descrita a seguir com referência aos 15 desenhos anexos.

Adicionalmente, deve-se notar primeiramente que a turbinas-— bomba lÍpõ“Francis de acordo com cada uma das modalidades da presente invenção têm uma estrutura básica completa similar à ilustrada na figura 11, como um exemplo, e, dessa maneira, as modalidades da presente invenção 20 serão descritas a seguir com referência às suas partes essenciais para a presente invenção.

A figura 1 mostra uma parte essencial de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma primeira modalidade da invenção.

A turbina-bomba tipo Francis de acordo com esta primeira 25 modalidade é construída de maneira tal que a borda de fuga 23 de cada uma das pás da roda móvel 20 se saliente para fora em direção ao eixo principal (íòiu é, eixo rotacional) de maneira a formar uma parte curva 24 quando a turbina está em operação (do outro lado, quando a bomba está em operação, a borda de ataque se salienta), a pá da roda móvel 20 sendo suportada no seu lado inferior por uma cinta 21 na direção da altura da pá e suportada na cabeça por uma coroa 22. A parte curva 24 tem um ponto máximo M em relação a uma linha reta P que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25 na qual a borda de fuga 23 e a coroa 22 são conectados e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26 no qual a borda de fuga 23 e a cinta 21 são conectadas, e a parte curva 24 também tem um ângulo a formado por uma linha reta Q que conecta o ponto máximo Mea extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25 e uma linha reta R que conecta o ponto máximo Mea extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26, o ângulo sendo estabelecido para ficar na faixa de a <150 °.

A figura 2 é um gráfico que mostra uma perda de energia obtida por experimentação, que mostra um relacionamento entre a perda de energia quando a turbina está em operação de carga parcial e o ângulo formado pela linha reta Q que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25 e o ponto máximo M e a linha reta R que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26 e o ponto máximo M.

Conforme se pode ver na figura 2, com o ângulo a formado pela linha reta Q e a linha reta R, a perda de energia é reduzida na faixa de a < 150 °.

Isto pode ser atribuído à estrutura da modalidade na qual a borda de fuga 23 tem uma parte curva 24 que se expande até o eixo principal, a parte curva 24 tem um ponto máximo Meo ângulo a formado pela linha reta Q e a linha reta R que passa através do ponto máximo M é estabelecido em a <150 °. Isto impede que linhas de fluxo da água de acionamento indicadas pelas linhas tracejadas da figura 1, se aproximem da cinta 21 quando a turbina está em operação de carga parcial com uma vazão menor que um ponto de projeto, de maneira a deslocar as linhas de fluxo para as indicadas pelas linhas cheias por causa do efeito da redução da força centrífuga, tomando assim uniforme a distribuição de vazão da água proveniente da borda de fuga 23.

Quando a bomba está em operação, a água das bordas de 5 ataque das pás da roda móvel 20 (no outro lado, as bordas de fuga 23 durante a operação da turbina) tem a diferença de pressão reduzida entre a superfície de pressão e a superfície de sucção, impedindo assim a ocorrência de refluxo.

De acordo com as estruturas supramencionadas, a perda de energia durante a operação de carga parcial da turbina pode ser reduzida, e 10 pode-se evitar a ocorrência de refluxo da água de acionamento durante a operação da bomba.

Adicionalmente, nesta modalidade, somente a borda de fuga 23 da pá da roda móvel 20 tem a parte curva 24 se expandindo até o eixo principal, a parte curva 24 tem o ponto máximo M, e o ângulo a formado pela 15 linhãTreta-Q-quexonectao ponto máximo Mea extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25TTlinha^reta-^que_conecta o ponto máximo Mea extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26 é estabelecido para ficar na faixa de a <150 °. Entretanto, a invenção não está limitada a tal arranjo ou construção, e outras alterações podem ser adotadas.

Por exemplo, conforme mostrado na figura 3, pode ser possível formar pontos máximos M|, M2,.„ nos centros Nb N2,... da pá da roda móvel 20 a partir da borda de fuga 23 da pá da roda móvel 20 (no outro lado, a borda de ataque, quando a bomba está em operação) para o lado à montante da água de acionamento quando a turbina está em operação, e 25 ânguios <xb que são formados pelas linhas retas Qb Q2)... que conectam os pontos máximos M2,... e as extremidade» dc conexão da pá do lado da coroa 25ab 25^,..., respectivamente, e linhas retas Rb R2,... que conectam os pontos máximos M}, M2,... e extremidades de conexão da pá no lado da cinta 26ai, 26a2,..., respectivamente, podem ser estabelecidos para ficar na faixa de «I, a2v ^150 °.

A figura 4 é um diagrama conceituai de uma parte essencial de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma terceira modalidade da invenção.

A turbina-bomba tipo Francis de acordo com esta terceira modalidade é construída de maneira tal que a borda de fuga 23 de cada pá da roda móvel 20 quando a turbina está em operação (embora a borda de ataque quando a bomba está em operação) se salienta para fora em direção ao eixo principal para formar a parte curva 24, a pá da roda móvel 20 sendo suportada na sua parte inferior pela cinta 21 na direção da altura da pá e suportada na cabeça pela coroa 22. A parte curva 24 tem um ponto máximo M, e uma relação de distância S/Rb é estabelecida para ficar na faixa de S/Rb >150 °, onde S é a distância entre o ponto máximo Mea linha reta P que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25 e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26, e Rb é a distância entre o eixo principal e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26.

A figura 5 é um gráfico de perda de energia obtido por experimentação, que mostra o relacionamento entre a perda de energia no momento quando a turbina está em operação de carga parcial e a relação de distância S/Rb.

Com referência à figura 5, percebe-se que a perda de energia é reduzida na relação de distância S/Rb >0,05.

Isto se dá em virtude de a estrutura da modalidade na qual a borda de fuga 23 tem a parte curva 24 expandindo até o eixo principal, a parte curva 24 tem um ponto máximo Mea relação S/Rb da distância S entre o ponto máximo Mea linha reta P que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa 25 e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26 até a distância Rb entre o eixo principal e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta 26 é estabelecida para ficar na faixa de S/Rb >0,05, de maneira a aumentar a área que fica molhada pela água, impedindo assim que as linhas de fluxo da água, indicadas pelas linhas tracejada na figura 3, se aproximem da cinta 21, enquanto a turbina está em operação de carga parcial, com uma vazão menor que um ponto de projeto, de maneira a deslocá-las para as linhas de fluxo indicadas pelas linhas cheias por causa do efeito de redução da força centrífuga, tomando assim uniforme a distribuição de vazão da água de acionamento proveniente da borda de fuga 23.

Quando a bomba está em operação, a água de acionamento nas bordas de ataque das pás da roda móvel 20 (no outro lado, as bordas de saída 23 durante a operação da turbina) tem a diferença de pressão reduzida entre a superfície de pressão e as superfícies de sucção por causa da maior área molhada das bordas de ataque, impedindo assim o refluxo.

Assim, de acordo com o arranjo desta modalidade, a perda de energia pode ser reduzida durante a operação com carga parcial da turbina, e pode-se evitar a ocoi lência de refluxo da água durante a operação da hnmha.

As figuras 6 e 7 são diagramas conceituais de uma turbina- bomba tipo Francis de acordo com uma quarta modalidade da invenção.

Com referência à figura 6, a turbina-bomba tipo Francis de acordo com esta quarta modalidade tem pás da roda móvel 20 suportadas pela cinta 21 e coroa 22 e arranjadas ao longo da direção circunferencial do eixo principal (eixo de rotação) 27, cada qual tendo uma borda de ataque (no outro lado, uma borda de fuga quando a bomba está em operação) 28 no lado do diâmetro interno, e tendo uma borda de fuga (no outro lado, uma borda de ataque quando a bomba está em operação) 29 no lado do diâmetro externo.

Keierindo-se à figuxa 7, na vfuàl G raio dc curvatura Pd de uma superfície de pressão 31 é estabelecido para ser menor que o raio de curvatura R2 da superfície de sucção 30, e é estabelecida uma espessura mínima da pá da roda móvel 20 em uma parte central na direção da altura da pá da roda móvel formando a parte curva 24.

Ou seja, conforme mostrado na figura 7, a espessura mínima t0 no centro na direção da altura da pá da roda móvel 20 é estabelecida para ficar 5 na faixa de t√{(tc + tb) / 2} <0,90, onde tb é a espessura da pá da roda móvel 20 adjacente à cinta 21 e tc é a espessura da pá da roda móvel 20 adjacente à coroa 22. A expressão para a espessura mínima t0 é obtida por experimentação.

Assim, nesta modalidade, a espessura mínima to no centro da 10 pá na sua direção da altura, na qual o raio de curvatura Ri da superfície de pressão 31 é estabelecido para ser menor que o raio de curvatura R2 da superfície de sucção 30, é estabelecida para ficar na faixa de to{(tc + tb} < 0,90.

Este arranjo possibilita agüentar a água de acionamento com 15 um material de peso inferior ao material convencional, reduzindo assim o custo.

Nesta modalidade, a espessura mínima t0 é aplicada à pá da roda móvel 20 na faixa de R2 > Ri, onde R2 é o raio de curvatura da superfície- de sucção 30 e Ri é o raio de curvatura da superfície de pressão 31. 20 Entretanto, a presente invenção nao esta limitada a esta modalidade, c outras modificações podem ser adotadas. Por exemplo, conforme mostrado na figura 8, quando a superfície de pressão rebaixada para dentro 31 da parte curva 24 tem um raio de curvatura R3 e a superfície de sucção 30 está em uma linha reta, a espessura mínima toi no centro da direção da altura da pá é escrita 25 como a expressão seguinte de tOi/{(tci + tbi)/2} <0,85, onde tbi é a espessura da pá da roda móvel 20 adjacente à cinta 21 e tci é a espessura da pá da roda móvel 20 adjacente à coroa 22. A expressão para a espessura mínima toi é nhtida nnr PYnpnmpntQppn

Assim, de acordo com o arranjo supramencionado desta modalidade, a água de acionamento agüentou um material de peso inferior ao do material convencional, melhorando assim o desempenho do custo.

A figura 9 é um diagrama de uma pá da roda móvel de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma sexta modalidade da presente invenção.

Esta modalidade é construída de maneira tal que a pá da roda móvel 20 tenha partes curvas 24ab 24^,... nos centros Nb N2,... da pá da roda móvel 20 da borda de fuga (no outro lado, a borda de ataque, quando a bomba está em operação) 23 da pá da roda móvel 20 até à montante da água de acionamento quando a turbina está em operação, as partes curvas 24ab 24^,... têm os pontos máximos Mb para as linhas retas Pb P2,... que conectam as extremidades de conexão da pá do lado da coroa 25ab 25a2,... e as extremidades de conexão da pá do lado da cinta 26ab 26a2,....,respectivamente, ângulos ab a2,.... que são formados pelas linhas retas Qb Q2,... que conectam os pontos máximos Mb M2,... e as extremidades de conexão da pá do lado da coroa 25ab 25a2v- e as linhas retas Rb R2,... que conectam os pontos máximos Mb M2J... e as extremidades de conexão da pá no lado da cinta 26ab 26^,..., respectivamente, são estabelecidos para ficar na faixa de ab a2,... <150 0 e a borda de ataque 28 da pá da roda móvel 20 quando a turbina está em operação é formado em uma linha reta U, a linha reta U sendo inclinada de uma extremidade de conexão da borda de ataque no lado da coroa 32a para o lado à montante em relação a uma extremidade de conexão da borda de ataque no lado da cinta 32b.

Assim, de acordo com o arranjo desta modalidade supramencionada, a fim de fornecer uma ampla área molhada da pá da roda móvel 20 adjacente à cinta 21 e aumentar o efeito retifícador, a perda de energia pode ser reduzida durante a operação de carga parcial da turbina, e pode-se evitar a ocorrência de refluxo da água de acionamento durante a operação da bomba.

A figura 10 é um diagrama conceituai de uma turbina-bomba tipo Francis de acordo com uma sétima modalidade da presente invenção.

A figura 10 é uma sétima vista seccional da saída (tubo de descarga) da roda móvel durante a operação de turbina.

Nesta modalidade, a linha da borda de fuga V que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga no lado da coroa 25 e a extremidade 2^7- de conexão da borda de fuga no lado da cinta 26 da borda de fuga 23 da pá da roda móvel 20 quando a turbina está em operação é construído de maneira tal que a extremidade de conexão da borda de fuga no lado da cinta 26 fique retirado para uma posição direcional contrária mais do que a extremidade de conexão da borda de fuga no lado da coroa 25 em relação à sentido de rotação do eixo principal 27. Neste caso, a linha da borda de fuga V pode ser tanto uma linha reta como uma parte curva que se expande para uma direção contrária ao sentido de rotação da turbina. Assim, de acordo com esta modalidade, a área molhada da pá da roda móvel adjacente à cinta 21 é aumentada, tomando assim uniforme a distribuição da vazão da água de acionamento. Este arranjo pode portanto reduzir a perda de energia durante a operação com carga parcial da turbina e impedir o refluxo de água durante a operação da bomba.

Claims

1. Turbina-bomba tipo Francis, caracterizada pelo fato de que compreende uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas em uma direção circunferencial em torno do eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que cada uma das pás da roda móvel é formada, na sua borda de fuga, com uma parte curva que se expande até o eixo principal quando a turbina está em operação, em que a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa na qual a borda de fuga e a coroa estão conectadas e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta no qual a borda de fuga e a cinta são conectadas, e em que um ângulo a formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta é estabelecido para ficar na faixa de a < 150 o.

2. Turbina-bomba tipo Francis de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tanto a parte curva formada para a borda de fuga como o ângulo a são providos em uma parte central da pá da roda móvel da borda de fuga para o lado à montante.

3. Turbina-bomba tipo Francis, caracterizada pelo fato de que compreende uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas na direção circunferencial em torno de um eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que cada uma das pás da roda móvel é formada, na sua borda de fuga, com uma parte curva que se expande até o eixo principal quando a turbina está em operação, em que a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa no qual a borda de fuga e a coroa estão conectadas e uma extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta no qual a borda de fuga e a cinta são conectadas, em que uma relação de distância S/Rb é estabelecida para ficar na faixa de S/Rb > 0,05, onde S é uma distância entre o ponto máximo e a linha reta que conecta a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta e Rb é uma distância entre o eixo principal e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta, e em que um ângulo a formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da borda de fuga do lado da cinta é estabelecido para ficar na faixa de a < 150 o.

4. Turbina-bomba tipo Francis, caracterizada pelo fato de que compreende uma roda móvel provida com pás da roda móvel arranjadas na direção circunferencial em torno do eixo principal da roda móvel, cada uma das pás da roda móvel sendo suportada por uma cinta no seu lado inferior na direção da altura da pá e suportada por uma coroa no lado da cabeça na direção da altura da pá, em que cada uma das pás da roda móvel é formada com uma parte curva na sua parte central de uma borda de fuga até um lado à montante da pá quando a turbina está em operação, em que a parte curva tem um ponto máximo em relação a uma linha reta que conecta a extremidade de conexão da pá do lado da coroa e uma extremidade de conexão da pá do lado da cinta, em que um ângulo a formado por uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da pá do lado da coroa e uma linha reta que conecta o ponto máximo e a extremidade de conexão da pá do lado da cinta é estabelecido para ficar na faixa de a < 150 o, e em que uma borda de ataque da pá da roda móvel é formada em uma linha reta, a borda de ataque reta sendo conectada de uma parte de conexão da borda de ataque do lado da coroa a uma parte de conexão da borda de ataque do lado da cinta no lado à montante na direção de inclinação.