ES2266898T3 - Junta entre dos partes moviles una con respecto a otra de una maquina hidraulica. - Google Patents

Abstract

Un aparato para obturar un espacio de separación entre dos partes móviles entre sí de una máquina hidráulica, con al menos un elemento de obturación que está montado, con respecto a las dos partes móviles, por medio de al menos un cojinete hidrostático en cada caso, de tal modo que cada uno de los cojinetes hidrostáticos comprende superficies de cojinete enfrentadas una con otra, y al menos una de las superficies de cojinete tiene al menos un elemento de cojinete, tal como una acanaladura, una estría o similar, que puede ser alimentado con un medio de cojinete hidráulico a través de al menos una línea o conducción de suministro, caracterizado por que se ha dispuesto, a una cierta distancia del primer elemento de cojinete de un primer cojinete hidrostático, al menos un segundo elemento de cojinete adicional del primer cojinete hidrostático, el cual está unido o comunicado con el primer elemento de cojinete a través de una resistencia hidráulica, de modo que la conducción de suministro para este cojinete desemboca únicamente en la superficie de cojinete, en la zona del primer elemento de cojinete.

Description

Junta entre dos partes móviles una con respecto a otra de una máquina hidráulica.

La presente invención se refiere a un aparato para cerrar herméticamente u obturar un espacio de separación entre dos partes móviles una con respecto a otra de una máquina hidráulica, con al menos un elemento de obturación que se monta con respecto a una de las partes móviles por medio de un cojinete hidrostático en cada caso, de tal modo que cada uno de los cojinetes hidrostáticos comprende superficies de cojinete enfrentadas entre sí, y al menos una de las superficies de cojinete tiene al menos un elemento de cojinete, tal como una acanaladura, estría o similar, que puede ser alimentada con un medio de cojinete hidráulico a través de al menos una línea o conducción de suministro. Además, la invención describe un método para hacer funcionar dicho obturador y un método para su puesta en servicio.

Teniendo en cuenta las condiciones de funcionamiento muy desfavorables que se dan en la zona del diámetro exterior de una hélice o rodete de una máquina hidráulica, y ello, sobre todo, en el caso de máquinas relativamente grandes con diámetros de rodete que llegan hasta algunos metros, no ha sido posible con anterioridad construir un obturador fiable entre el rodete y su alojamiento, el cual, además de un cierto coste en términos de eficacia como resultado de las pérdidas en los espacios de separación, puede también conducir a considerables problemas adicionales. Esto radica, sobre todo, en el hecho de que, en la zona del diámetro externo del rodete, se producen velocidades circunferenciales muy elevadas, el rodete y el alojamiento se ven sometidos a vibraciones importantes, y, debido a las presiones elevadas que actúan, el rodete experimenta, por lo demás, desplazamientos axiales. Estos estados de funcionamiento han venido evitando con anterioridad la construcción de un obturador prácticamente o, de manera ideal, completamente estanco. Los obturadores que se han venido utilizando anteriormente, tales como los obturadores laberínticos, no son obturaciones o cierres herméticos en el sentido verdadero, sino meramente dispositivos destinados a reducir el flujo de agua a través del espacio de separación. Otros obturadores, tales como los obturadores de anillo de hielo conocidos, resultaban, a su vez, muy complicados y poco fiables.

En el espacio lateral axial del rodete, es decir, entre el disco de cubierta interno y el alojamiento, como resultado del flujo de agua por el espacio de separación, se acumula ocasionalmente una presión muy elevada, que corresponde sustancialmente a la presión de la fuente hidráulica de cabecera y que provoca que el rodete se desplace en la dirección axial, como resultado de lo cual se producen cargas axiales excesivamente altas en el montante y desplazamientos axiales relativamente elevados del rodete. En los dos espacios laterales del rodete que se producen, entre el alojamiento y el disco de cubierta externo e interno, se produce un flujo de agua por el espacio de separación, como resultado del cual una cierta proporción del medio no fluye a través del rodete y, en consecuencia, tiene su coste en términos de eficacia y se produce una pérdida de rendimiento. Por otra parte, en los dos espacios laterales del rodete se produce un disco de agua que gira muy rápidamente y, debido al rozamiento que se produce, se opone a la rotación del árbol y, en consecuencia, desarrolla un efecto de frenado que reduce adicionalmente, a su vez, la eficacia.

Por estas razones, es deseable proporcionar un obturador que sea en la práctica completamente estanco, entre el rodete y su alojamiento.

Semejante obturador se conoce, por ejemplo, por el documento WO 02/23038 A1, en el que se describen sustancialmente dos tipos de obturadores, los cuales comprenden anillos de obturación montados específicamente de forma flotante sobre dos cojinetes hidrostáticos:

Un primer tipo, en el que el anillo de obturación está montado con respecto al alojamiento y al rodete de tal manera que no puede girar, y un cojinete hidrostático es alimentado con el medio de cojinete a través de líneas o conducciones flexibles que llevan desde el alojamiento de la turbina hasta el anillo de obturación. Teniendo en cuenta los estados de funcionamiento predominantes que se han descrito en lo anterior, dichas conducciones flexibles representan naturalmente un punto de cierta debilidad y, por tanto, han de construirse, de acuerdo con ello, robustas y los tiempos de mantenimiento deben ser acortados de manera apropiada, a fin de evitar, por medio de un mantenimiento regular, que se presente una rotura debida al desgaste de las conducciones flexibles, lo que puede conducir a un fallo del obturador y a un daño considerable. Por otra parte, la instalación de dicho anillo con un cierto número de conducciones flexibles es relativamente complicada. Por estas razones, semejante diseño de obturador se ha rechazado tanto por los fabricantes como por los operarios.

El segundo tipo concierne a anillos de obturación que se montan, con respecto al rodete y al alojamiento, de una manera "flotante" y de rotación libre, de tal modo que el medio de cojinete para los cojinetes hidrostáticos se suministra a través de taladros existentes en el alojamiento de la turbina y a través de taladros de unión o comunicación existentes en el propio anillo de obturación. El documento WO 02/23038 muestra entonces, de forma concreta, dos variantes de dicho anillo de obturación.

En la primera variante (de acuerdo con la Figura 3 del documento WO 02/23038), se ha proporcionado una serie de conducciones de suministro, de tal modo que las aberturas de estas conducciones de suministro dentro de las superficies de cojinete son opuestas a las aberturas de los taladros de comunicación existentes en el anillo de obturación. En la práctica, este anillo exhibe un servicio insatisfactorio. Esto es debido a que, si el anillo de obturación se apoya en el alojamiento radialmente y de una manera fija, resulta entonces difícil hacer que el anillo de obturación se eleve en la dirección radial, lo que significa que la totalidad del medio de obturación que es forzado a entrar a través de la conducción de suministro, se conduce a través del taladro de comunicación hasta el segundo cojinete y da lugar a un levantamiento importante en la dirección axial. El anillo de obturación se frotará, por tanto, contra el alojamiento, lo que conduce a daños y, en consecuencia, puede llevar a la destrucción. Por otra parte, en el caso en el que el anillo está instalado con un cierto juego radial, si bien éste será centrado durante el funcionamiento y será levantado radial y axialmente, no adoptará, como consecuencia de la ausencia de un equilibrio de fuerzas, una posición preferida, será inestable y resultará, de la misma manera, menos susceptible de regulación radial. Esto es porque, si se realiza un intento de cambiar la posición radial modificando el flujo volumétrico, tan solo cambiará la posición axial, ya que un flujo volumétrico modificado será, de por sí, hecho pasar directamente al cojinete axial a través del taladro de comunicación. Semejante anillo de obturación resultará, por tanto, menos práctico en la práctica.

En la segunda variante (de acuerdo con las Figuras 4 y 5 del documento WO 02/23038), se proporcionan ahora dos filas de conducciones de suministro, que están dispuestas a una cierta distancia una de otra y a través de las cuales, independientemente una de otra, se suministra el medio de cojinete al interior de los cojinetes hidrostáticos. La abertura de una tan solo de estas dos conducciones de suministro es, en este caso, opuesta a las aberturas del taladro de comunicación existente en el anillo de obturación.

En el caso de esta variante, la ventaja de este anillo, consistente en que tanto el cojinete radial como el axial pueden ponerse en funcionamiento y regularse en gran medida de forma independiente, y se puede alcanzar una posición de funcionamiento estable, se contrapone a la desventaja de que, para el propósito de estabilizar y la capacidad de controlar ambos cojinetes, se necesitan dos filas de conducciones de suministro que han de ser suministradas y hechas funcionar de forma independiente una de otra, lo que es lo mismo que decir que se requieren al menos dos conjuntos de bombas de suministro, en cierta medida de una potencia considerable, incluyendo el control asociado o componentes hidráulicos adicionales, tales como limitadores, filtros, etc., de tal modo que lo que se gana en rendimiento por medio de una obturación eficaz se pierde de nuevo, en cierta medida o incluso en su totalidad, por el rendimiento que se requiere para las bombas o por pérdidas de estrangulamiento. Además, la producción de dicho obturador es considerablemente más complicada en términos de fabricación, ya que se necesita, por supuesto, un número doble de taladros y de conducciones.

La presente invención, por tanto, se ha constituido con el propósito de eliminar las desventajas anteriormente referidas y de proporcionar un obturador eficaz y fiable del tipo mencionado al comienzo, que requiere pocos recursos, puede ser implantado y hecho funcionar de forma sencilla y tiene una larga vida de servicio.

Este propósito se consigue por medio de la invención por cuanto que, a una cierta distancia de un primer elemento de cojinete de un primer cojinete hidrostático, se dispone al menos un segundo elemento de cojinete adicional del primer cojinete hidrostático, el cual está unido o comunicado con el primer elemento de cojinete a través de una resistencia hidráulica, de tal modo de la línea o conducción de suministro para este cojinete desemboca únicamente dentro de la superficie de cojinete de la zona del primer elemento de cojinete.

Dicho elemento de obturación reduce el número requerido de conducciones de suministro y reduce, por lo tanto, el coste de fabricación así como el número de unidades y elementos de suministro que se necesitan.

Si bien se proporciona tan solo una única conducción de suministro, es posible ajustar dicho elemento de obturación con unos espacios de separación axial y radial deseados de una manera estable, con la ayuda de una resistencia hidráulica, lo que da lugar a una posición de funcionamiento estable. Ambos espacios de separación de cojinete pueden hacerse variar con el flujo volumétrico y, en este caso, se encuentran en una posición relativa sustancialmente fija uno con respecto al otro, lo que es lo mismo que decir que el elemento de obturación puede ser controlado completamente en ambas direcciones con tan solo una conducción de suministro. Como el elemento de obturación es levantado de forma sustancialmente simultánea y uniforme en las direcciones axial y radial, se garantiza que el elemento de obturación no es levantado según una única dirección, lo que incrementa considerablemente la fiabilidad de funcionamiento.

En cuanto al método de hacer funcionar un obturador de acuerdo con la invención, el propósito se consigue por cuanto que la máquina hidráulica se pone en marcha únicamente una vez que se han establecido los espacios de separación de cojinete predefinidos. Como resultado de ello, se evitan de manera eficaz los estados de rozamiento o estados de fricción mixtos o combinados y su desgaste asociado, los daños e incluso la destrucción del elemento de obturación, conforme se hace funcionar la máquina. La vida de servicio de dicho elemento de obturación se mejora, en consecuencia, considerablemente.

Sin embargo, durante la puesta en servicio del obturador, es decir, durante una de las primeras operaciones de arranque, puede resultar ventajoso llevar el elemento de obturación a un estado de rozamiento mixto o combinado de una forma controlada, de tal modo que pueda imprimirse o grabarse un cierto patrón o dibujo de cojinete en las superficies de cojinete de los cojinetes hidráulicos. Como consecuencia de ello, se compensan ciertas tolerancias de fabricación del elemento de obturación o de las superficies de cojinete, y puede mejorarse el funcionamiento y la vida de servicio del obturador. Una vez que se ha grabado el dibujo de cojinete, el elemento de obturación se levanta, por puesto, hasta los espacios de separación de cojinete predefinidos y se hace funcionar normalmente.

Como el elemento de obturación se fabrica convencionalmente de un material más blando que las superficies de cojinete asociadas del alojamiento o del rodete, o viceversa, es posible lograr dicho dibujo de forma muy sencilla y de una manera controlada.

El elemento de obturación puede ser producido y hecho funcionar de manera muy sencilla si se unen o comunican entre sí los dos cojinetes hidráulicos por medio de una comunicación hidráulica. Basta, por tanto, con suministrar un medio de cojinete tan solo a un único cojinete hidrostático, como resultado de lo cual el segundo es también alimentado automáticamente.

Una distribución de presiones muy ventajosa, que conduce a un levantamiento garantizado del elemento de obturación en las dos direcciones, se establece en el hecho de escoger la anchura del elemento de cojinete del primer cojinete hidrostático, tomando como base la anchura total de este cojinete, de modo que sea más pequeña que la anchura del elemento de cojinete del segundo cojinete hidrostático, tomando como base la anchura total de este cojinete. Para el funcionamiento fiable del elemento de obturación y la consecución de una estabilidad suficiente, resulta particularmente ventajoso el hecho de que la distancia entre los dos elementos de cojinete del cojinete hidrostático en el que desemboca la conducción de suministro, sea más pequeña que una distancia máxima que, en este caso, resulta sustancialmente de las dimensiones geométricas del elemento de obturación. Si se satisface esta definición geométrica previa, se obtiene un elemento de obturación extremadamente eficaz y operativamente fiable.

Un elemento de obturación particularmente sencillo adopta la forma de un anillo de obturación. Dicho anillo puede ser producido de una forma muy simple y beneficiosa.

La vida de servicio del elemento de obturación se incrementa considerablemente si el elemento de obturación se monta de una manera flotante sobre los cojinetes hidrostáticos, puesto que, entonces, se suprime el rozamiento entre los cuerpos sólidos de la superficie de obturación y del elemento de obturación en todos los puntos operativos de la máquina hidráulica.

El obturador de acuerdo con la invención se utiliza de forma ventajosa para obturar una hélice o rodete y un alojamiento de la máquina hidráulica, en particular, una turbo-máquina, y gracias a él los espacios laterales del rodete pueden ser obturados por completo de manera eficaz y, si se da una disposición apropiada, por ejemplo, en la zona periférica del rodete, no son llenados con el medio de funcionamiento de la máquina hidráulica, con la excepción del medio de cojinete. Se evita, como resultado de ello, la producción de los efectos negativos anteriormente mencionados.

El uso del obturador en una turbina, en particular una turbina Francis o turbina de bomba, o en una bomba, es ventajoso de forma muy particular.

El elemento de cojinete puede formarse de una manera simple y económica como una acanaladura anular que puede ser interrumpida en ciertas secciones a lo largo de la circunferencia y que, por añadidura, puede ser producida muy fácilmente. Igualmente simples en términos de diseño y fabricación son los taladros como comunicación hidráulica en el elemento de obturación y como conducción de suministro en el alojamiento de la máquina hidráulica.

Las propiedades del elemento de obturación y, en consecuencia, del propio obturador pueden mejorarse adicionalmente disponiendo un tercer elemento de cojinete, o bien una pluralidad de elementos de cojinete, en las superficies de cojinete del cojinete hidrostático. El elemento de cojinete adicional produce una distribución de presiones más extensa, que se puede manejar mejor y con la que puede ajustarse con mayor facilidad el equilibro de pares sobre el elemento de obturación.

El elemento de obturación se ha diseñado ventajosamente de tal manera que el elemento de cojinete central está diseñado de modo que sea más ancho que los otros elementos de cojinete. Una predefinición geométrica adicionalmente beneficiosa resulta de la selección específica de la distancia entre los bordes exteriores de los dos elementos exteriores de entre la pluralidad de elementos de cojinete, tomando como base la anchura de este cojinete hidrostático, de tal forma que esta distancia sea más pequeña que la anchura del elemento de cojinete del otro cojinete hidrostático, tomando como base la anchura de este cojinete hidrostático. Es igualmente beneficioso, dadas las dimensiones geométricas predefinidas del elemento de obturación, tales como la altura y la anchura del anillo de obturación, la disposición y la anchura de los elementos de cojinete, en particular, de las acanaladuras, estrías, etc., seleccionar la distancia entre el primer y el segundo elementos de cojinete del primer cojinete hidrostático de tal modo que sea más pequeña que una distancia máxima predeterminada.

Los cojinetes hidrostáticos se alimentan, de manera muy ventajosa, con un flujo volumétrico constante del medio de cojinete. El elemento de obturación es, por tanto, capaz de reaccionar automáticamente y de un modo controlado a los cambios en las condiciones externas, tales como los cambios de temperatura del medio y el cambio de longitud asociado del elemento de obturación, las vibraciones del alojamiento o del rodete, las tolerancias de fabricación, la inclinación del anillo de obturación, etc., puesto que el flujo volumétrico, además de las dimensiones geométricas, es sustancialmente responsable de la distribución de las presiones. El elemento de obturación es, por tanto, auto-regulado, es decir, compensa automáticamente las interferencias exteriores.

Puede garantizarse un suministro sencillo a los cojinetes hidrostáticos mediante al menos una bomba. Como posible alternativa a una bomba, puede utilizarse también la fuente hidráulica de cabecera, que naturalmente tiene una elevada presión hidrostática; deberá entonces proporcionarse al menos un limitador, que, por ejemplo, se diseña como una válvula de regulación de flujo, aguas arriba de la abertura de la conducción de suministro, con el fin de poder predefinir un flujo volumétrico concreto y sustancialmente constante.

El elemento de obturación del obturador puede hacerse funcionar de forma extremadamente ventajosa y con bajas pérdidas si la pérdida de potencia causada por el anillo de obturación se minimiza por medio de una geometría adecuada del elemento de obturación. Semejante obturador presenta entonces una pérdida de potencia mínima, como resultado de lo cual la eficacia total de la turbina puede ser incrementada considerablemente, en tanto en cuanto se evita la formación de flujos de agua por el espacio de separación existente a través del obturador.

La acción de cojinete o apoyo de los cojinetes hidrostáticos puede, en cierta medida, incrementarse considerablemente si se proporciona adicionalmente, en al menos una de las superficies de cojinete, al menos un elemento de cojinete hidrodinámico. Existe adicionalmente, de esta forma, añadida a la acción de apoyo hidrostático convencional, una acción de apoyo hidrodinámico que, a las velocidades preponderantes, puede constituir una proporción considerable de la acción de apoyo total.

En el caso de fallo en el flujo volumétrico que se suministra a los cojinetes hidráulicos, la máquina hidráulica deberá ser, preferiblemente, desconectada con el fin de evitar posibles daños al obturador o al elemento de obturación. La fiabilidad de funcionamiento se incrementa si, en el caso de un fallo, se garantiza un suministro de emergencia a los cojinetes hidráulicos, por ejemplo, por medio de un depósito de aire, al menos durante un cierto periodo de tiempo, preferiblemente hasta que la máquina hidráulica haya alcanzado a detenerse. Por medio de dicho suministro de emergencia, pueden evitarse posibles daños en el anillo de obturación.

La eficacia puede aún ser mejorada adicionalmente si se desconecta un cierto número de las fuentes de suministro una vez que se ha concluido la puesta en régimen de la máquina hidráulica. En este caso, ha de garantizarse, por supuesto, que el suministro restante es suficiente para mantener el elemento de obturación en el estado flotante en todos los estados de funcionamiento, sin que se produzcan fases de rozamiento mixto.

Es posible garantizar espacios de separación de cojinete sustancialmente constantes de una manera muy sencilla si los cambios naturales de la geometría del elemento de obturación, tales como el hinchado del elemento de obturación en el medio, se compensan mediante la variación del flujo volumétrico suministrado.

La presente invención se describirá en el texto que sigue por medio de las Figuras 1-4, proporcionadas a modo de ejemplo y no limitativas, que muestran variantes de diseño concretas.

la Figura 1 muestra un corte transversal de una turbina Francis típica,

la Figura 2 muestra una vista en detalle de la zona de obturación entre la hélice o rodete y el alojamiento, con un elemento de obturación de acuerdo con la invención,

la Figura 3 muestra una realización específica adicional de un elemento de obturación y

la Figura 4 muestra un gráfico que representa condiciones geométricas del elemento de obturación.

Con anterioridad a la presente descripción, se definirán y explicarán algunos términos con mayor detalle en el siguiente texto.

Se hace a menudo uso de expresiones como elementos de cojinete, tales como acanaladuras, y superficie de cojinete o apoyo, los cuales, en el sentido de esta solicitud, describen, en cada caso, una estructura a modo de anillo o cilíndrica. En este caso, un elemento de cojinete o superficie de cojinete puede tener cualesquiera anchuras y profundidades o alturas deseadas, y puede ser continuo en la dirección circunferencial o, de otro modo, estar interrumpido en algunos tramos o secciones, en uno o más puntos. Un elemento de cojinete puede, por supuesto, tener cualquier forma en sección transversal que se desee, y un ejemplo de ello incluye una estría triangular, y no tiene necesariamente que estar diseñado como una acanaladura.

Un cojinete hidráulico siempre comprende superficies de cojinete enfrentadas entre sí, al menos un elemento de cojinete, tal como una acanaladura, estrías o similares, que están dispuestas en al menos una de las superficies de cojinete. Si se dispone, entonces, una pluralidad de elementos de cojinete a lo largo de la circunferencia, debido a que un elemento de cojinete está, por ejemplo, interrumpido en ciertas secciones según se ha descrito en lo anterior, será también necesario, a fin de ser coherentes, hablar de una pluralidad de cojinetes hidrostáticos que están dispuestos de forma distribuida a lo largo de la circunferencia. Sin embargo, por razones de simplicidad, incluso en tales casos se hará siempre referencia en la solicitud a un único cojinete hidrostático. Una comunicación hidráulica, o taladro de unión o comunicación, en el sentido de esta solicitud, designa al menos un espacio hueco con al menos dos extremos abiertos, de manera que es posible que un medio fluya a través de este espacio hueco según cualquier recorrido deseado, desde uno de los extremos hasta el otro extremo.

Si se hace mención de una línea o conducción de suministro, se ha de apreciar entonces que es posible disponer un cierto número de tales conducciones idénticas o similares de suministro, es decir, una serie de conducciones de suministro, en la dirección circunferencial. Lo mismo también es cierto, por supuesto, para un taladro de comunicación. Con el fin de no permitir que la descripción se haga demasiado complicada, sin embargo, se hace mención normalmente de una única conducción de suministro o de un único taladro de comunicación, de modo que esto comprende, naturalmente, una serie de conducciones de suministro o de taladros de conducción, según sea apropiado.

Por razones de simplicidad, el obturador de acuerdo con la invención se describirá únicamente utilizando una turbina, concretamente una turbina Francis, aunque es posible, naturalmente, que este obturador se emplee, asimismo, de una manera equivalente en todas las demás máquinas hidráulicas que tienen partes móviles unas con respecto a otras, tal como una hélice o rodete que se mueve dentro del alojamiento de una máquina, tal como en el caso de bombas o de turbinas de bomba.

La Figura 1 muestra, por tanto, una turbina 1, aquí, una turbina Francis, que tiene un rodete 2 que se mueve dentro del alojamiento 12 de la turbina. El rodete 2 tiene un cierto número de palas o álabes 3 de turbina, que están delimitados por un disco interno 11 y por un disco de cubierta externo 10. El rodete 2 está fijo por uno de sus extremos al vástago 8, de tal forma que se asegura contra la rotación con respecto al árbol 8 por medio de una cubierta de cubo 9 y, posiblemente, por medio de otros medios de sujeción adicionales, tales como pernos o tornillos. El árbol 8 está montado rotativamente por medio de unos cojinetes de árbol, que no se ilustran, de una manera conocida, y acciona, por ejemplo, un generador, igualmente no ilustrado, para la producción de energía eléctrica, el cual se dispone preferiblemente en el otro extremo del árbol 8.

El flujo entrante del medio líquido, normalmente agua, procedente de una fuente hidráulica de cabecera, tal como un depósito de agua situado más arriba, se transporta, en la mayoría de los casos, a través de un alojamiento espiral que no se ha ilustrado aquí pero que es suficientemente bien conocido. Entre el alojamiento espiral y el rodete 2 existe un aparato de guía 4, que comprende un cierto número de paletas de guía 5, que, en este ejemplo, pueden hacerse girar por medio de un aparato de ajuste 6. Las paletas de guía ajustables 5 se utilizan para regular la salida de la turbina 1, alterando tanto el flujo volumétrico a través de las turbinas 1, como también el paso de entrada del rodete. Además, pueden disponerse también paletas de soporte de una manera conocida, entre el alojamiento espiral y las paletas de guía 5.

La descarga del agua se lleva a cabo, como se muestra en la Figura 1, a través de una tubería de succión 13, situada inmediatamente a continuación de la turbina 1 y que desemboca en un flujo de descarga, no ilustrado. El resultado de esto es una corriente de agua principal F, identificada por la flecha, que, procedente del alojamiento espiral, pasa a través del aparato de guía 4 y del rodete 2 hasta la tubería de succión 13.

Además de la corriente de agua principal F, el caso de obturadores convencionales 14, se forma también una corriente de agua de espacio de separación a través de los espacios laterales del rodete existentes entre el alojamiento 12 de la turbina y los discos externo 10 y de cubierta interno 11. El agua de espacio de separación del espacio lateral radial del rodete es descargada, por ejemplo, a través de un limitador por medio de una línea o conducción 7 y conducido al interior de la tubería de succión 13. Además, según se indica en la Figura 1, se proporcionan a menudo unos taladros de alivio en el disco de cubierta interno, a través de los cuales se comunica el espacio lateral radial del rodete con la corriente de agua principal F. Por medio del obturador de acuerdo con la invención, según se describe adicionalmente más adelante, se suprimen ahora estas corrientes de agua de espacio de separación, de tal manera que puede emplearse por completo todo el agua que fluye en flujos a través del rodete 2, y su energía de flujo, sin pérdidas en los espacios de separación. Por otra parte, el rozamiento en el espacio lateral del rodete se reduce o incluso se minimiza, puesto que, con dicho obturador, no se forma ya ningún disco rotativo de agua en el espacio lateral del rodete; en lugar de ello, este espacio, con la excepción del agua de cojinete, se llena de aire. Por otra parte, el empuje axial que actúa sobre el árbol 8 y sobre el montante del árbol se reduce de manera acusada como resultado de ello.

A continuación, la Figura 2 muestra una vista detallada de un obturador inventivo, proporcionado a modo de ejemplo y perteneciente a un rodete 2 de una turbina 1, situado entre el alojamiento 12 de la turbina y el disco de cubierta interno 11, por medio de un elemento de obturación 20 diseñado como un disco de obturación. En este caso, el alojamiento 12 de la turbina tiene un hombro sobre el cual se dispone una superficie de apoyo o cojinete radial 24. De la misma manera, se ha dispuesto una superficie de cojinete axial 23 sobre el disco de cubierta interno 11. Estas superficies de cojinete 23, 24 pueden ser componentes independientes que se aplican de forma subsiguiente en el lugar necesario, por ejemplo, por medio de soldadura, atornillado, etc., o bien pueden, por supuesto, estar también mecanizadas en el componente correspondiente, por ejemplo, una sección de superficie grabada en el disco de cubierta interno 11.

Las orientaciones "axial" y "radial" se refieren, en este caso, a las direcciones de acción de los cojinetes hidrostáticos y se han introducido fundamentalmente con vistas a hacer más fácil la distinción entre los dos cojinetes hidrostáticos 21, 22.

A las superficies de cojinete radial 24 y axial 23 situadas sobre el alojamiento 12 de la turbina y sobre el disco de cubierta interno 11 se les ha asignado, en cada caso, unas superficies de cojinete radial 23 y axial 23 situadas sobre el alojamiento 20, las cuales, en cada caso, forman parte de un cojinete hidrostático 21, 22 en las direcciones axial y radial.

En el diseño de acuerdo con la Figura 2, se aporta un medio de cojinete, tal como agua, al interior del cojinete hidrostático radial 22 a través del alojamiento 12 de la turbina, por medio de una conducción de suministro 28. Aquí, la conducción de suministro 28 está formada por taladros y está comunicada, a través de conducciones adicionales, directa o indirectamente con una fuente de suministro, que no se ilustra, tal como una bomba y/o la fuente hidráulica de cabecera, posiblemente a través de dispositivos auxiliares tales como filtros, ciclones, etc. Por supuesto, pueden existir una pluralidad de conducciones de suministro 28 distribuidas a lo largo de la circunferencia, y cabe la posibilidad, con vistas a una disposición beneficiosa para un suministro adecuado, de disponer, por ejemplo, tres conducciones de suministro 28 que estén, en cada caso, descentradas o desplazadas en un ángulo de 120º. Por supuesto, es también concebible cualquier otra disposición.

El cojinete radial 22 tiene ahora dos elementos de cojinete con forma de acanaladuras 25, 26, de tal manera que una de las acanaladuras se ha dispuesto en el anillo de obturación 20, en la zona de la abertura o desembocadura de la conducción de suministro 28, y la segunda acanaladura 26 se ha dispuesto, de la misma manera, en el anillo de obturación 20, a una cierta distancia de la primera acanaladura 25. Esta segunda acanaladura 26 se une o comunica entonces, a través de uno o más taladros de comunicación 29, con una acanaladura 27 dispuesta en el anillo de obturación 20 y que pertenece al cojinete axial 21. Las dos acanaladuras 25, 26 del cojinete radial 22 se encuentran ahora dispuestas de tal manera que la conducción de suministro 28 no desemboca, ni por completo ni parcialmente, en la segunda acanaladura 26, en todas las posiciones de funcionamiento del anillo de obturación 20.

Ha de apreciarse asimismo, en particular, que los elementos de cojinete, aquí las acanaladuras 25, 26 y 27, pueden también disponerse de la misma manera en la superficie de cojinete axial o radial, 23, 24, del alojamiento 12 de la turbina o del rodete 2, así como también, aquí en el disco de cubierta interno 11. Será igualmente posible proporcionar elementos de cojinete tanto en el elemento de obturación como en el alojamiento 12 de la turbina o en cualquier lugar deseado del rodete 2.

Así pues, ambos cojinetes hidrostáticos 21, 22 se alimentan con un medio de cojinete desde una única conducción de suministro 28 ó desde una serie de conducciones de suministro 28. El medio de cojinete es, en este caso, aportado al interior del cojinete radial 22 y fluye a través de los taladros de comunicación al interior del cojinete axial 21. Con el fin de garantizar una alimentación adecuada del cojinete axial 21, se han dispuesto, ventajosamente, una pluralidad de taladros de comunicación 29 a lo largo de la circunferencia del anillo de obturación 20, por ejemplo, un taladro cada entre 3 y 8 centímetros, dependiendo de la circunferencia o perímetro. La acanaladura 27 del taladro axial 21 puede igualmente bien haber sido diseñada también de tal modo que, en la zona de los diámetros exterior e interior del anillo de obturación 20, se ha dispuesto, en cada caso, una acanaladura más estrecha, que está comunicada, en cada caso, con el cojinete radial 22 y es alimentada a través de un taladro de comunicación 29.

Por supuesto, la conducción de suministro 28 puede también desembocar en el cojinete axial 21; la disposición de las acanaladuras 25, 26 y 27 en las diagonales del anillo de obturación se reproduciría entonces en imagen especular de forma apropiada.

Con el fin de poder describir la función del anillo de obturación 20, las distribuciones de presiones que resultan en los cojinetes axial y radial 21, 22 se ilustran también adicionalmente en la Figura 2. El medio de cojinete, tal y como se ha descrito en lo anterior, se suministra al interior del cojinete axial 21 a través de la conducción de suministro 28, con un flujo volumétrico constante Q. El flujo volumétrico Q del medio de cojinete se divide, en el cojinete radial 22, en dos corrientes. Una de las corrientes fluye hacia abajo y desemboca finalmente en el espacio lateral axial del rodete con la presión p_{0}. La mayor parte del flujo volumétrico Q fluye hacia arriba hasta la segunda acanaladura 26 y fluye, a través del taladro de comunicación 29, al interior del cojinete radial 21, para desembocar parcialmente dentro del espacio de cojinete 31 con la presión p_{1} que está presente en la entrada al rodete.

El flujo volumétrico Q hace que la distribución de presiones que se ilustra presente una presión máxima p_{3} en la acanaladura 25 en la que desemboca la conducción de suministro 28, la cual levanta el anillo de obturación 20 en la dirección radial. En relación con esto, un levantamiento radial significa, por supuesto, que el anillo de obturación 20 se ensancha, de tal modo que a este ensanchamiento se le opone tanto la presión de la fuente hidráulica de cabecera p_{1} como también, de acuerdo con la teoría de la elasticidad, las fuerzas de restitución elásticas. La presión máxima p_{3} debe ser, en consecuencia, lo suficientemente alta como para ser capaz de efectuar dicho ensanchamiento del anillo de obturación 20 hasta el espacio de separación de cojinete deseado, por ejemplo, típicamente entre 50 y 100 \mum. En la segunda acanaladura 26, por razón de la geometría, se acumula una presión inferior p_{2}, que, al mismo tiempo, actúa también en la acanaladura 27 del cojinete axial 21 a través del taladro de comunicación 28. La presión p_{2} ha de ser lo suficientemente elevada como para hacer que el anillo de obturación 20 se eleve en la dirección axial, lo que puede conseguirse al disponer las dos acanaladuras 25, 26 del cojinete radial 22 de forma muy acusadamente asimétrica y muy cerca una de otra, tal y como se ilustra en la Figura 2.

Si las acanaladuras 25, 26 estuviesen demasiado alejadas una de otra, entonces la caída de presión entre las acanaladuras 25, 26 sería demasiado elevada y la presión de elevación requerida p_{2} no sería alcanzada. Esto significa que la presión p_{2}, para el ejemplo de acuerdo con la Figura 2, queda definida por la geometría del cojinete axial del anillo de obturación 20, es decir, sustancialmente por la anchura y la posición de las acanaladuras del cojinete correspondiente 22, por las dimensiones externas del anillo de obturación 20 y por los posibles rebajes 30. Así pues, si el flujo volumétrico Q hubiera de incrementarse adicionalmente, la presión p_{2} seguiría siendo, sin embargo, la misma y el anillo de obturación 20 simplemente se elevaría adicionalmente en la dirección axial.

Al aplicar leyes hidráulicas fundamentales a una geometría específica del anillo de obturación 20 y a cualquier disposición que se desee de las acanaladuras 25, 26, 27, es posible definir una distancia máxima f_{max} entre las dos acanaladuras 25, 26, la cual depende únicamente de la geometría y debe ser mantenida con el fin de hacer que el anillo de obturación 20 sea levantado en ambas direcciones. La determinación de la distancia máxima f_{max} representa una tarea común para una persona apropiada con conocimientos en la técnica. La Figura 4 (que hace referencia aquí a la geometría de la Figura 2) ilustra una curva determinada para tal distancia máxima f_{max}. En este ejemplo, las dimensiones externas del anillo de obturación 20 y las dimensiones geométricas del cojinete hidrostático axial 21, así como ciertas dimensiones geométricas del cojinete hidrostático radial 22, se mantienen constantes, y únicamente se modifica la distancia d del borde superior del anillo de obturación 20 desde la segunda acanaladura 26, y el resultado se representa en forma de gráfico en la Figura 4. Las variables utilizadas en el gráfico se dieron referidas, en este caso, a la anchura B_{r} del cojinete radial 21 y, en consecuencia, se hicieron adimensionales. Aquí, el punto dibujado en la Figura 4 muestra la distancia f de acuerdo con la geometría de la Figura 2. Puede observarse claramente que el anillo de obturación se encuentra en el intervalo estable.

En el caso de que se modifiquen otros parámetros geométricos, entonces, por supuesto, bajo ciertas circunstancias, se obtienen otras formas de la curva o área, por ejemplo, dada la variación de dos parámetros. Pueden especificarse también, por supuesto, relaciones idénticas para otras configuraciones de un anillo de obturación 20, según se ilustra, por ejemplo, en la Figura 3.

El anillo de obturación 20 flota entonces, por lo tanto, de una manera estable sobre dos películas de deslizamiento prácticamente sin rozamiento, y es, por tanto, soportado "a flotación". Durante el funcionamiento, debido al montaje libre, el anillo de obturación 20 rotará conjuntamente a aproximadamente la mitad de la velocidad circunferencial del rodete 2, ya que no se sujeta asegurado contra la rotación. Como resultado de ello, se obtiene una ganancia en la estabilidad dinámica, ya que, de esta forma, la velocidad circunferencial limitativa que establece el tope o límite de trepidación se ve incrementada. Además, pueden también hacerse más bajas las pérdidas por rozamiento.

Como resultado de la elevada estabilidad de un cojinete hidrostático, el anillo de obturación 20 es capaz de compensar las vibraciones del rodete 2 y/o del alojamiento 12 de la turbina, así como también el desplazamiento axial del rodete 2 sin pérdida del efecto de obturación y sin entrar en contacto con el rodete 2 y/o el alojamiento 12 de la turbina. El anillo de obturación 20 no sufre prácticamente ningún desgaste como resultado de ello, lo que significa que la vida de servicio de dicho anillo de obturación 20 es muy larga. El hecho de que el anillo de obturación 20 pueda ser construido como un anillo muy delgado y de peso ligero que no tiene apenas fuerzas de inercia, refuerza esta acción.

El anillo de obturación 20 puede ser construido de modo que sea muy pequeño en relación con las dimensiones de la turbina 1; las longitudes de borde de unos pocos centímetros, por ejemplo, 5 cm u 8 cm, son completamente adecuadas, dados los diámetros externos de unos pocos metros, y éste puede fabricarse de cualquier material deseado, tal como acero, bronce de cojinete, plástico (por ejemplo,
PE - poliestireno). Por otra parte, las superficies de cojinete 23, 24 pueden también ser recubiertas con una capa adecuada, tal como Teflón, bronce de cojinete, etc., al objeto de mejorar aún más las propiedades del obturador. Típicamente, el anillo de obturación 20 se produce de un material más blando que el alojamiento 12 ó que el rodete 2 de la máquina hidráulica. Como resultado de ello, en primer lugar, es normalmente más ligero, y, en segundo lugar, en el caso extremo, es el anillo de obturación 20 y no el rodete 2 ó el alojamiento 12 el que resulta dañado o incluso
destrozado.

Puesto que el anillo de obturación 20 puede ser construido de modo que sea muy pequeño en sección transversal, pero pueden ejercerse presiones muy elevadas, existe el riesgo de que el anillo de obturación 20 se deforme de manera inclinada. Con el fin de poder compensar los momentos de balanceo que aparecen, el anillo de obturación 20 ha de ser diseñado de modo que esté libre de momentos, es decir, el anillo de obturación 20 no deberá exhibir momentos resultantes durante su funcionamiento. Como puede considerarse con facilidad, esto puede conseguirse diseñando el anillo de obturación 20 de tal modo que las fuerzas resultantes de las distribuciones de presiones respectivas sobre los lados del anillo de obturación 20, es decir, las fuerzas resultantes de la presión de la fuente hidráulica de cabecera p_{1}, y de las distribuciones de presiones que aparecen en los cojinetes hidrostáticos 21, 22 se extiendan sobre una única línea de acción. Con el fin de conseguir esto, además de la geometría global del anillo de obturación 20, tal como las dimensiones de las acanaladuras 25, 26, 27, las anchuras de los espacios de separación del cojinete, las dimensiones externas, etc., se hace uso también, entre otros, del rebaje 30.

El anillo de obturación 20 puede, por supuesto, tener cualquier sección transversal que se desee, tal como una sección transversal con forma de L, prefiriéndose, desde el punto de vista de la fabricación, una forma cuadrada o rectangular.

La Figura 3 muestra una realización adicional proporcionada a modo de ejemplo de un anillo de obturación 20 de la invención. Este anillo de obturación 20 tiene ahora tres acanaladuras 25, 26 en el cojinete radial 22, una conducción de suministro 28, a través de la cual se suministra un flujo volumétrico Q de un medio de cojinete, y que desemboca en la zona de la acanaladura central 25, según se ha ilustrado en la Figura 2. Las dos acanaladuras 26 dispuestas en el lado de esta acanaladura central 25 están, en cada caso, comunicadas, a través de taladros de comunicación 29, con las dos acanaladuras 27 del cojinete hidrostático axial 23. En este ejemplo se han proporcionado dos acanaladuras 27, que desempeñan la misma acción que una acanaladura continua 27, según se ilustra en la Figura 2. Por lo tanto, la distancia entre el diámetro externo de la acanaladura izquierda 27 y el diámetro interno de la acanaladura derecha 27 puede ser considerada como la anchura de la acanaladura del cojinete hidrostático axial 23.

Cada una de las dos acanaladuras externas 26 del cojinete radial 22 está aquí en comunicación con cada una de las acanaladuras 27 del cojinete axial 23 a través de un sistema de taladros de comunicación 29 que están dispuestos en un plano de sección transversal del anillo de obturación 20. Sin embargo, es también concebible separar las comunicaciones y disponerlas en diferentes planos de sección transversal del anillo de obturación. En uno de los planos de sección transversal, por ejemplo, la acanaladura superior 26 estará en comunicación con la acanaladura derecha 27, en el siguiente plano de sección transversal, la acanaladura inferior 26 está en comunicación con la acanaladura izquierda 27, y en uno siguiente, de nuevo, podrá disponerse, a su vez, un sistema de taladros de conexión 29, según se muestra en la Figura 3. En este caso, es también posible, por supuesto, cualquier combinación deseada, según se requiera.

Si se consideran las distribuciones de presiones de este anillo de obturación 20, puede observarse entonces que la distribución de presiones, en comparación con la configuración de acuerdo con la Figura 2, permanece esencialmente sin cambios en el cojinete hidrostático axial 21, dentro del contexto de las relaciones geométricas, al tiempo que la distribución de presiones en el cojinete hidrostático radial 22 cambia considerablemente. Esta distribución de presiones, efectuada por la tercera acanaladura 26, es ahora más ancha o extensa y tiene picos de presión más bajos, lo que significa que dicho anillo de obturación 20 puede hacerse funcionar con una presión de suministro inferior.

Las tres acanaladuras 25, 26 del cojinete hidrostático radial pueden disponerse, por supuesto, sustancialmente como se desee. Por ejemplo, las dos acanaladuras exteriores 26 pueden tener la misma anchura y estar dispuestas simétricamente en torno a la acanaladura central 25 ó con respecto al propio anillo de obturación 20. De otro modo, la disposición de las tres acanaladuras 25, 26 puede también hacerse de manera completamente asimétrica.

De la misma manera, es concebible proporcionar más de tres acanaladuras, como resultado de lo cual puede conseguirse una distribución de presiones aún más plana bajo ciertas circunstancias.

En los ejemplos de acuerdo con las Figuras 2 y 3, la conducción de suministro 28 desemboca siempre en el cojinete hidrostático radial 22, en tanto que el cojinete hidrostático axial 21 es alimentado a través de los taladros de comunicación 29. Si es necesario, esta disposición puede, por supuesto, diseñarse también a la inversa.

Además, hasta este momento se han supuesto siempre superficies de cojinete planas 23, 24. Sin embargo, es también concebible, por supuesto, diseñar las superficies de cojinete 23, 24 de modo que no sean planas, por ejemplo, grabadas en forma cóncava o escalonadas, sin que nada cambie en el principio fundamental del obturador de acuerdo con la invención. En el caso de tales superficies de cojinete no planas 23, 24, tan solo las distribuciones de presiones cambiarán en alguna medida, aunque esto puede observarse claramente por parte de una persona adecuada experta en la técnica.

Como resultado del funcionamiento del anillo de obturación 20, aparece una cierta pérdida de la potencia, por ejemplo, como consecuencia de la potencia que se necesita para una o más bombas de suministro, como resultado del rozamiento hidráulico en el espacio de separación de cojinete, como consecuencia de las pérdidas en el flujo de descarga, es decir, el medio de cojinete que no puede ser conducido a través del rodete 2, etc., las cuales se han de mantener lo más bajas posible. Parte de esta pérdida de potencia puede, por supuesto, recuperarse conduciendo una parte del medio de cojinete hasta el seno de la corriente de agua principal F y convirtiéndola en potencia en el rodete 2. Sin embargo, es deseable minimizar la pérdida de potencia del anillo de obturación 2. Para este propósito, la geometría del anillo de obturación 20, es decir, la anchura, altura, posición y dimensiones de las acanaladuras 25, 26, 27 y de las superficies de cojinete 23, 24, las dimensiones y posición de las conducciones de suministro 28 y de los taladros de comunicación 29, etc., se han diseñado con el fin de minimizar la pérdida de potencia producida. Esto puede llevarse a cabo, por ejemplo, por medio de los cálculos matemáticos, por ejemplo, numéricos adecuados, con el uso de modelos matemáticos y físicos del anillo de obturación, en los que se resuelve un problema de optimización adecuadamente formulado. Con el uso de computadoras convencionales y del software o programación apropiada, dicho problema de optimización puede ser resuelto. Por supuesto, es también posible incluir en estos cálculos la geometría y/o las características de funcionamiento, por ejemplo, puntos de diseño, potencias y presiones, etc., de la máquina hidráulica.

Con el fin de mejorar la acción de cojinete y la estabilidad, pueden dotarse una o más de las superficies de cojinete 23, 24 de bolsillos de lubricación hidrodinámica suficientemente bien conocidos.

En principio, se hará converger un cierto número de conducciones de suministro 28 en una gran conducción de recogida, la cual se alimenta entonces con medio de cojinete mediante una fuente de medio de cojinete, tal como una bomba. El número de fuentes de medio de cojinete y de conducciones de recogida puede, por supuesto, seleccionarse libremente según se requiera aquí.

Puede disponerse, por supuesto, un obturador de acuerdo con la invención, que tenga un anillo de obturación 20, en cualquier lugar adecuado, de modo que no está limitado a las realizaciones proporcionadas a modo de ejemplo de acuerdo con las Figuras 2 y 3. Por ejemplo, el anillo de obturación 20 puede disponerse también entre el lado anterior o frontal del rodete 2 ó el disco de cubierta interno 11 y el alojamiento 12 de la turbina. Es igualmente concebible proporcionar dicho obturador en un lugar adecuado entre el disco de cubierta externo 10 y el alojamiento 12 de la
máquina.

Además, la disposición de las acanaladuras 25, 26, 27, así como de los taladros de comunicación 29 y de la conducción de suministro 28 de las Figuras 2 y 3, es meramente a modo de ejemplo. En su lugar, esta disposición puede seleccionarse según se desee dentro del ámbito de la invención. Por ejemplo, la acanaladura 26 que está comunicada, a través del taladro de comunicación 29, con la acanaladura 27 del otro cojinete hidrostático 21, puede asimismo disponerse igualmente bien en las inmediaciones del rebaje 30, es decir, por debajo de la acanaladura 25 en la Figura 2. Puede reproducirse de la misma manera toda la disposición como imagen especular en las diagonales del anillo de obturación. Por supuesto, todas las variantes posibles y concebibles están cubiertas por esta solicitud.

El obturador anteriormente descrito constituye un obturador en gran medida estanco. Toda la cantidad de agua fluye en líneas o vetas de flujo a través del rodete y puede ser transformada en energía rotacional. Las pérdidas de agua en los espacios de separación son, en este caso, reducidas a tan solo el medio de cojinete que brota o emerge, son, por tanto, muy pequeñas y pueden ser de recuperadas nuevamente en parte conduciendo el agua de espacio de separación hasta el seno de la corriente de agua principal F.

En todas las fases del funcionamiento ha de evitarse, en la medida de lo posible, la situación en la que el anillo de obturación 20 entra en contacto con las superficies de cojinete 23, 24 ó se establecen estados de rozamiento mixtos o combinados en los cojinetes hidráulicos 21, 22, puesto que, entonces, el anillo de obturación 20 puede resultar muy fácilmente dañado o incluso destruido. Por tanto, cuando se ponga en marcha la turbina 1, el anillo de obturación 20 deberá ya haber sido levantado, es decir, deberán haberse alcanzado ya los espacios de separación de cojinete deseados. Esto puede lograrse sencillamente poniendo en marcha en primer lugar el suministro de los cojinetes hidráulicos 21, 22, y únicamente después conectando la turbina 1.

En el caso de fallo en el suministro de los cojinetes hidrostáticos 21, 22, habrá de ser posible, por ejemplo, proporcionar un suministro de emergencia, tal como un depósito de aire, con el fin de evitar daños en el anillo de obturación 20 de la máquina hidráulica que llevarían consigo un trabajo de mantenimiento complicado.

Durante la primera puesta en servicio del anillo de obturación 20, sin embargo, puede resultar deseable establecer un estado de rozamiento mixto controlado en los cojinetes hidráulicos 21, 22, de tal modo que pueda imprimirse o grabarse un patrón o dibujo de cojinete en las superficies de cojinete 23, 24 por medio del cual puedan compensarse ciertas imprecisiones en la fabricación. Como los espacios de separación de cojinete se encuentran en el intervalo de las centenas de \mum o por debajo, se observa, por supuesto, el cuidado apropiado.

En la descripción anterior, por razones de simplicidad, se ha descrito el agua como medio de cojinete. Por supuesto, en el caso de las bombas sobre todo, el medio de cojinete puede ser también cualquier otro medio adecuado que se desee, tal como un aceite.

Con propósitos de claridad, en toda la solicitud, las acanaladuras, estrías o similares se han mencionado siempre como elementos de cojinete. Sin embargo, es absolutamente concebible no definir uno o más elementos de cojinete claramente de esta forma. Cualquier flujo por un espacio de separación, incluso entre superficies lisas, carentes de acanaladuras, tiene, naturalmente, una cierta resistencia hidráulica, de tal manera que un cojinete hidrostático funcionará incluso sin elementos de cojinete definidos, por ejemplo, únicamente con superficies planas. Por otra parte, el resultado de la rugosidad superficial será una influencia adicional en la resistencia hidráulica; por ejemplo, las superficies de cojinete 23, 24 podrán ser impresas o grabadas de forma diferente con el fin de formar "elementos de cojinete".

Claims (34)

1. Un aparato para obturar un espacio de separación entre dos partes móviles entre sí de una máquina hidráulica, con al menos un elemento de obturación que está montado, con respecto a las dos partes móviles, por medio de al menos un cojinete hidrostático en cada caso, de tal modo que cada uno de los cojinetes hidrostáticos comprende superficies de cojinete enfrentadas una con otra, y al menos una de las superficies de cojinete tiene al menos un elemento de cojinete, tal como una acanaladura, una estría o similar, que puede ser alimentado con un medio de cojinete hidráulico a través de al menos una línea o conducción de suministro, caracterizado porque se ha dispuesto, a una cierta distancia del primer elemento de cojinete de un primer cojinete hidrostático, al menos un segundo elemento de cojinete adicional del primer cojinete hidrostático, el cual está unido o comunicado con el primer elemento de cojinete a través de una resistencia hidráulica, de modo que la conducción de suministro para este cojinete desemboca únicamente en la superficie de cojinete, en la zona del primer elemento de cojinete.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el segundo elemento de cojinete del primer cojinete hidrostático está unido o comunicado con un elemento de cojinete de la superficie de cojinete del segundo cojinete hidrostático por medio de una comunicación hidráulica.

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer elemento de cojinete del primer cojinete hidrostático no tiene ninguna comunicación hidráulica directa con el segundo cojinete hidrostático.

4. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque al segundo elemento de cojinete del primer cojinete hidrostático no se le ha asignado directamente ninguna desembocadura de una conducción de suministro.

5. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la anchura del segundo elemento de cojinete del primer cojinete hidrostático, tomando como base la anchura de este primer cojinete hidrostático, es más pequeña que la anchura del elemento o elementos de cojinete del segundo cojinete hidrostático, tomando como base la anchura de este cojinete hidrostático.

6. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el elemento de cojinete está formado como un anillo de obturación.

7. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento de obturación se ha dispuesto montado de manera flotante sobre los cojinetes hidrostáticos.

8. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las partes móviles de la máquina hidráulica son una hélice o rodete y un alojamiento de la máquina hidráulica, en particular, de una turbo-máquina.

9. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la máquina hidráulica es una turbina, en particular, una turbina Francis, o una turbina de bomba.

10. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la máquina hidráulica es una bomba.

11. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el elemento de cojinete se ha formado como una acanaladura anular que puede ser interrumpida en ciertas secciones a lo largo de la circunferencia.

12. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 11, caracterizado porque la unión o comunicación hidráulica existente en el elemento de obturación está formada, al menos parcialmente, como un taladro.

13. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la conducción de suministro está formada, al menos parcialmente, como un taladro en el alojamiento de la máquina hidráulica.

14. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque, dadas ciertas dimensiones geométricas predefinidas del elemento de obturación, tales como la altura y la anchura del anillo de obturación, la disposición y la anchura de los elementos de cojinete, en particular, de las acanaladuras, estrías, etc., la distancia entre el primer y el segundo elementos de cojinete del primer cojinete hidrostático es más pequeña que una distancia máxima predeterminada.

15. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque se han dispuesto tres o más elementos de cojinete, separados unos de otros, en las superficies de cojinete del primer cojinete hidrostático, de tal modo que la al menos una conducción de suministro desemboca en el elemento de cojinete central, y, de entre los elementos de cojinete restantes del primer cojinete hidrostático, al menos dos elementos de cojinete están en comunicación con al menos uno de los elementos de cojinete del segundo cojinete hidrostático a través de al menos una comunicación hidráulica, en cada caso.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el elemento de cojinete central está diseñado de manera que sea más ancho o extenso que los elementos de cojinete restantes del primer cojinete.

17. El aparato de acuerdo con la reivindicación 15 ó la reivindicación 16, caracterizado porque el primer cojinete hidrostático tiene una pluralidad de elementos de cojinete, por ejemplo, tres elementos de cojinete, y el segundo cojinete hidrostático tiene un único elemento de cojinete, de tal manera que la distancia entre los bordes externos de los dos exteriores de entre los elementos de cojinete, tomando como base la anchura de este cojinete hidrostático, es más pequeña que la anchura del elemento de cojinete del segundo cojinete hidrostático, tomando como base la anchura de este cojinete hidrostático.

18. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 17, caracterizado porque los cojinetes hidrostáticos pueden ser alimentados con un flujo volumétrico sustancialmente constante del medio de cojinete, a través de una conducción de suministro.

19. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque la conducción de suministro, o bien una serie de conducciones de suministro, está comunicada con al menos una bomba.

20. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la conducción de suministro, o bien una serie de conducciones de suministro, está comunicada a la fuente hidráulica de cabecera de una máquina hidráulica que tiene el
obturador.

21. El aparato de acuerdo con la reivindicación 19 ó la reivindicación 20, caracterizado porque se ha dispuesto al menos un limitador aguas arriba de la desembocadura de la conducción de suministro, o bien de la serie de conducciones de suministro, en el cojinete hidrostático.

22. El aparato de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque el limitador está diseñado como una válvula de regulación de flujo.

23. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 22, caracterizado porque la geometría del elemento de obturación, por ejemplo, la anchura, la altura, la posición y dimensiones de los elementos de cojinete y de las superficies de cojinete, las dimensiones de la conducción de suministro y de las comunicaciones hidráulicas, etc., pueden estar predefinidas de tal manera que la pérdida de potencia del obturador se establezca sustancialmente en un mínimo.

24. El aparato de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque se ha dispuesto, en al menos una de las superficies de cojinete, al menos un elemento de cojinete hidrodinámico, preferiblemente un bolsillo de lubricación.

25. Un método para hacer funcionar un obturador para un espacio de separación existente entre dos partes móviles una con respecto a otra de una máquina hidráulica, que comprende al menos un elemento de obturación que está montado, en relación con las dos partes móviles, por medio de al menos un cojinete hidrostático en cada caso, caracterizado porque, antes de que se ponga en marcha o active la máquina hidráulica, se suministra a al menos un primer cojinete hidrostático, por medio de una fuente de suministro, un flujo volumétrico, preferiblemente un flujo volumétrico sustancialmente constante, de un medio hidráulico, de tal modo que el elemento de obturación es levantado con respecto a las superficies de obturación de los cojinetes hidrostáticos, y se establecen espacios de separación de cojinete predefinidos de una manera sustancialmente estable, y porque la máquina hidráulica se pone entonces en marcha.

26. El método de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque, en el caso de fallo del flujo volumétrico que alimenta los cojinetes hidráulicos, la máquina hidráulica se desconecta o detiene.

27. El método de acuerdo con la reivindicación 25 ó la reivindicación 26, caracterizado porque, en el caso de fallo en la alimentación de cojinete, los cojinetes hidráulicos son alimentados desde una fuente de suministro de emergencia, tal como un depósito de aire o un depósito de suministro de emergencia, al menos durante un cierto periodo de tiempo.

28. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 25 a 27, caracterizado porque, una vez que se ha realizado la puesta en régimen de la máquina hidráulica, el flujo volumétrico se reduce sustancialmente hasta un mínimo, por ejemplo, al desconectarse un cierto número de las fuentes de suministro.

29. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones 25 a 28, caracterizado porque los cambios naturales en la geometría del elemento de obturación, tales como los causados por las influencias de la temperatura, los efectos de la fuerza centrífuga, el hinchado del elemento de obturación en el seno del medio, etc., son compensados variando el flujo volumétrico que se suministra de tal manera que los espacios de separación de cojinete permanezcan sustancialmente constantes.

30. Un método para la puesta en servicio de un obturador para un espacio de separación existente entre dos partes móviles una con respecto a otra de una máquina hidráulica, que tiene al menos un elemento de obturación que está montado, con respecto a las dos partes, por medio de al menos un cojinete hidrostático en cada caso, caracterizado porque, antes de que se ponga en marcha o conecte la máquina hidráulica, se suministra a al menos uno de los cojinetes hidrostáticos un flujo volumétrico sustancialmente constante, de tal modo que el elemento de obturación es levantado con respecto a las superficies de obturación de los cojinetes hidrostáticos y se establecen espacios de separación de cojinete predefinidos, porque la máquina hidráulica se pone a continuación en marcha, y porque el flujo volumétrico es entonces reducido de una manera controlada hasta que las superficies de cojinete del elemento de obturación y las superficies de cojinete asociadas situadas en la máquina hidráulica cambien a un estado de rozamiento, preferiblemente un estado de fricción combinado o mixto, y comiencen a frotarse, de tal manera que se imprima o grabe un patrón o dibujo de cojinete en las superficies de cojinete.

31. El método de acuerdo con la reivindicación 30, caracterizado porque, después y/o durante el grabado de un dibujo de cojinete, el flujo volumétrico se incrementa, de tal manera que se establecen sustancialmente los espacios de separación de cojinete predefinidos para el funcionamiento.

32. Un método para diseñar un obturador para un espacio de separación existente entre dos partes móviles una con respecto a otra de una máquina hidráulica, que tiene al menos un elemento de obturación que está montado, con respecto a las dos partes, por medio de al menos un cojinete hidrostático en cada caso, caracterizado porque se ha predefinido una pérdida de potencia en el obturador, y la geometría del obturador, por ejemplo, la anchura, altura, posición y dimensiones de los elementos de cojinete y de las superficies de cojinete del elemento de obturación, las dimensiones de la línea o conducción de suministro y de las comunicaciones hidráulicas, etc., se calculan utilizando modelos matemáticos y físicos del obturador, al tiempo que se tiene en cuenta la pérdida de potencia predefinida y/o la geometría y/o las características de funcionamiento de la máquina
hidráulica.

33. El método de acuerdo con la reivindicación 32, caracterizado porque la geometría se optimiza con respecto al consumo de energía, con lo que se minimiza, por tanto, sustancialmente la pérdida de potencia del obturador.

34. El método de acuerdo con la reivindicación 32 ó la reivindicación 33, caracterizado porque los
cálculos se llevan a cabo en una computadora.