ES2274263T3 - Espiral de una turbomaquina. - Google Patents

Abstract

Espiral de una turbomáquina, la cual está formada por una cierta cantidad de segmentos (2) dispuestos a lo largo de un eje longitudinal de una espiral, y que están unidos entre sí por las partes frontales, y al menos por una placa paralela (3), estando colocada al menos una chapa (4) de refuerzo en la zona de la transición de la espiral (1) con la placa paralela (3), la cual forma una parte de la envoltura de la espiral (1), caracterizada porque la chapa (4) de refuerzo une a la espiral (1) con la placa paralela (3) sólamente en algunas secciones en la dirección del eje longitudinal de la espiral.

Description

Espiral de una turbomáquina.

La invención se refiere a una espiral de una turbomáquina que está formada por una cierta cantidad de segmentos dispuestos a lo largo de un eje longitudinal de una espiral, y que están unidos entre sí por las partes frontales, y al menos por una placa paralela, estando colocada al menos una chapa de refuerzo en la zona de la transición de la espiral con la placa paralela, la cual forma una parte de la envoltura de la espiral, así como a una utilización de una espiral de ese tipo en una central hidroeléctrica.

Las espirales de turbomáquinas como turbinas, turbinas de bombeo o bombas están configuradas usualmente a partir de segmentos individuales soldados entre sí. Con ello, la espiral será tanto más ventajosa, desde el punto de vista de la tensión y del caudal, cuanto más segmentos estén previstos. Por otra parte, una espiral se encarece cuanto más segmentos estén previstos. Por éste motivo se fabrican espirales más bien con menos segmentos, siendo absorbidos los picos de tensión que aparecen en las transiciones de la espiral hacia la placa paralela a través de los correspondientes espesores de chapa de la envoltura de la espiral. Los inconvenientes desde el punto de vista de la técnica del caudal son asumidos.

El documento US 1 483 995 A una espiral con segmentos y con un anillo que presentas dos bridas, siendo una brida parte de la envoltura de la espiral, y sirviendo la otra brida como placa paralela. La primera brida une con ello los segmentos de la espiral con la segunda brida a lo largo de toda la longitud de la espiral. El documento US 1 762 121 A muestra una espiral similar. No obstante, con ningunas de esas espirales se influye sobre los comportamientos del caudal en el interior de la espiral.

El documento DE 12 58 360 B publica una espiral de segmentos y una placa paralela, estando insertadas chapas de refuerzo en la transición entre los segmentos y la plac paralela, las cuales configuran una parte de la envoltura de la espiral. Las chapas de refuerzo están insertadas para ello a lo largo del total de la espiral. No obstante, una espiral de este tipo es costosa en la fabricación, ya que han de realizarse muchos cordones de soldadura, y por ello las condiciones del flujo en el interior de la espiral se mantienen inalteradas, puesto que el número de segmentos permanece inalterado debido a la chapa de refuerzo.

La invención se plantea pues el objetivo de ofrecer una espiral que posibilite el utilizar chapas más finas para la espiral y al mismo tiempo mejorar la espiral desde el punto de vista del flujo.

Este objetivo se alcanza, conforme a la invención, al unir la chapa de refuerzo sólo en secciones a la espiral con la placa paralela, en dirección al eje longitudinal de la espiral.

A través de la chapa de refuerzo en la zona de la transición se mejora la espiral desde el punto de vista de la tensión y se reducen los picos de tensión, con lo que se pueden utilizar chapas más finas para la propia espiral. En la práctica se podría así conseguir una reducción de hasta el 10% del peso de una espiral, lo que afecta también correspondientemente a los costos de fabricación.

Las chapas de refuerzo originan además una desviación más débil del medio líquido en la espiral, por lo que se mejora el contorno del caudal en la espiral.

Una configuración especialmente reductora del voltaje y correctora de la corriente se da cuando la chapa de refuerzo es construida con una forma triangular.

Las chapas de refuerzo están aquí colocadas de manera ventajosa de tal modo que a través de la chapa de refuerzo se conserva en esencia el contorno interno de la espiral, con lo que el perfil de la corriente de la espiral es mejorado a través de las desviaciones resultantes más suaves. Con ello disminuyen las pérdidas de caudal y se mejora el grado de eficiencia.

Por motivos de eficiencia y coste, las chapas de refuerzo están colocadas exclusivamente en la zona de la espiral con el diámetro más grande, ya que ahí aparecen las mayores cargas y las chapas de refuerzo pueden también por ello desarrollar el mayor
efecto.

Puesto que las cargas se presentan en esencia simétricamente alrededor el plano medio, se han colocado de modo ventajoso al menos una respectiva chapa de refuerzo a ambos lados de las transiciones hacia las placas paralelas.

Una espiral conforme a la invención puede estar fabricada fácilmente a través de la termosoldadura de los segmentos y de la soldadura de las chapas de refuerzo en escotaduras de la espiral, o bien la recarga por soldadura de las chapas de refuerzo.

Por motivos de seguridad, las zonas más cargados de las espirales están parcialmente abiertas para permitir próximos controles de esas zonas. Esto ahora ya no es necesario, ya que el nivel de tensión es rebajado a través de las chapas de refuerzo, sino que las superficies exteriores de las espirales pueden estar completamente empotradas en hormigón en la zona de las chapas de refuerzo, lo que puede simplificar considerablemente la configuración constructiva de una central hidroeléctrica.

La presente invención se describe a continuación, según los ejemplos, mediante las figuras 1 y 2, esquemáticas y no restringidas. Se muestran:

Fig. 1 una parte de una espiral, con las chapas de refuerzo según la invención, y

Fig. 2 una sección transversal a través de la espiral con una placa paralela.

En la figura 1 se muestra un corte de una espiral 1 de una turbomáquina, como por ejemplo una turbina Francis, una turbina de bombeo, o una bomba, la cual está compuesta, por motivos de la técnica de fabricación, de varios segmentos 2. Los segmentos 2 están soldados entre sí, en éste ejemplo de ejecución, a lo largo de las juntas 5 de los mismos. La espiral 1 está soldada a una placa paralela 3, en la que pueden ser acopladas mediante bridas otras piezas constructivas de la turbomáquina, como por ejemplo una tapa de la turbina, el anillo de los alabes, etc. Entre una placa paralela superior 3 y una inferior pueden estar situados asimismo también alabes intermedios, suficientemente conocidos y no representados aquí, o bien otros elementos de unión adecuados, como soportes distanciadores, etc.

En la zona de la espiral 1 con los diámetros mayores de sección transversal, es decir, allí donde han aparecido las mayores cargas, como en la zona de intersección de las juntas de los segmentos 5 con la placa paralela 3, es decir, en la zona en la que aparecen normalmente las mayores tensiones y cargas, se colocan chapas 4 de refuerzo. Las chapas 4 de refuerzo están ejecutadas en este caso con forma triangular, y están soldadas en escotaduras en la envoltura de la espiral 1, de forma que el lado de la base del triángulo está unido con la placa paralela 3, y los dos lados del triángulo confluyen en la junta 5 del segmento hasta una punta redondeada. Naturalmente, la forma de la chapa de refuerzo no está limitada a un triángulo, sino que son imaginables también otras formas, como por ejemplo una chapa de refuerzo con forma de elipse, o bien ovalada.

Como puede desprenderse de la figura 2, el contorno interior circular de la espiral permanece conservado fundamentalmente. Evidentemente, por motivos de técnica del caudal, o bien de la tensión, podría ser modificado el contorno interior a través de las chapas de refuerzo 4, como por ejemplo, el radio de la chapa de refuerzo 4 podría ser elegido algo mayor que el radio interior de la espiral.

Las chapa de refuerzo es aquí más gruesa que el resto de la espiral 1, o bien, mejor dicho, el espesor de la chapa de la espiral 1 puede ser elegido más reducido que hasta ahora, a través del efecto de reducción de la tensión debido a las chapas 4 de refuerzo, por lo que resulta un considerable ahorro de peso de la espiral 1.

En este ejemplo de ejecución se ha utilizado una chapa 4 de refuerzo a ambos lados de la placa paralela 3.

Como se desprende de la figura 1, el número de segmentos se duplica a través de las chapas de refuerzo 4 desde el punto de vista de la placa paralela 3, dado que en la zona de la placa paralela 3 la chapa 4 de refuerzo actúa en realidad como un segmento. A través de ello se reduce el ángulo de abertura de los distintos segmentos, lo que conduce a su vez a menores picos de tensión. Además, las chapas 4 de refuerzo actúan también de forma ventajosa en cuanto al caudal, ya que, debido a las desviaciones reducidas del medio, se disminuye el riesgo de la separación del mismo de la superficie de la espiral, con lo que se mejora el perfil del caudal.

En la ejecuciones anteriores se habla sólo de las chapas de refuerzo insertadas, pero asimismo es concebible naturalmente el soldar chapas de refuerzo sobre la envoltura de la espiral en los lugares correspondientes, preferentemente en el exterior, lo cual ocasionaría fundamentalmente el mismo efecto.

Debido al efecto de reducción de tensión de las chapas de refuerzo, a partir de ahora ya no es necesario dejar libres esos puntos de máximas cargas al hormigonar la espiral para posibilitar los controles posteriores, sino que en caso necesario puede hormigonarse el conjunto de la espiral, lo cual simplifica naturalmente la edificación de la central hidráulica. No obstante, por motivos de seguridad podrían naturalmente dejarse al descubierto como hasta ahora esos lugares, en caso necesario.

Claims (10)

1. Espiral de una turbomáquina, la cual está formada por una cierta cantidad de segmentos (2) dispuestos a lo largo de un eje longitudinal de una espiral, y que están unidos entre sí por las partes frontales, y al menos por una placa paralela (3), estando colocada al menos una chapa (4) de refuerzo en la zona de la transición de la espiral (1) con la placa paralela (3), la cual forma una parte de la envoltura de la espiral (1), caracterizada porque la chapa (4) de refuerzo une a la espiral (1) con la placa paralela (3) sólamente en algunas secciones en la dirección del eje longitudinal de la espiral.

2. Espiral según la reivindicación 1, caracterizada porque la chapa de refuerzo (4) está ejecutada con forma triangular.

3. Espiral según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque a través de la chapa de refuerzo (4) el contorno interior de la espiral se mantiene en
esencia.

4. Espiral según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las chapas de refuerzo (4) están colocadas con los mayores diámetros en la zona de la espiral (1).

5. Espiral según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque al menos una chapa de refuerzo (4) está colocada respectivamente a ambos lados de las transiciones hacia la placa paralela (3).

6. Espiral según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque los segmentos (2) están soldados térmicamente entre sí.

7. Espiral según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la espiral (1) presenta escotaduras en las que están soldadas chapas de refuerzo (4) en la espiral (1).

8. Espiral según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque en el exterior, sobre la envoltura de la espiral (1), se han soldado chapas (4) de refuerzo.

9. Central hidroeléctrica, compuesta por al menos una turbina, o bien una turbina de bombeo, con una conducción espiral del medio líquido y un generador adecuado, estando fabricada la espiral (1) de la turbina, o bien turbina de bombeo, según una de las reivindicaciones 1 a 7.

10. Central hidroeléctrica según la reivindicación 9, caracterizada porque la superficie exterior de la espiral (1) está hormigonada completamente al menos en la zona de las chapas (4) de refuerzo.