ES2330955T3 - Turbina pelton con un sistema de evacuacion de agua. - Google Patents
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Abstract
Turbina Pelton con un sistema de evacuación del agua para potencias superiores a 100 kW, donde en el interior de una carcasa (1) hay un rodete (4) que presenta cucharas dobles (3) con una anchura de cuchara "b" y una longitud de cuchara "l", en cuyas dobles cucharas (3) inyectores (2) que están dispuestos en un plano de simetría (5) de las cucharas rotatorias, inyectan sendos chorros libres (6) tangencialmente sobre un diámetro de chorro libre "D1", y donde las salpicaduras de agua (7) que salen de las cucharas (3) caen encerradas por las paredes de la carcasa (1a, 1b) a un socaz (8), donde en el interior de la carcasa (1) y comenzando en las raíces de las cucharas (3) y en todo el perímetro del rodete (4) están dispuestos unos medios de conducción en forma de un anillo de carcasa interior (12), que conducen y reenvían las salpicaduras de agua (7), caracterizada porque como medio adicional de conducción y reenvío en el interior de la carcasa (1) está presente un anillo de carcasa exterior (11), con un saliente (13) de material macizo que sobresale en forma de tejado a dos vertientes hacia el interior, y que lo rodea enteramente, cuyo vértice (15) está situado en el plano de simetría (5) a una distancia "S1" del 5% al 20% de una longitud de cuchara "l" respecto a las cucharas (3), para que las salpicaduras de agua que salen de las cucharas queden protegidas contra salpicaduras (7) vagabundas.
Description
Turbina Pelton con un sistema de evacuación de
agua.
La invención se refiere a una turbina Pelton con
un sistema de evacuación de agua para potencias superiores a
100 kW, donde en el interior de una carcasa presenta un rodete de doble cuchara con una anchura de cuchara (b) y una longitud de cuchara (l), en cuyas dobles cucharas están situadas unas toberas dispuestas en un plano de simetría de las cucharas rotatorias, que inyectan tangencialmente sendos chorros libres sobre un diámetro de chorro libre "D1", y donde las salpicaduras de agua que salen de las cucharas caen encerradas por las paredes de la carcasa en un socaz, donde el interior de la carcasa y comenzando en las raíces de las cucharas así como en todo el perímetro del rodete están dispuestos unos medios de conducción en forma de un anillo de carcasa interior, que conducen y reenvían las salpicaduras de agua.
100 kW, donde en el interior de una carcasa presenta un rodete de doble cuchara con una anchura de cuchara (b) y una longitud de cuchara (l), en cuyas dobles cucharas están situadas unas toberas dispuestas en un plano de simetría de las cucharas rotatorias, que inyectan tangencialmente sendos chorros libres sobre un diámetro de chorro libre "D1", y donde las salpicaduras de agua que salen de las cucharas caen encerradas por las paredes de la carcasa en un socaz, donde el interior de la carcasa y comenzando en las raíces de las cucharas así como en todo el perímetro del rodete están dispuestos unos medios de conducción en forma de un anillo de carcasa interior, que conducen y reenvían las salpicaduras de agua.
En una turbina Pelton se convierte todo el salto
útil en energía cinética. Las paletas de las dobles cucharas tienen
una forma tal que el chorro libre se divide por una cresta central
en partes iguales, y se cambia de sentido en la cuchara
prácticamente en 180º. Debido al reenvío se convierte casi toda la
energía cinética del chorro de agua en una fuerza de impulsión en
el perímetro del rodete. La energía residual que queda, de
aproximadamente un 2 a un 4%, está todavía presente en forma de
energía cinética para poder vaciar las cucharas bien y de forma
rápida, y pasa en su mayor parte abierta en abanico en una dirección
axial a ambos lados del rodete a la carcasa de la turbina o sobre
la superficie libre del socaz.
La turbina Pelton de la clase indicada descrita
en la memoria de patente US 1.448.893 presenta dobles cucharas, que
en cuanto a técnica de fabricación ofrecen la ventaja de que por la
falta de la pared lateral radial hacia el exterior se pueden
fabricar de forma muy sencilla. Pero al mismo tiempo surge el
inconveniente de que con la ausencia de esta pared lateral exterior
en las cucharas en esta zona no se pueden ceder fuerzas al rodete
por reenvío del flujo. Por este motivo se coloca en la carcasa una
pared de retención cilíndrica periférica parcial o total y contigua
a las cucharas, que retiene el agua que en caso contrario fluiría
hacia el exterior y la obliga a descargarse por encima a de las
paredes laterales en dirección axial.
La memoria de patente US 4.950.130 muestra una
turbina Pelton en la que las pérdidas de ventilación del rodete, es
decir esencialmente las cucharas, se aprovecha para aspirar aire
desde el exterior de la carcasa y transportarlo a un recinto
situado encima del sumidero cerrado. Debido a la mayor presión que
reina encima del sumidero, el agua puede transportarse desde el
sumidero a través de una tubería a unas piletas cuyo nivel de agua
está situado geodésicamente más alto. Para conseguir este efecto,
el recinto situado encima del sumidero está separado de una cámara
de ventilación por una pared de limitación. La pared de limitación
se encuentra, vista en dirección periférica, delante de la entrada
de aire fresco, y allí se conduce lo más cerca posible al contorno
de las cucharas y del rodete, para perder la menor cantidad posible
de aire que vuelva desde el recinto a la cámara de ventilación.
En los Patent Abstracts of Japan Tomo 16, Nº 480
(M-1321) y en el documento JP 04175468 A se muestran
con relación a una turbina Pelton unas chapas deflectoras situadas
delante de las cucharas exteriormente en dirección radial, así como
un recubrimiento cilíndrico de volumen limitado sobre la periferia
de las cucharas.
En los Patent Abstracts of Japan Tomo 1998, Nº
11 y en el documento JP 10176648 A se prevé para reducir la
propagación del sonido en el sumidero de una turbina Pelton se prevé
formar una cortina de agua en la salida libre de agua del sumidero.
Encima del sumidero se muestra un fondo de chapa perforada a modo de
cubeta en el cual se recoge una parte de las salpicaduras de agua,
para alimentar con ello la cortina de agua a la salida del
sumidero.
La memoria de patente AT 366476 muestra que la
carcasa de una turbina Pelton se puede realizar de una sola pieza,
si el rodete se baja a lo largo de su plano de simetría a través de
un orificio de la tapa, y se fija sobre un árbol introducido para
ello transversalmente a través de los cojinetes. La correspondiente
tapa está realizada como caja que cubre las cucharas a lo largo de
una parte del perímetro del rodete, con una chapa deflectora
cilíndrica y con unas paredes laterales para evitar las salpicaduras
de agua procedentes del restante recinto de la carcasa.
La memoria de patente CH 100772, que representa
el estado de la técnica más próximo y que justifica el preámbulo de
la reivindicación 1, muestra una disposición vertical de una turbina
Pelton en la que unas chapas deflectoras superiores e inferiores,
que comienzan a la altura de las raíces de las cucharas, que desvían
al interior del recinto las salpicaduras de agua que salen de las
dobles cucharas, que presentan un diámetro mayor en comparación con
el diámetro del rodete. Para conducir mejor el caudal inferior de
salpicaduras de agua se ha situado a una distancia mayor por debajo
del rodete otra chapa deflectora en forma de un escudo periférico,
que resulta útil para recoger el chorro inferior de salpicaduras de
agua. Debido a las variaciones de las direcciones de salida de los
chorros de salpicaduras de agua se forman reflejos diferentes en el
espacio que se cruzan y que se pueden repartir por toda la carcasa,
con lo cual se producen grandes pérdidas de arrastre en el
rodete.
En las turbinas con eje de rodete vertical
(1-6 inyectores) el agua que sale hacia la parte
superior se reenvía en el techo hacia la pared exterior de la
carcasa y se evacua hacia arriba. El agua que sale de la mitad
inferior de las cucharas suele incidir oblicuamente sobre la pared
exterior o directamente sobre el nivel de agua libre. El agua que
sale de las dos mitades de la cuchara con una velocidad todavía
relativamente alta arrastra todavía mucho aire, entre un 30 y un
70% del caudal de agua, y crea una intensa turbulencia en la
superficie del socaz. Para proteger el rodete con seguridad de las
repercusiones de la formación de espuma, tiene su centro de rodete
una magnitud "F", es decir aproximadamente el doble del
diámetro de chorro libre "D1" más alto que el nivel del canal
del socaz, lo que supone una pérdida de salto útil o de energía
(véase la Fig. 1, arte anterior).
En las turbinas con eje de rodete horizontal
(1-3 inyectores), el agua se salpica lateralmente,
en la dirección del eje, contra la carcasa y se evacua hacia abajo
por unos reenvíos adecuados. Debido a la mala evacuación fuera de
la carcasa del agua de las toberas situadas en la parte superior, el
número de toberas está limitado a (1) a 2, o a un máximo de 3. La
altura "F" entre la turbina y el nivel inferior está
dimensionada de forma semejante a la de la turbina vertical. Cuando
el número de inyectores es mayor el drenaje del agua causa
problemas, y solamente se puede efectuar con pérdidas de
rendimiento o potencia, principalmente en régimen de plena carga,
ya que el agua de salida se desvía hacia arriba, sin que se retire
del entorno del rodete (véase la Fig. 2, arte anterior).
La intensa formación de espuma no sólo tiene
como consecuencia que es preciso elegir una altura entre la turbina
y el nivel inferior correspondientemente grande, sino también que
esta espuma hay que irla degradando a lo largo de unos trayectos de
estabilización largos, si se va a seguir utilizando el agua.
Esto último es lo que sucede en las turbinas
Pelton de contrapresión cuando funcionan en régimen de Stand by en
"cortocircuito hidráulico" con una bomba en el mismo árbol, con
el fin de poder entregar a un generador en caso de necesidad en
poco segundos la carga demandada. Estos requisitos aparecen por
ejemplo en instalaciones acumuladoras por bombeo con turbinas
Pelton en régimen de contrapresión. Allí aparecen fuertes
oscilaciones en la regulación de la carga con intensas oscilaciones
de caudal de agua y de presión, que pueden perjudicar al rodete con
la formación de espuma y olas de choque. Para que las turbinas
Pelton de contrapresión puedan funcionar con seguridad cuando el
nivel del socaz presenta fuertes oscilaciones es necesario que se
soplen con aire comprimido despejándolas en una cota que permita un
funcionamiento seguro sin espuma. En la cámara de la turbina actúa
entonces una presión que equivale a la respectiva cota aguas abajo
de la correspondiente pileta aguas abajo. El aire introducido por
medio del rodete en las aguas abajo se distingue entre una parte
disuelta, resultante de la distensión por la diferencia de presión
antes y después del inyector y de una parte no disuelta que es
arrastrada por las salpicaduras de agua. La longitud del tramo hasta
terminar de burbujear en el socaz depende de la profundidad de
introducción debajo del rodete así como de la uniformidad de
distribución de flujo después del rodete. Para que no varíe el
nivel en el socaz es necesario reponer por medio de compresores la
parte de aire que falta.
Toda prolongación de un socaz, que casi siempre
está situado en una caverna, encarece los costes de construcción,
si sólo ha de servir para desgasificar aire. Otro punto es que el
límite de garantía para los valores de potencia garantizados de
acuerdo con las Directrices IEC 60041 termina en el fabricante de la
turbina con la altura del centro del rodete, mientras que una
determinado altura entre la turbina y el nivel inferior que esté
definida fuera de este límite de garantía, se le especifica al
usuario que por parte de la obra deberá procurar que funcione la
evacuación de agua. Por este motivo se ha ido generalizando un
patrón para la altura "F" entre la turbina y el nivel
inferior, que está en el doble del diámetro del chorro libre
"D1", y que también se aprovecha plenamente durante el
funcionamiento de la instalación debido a la formación de
espuma.
Aquí es donde interviene la invención. Su
objetivo es el de mejorar el drenaje de la turbina de tal modo que
se pueda reducir en una cantidad importante la altura "F" entre
la turbina y el nivel inferior, es decir que se gana altura de
salto debido a estar instalado el punto central del rodete en una
posición más baja.
De acuerdo con la invención esto se consigue
principalmente por existir en el interior de la carcasa un anillo
de carcasa exterior, como elemento de guiado y reenvío adicional,
con un saliente de material macizo totalmente periférico,
sobresaliendo hacia el interior en forma de tejado a dos vertientes,
cuyo vértice se encuentra en el plano de simetría a una distancia
"S1" del 5% al 20% de una longitud de cuchara "l" respecto
a las cucharas, para que las salpicaduras de agua que salen de las
cucharas estén protegidas contra salpicaduras vagabundas.
La invención se basa en el hecho de que las
"necesidades de aire" de la turbina dependen considerablemente
de la longitud de recorrido y de las posibilidades de difusión de
las partículas de salpicadura de agua hasta incidir sobre la
superficie del socaz. Esto quiere decir, que en el caso de
salpicaduras de agua conducidas en un haz estrecho o formando un
haz cerrado, se reduce correspondientemente la superficie de ataque
para el enriquecimiento de aire. Pero esto no debe llegar a dar
lugar a que durante el régimen normal haya un remanso de
salpicaduras de agua hacia el rodete.
La invención además está basada en el
conocimiento de que para mantener reducidas las pérdidas de
ventilación el rodete y la zona del rodete debería estar lo más
exentas posible de salpicaduras de agua vagabundas y de niebla de
agua.
La invención tiene la ventaja de que la altura
de instalación "F" para el rodete se puede establecer a menos
de 1,5 veces el diámetro del chorro libre. Para una altura de salto
original de 200 m y un rodete con diámetro de chorro libre de 1 m,
esto equivale a una mejora de aproximadamente 0,5 m de la altura de
salto, es decir un 0,25%. Por el hecho de que al salir de las
cucharas tiene lugar una evacuación controlada de las salpicaduras
de agua, que está apantallada de otras partículas de salpicaduras de
agua vagabundas, estas últimas no pueden participar ni en un
incremento de la formación de espuma ni en un frenado en el rodete,
reduciéndose de modo importante la formación de espuma también por
las rejas de frenado dispuestas paralelas al rodete. Si se tiene en
cuenta que los fabricantes de turbinas actualmente aceptan para una
mejora del grado de rendimiento de un 0,1% un tiempo de desarrollo
de un año, entonces las ventajas aquí mostradas resultan
evidentes.
Gracias a la invención se tiene la posibilidad
de realizar turbinas Pelton verticales y horizontales de hasta 6
toberas con alta densidad de energía, de acuerdo con el número de
toberas, es decir con un rodete de igual tamaño sin pérdidas de
potencia debidas a salpicaduras de agua.
La invención también mejora la buena evacuación
de las salpicaduras de agua con menor consumo de aire y al mismo
tiempo impide perturbaciones del aire de ventilación que circula, ya
que no hay toberas que penetren en él y que puedan repercutir
negativamente.
Las reivindicaciones dependientes 2 a 29
representan perfeccionamientos ventajosos de la invención. Así, un
anillo de carcasa exterior situado en el interior de la carcasa que
está dispuesto respecto a las cucharas en el plano de simetría a
una distancia "S1" del 5% al 20% de una longitud de cuchara
(l), ya aporta ventajas considerables, puesto que protege las
salpicaduras de agua que salen directamente de las cucharas contra
las salpicaduras de agua reflejadas vagabundas. Otra ventaja está
en que con una realización más gruesa de este anillo de carcasa
exterior en la zona del plano de simetría, los chorros libres
también están protegidos contra salpicaduras de agua vagabundas en
unos pasos conducidos tangencialmente al diámetro de chorro libre
"D1". Si este regruesamiento en el plano de simetría se
realiza en forma de un saliente a modo de tejado a dos vertientes
que sobresale hacia el rodete, se puede crear al mismo tiempo una
limitación lateral para las salpicaduras de agua correspondiente a
la dirección de salida. Mientras las toberas sobresalgan hacia el
interior por encima de este saliente en forma de tejado, no pueden
participar ellas mismas con su cuerpo de tobera en la generación de
salpicaduras de agua vagabundas, mientras que el anillo de carcasa
exterior se ocupa de que las salpicaduras de agua que se desplazan
por el exterior a lo largo de él no se pueden mezclar con las
salpicaduras de agua
de su cara interior. Cuanto menos difieran los orificios de paso en la carcasa exterior del diámetro de un chorro libre, tanto más pequeña es la superficie de ataque que difiera de la forma de tejado para la dispersión de las salpicaduras de agua. Si los cuerpos de tobera están completamente sellados respecto al anillo de carcasa exterior, no se puede aspirar aire, lo cual puede ser importante al funcionar con sobrepresión de aire en la carcasa. Esta clase de sistemas existen en las instalaciones antes citadas para absorber cargas punta en las cuales la turbina y la bomba trabajan en cortocircuito hidráulico. Allí la carcasa de la turbina y el socaz forman una atmósfera cerrada con sobrepresión en la que se insufla
aire mediante los compresores para reponer la parte de aire arrastrada por las salpicaduras de agua. Si se reduce aquí la formación de espuma, es decir la aportación de aire, se puede dimensionar menor la potencia de los compresores.
de su cara interior. Cuanto menos difieran los orificios de paso en la carcasa exterior del diámetro de un chorro libre, tanto más pequeña es la superficie de ataque que difiera de la forma de tejado para la dispersión de las salpicaduras de agua. Si los cuerpos de tobera están completamente sellados respecto al anillo de carcasa exterior, no se puede aspirar aire, lo cual puede ser importante al funcionar con sobrepresión de aire en la carcasa. Esta clase de sistemas existen en las instalaciones antes citadas para absorber cargas punta en las cuales la turbina y la bomba trabajan en cortocircuito hidráulico. Allí la carcasa de la turbina y el socaz forman una atmósfera cerrada con sobrepresión en la que se insufla
aire mediante los compresores para reponer la parte de aire arrastrada por las salpicaduras de agua. Si se reduce aquí la formación de espuma, es decir la aportación de aire, se puede dimensionar menor la potencia de los compresores.
Un anillo de carcasa interior periférico a ambos
lados del rodete, que se acerca hasta las raíces de las cucharas,
mejora adicionalmente la conducción de las salpicaduras de agua que
salen de las cucharas. Se forma un canal de forma anular
perpendicular al plano de simetría que se aleja abriéndose en cono,
habiéndose elegido los dos ángulos de apertura \alpha y \beta
entre 55º y 80º para tener en cuenta la dirección de evacuación de
las salpicaduras de agua fuera de las cucharas. Un valor óptimo para
los ángulos \alpha y \beta está entre 65º y 75º. Si las
salpicaduras de agua están canalizadas en un recinto anular que las
capta y las arrastra, éste se puede prolongar con una pieza de
conexión cilíndrica y más adelante incluso se puede estrechar. Desde
el punto de vista de la técnica de la construcción es razonable que
la pieza de conexión cilíndrica se prolongue respecto al plano de
simetría hasta una distancia de 1,4 a 2 veces la anchura de las
cucharas "b".
En la misma pieza de conexión cilíndrica o a
continuación de ésta puede estar prevista una reja de frenado que
está dispuesta sobre una superficie de paso de un diámetro medio
equivalente al diámetro del chorro libre "D1" y una anchura de
anillo paralela al rodete correspondiente por lo menos a una
longitud de cuchara "l", para frenar las salpicaduras de agua
con la mínima producción de espuma posible.
Una reja por lo general da lugar a un efecto
supresor de la espuma, y se puede colocar también en instalaciones
ya existentes. Por ejemplo en el caso de un eje de rodete vertical
puede estar dispuesta una reja debajo del rodete, en dirección
transversal a través de la carcasa en la sección grande de ésta para
reducir la formación de espuma.
La reja de frenado presenta por lo menos dos
capas de barras dispuestas en un plano paralelo al plano de simetría
y a una cierta distancia respecto al rodete, estando las barras
dispuestas equidistantes entre sí en cada capa. En una capa, el
diámetro de las barras supone del 60% al 70% de la separación media
entre dos barras contiguas. La capa siguiente de barras de igual
orientación puede estar desplazada media distancia entre centros
respecto a la capa situada delante. Las barras propiamente dichas
tienen sección redonda y están realizadas preferentemente como
tubos. Éstos se pueden llenar por ejemplo con arena o gravilla para
obtener un efecto de amortiguación, si es que debido al ataque
intermitente de salpicaduras de agua llegaran a ser excitadas para
entrar en vibración. Por ejemplo, para conseguir una buena
estabilidad mecánica de una reja de frenado se pueden unir tres
capas de tubos en construcción sándwich con unos distanciadores
cortos, desplazados 80 a 90º.
Ha resultado ventajoso elegir una disposición en
la que se reúnen sectores de rejas de tres capas en forma de trozos
de tarta formando un anillo circular. La posición de las barras o
tubos es sensiblemente radial. La forma redonda de las barras
presenta en primer lugar la ventaja de que su efecto depende poco de
la dirección en la que inciden los chapoteos de salpicaduras de
agua con gran velocidad. Otro efecto consiste en que estos
chapoteos de salpicadura de agua se deforman en sí mismos cuando
inciden sobre la superficie redonda. Al incidir de forma desplazada
sobre la superficie curva se produce un alargamiento y un frenado de
los chapoteos de salpicadura de agua que se prolonga en la capa
siguiente.
Con el fin de reducir el efecto de los
diferentes ángulos de salida del agua de las cucharas hacia las
rejas de frenado y asegurar un tiempo de permanencia reducido en el
recinto anular hacia las rejas de frenado, se ha visto en ensayos
con modelos que las chapas deflectoras con un ángulo de incidencia
\varphi e 25º a 35º y a una distancia S3 de 1/10 a 1/20 de la
anchura de las cucharas B, aproximadas a las cucharas, provocan
otra mejora de la evacuación de agua debido a la reja de frenado.
Con respecto al filo de la chapa deflectora orientada hacia la
cuchara, ésta debería estar desplazada en el recinto anular en un
ángulo \lambda de 25 a 40º respecto a una dirección radial
dispuesta perpendicularmente con relación al chorro libre, en el
sentido periférico. Se obtienen diferentes ángulos de salida por
ejemplo si varía notablemente la altura de salto. Dicho de otra
manera, con esta clase de chapas deflectoras se puede conseguir con
la misma disposición un efecto similarmente bueno al de las rejas
de frenado para diversas alturas de salto.
En un eje de rodete dispuesto horizontalmente se
puede colocar a ambos lados del rodete una reja de frenado, que se
continúa con una galería de caída hacia el socaz, lo que en
combinación con un anillo de carcasa exterior resulta especialmente
efectivo si las rejas de frenado van a continuación del anillo. En
el caso de un rodete apoyado en voladizo, el árbol puede estar
rodeado en este pozo de caída por unas chapas de protección para no
estar allí expuesto también a las salpicaduras de agua.
En el caso de un eje de rodete dispuesto
horizontalmente, especialmente con vistas a una instalación con más
de tres inyectores distribuidos uniformemente en el perímetro, se
puede complementar un espacio anular dispuesto a ambos lados con un
anillo de carcasa exterior e interior por medio de chapas
deflectoras entre su anillo de carcasa interior y exterior, de tal
modo que allí no se forme ninguna corriente rotativa en dirección
periférica sino que las salpicaduras de agua se reenvían de forma
controlada a un canal colector. Por el hecho de que las chapas
deflectoras perfiladas estén dispuestas en dirección periférica
antes de la entrada del chorro de un inyector siguiente se evita
que se cruce con salpicaduras de agua de la cámara siguiente. Con el
fin de poder evacuar las salpicaduras de agua en el sentido de
marcha hacia adelante y de marcha hacia atrás con independencia del
estado de funcionamiento se han dispuesto por cada conjunto de
inyector, dos a tres chapas deflectoras de diferente longitud
dispuestas escalonadas una tras otra en dirección periférica, siendo
la distancia "S2" de la primera chapa deflectora a las
cucharas entre el 10% al 30% de la anchura de las cucharas
"b", y existiendo un ángulo de salida (\gamma) de 35º a 45º
respecto a una dirección perpendicular al eje del rodete. Las
chapas deflectoras terminan a ambos lados del rodete curvadas en la
dirección periférica de las cucharas como guías de igual
orientación en un canal colector periférico, de las cuales por lo
menos el canal colector está realizado en forma de espiral por el
lado del eje, para poder conducir en este lado todas las
salpicaduras de agua gracias a su energía cinética residual por
encima de un punto "P" situado a mayor altura del eje del
rodete, ahorrando de este modo altura de salto, ya que después del
punto "P" es suficiente con una ligera caída al socaz. Si
ambos lados están dotados de un canal colector de esta clase
entonces el rodete está situado en más de su mitad dentro de una
artesa que por un punto más alto situado encima del nivel del agua
está en comunicación con el socaz, y que al arrancar la instalación
se vacía por ejemplo utilizando una bomba de chorro. En
instalaciones que trabajen en régimen permanente que quizá tengan
sólo unas pocas interrupciones al año, se trata de un régimen de
funcionamiento razonable en el que predominan las ventajas de una
disposición de más de tres inyectores para una disposición de eje
horizontal.
En otra solución para turbinas Pelton de
disposición vertical, las salpicaduras de agua que abandonan una
mitad de cuchara hacia arriba se reenvían por medio de chapas
deflectoras y se evacuan cada una tangencialmente alejándolas a un
canal colector superior. Las salpicaduras de agua procedentes de la
mitad inferior de la cuchara, que sale hacia abajo, se transportan
hacia arriba por medio de chapas deflectoras y alejándolas
tangencialmente a un canal colector acodado hacia arriba. Los
canales colectores superiores e inferiores desembocan a través de
un rebosadero a una entrada en espiral para el socaz común,
efectuándose la salida de las salpicaduras de agua superiores a una
cota más alta. Por el hecho de que las salpicaduras de agua
superiores tienen sólo un recorrido corto que esté afectado de
rozamiento, se puede transportar a mayor altura. Las salpicaduras
de agua inferiores también se transportan hacia arriba por el camino
más corto posible.
La ganancia de altura de salto depende en este
caso de la velocidad residual, y ésta a su vez de la altura de
salto neta y de la carga de las cucharas. La energía restante a la
salida de las cucharas es aproximadamente entre el 2 y el 4% de la
energía total. Con un factor de aprovechamiento de 0,3 para esta
energía residual, las salpicaduras de agua se pueden transportar en
un 0,6 a 1,2% de la altura de salto hasta un punto "P" situado
por encima del centro del rodete, y puede fluir con reducida
pendiente al socaz. Dado que como ganancia de altura de salto hay
que sumar también la altura entre la turbina y el nivel inferior,
hay que contar para este ejemplo con una ganancia de energía total
del 0,8 al 1,4%.
A continuación se describe la invención
sirviéndose de ejemplos de realización. Las Fig. muestran
Fig. 1 esquemáticamente una turbina de Pelton
con disposición horizontal del eje y con dos inyectores, según el
estado de la técnica;
Fig. 2 esquemáticamente una turbina de Pelton
con disposición horizontal del eje y tres inyectores, conforme al
estado de la técnica;
Fig. 3 esquemáticamente una disposición conforme
a la invención para una turbina de Pelton con eje horizontal del
eje y con tres inyectores en una vista lateral;
Fig. 4 esquemáticamente la disposición de la
Fig. 3 en una vista frontal;
Fig. 5 esquemáticamente un detalle ampliado de
la Fig. 3 con un sector de una reja de frenado;
Fig. 6 esquemáticamente una vista del sector de
la reja de frenado de la Fig. 5;
Fig. 7 esquemáticamente una sección ampliada a
través de una reja de frenado según la Fig. 6, que se compone de
tres capas de tubos en construcción sándwich;
Fig. 8 esquemáticamente un detalle de una
turbina Pelton con disposición horizontal del eje y con un espacio
anular para salpicaduras de agua equipado con chapas
deflectoras;
Fig. 9 esquemáticamente un detalle de las chapas
deflectoras de la Fig. 8 con su disposición respecto al rodete;
Fig. 10 esquemáticamente una sección de la Fig.
8, mirando sobre las chapas deflectoras;
Fig. 11 esquemáticamente una sección vertical de
una turbina Pelton en disposición vertical con cinco inyectores y
con una altura F entre turbina y nivel interior, negativa;
Fig. 12 esquemáticamente una sección horizontal
a través de la turbina de la figura 4;
Fig. 13 esquemáticamente un detalle ampliado de
una curva de reenvío con ranuras de la Fig. 12;
Fig. 14 esquemáticamente una sección vertical,
y
Fig. 15 una sección horizontal de una turbina
Pelton en disposición vertical con seis inyectores y una sola reja
de frenado;
Fig. 16 esquemáticamente una disposición según
la Fig. 5 en la que está representada una chapa deflectora con un
filo que transcurre en dirección radial, y
Fig. 17 esquemáticamente una vista lateral de la
Fig. 16.
En los ejemplos siguientes las piezas
funcionalmente iguales llevan las mismas referencias.
En la Fig. 1 hay una turbina Pelton que descansa
horizontalmente con su eje de rodete (30) y sobre la que inciden
sendos chorros libres (6) por medio de los inyectores (2) y (2a)
sobre sus cucharas dobles (3) con una anchura de cuchara "b"
en un diámetro de chorro libre "D1". El rodete va encerrado en
una carcasa (1) que está abierta por la parte inferior hacia un
socaz (8).
El chorro libre de un inyector incide sobre los
filos de un plano de simetría (5) sobre los filos de las dobles
cucharas (3) que van pasando a lo largo de él y se reenvía en
sentido contrario al de giro, incidiendo al abandonar las cucharas
sobre la carcasa (1) y las chapas deflectoras (32) en forma de
salpicaduras de agua (7) en abanico y de forma intermitente. Así
las salpicaduras de agua (7) procedentes del inyector (2) se evacuan
preferentemente al socaz (8). Las salpicaduras de agua del inyector
(2a) inciden parcialmente desde una chapa deflectora (32), que está
situada en forma de tejado sobre el inyector siguiente (2) en el
sentido de giro, para proteger el chorro libre (6) de las partes de
salpicaduras de agua vagabundas (7a). A este respecto hay que
señalar que la dirección principal de las salpicaduras de agua (7)
también se desplaza de acuerdo con la variación que sufre la altura
de salto.
La energía residual de las salpicaduras de agua
es en este caso todavía tan grande que se distribuye por el
interior de toda la carcasa (1, 1a, 1b) formando espuma. De acuerdo
con la experiencia, es preciso que la altura de instalación
"F" corresponda al doble del diámetro de chorro libre
"D1", para que el rodete (4) no se vea frenado por las
salpicaduras de agua remansadas (7) y por la espuma. Las dos
acometidas (36) que proceden como ramificaciones de una tubería de
presión común, se podrían complementar con otra acometida (36)
llegando así a una disposición según la Fig. 2. Pero aquí ya se ve
que las salpicaduras de agua debidas a un inyector adicional
situado en sentido contrario al de giro de las cucharas recorre un
camino considerablemente más largo con flujos de salpicaduras de
agua que se cruzan y se reflejan, causando de este modo un mayor
efecto de frenado en el rodete que los inyectores en una
disposición de uno o dos inyectores. El grado de rendimiento total
es por lo tanto ligeramente peor que en la disposición según la Fig.
1, y empeoraría considerablemente si se dispusiera otra tobera en
sentido contrario al de giro de las cucharas.
En las Fig. 3 y 4 está representado un ejemplo
de realización de una turbina Pelton con tres de cinco posibles
inyectores (2), y con un eje de rodete (36) dispuesto
horizontalmente que descansa en cojinetes (38). En el interior de
la carcasa (1) hay un anillo de carcasa exterior (11) que rodea
totalmente el rodete (4). Un anillo de rodete interior (12) se
inicia a ambos lados del rodete, respectivamente en la zona de las
raíces (17) de las cucharas, y junto con el anillo de carcasa
exterior (11) forma un espacio anular (16) que se abre radialmente
en forma de cono. En el plano de simetría (5) del rodete, un chorro
libre (6) que sale de los inyectores se divide en los filos de las
cucharas dobles y después de su reenvío y de ceder el impulso a las
cucharas se descarga en un espacio anular (16), con diversos
ángulos de salida. La disposición representada con tres inyectores
(2) ofrece la ventaja de que los inyectores quedan accesibles desde
el exterior.
El anillo de carcasa exterior (11) forma un
saliente (13) que sobresale hacia el interior en forma de tejado,
cuyo vértice (15) está situado en el plano de simetría (5) y a
escasa distancia "S1" del 5 al 20% de una longitud de cuchara
"l" respecto a las cucharas (3), para descargar lo antes
posible en el espacio anular (16) las salpicaduras de agua que
giran con el rodete y son expulsadas por la fuerza centrífuga. En el
plano de simetría (5) se encuentran respectivamente orificios de
paso (14) para el chorro libre (6) en el anillo de carcasa exterior
(11). Debido a la reducida distancia entre el vértice (15) y las
cucharas (3), el chorro libre (6) no se ve molestado por
salpicaduras de agua en su recorrido hacia las cucharas. Los
inyectores (2) están sellados respecto al anillo de carcasa
exterior (11) para que se aspire la menor cantidad posible de aire
junto con el chorro libre. En el orificio de paso (14) el chorro
libre está encerrado de modo relativamente estrecho pero sin
contacto, para que en la forma de tejado que sobresale hacia el
interior se formen a causa de la interrupción unas superficies de
ataque lo más reducidas posible para las partículas de salpicaduras
de agua circulantes.
La canalización de las salpicaduras de agua (7)
que sale de las cucharas (3) impide al mismo tiempo que se mezclen
salpicaduras de agua vagabundas en las proximidades del rodete. La
forma de tejado del anillo de carcasa exterior (11) forma con el
plano de simetría (5) un ángulo \alpha de 75º. Del mismo modo, el
anillo de carcasa interior (12) forma respectivamente con el plano
de simetría (5) un ángulo \beta de 75º. El espacio anular (16)
que se abre se prolonga mediante una pieza de conexión cilíndrica en
el anillo de carcasa exterior (11) y por una carcasa cilíndrica
para un cojinete (38). En esta parte cilíndrica del espacio anular
(16) está instalada una reja de frenado (18) que a lo largo del
perímetro está compuesta por varios segmentos. La parte de reja
(18) de un segmento se compone de tres capas de tubos dispuestos de
modo decalado unos tras otros.
Las salpicaduras de agua canalizadas en el
espacio anular (16), que inciden de forma intermitente sobre la
reja de frenado, tienen todavía una velocidad y una energía residual
muy considerable, que se va reduciendo en la reja de frenado (18)
por distorsión, deformación y por la interpenetración de los flujos
de salpicadura de agua. Después de salir de la reja de frenado las
salpicaduras de agua son captadas por la carcasa (1) y caen por
gravedad a través de una chapa perforada (39) al socaz (8). Por lo
tanto deja de haber chapoteos de salpicadura de agua que se
disparan como proyectiles al socaz, y que arrastran aire para formar
espuma. Esto permite situar el punto central del rodete (9) a una
altura "F" sobre el nivel de agua (10) que ya sólo equivale al
diámetro del chorro libre "D1".
La carcasa cilíndrica para el cojinete (38) se
prolonga por el otro lado del rodete y tiene un orificio (40) para
la ventilación. El cojinete (38) va sellado respecto al rodete
contra salpicaduras de agua mediante una junta de laberinto sin
contacto (37), en particular para la protección durante regímenes de
funcionamiento no estacionarios. Los segmentos de la reja de
frenado (18) forman un anillo circular con un área de paso (28),
donde una primera capa de los tubos está situada en un plano (19)
paralelo al plano de simetría (5) del rodete. El plano (19) está
distanciado del plano de simetría en una cantidad algo superior a
una anchura de cuchara "b".
En las Fig. 5, 6 y 7 se muestra con mayor
detalle la acción de una reja de frenado. Las salpicaduras de agua
(7) en el espacio anular inciden sobre una primera capa (20) de
tubos paralelos (23) con unos diámetros de tubo (24) y con una
separación (26) que es menor que el mismo diámetro del tubo. La
primera capa (20) y cada capa siguiente (21) están unidas entre sí
formando una estructura sándwich por medio de unos tacos (41). Los
tubos de una siguiente capa están por lo tanto desplazados respecto
a los tubos de la capa anterior en la mitad de una distancia entre
centros (25). Los tubos de un segmento (18) Fig. 6 están dispuestos
de tal modo que los tubos centrales transcurren en dirección
radial. Una disposición conforme a la Fig. 7 puede presentar por
ejemplo las siguientes dimensiones:
- -
- Tubos (23) con un diámetro (24) de 100 mm
- -
- Una distancia entre centros (25) de 150 mm
- -
- Una separación entre capas (20, 21) de 100 mm, y
- -
- Una longitud de los tacos (41) de unos 25 mm.
En las Fig. 16 y 17 está representado un
complemento a la Fig. 5, donde están dispuestos adicionalmente en
el espacio anular 6 unas chapas deflectoras 33, de acuerdo con el
número de chorros libres, para canalizar las salpicaduras de agua
que salgan de las cucharas 3 en dirección periférica. De este modo
se evita que las rejas de frenado 18 den lugar a una retención
debido a un ángulo de ataque desfavorable. Las chapas deflectoras
33 tienen unas aristas de corte 34 que transcurren radialmente a una
distancia S3 respecto a las cucharas, de una décima a una vigésima
parte de la anchura de las cucharas b. Están situados formando un
ángulo de ataque \varphi de 25 a 35º respecto a la dirección
axial hacia las cucharas 3. Con relación a una dirección radial 31
dispuesta perpendicular al chorro libre 6, los filos de corte 343
están desplazados en la dirección periférica del rodete en un
ángulo \lambda de 25-40º. Las chapas deflectoras
llegan hasta cerca de las rejas de frenado y están acodadas,
pasando a través de las rejas de frenado. Desde el punto de vista de
diseño es una ventaja que ahorra costes situar las paredes de
separación entre los distintos sectores de las rejas de frenado en
la dirección periférica de tal modo que estén realizadas como
prolongación acodada de las chapas deflectoras.
En las Fig. 8, 9 y 10 hay una turbina Pelton con
disposición horizontal del eje, dotada de cinco inyectores (2) en
su perímetro. Un espacio anular (16) que se abre en cono se prolonga
con una pieza de conexión (16b) en el anillo de carcasa exterior
(11) de forma cilíndrica y en el anillo de carcasa interior (12) con
una curvatura respecto al anillo de carcasa exterior. En el canal
que así se forma y que se va estrechando están dispuestas de modo
sucesivo en dirección periférica unas chapas deflectoras (32) que
están asignadas respectivamente a un inyector (2) en grupos de
tres. Las chapas deflectoras están situadas para ello en dirección
periférica respectivamente antes del punto de tangencia (29) del
inyector correspondiente al diámetro de chorro libre "D1". El
borde de entrada de la primera chapa deflectora (32), en dirección
periférica, es la que presenta la distancia más corta "S2"
respecto a las cucharas, mientras que las chapas deflectoras (32)
sucesivas están desplazadas con sus bordes de entrada más hacia el
exterior, y los bordes de salida desembocan a igual distancia con
el rodete en un canal colector (35). El ángulo de salida \gamma de
las chapas deflectoras respecto a una perpendicular al eje del
rodete es de 45º. La pared exterior del canal colector (35) va
aumentando frontalmente en dirección periférica de las cucharas en
forma de una hélice (42), que desemboca por un rebosadero en el
socaz (8) por un punto de máxima altura "P" situado a mayor
altura que el centro del rodete (9). Esta energía residual obtenida
por el reenvío conducido se necesita para superar el punto más alto
"P". Las chapas deflectoras (32) presentan una ligera
curvatura en sentido opuesto a la curvatura de las medias cucharas.
La distancia "S2" del borde de entrada de la chapa deflectora
anterior respecto a las cucharas corresponde al 20 a 30% de la
anchura de las cucharas "P". Dado que la energía cinética de
las salpicaduras de agua se aprovecha por medio de una conducción
rigurosa del flujo, se obtiene una forma de construcción compacta en
la que las toberas quedan accesibles desde el exterior, y resulta
una altura entre la turbina y el nivel inferior "F" que sólo
supone una fracción del diámetro del chorro libre "D1".
El ejemplo de las Fig. 11 y 12 con una
disposición vertical de cinco toberas de una turbina Pelton, el
espacio anular (16) también se dota en una pieza de conexión (16)
para cada inyector, con tres chapas deflectoras (32) que igual que
en la Fig. 9 están dispuestas escalonadas respecto a las cucharas,
en lo referente a sus bordes de entrada. En cambio la dirección de
salida presenta un componente radial adicional hacia el exterior.
El flujo que sale de las tres chapas deflectoras se conduce
respectivamente a un canal colector independiente (36a, 35b) que
sale tangencialmente, presentando el canal colector inferior una
curva de reenvío adicional (43). El canal colector superior y el
inferior (35a, 35b) están dispuestos uno sobre el otro y conducen de
forma inclinada tangencialmente hacia arriba, y por encima de un
rebosadero con un punto de máxima altura P1, P2 a una entrada (44)
del socaz (8) que se ensancha en espiral. Si esta entrada en forma
de espiral (44) está realizada con suficiente anchura y
profundidad, entonces las tuberías de distribución 36 que van a los
inyectores (2) pueden cruzar la espiral sin obstaculizar la descarga
del agua.
En la Fig. 11 está indicada con línea de trazos
y en la transición de la espiral al socaz (8), por encima del nivel
de agua (10), una reja de frenado (18) que está destinada a romper
el flujo a la salida de los canales colectores anteriores (35a,
35b). La altura entre la turbina y el nivel inferior "F" es
negativa ya que el punto central del rodete (9) se encuentra por
debajo del nivel de agua (10) del socaz (8). En consecuencia tiene
esta misma magnitud el incremento de altura de salto que equivale a
la suma de la distancia "-F" negativa y la altura entre
turbina de nivel inferior convencional, del doble del diámetro del
chorro libre "D1".
Después de una parada, el rodete (4) se
encuentra en una artesa llena de agua, que para el siguiente
arranque se ha de vaciar bombeando por ejemplo con una bomba de
chorro. Puede ser conveniente que la bomba siga trabajando durante
todo el proceso de arranque, y prever para ello unas tuberías de
drenaje especiales, que recojan las partes de flujo remansadas en
la zona de aspiración de la bomba. Esto quiere decir, que debajo de
la turbina Pelton tiene que haber un depósito colector vacío (48)
al cual pueda descargarse el agua, pudiendo ser este depósito
también el sumidero general de la central. En la Fig. 13 se muestra
un detalle de la curva de reenvío que está interrumpida por las
ranuras (50) que desembocan oblicuamente, conduciendo estas ranuras
el agua de retorno al depósito colector a través de las
conducciones de descarga (49). Al mismo tiempo las ranuras tienen
la ventaja de que durante el funcionamiento normal se aspira aire a
través de ellas durante el reenvío, que reduce el rozamiento en el
recorrido más largo del agua por la cara inferior del rodete.
En el ejemplo de las Fig. 14 y 15 se muestra una
instalación de seis inyectores con eje vertical del rodete (30), en
sección vertical y en sección horizontal, estando indicado en el
lado izquierdo de la sección vertical el recorrido de las
salpicaduras de agua (7). Una carcasa (1) de forma anular o
poligonal de acuerdo con el número de inyectores "n" se apoya
sobre una base de hormigón del socaz (8). Los inyectores (2)
penetran de forma convencional a bastante distancia en el interior
de la carcasa. En la parte superior, un anillo de carcasa interior
(12) se aproxima a las patas de las cucharas, y después de una
primera flexión de 45º se continúa en una parte anular cónica, que
pasa a una parte anular horizontal en la que con otro acodamiento de
20º hacia abajo sigue una parte anular cónica hasta la pared
exterior de la carcasa (1). Con esta disposición también se desvía
hacia abajo la parte de salpicaduras de agua que sale hacia arriba.
Concéntricamente con el eje del rodete (30) se levanta desde el
socaz (8) una columna (45) que llega a penetrar en la carcasa y que
soporta un tubo protector (45) dividido longitudinalmente que llega
hasta inmediatamente junto al buje del rodete y forma una
conducción para las salpicaduras de agua. Éste puede servir también
como tubo de aireación.
Por debajo del rodete (4) y a una distancia de
aproximadamente dos tercios del diámetro del chorro libre "D1"
hacia el punto central del rodete está situada una reja de frenado
(18) de tres capas, y debajo una chapa perforada (39), que se
extienden en toda la sección de la carcasa. El conjunto de reja de
frenado (18) y chapa perforada (39) está soportada en el centro por
la columna (45) y por el exterior, igual que la carcasa, por el
cerco de hormigón del socaz.
La reja de frenado frena las salpicaduras de
agua y absorbe su energía cinética, que en caso contrario da lugar
a la aportación de aire en las aguas abajo. Con la ralentización del
flujo y debido al remanso sobre la chapa perforada que se encuentra
algo más lejos, también se separa aire de las salpicaduras de agua.
Una parte de este aire penetra lateralmente en unas tuberías de
compensación (47) que comunican el espacio más alto de la carcasa
respecto al eje, con el socaz. La altura entre la turbina y el nivel
inferior "F" es de aproximadamente 1,2 veces el diámetro del
chorro libre "D1".
Con una estructura de reja de esta clase que
puede consistir como en la Fig. 6 en un anillo circular con
segmentos de reja, se crea al mismo tiempo una plataforma de
trabajo que asegura pleno acceso al rodete (4) cuando se retira el
tubo de protección (46) dividido longitudinalmente. El rodete (4) se
puede soltar del eje, soportar sobre la columna (45) y sacar
lateralmente a través de un hueco de la carcasa, y se puede montar
siguiendo el orden inverso. Por medio de esta plataforma quedan
igualmente accesibles las toberas (2) para fines de
mantenimiento.
Las barras o tubos de la reja de frenado (18)
también pueden transcurrir en una dirección distinta a la radial
respecto al eje del rodete (30). En la Fig. 14, los tubos (25)
transcurren tangencialmente por segmentos. La posición relativa de
los tubos entre sí equivale a la de la Fig. 7.
- 1
- Carcasa
- 1a
- Pared de la carcasa
- 1b
- Pared de la carcasa
- 2
- Inyector
- 2a
- Otro(s) inyector(es)
- 3
- Cuchara doble
- 4
- Rodete
- 5
- Plano de simetría
- 6
- Chorro libre
- 7a
- Salpicaduras de agua
- 7b
- Salpicaduras de agua
- 7c
- Salpicaduras de agua
- 8
- Socaz
- 9
- Punto central del rodete
- 10
- Nivel del agua
- 11
- Anillo exterior de la carcasa
- 12
- Anillo interior de la carcasa
- 13
- Saliente en forma de tejado
- 14
- Orificio de paso
- 15
- Vértice
- 16
- Espacio anular
- 16b
- Pieza de conexión
- 17
- Raíz
- 18
- Reja de frenado
- 19
- Plano
- 20
- Primera capa
- 21
- Otra capa
- 22
- Barra
- 23
- Tubo
- 24
- Diámetro del tubo
- 25
- Distancia entre centros
- 26
- Espacio intermedio
- 27
- Distancia entre capas
- 28
- Area de paso
- 29
- Punto de tangencia
- 30
- Eje del rodete
- 31
- Dirección radial
- 32
- Chapa deflectora
- 33
- Chapa deflectora
- 34
- Arista de corte
- 35
- Canal colector
- 35a
- Canal colector superior
- 35b
- Canal colector inferior
- 36
- Tubería de distribución
- 37
- Junta de laberinto (sin contacto)
- 38
- Cojinete de la turbina
- 39
- Chapa perforada
- 40
- Orificio
- 41
- Taco
- 42
- Espiral
- 43
- Curva de reenvío
- 44
- Entrada
- 45
- Columna
- 46
- Tubo de ventilación
- 47
- Tubería de compensación
- 48
- Depósito colector
- 49
- Tubería de drenaje
- 50
- Ranura transversal
- b
- Anchura de la cuchara
- l
- Longitud de la cuchara
- D1
- Diámetro del chorro libre
- F
- Altura de instalación (altura entre la turbina y el nivel inferior)
- P, P1, P2
- Punto
- S1
- Separación
- S2
- Separación
- S3
- Separación
- \alpha, \beta, \gamma
- Angulos
- \lambda, \varphi
- Angulos
Claims (27)
1. Turbina Pelton con un sistema de evacuación
del agua para potencias superiores a 100 kW, donde en el interior
de una carcasa (1) hay un rodete (4) que presenta cucharas dobles
(3) con una anchura de cuchara "b" y una longitud de cuchara
"l", en cuyas dobles cucharas (3) inyectores (2) que están
dispuestos en un plano de simetría (5) de las cucharas rotatorias,
inyectan sendos chorros libres (6) tangencialmente sobre un diámetro
de chorro libre "D1", y donde las salpicaduras de agua (7) que
salen de las cucharas (3) caen encerradas por las paredes de la
carcasa (1a, 1b) a un socaz (8), donde en el interior de la carcasa
(1) y comenzando en las raíces de las cucharas (3) y en todo el
perímetro del rodete (4) están dispuestos unos medios de conducción
en forma de un anillo de carcasa interior (12), que conducen y
reenvían las salpicaduras de agua (7),
caracterizada porque
como medio adicional de conducción y reenvío en
el interior de la carcasa (1) está presente un anillo de carcasa
exterior (11), con un saliente (13) de material macizo que sobresale
en forma de tejado a dos vertientes hacia el interior, y que lo
rodea enteramente, cuyo vértice (15) está situado en el plano de
simetría (5) a una distancia "S1" del 5% al 20% de una
longitud de cuchara "l" respecto a las cucharas (3), para que
las salpicaduras de agua que salen de las cucharas queden
protegidas contra salpicaduras (7) vagabundas.
2. Turbina Pelton según la reivindicación 1,
caracterizada porque el anillo de carcasa exterior en forma
de tejado a dos vertientes (11) presenta unos orificios de paso
(14) tangenciales respecto al diámetro del chorro libre "D1",
que cubren los chorros libres (6) de los inyectores protegiéndoles
contra salpicaduras de agua (7b), penetrando los inyectores
propiamente dichos dentro del contorno del saliente (13) de material
macizo en forma de tejado.
3. Turbina Pelton según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizada porque los inyectores (2) cierran hacia el
exterior los orificios de paso (14) con el fin de evitar la
aspiración de aire debida al chorro libre (6).
4. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque lo orificios de
paso (14) presentan un diámetro sólo ligeramente mayor que el
chorro libre (6), para que el anillo de carcasa exterior (11)
presente en el plano de simetría (5) en el saliente (13) en forma
de tejado solamente unas interrupciones escasas frente a las
salpicaduras de agua (7) que recirculan.
5. Turbina Pelton según la reivindicación 1 a 4,
caracterizada porque a ambos lados del plano de simetría (5)
el anillo de carcasa exterior (11) en forma de tejado forma con el
plano de simetría un ángulo \alpha entre 55º y 80º, y por lo
menos un anillo de carcasa interior (12) que forma con el plano de
simetría un ángulo \beta entre 55 y 80º, para crear un espacio
anular (16) que se abre en dirección axial.
6. Turbina Pelton según la reivindicación 5,
caracterizada porque los ángulos \alpha y \beta tienen un
valor entre 65 y 75º.
7. Turbina Pelton según la reivindicación 1 a 6,
caracterizada porque el espacio anular (16) tiene forma
cónica y se prolonga por medio de una pieza de conexión cilíndrica
(16b) hasta una distancia de 1,4 a 2 veces la anchura de las
cucharas "b" con respecto al plano de simetría (5).
8. Turbina Pelton según la reivindicación 1 a 7,
caracterizada porque por lo menos en un espacio anular (16,
16b) sigue una reja de separación (18) dispuesta paralela al plano
de simetría que le quita a las salpicaduras de agua (7) una gran
parte de su energía cinética y reduce la formación de espuma en el
recorrido hasta el socaz (8).
9. Turbina Pelton según la reivindicación 8,
caracterizada porque la reja de frenado presenta una primera
capa (20) de barras (22) dispuestas en un plano (19), paralelas
entre sí con distancias entre centros (25) equidistantes.
10. Turbina Pelton según la reivindicación 6,
caracterizada porque la reja de frenado presenta detrás de la
primera capa (20) por lo menos una capa adicional (21) de vigas de
igual orientación (22), que respecto a las vigas (22) situadas
delante de ella están desplazadas en media distancia entre centros
(25) entre las vigas.
11. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizada porque las vigas (22)
presentan sección redonda o están realizadas como tubos (23).
12. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 9 a 11, caracterizada porque las vigas de
una capa (20, 21) cubren del 60 al 70% del área de paso (28) del
recinto anular (16b).
13. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el eje del
rodete (30) está dispuesto en dirección horizontal porque a ambos
lados de un recinto lateral respecto al plano de simetría (5) están
dispuestas sendas rejas de frenado (18).
14. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque el eje del
rodete (30) está dispuesto en dirección vertical, y porque en un
recinto situado debajo del plano de simetría (5) está colocada una
rejas de frenado (18).
15. Turbina Pelton según la reivindicación 14,
caracterizada porque en el sentido de paso de las
salpicaduras de agua, después de una última capa (21) de vigas (22)
está situada una chapa perforada (39) a una distancia mayor de 100
mm, y para la misma sección.
16. Turbina Pelton según la reivindicación 15,
caracterizada porque la reja de frenado (18) cubre toda la
sección de la carcasa hacia el socaz (8), y porque debajo de la
reja de frenado y en la misma sección está dispuesta una chapa
perforada (39).
17. Turbina Pelton según la reivindicación 16,
caracterizada porque la reja de frenado (18) está realizada
como anillo circular que está apoyado en el centro por una columna
(45) que penetra desde el socaz (8) dentro de la carcasa.
18. Turbina Pelton según la reivindicación 1 a
7, caracterizada porque el eje del rodete (30) está dispuesto
en dirección horizontal y porque a continuación del recinto anular
(16) a los lados de las dobles cucharas (3) están dispuestas unas
chapas deflectoras (32) que en la dirección periférica de las
cucharas (3) están situadas delante de un punto de tangencia (29)
del chorro libre de un inyector (2), en el diámetro de chorro libre
"D1".
19. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 9 a 6, caracterizada porque el espacio
anular libre (16) se extiende hasta una distancia del 60 al 80% de
una anchura de cuchara "b" desde el plano de simetría (5),
estrechándose a continuación, donde lateralmente respecto a las
cucharas unas chapas deflectoras (32) puentean el recinto anular
(16b) y reenvían las salpicaduras de agua a un canal colector (35,
35a, 35b).
20. Turbina Pelton según la reivindicación 19,
caracterizada por estar dispuestas por lo menos dos chapas
deflectoras (32) para cada inyector (2), y están situadas en
dirección periférica de forma escalonada antes del punto de
tangencia (29) del inyector con el diámetro de chorro libre
"D1".
21. Turbina Pelton según la reivindicación 20,
caracterizada porque la primera chapa deflectora en dirección
periférica presenta con su borde de entrada la distancia más corta
S2 a las cucharas (3), que corresponde al 20 a 30% de una anchura
de cuchara "b", mientras que los bordes de entrada de las
chapas deflectoras siguientes están más retrasados.
22. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 19 a 21, caracterizada porque para una
disposición horizontal del eje, las chapas deflectoras (32)
presentan un ángulo de salida \gamma entre 40º y 50º respecto al
plano de simetría (5), y porque el canal colector (35) se va
ensanchando en dirección periférica en forma de una espiral, que
presenta un rebosadero al socaz (8) por encima del punto más alto P,
que está a mayor altura que el punto central del rodete (9).
23. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 19 a 21, caracterizada porque para una
disposición vertical del eje, las chapas deflectoras presentan un
ángulo de salida \gamma entre 40º y 50º respecto al plano de
simetría (5), y porque por cada inyector (2) transportan a un canal
colector superior (35a) y a un canal colector inferior (35b),
alcanzándose el canal colector inferior (35b) a través de una curva
de reenvío (43), y ambos canales colectores transcurren alejándose
tangencialmente y oblicuamente hacia arriba, y tienen un rebosadero
por encima de un punto más alto P1, P2 a una entrada (44) del socaz
(8).
24. Turbina Pelton según la reivindicación 23,
caracterizada porque en la zona de la curva de reenvío (43)
están dispuestas en la cara inferior una ranuras transversales (50)
que desembocan oblicuamente con respecto a la dirección de flujo en
la curva de reenvío, y que a través de un canal de drenaje (49)
están comunicados con un depósito colector para evacuar las
salpicaduras de agua remansadas.
25. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 1 a 24, caracterizada porque en la periferia
están dispuestos de tres a seis inyectores (2), para conseguir para
un rodete (4) de igual tamaño de rodete a una potencia proporcional
al número de inyectores con una evacuación mejorada de las
salpicaduras de agua.
26. Turbina Pelton según una de las
reivindicaciones 8 a 12, caracterizada porque para cada
chorro libre (6) hay una chapa deflectora (33) en el recinto anular
(16), que está aproximada a las cucharas con un ángulo de
aproximación \varphi de 25 a 35º a una distancia S3 de una décima
a vigésima partes de la anchura de la cuchara "b".
27. Turbina Pelton según la reivindicación 25,
caracterizada porque la chapa deflectora presenta una aristas
de corte (34) orientada hacia las cucharas, que transcurre en
dirección radial y que en la dirección periférica está desplazada
un ángulo \lambda de 25 a 45º respecto a una dirección radial (31)
perpendicular al chorro libre (6).
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