ES2603735T3 - Sistema de aireación para turbina hidráulica - Google Patents

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Abstract

Sistema de aireación (100) para el rodete (10) de una turbina hidráulica, comprendiendo el rodete (10) una pluralidad de álabes (2) de tal manera que se configuran canales interálabes (11) entre cada par de álabes (2) para la admisión de aire en el flujo de agua que circula por la turbina hidráulica, caracterizado por que el sistema de aireación (100) comprende al menos una hidroaleta (12) situada en el canal interálabes (11) del rodete (10) y que hace contacto con el par de álabes (2) que configuran el canal interálabes (11) en el que está situada la hidroaleta (12), de tal manera que la hidroaleta (12) tiene un perfil no axialmente simétrico y de tal manera que al menos uno de los álabes (2) en contacto con la hidroaleta (12) comprende un canal de aireación (20) que suministra aire a la hidroaleta (12).

Description

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DESCRIPCION
Sistema de aireacion para turbina hidraulica.
Campo de la invencion
La presente invencion se refiere al diseno de un sistema de aireacion dentro del rodete de una turbina hidraulica que aumente el nivel de oxfgeno disuelto contenido en el agua que circula por la turbina hidraulica.
Antecedentes
Se ha observado en el agua de cabecera de embalses hidraulicos en centrales hidroelectricas, especialmente en climas calidos y en particular con embalses hidraulicos de mas de 15 m de profundidad, que se produce en los embalses hidraulicos una estratificacion del agua de cabecera que origina un bajo nivel de oxfgeno disuelto en el agua: en particular, cuando el nivel de oxfgeno disuelto en el agua esta por debajo de 5 mg/l, se impacta directamente la vida acuatica y aumenta dramaticamente el nivel de estres de la mayona de los peces. En tales condiciones, se inyecta agua en los pasos de agua de la turbina hidraulica de la central hidroelectrica a fin de aumentar el nivel de oxfgeno disuelto contenido en el agua.
Hay varias tecnologfas ya conocidas en el estado de la tecnica para inyectar agua en los pasos de agua de una turbina hidraulica (vease, por ejemplo, el documento US 5879130A): sin embargo, cada tecnologfa tiene una capacidad limitada para inyectar aire en la turbina hidraulica, conduciendo asf a un aumento diferente del oxfgeno disuelto en el agua. Ademas, cada una de estas tecnologfas impacta en el perfil de la presion del agua y en las lmeas de corriente de la velocidad de flujo dentro de la turbina hidraulica de una manera diferente, lo que tiene un efecto sobre las prestaciones y caractensticas de la turbina.
Por tanto, las soluciones existentes conocidas en el estado de la tecnica que inyectan aire en los pasos de agua de una turbina hidraulica tienen una capacidad de inyeccion de aire limitada y producen un alto impacto sobre las prestaciones de la turbina.
La presente invencion se dirige a la mejora de las limitaciones existentes anteriormente mencionadas en el estado de la tecnica.
Sumario de la invencion
La presente invencion se refiere al diseno de un sistema de aireacion dentro del rodete de una turbina hidraulica que aumente de una manera eficiente el nivel de oxfgeno disuelto contenido en el agua que circula por la turbina hidraulica, minimizando el impacto sobre las prestaciones de la turbina.
En particular, el sistema de aireacion de la invencion comprende una pluralidad de hidroaletas situadas en los canales interalabes del paso de agua de la turbina hidraulica, utilizandose estos canales interalabes para la admision de aire en el flujo de agua, aumentando asf el nivel de oxfgeno disuelto contenido en el agua que circula por la turbina hidraulica.
Breve descripcion de los dibujos
Los objetos anteriores y muchas de las ventajas concomitantes de esta invencion se apreciaran mas facilmente a medida que la misma se comprenda mejor por referencia a la siguiente descripcion detallada tomada en conjuncion con el dibujo adjunto, en el que:
La figura 1 muestra una vista frontal de una turbina hidraulica tfpica que comprende una pluralidad de alabes que definen canales interalabes en los que estara situada una pluralidad de hidroaletas para configurar un sistema de aireacion, segun la presente invencion.
La figura 2 muestra una vista lateral del rodete en una turbina hidraulica tfpica, tal como la mostrada en la figura 1, que comprende canales interalabes en los que estara situada una pluralidad de hidroaletas para configurar un sistema de aireacion, segun la presente invencion.
La figura 3 muestra una vista detallada de los alabes en una turbina hidraulica tfpica de cualquiera de las figuras 1 o 2.
La figura 4 muestra una vista 3D de un rodete de una turbina hidraulica con el sistema de aireacion que comprende una pluralidad de hidroaletas situadas en los canales interalabes, segun la presente invencion.
La figura 5 muestra una vista detallada de las hidroaletas interalabes en el sistema de aireacion del rodete de una turbina hidraulica, segun la presente invencion.
La figura 6 muestra una vista detallada del diseno de las hidroaletas en el sistema de aireacion del rodete de una
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turbina hidraulica, segun la presente invencion.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 1 muestra una instalacion para la conversion de energfa segun la presente invencion. La instalacion comprende una turbina hidraulica 31 que, en la figura 1, es una turbina Francis. La parte rotativa de la turbina hidraulica 31 es un rodete 10, del tipo Francis en esta figura 1. El rodete 10 gira alrededor de un eje vertical 202, impulsando la rotacion de un arbol de accionamiento 204. El arbol de accionamiento 204 esta vinculado a un generador 206 para producir electricidad. Sin embargo, es posible tambien utilizar la energfa mecanica producida para accionar otro dispositivo. El agua se almacena aguas arriba en un embalse de agua no mostrado en la figura 1. Se suministra despues agua a la turbina hidraulica 31 a traves de una tubena de presion 22 que tiene una altura de cafda definida por la diferencia de elevacion entre el embalse de agua y la turbina hidraulica 31. La tubena de presion 22 termina en una cubierta 24 que rodea al rodete 10 y permite distribuir el agua de una manera sustancialmente uniforme alrededor del eje vertical 202 dentro del rodete 10. Mas espedficamente, el agua fluye entre los alabes 2 del rodete que estan dispuestos entre una corona 2022 y una banda 2020 en el rodete 10. Cada uno de estos alabes 2 comprende un borde delantero 2080 contra el cual llega el agua procedente de la cubierta 24, y un borde trasero 2082 desde el cual escapa agua hacia un tubo de descarga 26. Los alabes 2 tienen un perfil asimetrico con una superficie inferior 2084 y una superficie superior 2086. La direccion del agua de aire por la turbina hidraulica 31 se muestra en la figura 1 con flechas E.
La presente invencion se refiere a un sistema de aireacion 100 en el rodete 10 de una turbina hidraulica. El sistema de aireacion 100 de la invencion comprende una pluralidad de hidroaletas 12 situadas en los canales interalabes 11 del paso de agua de la turbina hidraulica, utilizandose estos canales interalabes 11 para la admision de aire en el flujo de agua, aumentando asf el nivel de oxfgeno disuelto contenido en el agua que circula por la turbina hidraulica. El sistema de aireacion 100 de la invencion se muestra en las figuras 1 a 6.
Las hidroaletas 12 del sistema de aireacion 100 de la invencion estan situadas dentro de los canales interalabes 11 del rodete 10. Cada hidroaleta 12 esta conectada al lado de presion 101 o al lado de succion 102 de los alabes o a ambos lados 101 y 102 de los canales interalabes 11. Segun la invencion, es necesario que al menos uno de los alabes 2 del rodete 10 que esta en contacto con la hidroaleta 12 comprenda un canal de aireacion 20 para suministrar aire a la hidroaleta 12. Este canal 20 puede conectar una entrada de aire en la corona del rodete o en la banda del rodete a la hidroaleta. El perfil de la hidroaleta 12 de la invencion no tiene simetna axial. La hidroaleta 12 puede estar hecha a base de dos placas 13 y 14 con un paso libre entre ellas, o puede estar hecha a base de una placa con canales de aireacion en su interior para permitir la admision de aire en el borde trasero de la hidroaleta 12 o en uno de sus lados.
La hidroaleta 12 esta situada dentro del canal interalabes 11 en el que las condiciones del flujo de agua optimizan del mejor modo la admision de aire natural y el aumento de oxfgeno disuelto para el punto de funcionamiento de la turbina.
Es posible utilizar una o varias hidroaletas 12 en un rodete de turbina 10. Es posible utilizar el mismo perfil hidraulico para todas las hidroaletas 12 o varios perfiles hidraulicos diferentes. Es posible situar todas las hidroaletas 12 a la misma altura dentro del canal interalabes 11 o a diferentes alturas dependiendo de las caractensticas esperadas. Es posible utilizar una o varias hidroaletas 12 a diferente altura en el mismo canal interalabes 11. Todas estas caractensticas configuran las diferentes realizaciones del sistema de la invencion.
Preferiblemente la cuerda de la hidroaleta es mas larga en el lado en el que esta se conecta al canal de aireacion 20 y su longitud disminuye a lo largo del canal interalabes 11 con el fin de minimizar las perdidas por friccion.
La solucion propuesta segun la invencion da como resultado un sistema de aireacion distribuida 100 que puede situarse exactamente allf donde la admision de aire es la mas eficiente para la condicion de funcionamiento considerada de la turbina hidraulica. La salida del rodete 10 es un lugar apropiado que permite un buen mezclado entre aire y agua; ademas, la eficiencia del sistema de admision de aire aumenta cuando la presion del agua en el lugar de inyeccion es baja. La presion en la salida del rodete vana en azimut desde el lado de succion 102 de los alabes hasta el lado de presion 101 y en la vista meridiana desde el lado de la banda hasta el lado de la corona. El sistema de aireacion propuesto 100 es el unico que permite una admision de aire en los canales interalabes 11 desde cualquier lugar optimizado en el lado de succion 102 hasta cualquier lugar optimizado en el lado de presion 101.
El diseno propuesto es una solucion apropiada que satisface las demandas de aumento de oxfgeno disuelto del mercado en la actualidad. Concierne principalmente a turbinas Francis, pero podna considerarse tambien para turbinas de helice.
Aunque la presente invencion se ha descrito completamente en relacion con realizaciones preferidas, es evidente que pueden introducirse modificaciones dentro del alcance de la misma, no considerandose esta como limitada por
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estas realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.
Numeros de referencia
31 Turbina hidraulica
202 Eje vertical de turbina hidraulica
204 Arbol de accionamiento de turbina hidraulica
206 Generador
22 Tubena de presion en turbina hidraulica
24 Cubierta en turbina hidraulica
26 Tubo de descarga en turbina hidraulica
2022 Corona en turbina hidraulica
2020 Banda en turbina hidraulica
2080 Borde delantero de alabes de rodete 2082 Borde trasero de alabes de rodete 2084 Superficie inferior de alabes de rodete 2086 Superficie superior de alabes de rodete
100 Sistema de aireacion
10 Rodete de turbina hidraulica
12 Hidroaletas
11 Canales interalabes
101 Lado de presion de canal interalabes
102 Lado de succion de canal interalabes
2 Alabes de rodete
20 Canal de aireacion de alabes
13 Placa de hidroaleta
14 Placa de hidroaleta

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de aireacion (100) para el rodete (10) de una turbina hidraulica, comprendiendo el rodete (10) una pluralidad de alabes (2) de tal manera que se configuran canales interalabes (11) entre cada par de alabes (2) para la admision de aire en el flujo de agua que circula por la turbina hidraulica, caracterizado por que el sistema de aireacion (100) comprende al menos una hidroaleta (12) situada en el canal interalabes (11) del rodete (10) y que hace contacto con el par de alabes (2) que configuran el canal interalabes (11) en el que esta situada la hidroaleta (12), de tal manera que la hidroaleta (12) tiene un perfil no axialmente simetrico y de tal manera que al menos uno de los alabes (2) en contacto con la hidroaleta (12) comprende un canal de aireacion (20) que suministra aire a la hidroaleta (12).
  2. 2. Sistema de aireacion (100) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el canal de aireacion (20) suministra aire desde la corona del rodete hasta la hidroaleta (12).
  3. 3. Sistema de aireacion (100) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el canal de aireacion (20) suministra aire desde la banda del rodete hasta la hidroaleta (12).
  4. 4. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que comprende un dispositivo electronico que controla el flujo de aire a traves del sistema de aireacion (100).
  5. 5. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la hidroaleta (12) esta conectada al lado de presion (101) del canal interalabes (11).
  6. 6. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que la hidroaleta (12) esta conectada al lado de succion (102) del canal interalabes (11).
  7. 7. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado por que la hidroaleta (12) esta conectada al lado de presion (101) y al lado de succion (102) del canal interalabes (11).
  8. 8. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la hidroaleta (12) comprende dos placas (13, 14) y un paso libre entre ellas para permitir la admision de aire.
  9. 9. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado por que la hidroaleta (12) comprende una placa y comprende tambien una pluralidad de canales de aireacion en su interior para permitir la admision de aire.
  10. 10. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una pluralidad de hidroaletas (12), teniendo cada una de ellas un perfil hidraulico diferente.
  11. 11. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que comprende una pluralidad de hidroaletas (12), teniendo todas ellas el mismo perfil hidraulico.
  12. 12. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende una pluralidad de hidroaletas (12), todas ellas situadas a la misma altura en los canales interalabes (11) con respecto al rodete (10).
  13. 13. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado por que comprende una pluralidad de hidroaletas (12), todas ellas situadas a diferentes alturas en los canales interalabes (11) con respecto al rodete (10).
  14. 14. Sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizado por que comprende una pluralidad de hidroaletas (12), todas ellas situadas a diferentes alturas con respecto al rodete (10) en un solo y mismo canal interalabes (11).
  15. 15. Turbina hidraulica que comprende un sistema de aireacion (100) segun cualquiera de las reivindicaciones 1-14.
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