ES2604584T3 - Turbina para una instalación hidroeléctrica - Google Patents

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ES2604584T3 ES06762511.1T ES06762511T ES2604584T3 ES 2604584 T3 ES2604584 T3 ES 2604584T3 ES 06762511 T ES06762511 T ES 06762511T ES 2604584 T3 ES2604584 T3 ES 2604584T3
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Abstract

Turbina para una instalación hidroeléctrica para generar energía eléctrica con un rodete (4) con una pluralidad de paletas de turbina (1), un distribuidor (6) con una pluralidad de paletas de apoyo (5) que están dispuestas en la dirección de flujo por detrás del rodete (4) y sirven como aparato de apoyo de la turbina, caracterizada por que el ángulo de inclinación de las paletas de turbina (1) del rodete (4) está configurado de manera ajustable, estando la turbina configurada como rotor a barlovento para que haya un flujo fundamentalmente no perturbado por la turbina en la dirección de flujo hacia las paletas de turbina (1), teniendo el rodete (4) un cubo (3) esférico para unir las paletas (1) con el rodete (4), estando las paletas (1) unidas con arrastre de forma con el cubo (3), estando el ángulo de inclinación de las paletas de turbina (1) configurado de modo que se puede ajustar de -20° a 140° y estando las paletas de turbina (1) configuradas de manera ajustable en este intervalo angular sin que se forme una rendija entre las paletas de turbina (1) y el cubo (3).

Description

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DESCRIPCION
Turbina para una instalacion hidroelectrica
La presente invencion se refiere a una turbina para una instalacion hidroelectrica para generar energfa electrica y a una instalacion hidroelectrica con una turbina correspondiente.
Son conocidas centrales hidroelectricas o instalaciones hidroelectricas con turbinas que fundamentalmente estan divididas en tres niveles. El primer nivel constituye, por regla general, un aparato de apoyo con el que se mantiene la turbina en su posicion en un canal. Ademas esta previsto un distribuidor que habitualmente esta dispuesto por delante del rodete. Finalmente, el propio rodete esta dispuesto con las paletas detras del mismo. Por tanto se influye en un flujo de una turbina de este tipo en estos tres niveles o puntos.
En "Wasserkraftanlagen", 3a edicion, Springer Verlag 2003 de Jurgen Giesecke y Emil Mosonyi estan mostradas varias instalaciones hidroelectricas. En este caso, por ejemplo, esta mostrada una turbina de tubo Kaplan. Esta turbina tiene un pozo de entrada, la turbina y un tubo de aspiracion que se encuentran en gran parte en una lmea y estan inclinados de manera horizontal o ligeramente con respecto a la horizontal. Esto tiene la ventaja de que se evita un cambio multiple de la direccion de flujo a favor de un rendimiento energetico mayor. La turbina tiene paletas de apoyo, paletas directrices y un rodete dispuesto por detras de las mismas con paletas correspondientes.
Ademas son conocidas unidades de turbina de flujo recto, estando un generador dispuesto de manera concentrica fuera del tubo de corriente, de modo que el generador no se encuentra en el interior del recipiente de carcasa. El rodete esta compuesto por un cubo, paletas de rodete y una corona de rodete que tfpicamente se fabrican formando una unidad como construccion de soldadura. Una cruceta de soporte esta dispuesta en la direccion de flujo por delante de las paletas directrices y el rodete con las paletas de rodete.
El distribuidor dispuesto por delante del rodete se utiliza girando las paletas directrices o paletas de apoyo para apagar la turbina al ajustarse las paletas de modo que se apoyan unas en otras y, de este modo, cierran el canal.
Como estado de la tecnica se hace referencia en este punto ademas en general a los siguientes documentos: DE 34 29 288 A1, DE 884 930 C, EP 0 622 543 A1, CH 332 959, US 2005/0001432 A1 y WO 03/056169 A1.
Por tanto, el objetivo de la presente invencion es prever una turbina y una instalacion hidroelectrica con una turbina correspondiente que tenga una estructura simplificada y un mayor rendimiento.
Este objetivo se consigue mediante una turbina de acuerdo con la reivindicacion 1 y mediante una instalacion hidroelectrica de acuerdo con la reivindicacion 6.
Por tanto se preve una turbina para una instalacion hidroelectrica. La turbina tiene un rodete con una pluralidad de paletas, estando el rodete dispuesto por delante de un distribuidor (en la direccion de flujo). El angulo de inclinacion de las paletas del rodete esta configurado de manera ajustable.
Debido al hecho de que el rodete esta dispuesto por delante del distribuidor (en la direccion de flujo), el flujo incide en primer lugar sobre el rodete y solo despues sobre el distribuidor, de modo que resultan condiciones de flujo optimas para el rodete.
Debido al hecho de que no esta previsto un aparato de apoyo independiente, se omiten completamente las perdidas de un flujo alrededor del aparato de apoyo, por lo que resulta un rendimiento aumentado en comparacion con el estado de la tecnica.
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, el rodete tiene un cubo esferico para unir las paletas de turbina con el rodete. La configuracion esferica del cubo permite ajustar el angulo de inclinacion de las paletas de turbina a gran escala.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invencion, las paletas de turbina se apoyan con arrastre de forma en el cubo esferico, de modo que se pueden evitar condiciones de flujo desfavorables, ya que las paletas de turbina sigue al cubo.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invencion, el angulo de inclinacion de las paletas de turbina se puede ajustar en un angulo de -20° a 140°, de modo que el rodete se puede frenar o acelerar cuando el angulo de inclinacion de las paletas de turbina se elige de manera correspondiente.
Aspectos adicionales de la presente invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes.
La invencion se explica a continuacion en mas detalle haciendo referencia a los dibujos.
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figura 1a
La
figura 1b
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figura 1c
La
figura 2a
La
figura 2b
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figura 2c
La
figura 3a
La
figura 3b
La
figura 3c
muestra una representacion esquematica de una turbina de acuerdo con el primer ejemplo de realizacion,
muestra una representacion esquematica adicional de una turbina de acuerdo con el primer ejemplo de realizacion,
muestra una vista frontal de una turbina de acuerdo con el primer ejemplo de realizacion, muestra una representacion esquematica de una turbina de acuerdo con el segundo ejemplo de realizacion,
muestra una representacion esquematica adicional de una turbina de acuerdo con el segundo ejemplo de realizacion,
muestra una vista frontal de una turbina de acuerdo con el segundo ejemplo de realizacion, muestra una representacion esquematica de una turbina de acuerdo con el tercer ejemplo de realizacion,
muestra una representacion esquematica adicional de una turbina de acuerdo con el tercer ejemplo de realizacion, y
muestra una vista frontal de una turbina de acuerdo con el tercer ejemplo de realizacion.
La figura 1a muestra una representacion esquematica de una turbina de acuerdo con un primer ejemplo de realizacion. La figura 1b muestra una representacion adicional de la turbina de acuerdo con la figura 1a. En la figura 1c esta mostrada una vista frontal de la turbina de acuerdo con las figuras 1a y 1b. La turbina tiene un rodete 4 con paletas de turbina 1 que estan unidas con un cubo 3 configurado fundamentalmente de manera esferica. El rodete 4 con las paletas de turbina 1 se encuentra por delante de un distribuidor 6 en la direccion de flujo. Por tanto, en el caso de la presente turbina se trata de un rotor a barlovento. Dicho de otro modo, el distribuidor 6 se encuentra por detras del rodete 4 y, al mismo tiempo, apoya el rodete en el canal, de modo que se puede rescindir de un aparato de apoyo adicional. Por tanto, el distribuidor 6 tiene tambien un cojinete.
Por tanto, el flujo incide en primer lugar libremente sobre el rodete 4, de modo que se puede extraer una energfa maxima del flujo antes de que el flujo incida sobre el distribuidor 6. El distribuidor 6 esta configurado a este respecto de modo que esta garantizada una evacuacion de flujo optima del agua al reducirse perdidas de torsion, de modo que se evita una acumulacion y un colapso asociado del rendimiento.
El distribuidor tiene paletas de apoyo 5. En el primer ejemplo de realizacion estan previstas siete paletas de apoyo 5. Las paletas de apoyo 5 estan configuradas preferiblemente de modo que no se pueden ajustar.
Las paletas 1 del rodete 4 se pueden ajustar en un intervalo de -20° a 140°, preferiblemente de -10° a 120°, de modo que es posible un ajuste de inclinacion de las paletas de turbina 1. Por tanto, las paletas del rodete se pueden ajustar en cualquier posicion sin que se forme una rendija entre las paletas de turbina 1 y el cubo, ya que las paletas de turbina 1 se apoyan con arrastre de forma en el cubo debido a la forma esferica del cubo.
Mediante el ajuste en 90° de las paletas 1, las paletas se giran a una denominada "posicion de bandera", es decir, el agua fluye pasando por las paletas y a traves del distribuidor 6 sin que el rodete 4 se mueva. De este modo tambien se puede evacuar entonces agua a traves del canal de turbina cuando la turbina no esta en funcionamiento, y el canal no se tiene que bloquear para frenar y, dado el caso, parar el rodete.
Mediante el ajuste de las paletas del rodete 4 y debido al hecho de que se puede detener el rodete 4 al poderse girar las paletas a una posicion de bandera, no es necesaria una posibilidad de ajuste de las paletas de apoyo.
En las figuras 2a a 2c esta mostrada una turbina de acuerdo con el segundo ejemplo de realizacion. Aqrn, la estructura de la turbina de acuerdo con el segundo ejemplo de realizacion se corresponde fundamentalmente con la estructura de la turbina de acuerdo con el primer ejemplo de realizacion. Tal como en el primer ejemplo de realizacion estan previstas siete paletas de apoyo 5 en el distribuidor. Sin embargo, a diferencia del primer ejemplo de realizacion estan previstas cuatro paletas en el rodete.
Las figuras 3a a 3c muestran en cada caso una turbina de acuerdo con el tercer ejemplo de realizacion. La estructura de la turbina de acuerdo con el tercer ejemplo de realizacion se corresponde fundamentalmente con la estructura de la turbina de acuerdo con el primer y segundo ejemplo de realizacion. A diferencia de las turbinas de acuerdo con el primer y segundo ejemplo de realizacion estan previstas cinco paletas de apoyo 5 en el distribuidor.
En las tres formas de realizacion mostradas anteriormente, las paletas 1 del rodete 3 estan configuradas de manera ajustable, de modo que la turbina se puede apagar mediante un ajuste de las paletas. Por tanto no es necesaria una posibilidad de ajuste de las paletas del distribuidor para interrumpir el flujo en el canal.
En los tres ejemplos de realizacion mostrados anteriormente, el rodete esta unido con un arbol 10 que, a su vez, se puede acoplar a un generador electrico para convertir el movimiento de rotacion del arbol 10 en energfa electrica.
Por tanto, la turbina de acuerdo con la invencion es un rotor a barlovento, es decir, el distribuidor se encuentra por detras del rodete 4. El distribuidor es tanto un apoyo como un cojinete para la turbina. Las paletas 1 del rodete 4
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estan configuradas de modo que se pueden ajustar en un angulo de -20° a 140°. El cubo 3 del rodete 4 esta configurado fundamentalmente de manera esferica para que las paletas 1 del rodete 3 se puedan ajustar en cualquier angulo sin que exista una rendija. Por tanto, el flujo incide en primer lugar sobre el rodete 4 antes de que se retransmita al interior del distribuidor 6, de modo que se forman condiciones de flujo optimas para el rodete 4. Por tanto, la turbina de acuerdo con la invencion tiene solo dos niveles, es decir, el rodete y el distribuidor.
La turbina anteriormente descrita para una instalacion hidroelectrica esta acoplada preferiblemente sin engranaje (mediante el arbol 10) con un generador para generar corriente electrica, es decir, se preve un sistema sin engranaje a partir de una turbina y un generador.
El generador acoplado con la turbina esta configurado preferiblemente con un numero de revoluciones variable. Para ello, el sistema o la instalacion hidroelectrica tiene preferiblemente, ademas del generador, un rectificador y un convertidor que entonces, a su vez, se puede conectar a una red. Al prever el rectificador y el convertidor, el generador se puede operar tambien con diferentes numeros de revoluciones, ya que mediante el rectificador y el convertidor se puede convertir la tension o potencia generada mediante el generador en la frecuencia de red necesaria.
Mediante la configuracion con un numero de revoluciones variable del generador se puede posibilitar un mayor rendimiento, ya que tambien en este caso se puede emitir potencia generada por el generador electrico a la red cuando el numero de revoluciones del generador no sena suficiente para proporcionar la frecuencia requerida por la red.
Cuando la turbina de acuerdo con la invencion esta acoplada con un generador electrico y se emplea en una central hidroelectrica se pueden formar diferencias diferentes entre las aguas arriba (la parte acumulada del agua) y las aguas abajo (una parte expuesta por una marea por debajo de un nivel de acumulacion). Sin embargo, la potencia generada por la central hidroelectrica depende directamente de la diferencia de nivel entre las aguas arriba y las aguas abajo. Si ahora se utiliza una turbina con un generador con un numero de revoluciones fijo, entonces este generador solo se puede emplear cuando la altura de cafda del agua (la diferencia de nivel entre las aguas arriba y las aguas abajo) permite un numero de revoluciones necesario del generador.
El generador electrico con un numero de revoluciones variable de acuerdo con la invencion con un convertidor siguiente tambien se puede operar con un numero de revoluciones por debajo del numero de revoluciones necesario, es decir, tambien con diferentes potencias. Por tanto, la turbina de acuerdo con la invencion tambien puede funcionar cuando el numero de revoluciones de la turbina cae por debajo de un numero de revoluciones necesario por lo demas.

Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Turbina para una instalacion hidroelectrica para generar energfa electrica con un rodete (4) con una pluralidad de paletas de turbina (1), un distribuidor (6) con una pluralidad de paletas de apoyo (5) que estan dispuestas en la direccion de flujo por detras del rodete (4) y sirven como aparato de apoyo de la turbina, caracterizada por que el angulo de inclinacion de las paletas de turbina (1) del rodete (4) esta configurado de manera ajustable, estando la turbina configurada como rotor a barlovento para que haya un flujo fundamentalmente no perturbado por la turbina en la direccion de flujo hacia las paletas de turbina (1), teniendo el rodete (4) un cubo (3) esferico para unir las paletas (1) con el rodete (4), estando las paletas (1) unidas con arrastre de forma con el cubo (3), estando el angulo de inclinacion de las paletas de turbina (1) configurado de modo que se puede ajustar de -20° a 140° y estando las paletas de turbina (1) configuradas de manera ajustable en este intervalo angular sin que se forme una rendija entre las paletas de turbina (1) y el cubo (3).
  2. 2. Instalacion hidroelectrica con al menos una turbina de acuerdo con la reivindicacion 1.
  3. 3. Instalacion hidroelectrica de acuerdo con la reivindicacion 2, estando la turbina dispuesta en un canal y estando el distribuidor (6) configurado para apoyar el rodete (4) en el canal.
  4. 4. Instalacion hidroelectrica de acuerdo con la reivindicacion 3 que tiene ademas un generador electrico para generar energfa electrica, estando el generador electrico acoplado sin engranaje con la turbina.
  5. 5. Instalacion hidroelectrica de acuerdo con la reivindicacion 3, estando el generador configurado con un numero de revoluciones variable.
  6. 6. Instalacion hidroelectrica de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, que tiene ademas un rectificador para rectificar la tension de salida electrica del generador y un convertidor que esta acoplado, por un lado, con el rectificador y, por otro lado, con una conexion de red, sirviendo el convertidor para emitir potencia electrica a la red con una frecuencia requerida por la red.
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