ES2625157T3 - Dispositivo de reglaje para las paletas de rueda motriz de una turbina - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de reglaje para las paleta de rueda motriz de turbinas, que están dispuestas sobre un rodete, en donde está previsto un servocilindro hidráulico (5) y en donde está previsto un servocilindro adicional (6), caracterizado porque las bielas de reglaje (7, 8) de los servocilindros (5, 6) están montadas de forma giratoria con un extremo a un cigüeñal de reglaje (9), unido fijamente al eje (3) de la paleta de rueda motriz (2), y hacen posible un movimiento para un giro de 360º de la paleta de rueda motriz (2).

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo de reglaje para las paletas de rueda motriz de una turbina
La invencion se refiere a un dispositivo de reglaje para las paleta de rueda motriz de turbinas, que estan dispuestas sobre un rodete, en donde esta previsto un servocilindro hidraulico y en donde esta previsto un servocilindro adicional.
Se conocen sistemas de reglaje de paletas de turbina p.ej. del documento US 2,951,380, que muestra un dispositivo para el reglaje redproco de paletas de turbina. La biela de reglaje del segundo servomotor esta unida aqrn a un segmento de rueda dentada, que engrana en un segmento de rueda dentada adicional en el ciguenal de reglaje. Aqrn no es posible un giro de 360° de las paletas de turbina.
Las paletas de rueda motriz de dispositivos de reglaje se emplean p.ej. en turbinas Kaplan para conseguir, con todos los caudales, siempre el grado de eficacia mas favorable. El margen de reglaje de las paletas de rueda motriz, en el caso de las turbinas axiales por las que existe un flujo unilateral, es con ello de aprox. 30°. En las turbinas axiales reversibles, por las que existe flujo en ambos sentidos, aumenta el margen de reglaje necesario para un posicionamiento optimo de las paletas de rueda motriz hasta al menos 200°. Esto no puede realizarse con la solucion actual con un servocilindro hidraulico, ya que aqrn en una posicion angular se produce un punto muerto, en el que el brazo de momento se hace cero y de este modo ya no puede realizarse un reglaje adicional.
Existen soluciones alternativas, en cuanto que por un lado se elige un perfil de paleta simetrico con un grado de eficacia reducido y, por otro lado, el movimiento de reglaje se realiza por ejemplo mediante cremalleras.
La finalidad de la invencion consiste por lo tanto en ofrecer una solucion para el reglaje de las paletas de rueda motriz, tambien para turbinas axiales reversibles.
Esto se realiza conforme a la invencion por medio de que las bielas de reglaje de los servocilindros estan montadas de forma giratoria con un extremo al ciguenal de reglaje, unido fijamente al eje de la paleta de rueda motriz, y hacen posible un movimiento para un giro de 360° de la paleta de rueda motriz.
Un perfeccionamiento ventajoso de la invencion esta caracterizado porque los cojinetes de las bielas de reglaje estan dispuestos descentrados, es decir por fuera del eje de giro del rodete, en donde los servocilindros pueden estar dispuestos concentricamente. De este modo los servocilindros pueden estar dispuestos concentricamente, por un lado, lo que ahorra espacio. Por otro lado ambos servocilindros tienen en cada posicion de ciguenal siempre fuerza suficiente para accionar el ciguenal.
Una configuracion alternativa de la invencion esta caracterizada porque los servocilindros estan construidos como cilindros aislados, en donde los servocilindros pueden presentar un vastago de embolo comun.
Ha demostrado ser especialmente favorable que el servocilindro auxiliar en la zona del punto muerto de la biela de reglaje del servocilindro principal asuma el reglaje de las paletas, en donde el servocilindro auxiliar de forma preferida no tiene presion en la parte restante de la carrera. De este modo puede hacerse posible el reglaje en todo el margen de ajuste con un reducido consumo de energfa.
A continuacion se describe a modo de ejemplo la invencion basandose en los dibujos, en donde la fig. 1 muestra una vista de una turbina en la que se aplica la invencion,
la fig. 2 representa una exposicion esquematica del dispositivo de reglaje conforme a la invencion,
la fig. 3 una configuracion conforme a la invencion del dispositivo de reglaje,
la fig. 4 una configuracion alternativa del dispositivo de reglaje conforme a la invencion,
las figs. 5a a 5h el desarrollo del reglaje de las paletas con un giro de 360°,
la fig. 6 otra configuracion del dispositivo de reglaje conforme a la invencion,
la fig. 7 un corte a traves de la fig. 6 a lo largo de la lmea VII-VU,
la fig. 8 un corte a traves de un rodete de turbina con una disposicion alternativa conforme a la invencion, y las figs. 9a a 9e el desarrollo del reglaje de las paletas en la disposicion alternativa.
La fig. 1 muestra una rueda motriz Kaplan 1, que en este ejemplo presenta tres paletas o paletas de rueda motriz 2, que estan fijadas al rodete de rueda motriz 3 de forma que pueden girar o bascular. Mediante esta capacidad de reglaje se garantiza que las paletas de rueda motriz 2 esten siempre en la posicion optima para un grado de eficacia optimo. El posicionamiento de las paletas de rueda motriz 2 se adapta de este modo siempre a la corriente de agua. Una rueda motriz 1 de este tipo puede usarse tambien como rueda motriz axial en tubenas. Aqrn se produce
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despues en casos con inversion de flujo, el problema de que la rueda motriz en general solo puede estar construida optimamente en cuanto a su grado de eficacia para un sentido de flujo. Para evitar esto se eligen aqm despues con frecuencia geometnas de paleta de rueda motriz que, aunque no son optimas para el sentido de flujo individual, en suma estan sin embargo adaptadas adecuadamente a ambos sentidos.
En la fig. 2 se muestra una exposicion esquematica de un dispositivo conforme a la invencion. Puede verse una paleta de rueda motriz 2, que esta unida a un disco de paletas o ciguenal de reglaje 9. En el munon de ciguenal 15 engranan las dos bielas 7, 8 de los dos servocilindros, en donde los cojinetes de biela 13 (servocilindro izquierdo) y los cojinetes de biela 14 (servocilindro derecho) estan dispuestos con una separacion 16 respecto al eje de giro l7 del rodete. La lmea de union de los cojinetes de biela 13, 14 esta dispuesta ventajosamente en paralelo al eje 17 del rodete 3.
La fig. 3 muestra una variante de un dispositivo de reglaje conforme a la invencion, en donde aqm dos servocilindros estan combinados y dispuestos en una carcasa de cilindro comun. La paleta de rueda motriz 2 montada de forma giratoria en el rodete esta unida, montada de forma giratoria, mediante dos actuadores 5 y 6 que actuan linealmente (en caso normal cilindros hidraulicos) a traves de unas bielas (barras articuladas) 7, 8 al munon de ciguenal 15 del ciguenal de reglaje 9. Mediante la disposicion excentrica de los cojinetes de biela 13, 14 se garantiza, incluso si una biela 7, 8 se encuentra en una posicion de punto muerto, que la otra biela puede accionar el ciguenal de reglaje 9. Las gmas perimetricas 18 transmiten las fuerzas reactivas de biela al rodete 3. Los dos servocilindros 5, 6 estan dispuestos a este respecto sobre un vastago de embolo 4 comun. Esta disposicion representa una forma constructiva muy compacta.
En la fig. 4 se ha representado otra variante de la invencion, en donde aqm estan previstos dos servocilindros 5, 6 aislados. Tambien aqm los cojinetes de biela 13, 14 de ambas bielas 7, 8 estan dispuestos excentricamente, es decir, los cojinetes 13, 14 estan situados por fuera del eje de rodete 17.
Las figs. 5a a 5h muestran el desarrollo del movimiento para un giro de 360° de una paleta de rueda motriz 2. El movimiento respectivo de los cilindros 5, 6 se ha representado mediante las flechas 5' o 6'. El movimiento del munon de ciguenal 15 se designa con la flecha 15'.
La fig. 5a muestra un movimiento de los servocilindros 5, 6 en el mismo sentido 5' y 6' hacia la izquierda. De este modo el munon de ciguenal 15 hacia fuera del punto extremo en sentido 15' contrario a las agujas del reloj. En la fig. 5b se alcanza despues el 1er punto muerto (izquierdo) del cilindro 6 (por ello no hay flecha 6'). El cilindro izquierdo 5 asume aqm toda la fuerza de traccion para el giro del munon de ciguenal 15. Una vez superado este punto muerto por el cilindro 6, este actua de nuevo en el sentido de la flecha 6' hacia la derecha, mientras el cilindro 5 actua asimismo en el sentido 5' hacia la izquierda (fig. 5c). Esto se produce hasta que el cilindro 5 alcanza el 1er punto muerto (izquierdo) (fig. 5d). Aqm el cilindro 6 asume despues toda la fuerza de traccion para el giro del munon de ciguenal 15 en el sentido 15'.
A continuacion actua de nuevo la fuerza del cilindro 5 en la direccion 5', hacia la derecha, en donde enseguida se alcanza el punto extremo inferior del munon de ciguenal 15. De este modo tambien la paleta de rueda motriz 2 ha realizado un giro de 180° (fig. 5e). El movimiento continua hasta que se alcanza el 2° punto muerto (derecho) para el cilindro 6 (vease la fig. 5f). A continuacion se sigue girando el munon de ciguenal 15 conforme a la fig. 5g, hasta que se alcanza el 2° punto muerto (derecho) del cilindro 5 (conforme a la fig. 5h) y el cilindro 6 asume toda la fuerza. De esta forma se conecta despues el desarrollo de movimiento con la fig. 5a, con lo que se ha realizado un giro completo de 360° de la paleta de rueda motriz.
Por lo general no es necesario un giro completo, sino que el posicionamiento de la paleta de rueda motriz 2 se realiza entre dos posiciones, en donde aqm despues el movimiento despues de alcanzarse la “posicion final” se produce en contrasentido y se extiende aprox. en un margen de 220°.
En la fig. 6 se ha representado una configuracion alternativa de la invencion, en la que las bielas de reglaje 7, 8 engranan en diferentes munones de ciguenal 15, 15”. Los munones de ciguenal 15, 15” presentan con ello mutuamente un angulo a alrededor del eje de giro de las paleta de rueda motriz. Este angulo es de forma preferida de 90°, pero tambien puede ser mayor, por ejemplo de 120°.
La fig. 7 muestra un corte a traves de la fig. 6 a lo largo de la lmea VII - VII, es decir, a lo largo del eje de giro del rodete. Esta exposicion se corresponde con la fig. 4, en donde aqm las bielas de reglaje 7, 8 estan dispuestas con diferentes separaciones respecto al eje de giro y engranan en diferentes munones de ciguenal 15, 15”. Todas las piezas restantes se corresponden con las de la fig. 4 y poseen los mismos sfmbolos de referencia.
La fig. 8 muestra a continuacion un modo de realizacion alternativo del dispositivo de reglaje conforme a la invencion, en donde aqm solo se ha representado el rodete de rueda motriz 3 sin la paleta de rueda motriz correspondiente. Este dispositivo de reglaje solo se ha representado solamente para una paleta de rueda motriz, aunque se ha construido al mismo tiempo para todas las paletas de rueda motriz, es decir, en este caso para tres paletas. En el eje de giro de la maquina discurre un vastago de embolo 4, sobre el que esta dispuesto un servocilindro principal 5. En el lado situado enfrente del rodete 3 esta dispuesto un servocilindro auxiliar 6. La biela
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de reglaje 7 del servocilindro principal 5 y la biela de reglaje 8 del servocilindro auxiliar 6 estan dispuestas dislocadas en el ciguenal de reglaje 9, en donde el ciguenal de reglaje 9 esta unido directamente a la paleta de rueda motriz 2 (no representada aqm). El punto de engrane dislocado de las bielas de reglaje 7 y 8 puede abarcar un angulo de entre 9o° y 120° (aqm se han representado aprox. 90°).
Las figs. 9a a 9e muestran las posiciones de las paletas de rueda motriz 2 asf como de los servocilindros 5, 6 para diferentes estados de funcionamiento. Alrededor del dispositivo de reglaje esta dispuesto el rodete 3, que en estado de funcionamiento esta banado con agua.
La fig. 9a muestra el funcionamiento de turbina de la turbina axial reversible con una abertura de paleta minima, en la que el agua viene de forma correspondiente a la flecha 10 desde la izquierda y la turbina gira de este modo en sentido contrario a las agujas del reloj. El punto de engrane de la biela de reglaje 7 del servocilindro principal 5 forma con ello un angulo de -110° (se corresponde con 250°) con el eje de cilindro.
La fig. 9b muestra un estado de funcionamiento de la turbina axial en funcionamiento de turbina con abertura de paleta maxima, en donde aqm la corriente de agua tambien viene conforme a la flecha 10 desde la derecha y la turbina gira en sentido contrario a las agujas del reloj. La corriente de agua se produce de este modo desde el agua superior hasta el agua inferior de la central. El angulo entre el punto de engrane de la biela de reglaje 7 y el eje horizontal es aqm de -70° (se corresponde con 290°), en donde el eje de giro de la maquina se designa con el 11.
La fig. 9c representa a continuacion la situacion cntica, en la que la biela de reglaje 7 del servocilindro principal 5 ha llegado al punto muerto y de este modo no puede aplicar ninguna fuerza para un reglaje adicional de las paletas 2. De este modo, conforme a la invencion aprox. 20° antes y 20° despues de este posicionamiento deja de aplicarse presion al servocilindro principal 5 y se activa el servocilindro auxiliar 6. Mediante la disposicion dislocada de los puntos de engrane de las bielas de reglaje 7 y 8 puede superarse de esta forma el punto muerto del servocilindro principal 5 junto con la biela de reglaje 7. Durante el tiempo restante no se aplica presion al servocilindro auxiliar 6 y solo rota.
En la fig. 9d se ha representado despues el funcionamiento de bomba o tambien un funcionamiento de turbina en el 2° sentido, en donde aqm la corriente de agua conforme a la flecha 12 viene de la derecha y el sentido de giro de la turbina axial es en el sentido de las agujas del reloj. En el caso de la minima abertura de paleta conforme a la fig. 9d, el angulo de la biela de reglaje 7 del servocilindro principal 5 con respecto al eje horizontal es de +70°.
Si la turbina axial en funcionamiento de bomba o en funcionamiento de turbina en el 2° sentido se hace funcionar con maxima abertura de paleta, se obtiene una posicion como la que se representa en la fig. 9e, con un angulo de 110° y un sentido de flujo desde la derecha conforme a la flecha 12, lo que conduce a un sentido de giro en el sentido de las agujas del reloj.
Los angulos aqm indicados de la biela de reglaje 7 con respecto al eje son a modo de ejemplo y pueden variar tambien de forma insignificante. El posicionamiento de las bielas de reglaje con abertura de paleta maxima y minima depende aqm de la estructura de paleta. El margen alrededor del punto muerto tambien puede variar, segun el angulo de dislocamiento de los puntos de engrane de las bielas de reglaje 7 y 8 y la fuerza que puede aplicar el servocilindro auxiliar 6. Sin embargo, es esencial que en este margen no se aplique presion al servocilindro principal 5 y, fuera del margen, no se aplique presion al servocilindro auxiliar 6.
La invencion no esta limitada por los dibujos. De este modo tambien podna realizase un giro completo de las paletas de rueda motriz en contrasentido respecto al sentido mostrado en las figs. 5a a 5h (es decir en el sentido de las agujas del reloj). Por ejemplo tambien la estructura del servocilindro puede tener otro aspecto.

Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Dispositivo de reglaje para las paleta de rueda motriz de turbinas, que estan dispuestas sobre un rodete, en donde esta previsto un servocilindro hidraulico (5) y en donde esta previsto un servocilindro adicional (6), caracterizado porque las bielas de reglaje (7, 8) de los servocilindros (5, 6) estan montadas de forma giratoria con un extremo a un ciguenal de reglaje (9), unido fijamente al eje (3) de la paleta de rueda motriz (2), y hacen posible un movimiento para un giro de 360° de la paleta de rueda motriz (2).
  2. 2. - Dispositivo de reglaje segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el cilmdrico hidraulico esta previsto como servocilindro principal (5) y el servocilindro adicional como servocilindro auxiliar (6), que esta dispuesto enfrente del servocilindro principal (5), y su biela de reglaje (8) esta dispuesta dislocada con un angulo (a) en relacion a la biela de reglaje (7) del servocilindro principal (5) sobre el ciguenal de reglaje (9).
  3. 3. - Dispositivo de reglaje segun la reivindicacion 2, caracterizado porque el angulo de reglaje (a) entre los puntos de engrane de las bielas de reglaje (7, 8) del servocilindro principal (5) y del servocilindro auxiliar (6) es de entre 60° y 120°.
  4. 4. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque el servocilindro auxiliar (6) presenta una fuerza de entre el 10 % y el 30 %, de forma preferida aprox. del 20 % del servocilindro principal (5).
  5. 5. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque el servocilindro auxiliar (6) en la zona del punto muerto de la biela de reglaje del servocilindro principal (5) asume el reglaje de paletas y al servocilindro principal (5) no se aplica presion, pudiendo ser el intervalo de aprox. 20° antes y aprox. 20° despues del punto muerto.
  6. 6. - Dispositivo de reglaje segun la reivindicacion 5, caracterizado porque el servocilindro auxiliar (6) no tiene presion en la parte restante de la carrera.
  7. 7. - Dispositivo de reglaje segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los cojinetes (13, 14) de las bielas de reglaje (7, 8) estan dispuestos excentricamente, es decir, por fuera del eje de giro (17) del rodete (3).
  8. 8. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los servocilindros (5, 6) estan dispuestos concentricamente.
  9. 9. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los servocilindros (5, 6) estan construidos como cilindros aislados.
  10. 10. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los servocilindros (5, 6) presentan un vastago de embolo (4) comun.
  11. 11. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque las bielas de reglaje (7, 8) estan dispuestas sobre un vastago (15) comun, que esta unido al ciguenal de reglaje (9).
  12. 12. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque las bielas de reglaje (7, 8) estan dispuestas en diferentes planos distanciadas del eje de giro (17) del rodete (3).
  13. 13. - Dispositivo de reglaje segun la reivindicacion 12, caracterizado porque las bielas de reglaje (7, 8) estan dispuestas sobre diferentes vastagos (15, 15”), que estan dispuestos formando un angulo entre ellos alrededor del eje de giro de la paleta de rueda motriz (2).
  14. 14. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque los cojinetes (13, 14) de las bielas de reglaje (7, 8) de todas las paleta de rueda motriz (2) de la turbina (1) dispuestas sobre el rodete estan unidos a los mismos servocilindros (5, 6).
  15. 15. - Dispositivo de reglaje segun una de las reivindicaciones 7 a 14, caracterizado porque en cada posicionamiento de ciguenal al menos una biela de reglaje (7, 8) de una paleta de rueda motriz (2) de la turbina (1) genera un par de giro sobre el ciguenal de reglaje (9) de la paleta de rueda motriz (2).
ES14190803.8T 2013-11-07 2014-10-29 Dispositivo de reglaje para las paletas de rueda motriz de una turbina Active ES2625157T3 (es)

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