ES2833032T3 - Contador de rueda de turbina - Google Patents

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Abstract

Contador de rueda de turbina para la medicion de caudal de un liquido, con un equipo de medicion (4), con entrada (2) y una salida (3) para el liquido que va a medirse, con un canal de flujo (7) previsto entre entrada y salida (2, 3) y con una turbina (5) que presenta una rueda de turbina (6, 60) dispuesta en el canal de flujo (7) con palas curvadas (8) y en el que la rueda de turbina (6, 60) interacciona con el equipo de medicion (4) para la medicion de caudal del liquido, en el que la turbina (5) esta configurada como turbina radial (5.1) con palas curvadas de manera sencilla (8) en la rueda de turbina (6, 60) caracterizado por que las palas (8) discurren curvadas hacia delante en sus bordes de ataque (8.1) y por lo tanto discurren curvadas hacia delante en el sentido de giro (16) de la rueda de turbina (6, 60).

Description

DESCRIPCIÓN
Contador de rueda de turbina
Campo técnico
La invención se refiere a un contador de rueda de turbina para la medición de caudal de un líquido, en particular agua, con un equipo de medición, con una entrada y una salida para el líquido que va a medirse, con un canal de flujo previsto entre entrada y salida y con una turbina que presenta una rueda de turbina dispuesta en el canal de flujo con palas curvadas y en el que la rueda de turbina con el equipo de medición para la medición de caudal del líquido
Estado de la técnica
Los contadores de rueda de turbina con una rueda de turbina configurada como una rueda de aletas en un canal de flujo para líquido, en concreto, agua potable, son conocidos por el estado de la técnica. De este modo, por ejemplo, el documento EP0512325A2 divulga la provisión de palas en la rueda de turbina en el caso de un contador de rueda de aletas de chorro único o de chorro múltiple, cuyas palas se estrechan hacia una punta en el extremo delantero de la rueda de turbina. De esta manera, la rueda de aletas del contador de rueda de turbina debe tener un valor de arranque reducido y por lo tanto una sensibilidad más alta del equipo de medición, que interacciona con la rueda de turbina para la medición de caudal del líquido. También se conoce, por ejemplo, reducir el valor de arranque de un contador de chorro único con una tobera delante de la rueda de aletas con palas radiales (documento DE 0669520 A1). Sin embargo, todas estas medidas constructivas para aumentar la sensibilidad de medición requieren una mayor caída o pérdida de presión en el contador de rueda de turbina.
El documento GB 529615 A divulga un contador de rueda de turbina para la medición de caudal de un líquido, con un equipo de medición, con un canal de flujo previsto entre entrada y salida y con una turbina que presenta una rueda de turbina con palas curvadas dispuestas en el canal de flujo. La rueda de turbina interacciona con el equipo de medición para la medición de caudal del líquido. La turbina está configurada como turbina radial con palas curvadas de manera sencilla en la rueda de turbina.
Descripción de la invención
Por lo tanto, la invención se ha planteado el objetivo de modificar constructivamente un contador de rueda de turbina del tipo descrito al principio de tal manera que, a pesar de una sensibilidad de medición relativamente alta, exista una pérdida de presión relativamente baja. Además, el contador de rueda de turbina estará realizado a este respecto con una construcción sencilla y presentará una alta estabilidad.
La invención soluciona el objetivo planteado mediante las características de la reivindicación 1.
Si la turbina está configurada como turbina radial, el esfuerzo constructivo en la zona de la rueda de turbina puede reducirse en comparación con una rueda de aletas de un contador de rueda de aletas o una turbina axial de un contador de Woltmann. Las palas de una turbina radial pueden unirse axialmente a la base de rueda de turbina de la rueda de turbina durante un tiempo relativamente largo, lo que no solo facilita la fabricación de la rueda de turbina, sino que también puede permitir una forma constructiva relativamente delgada en la rueda de turbina con una mayor facilidad de movimiento debido a una mayor estabilidad. La turbina radial de acuerdo con la invención también puede conducir a una sensibilidad de medición elevada del contador de rueda de turbina.
En particular, sin embargo, la turbina radial de acuerdo con la invención puede caracterizarse por que está configurada con palas curvadas de manera sencilla en la rueda de turbina, por ejemplo, cerrada. Esto puede mejorar adicionalmente la forma constructiva delgada de la turbina radial, lo que en relación con la forma constructiva relativamente corta conocida por las turbinas radiales permite fuerzas de inercia bajas y puede conducir a una respuesta sensible de la rueda de turbina. El contador de rueda de turbina de acuerdo con la invención con una forma constructiva relativamente delgada y corta puede por lo tanto proporcionar una alta sensibilidad de medición incluso con una baja resistencia al flujo constante a lo largo de la velocidad de giro.
De acuerdo con la invención, puede hacerse posible así un óptimo entre parámetros opuestos, en concreto pérdida de presión y sensibilidad de medición. Por tanto, el contador de rueda de turbina puede ser especialmente adecuado para la medición de caudal de un líquido, en concreto agua, en particular agua potable.
Si la turbina está configurada como turbina radial con palas curvadas de manera sencilla en la rueda de turbina cerrada, debido a la rueda de turbina cerrada puede favorecerse adicionalmente una respuesta sensible a través de un empuje axial reducido sobre el cojinete axial de la rueda de turbina o el rodete, lo que es necesario para la suavidad de la rueda de turbina y lleva así a un valor de arranque bajo. Además, debido a la rueda de turbina cerrada, se reducen las pérdidas en los bordes que se generan en las superficies límite del flujo en la carcasa. Esto se debe en particular a que no tiene lugar ningún movimiento relativo en la rueda de turbina cerrada entre base de rueda de turbina y disco de cubierta delantero, mediante lo cual se puede garantizar una resistencia al flujo constante a lo largo de toda la velocidad de giro de la turbina.
La resistencia al flujo a través de la rueda de turbina se puede reducir adicionalmente teniendo en cuenta las relaciones de presión relativamente bajas en la turbina radial, cuando las palas discurren curvadas hacia delante en sus bordes de ataque. La pérdida de presión del contador de rueda de turbina se puede reducir adicionalmente de esta manera. Además, se puede aumentar con ello la velocidad de reacción del contador de rueda de turbina. A este respecto, en general, es concebible que las palas discurran curvadas al menos en sus bordes de ataque en la dirección del sentido de giro en el que gira la rueda de turbina durante el funcionamiento. La rueda de turbina de acuerdo con la invención con palas curvadas hacia adelante en el sentido de giro puede, por lo tanto, detenerse relativamente rápido, lo que puede aumentar adicionalmente la precisión de medición del contador de rueda de turbina.
La resistencia al flujo de la rueda de turbina también se puede reducir aún más cuando los canales de pala de la rueda de turbina que se forman entre dos palas adyacentes están configurados de manera divergente visto en la dirección de flujo. La pérdida de presión del contador de rueda de turbina se puede reducir adicionalmente de esta manera.
Las pérdidas debidas a efectos de fricción, por ejemplo una separación de flujo en un borde de fuga de las palas de la turbina radial, se pueden reducir cuando el borde de entrada y/o el borde de salida de las palas discurren en forma de arco, en particular en forma de arco circular. Principalmente, un curso en forma de arco circular puede caracterizarse por reducir adicionalmente la resistencia al flujo de la rueda de turbina y con ello reducir la pérdida de presión del contador de rueda de turbina.
El coeficiente de pérdida en la rueda de turbina se puede reducir adicionalmente cuando el contorno de pala de la pala está diseñado asimétrico con respecto a su línea de esqueleto. De esta manera se puede reducir un aumento de la resistencia al flujo de la turbina a lo largo de su velocidad de giro, lo que contribuye a garantizar una pérdida de presión constantemente baja en la rueda de turbina.
Si las palas de la rueda de turbina presentan en planta un contorno de pala falciforme, pueden reducirse adicionalmente pérdidas en la rueda de turbina. En particular, de este modo es posible evitar que se produzcan golpes de ariete que aparecen en perpendicular a la dirección de flujo, lo que por un lado puede conducir a una marcha relativamente suave y, con ello a resultados de medición especialmente precisos en el equipo de medición o en un sensor.
El borde de presión y el borde de succión de la pala pueden discurrir preferentemente en forma de arco, dado que de esta manera se pueden evitar desprendimientos de flujo inducidos por la geometría y con ello se pueden mantener bajas las pérdidas de pala. De este modo se puede reducir aún más la resistencia al flujo a través de la turbina radial y, con ello, la pérdida de presión del contador de rueda de turbina.
Preferentemente, la curvatura del borde de presión de la paleta puede ser menor que la curvatura del borde de succión de la pala, mediante lo cual se puede hacerse posible un canal de flujo virtualmente no ahusado entre el borde de entrada y salida. La turbina radial de acuerdo con la invención puede garantizar así una pérdida de presión especialmente baja.
Si las palas terminan antes de la abertura de succión de la turbina, por ejemplo, el retraso de flujo en el borde de salida se puede reducir lo que puede reducir los efectos adversos en la distribución de la presión del perfil. Por lo tanto, no es necesario tener en cuenta una mayor resistencia al flujo en la turbina radial.
La sensibilidad de arranque de la turbina radial en el caso de una pérdida de presión posiblemente ligeramente mayor puede aumentarse cuando el eje de giro de la turbina radial está inclinado, en particular perpendicular, con respecto a la dirección de flujo en la entrada y salida del contador de rueda de turbina.
La desviación del flujo en la dirección de la rueda de turbina se puede lograr de una manera constructivamente sencilla conectando el canal de flujo del lado de entrada a la rueda de turbina a través de una desviación.
Al tiempo que se evita una carcasa espiral delante de la rueda de turbina, por ejemplo, también se puede prever que el eje de giro de la turbina radial discurra en la dirección de las direcciones de flujo de entrada y salida del contador de rueda de turbina. De esta manera, por ejemplo, mediante una disposición casi alineada de la turbina radial entre entrada y/o salida del contador de rueda de turbina, también se puede conseguir una forma constructiva especialmente compacta.
Se puede conseguir una forma constructiva compacta para una resistencia al flujo baja a través de la turbina radial cuando la base de rueda de turbina de la rueda de turbina discurre de manera cónica.
En el caso de una rueda de turbina abierta, la desviación forma preferentemente el disco de cubierta delantero de la rueda de turbina, lo que puede simplificar aún más la construcción del contador de rueda de turbina.
Breve descripción de los dibujos
En las figuras se representa en más detalle, por ejemplo, el objeto de la invención mediante varias variantes de realización. Muestran
La figura 1 una vista superior de un contador de rueda de turbina representado en sección según un primer ejemplo de realización,
la figura 2 una vista lateral del contador de rueda de turbina de la figura 1,
la figura 3 una vista parcial ampliada de una rueda de turbina de un contador de rueda de turbina según las figuras 1, 4, 5 o 7,
la figura 4 una vista lateral de un contador de rueda de turbina en sección según un segundo ejemplo de realización,
la figura 5 una vista superior de un contador de rueda de turbina representado en sección según un tercer ejemplo de realización, y
la figura 6 una vista lateral del contador de rueda de turbina de la figura 5, y
la figura 7 una vista lateral de un contador de rueda de turbina en sección según un cuarto ejemplo de realización.
Modos de realización de la invención
Según la figura 1, se representa por ejemplo un contador de rueda de turbina 1.1 según un primer ejemplo de realización. El contador de rueda de turbina 1.1 sirve para la medición de caudal de un líquido, en concreto, agua potable, líquido que puede entrar a través de una entrada 2 del contador de rueda de turbina 1.1 y salir a través de su salida 3. La carcasa 18 del contador de rueda de turbina 1.1 está dividida en dos partes, como puede verse en la figura 2.
Para la medición de caudal, el contador de rueda de turbina 1.1 presenta un equipo de medición 4, que trabaja, por ejemplo, según el principio físico de inducción electromagnética, en el que se puede detectar el paso de un imán permanente giratorio 4.1 a través del contador de rueda de turbina 1.2 como codificador rotatorio en una bobina de medición 4.2 y, de este modo contarlo, lo que se aprecia en la figura 2. El caudal se puede inferir basándose en el resultado del contador. La evaluación del resultado de medición o el recuento no tiene que estar necesariamente prevista en el contador de rueda de turbina 1.2. El equipo de medición 4, realizado al menos como un captador (imán permanente/bobina de medición) en el contador de rueda de turbina 12, también puede presentar otros sensores para interactuar con la rueda de turbina 6 para la medición de caudal del líquido.
Para generar este movimiento de rotación medible, al contador de rueda de turbina 1.1 se asigna una turbina 5, cuya rueda de turbina 6 está dispuesta en el canal de flujo 7 del contador de rueda de turbina 1.1 entre entrada 2 y salida 3. La dirección de flujo 7.1 del líquido en el canal de flujo 7 está indicada en la figura 1. La rueda de turbina 6 fluye a través de forma centrípeta, es decir, desde el exterior hacia el interior.
La rueda de turbina 6 presenta varias palas curvadas 8 que ponen la rueda de turbina 6 en rotación en función del caudal. El imán permanente 4.1 está unido a la rueda de turbina 6, mediante lo cual la rueda de turbina 6 interacciona con el equipo de medición 4 para la medición del flujo del líquido.
Para asegurar una alta sensibilidad de medición con una pérdida de presión relativamente baja a través de la rueda de turbina 6, la turbina 5 está configurada como turbina radial 5.1. A este respecto, el líquido fluye radialmente con respecto al eje de giro 9 de la rueda de turbina 6 y posteriormente axialmente desde la rueda de turbina 6. La turbina radial 5.1 está realizada como turbina 5 de una sola etapa, como puede verse en la figura 2.
Además, la turbina radial de acuerdo con la invención 5.1 presenta palas 8 curvadas de manera sencilla en la rueda de turbina 6, lo que significa que el ángulo de entrada p1 o el ángulo de salida p2, como se puede ver en la vista superior, en la base de rueda de turbina 10 (a menudo también denominado disco de cubierta posterior) y en el disco de cubierta delantero 11 de la turbina radial 5.1 son iguales. Esto reduce la resistencia al flujo a través de la turbina radial 5.1 y también asegura una forma constructiva corta y delgada en la rueda de turbina 6. Se crea así una rueda de turbina 6 de marcha suave.
Además, la rueda de turbina 6 con el disco de tapa delantero 11 está realizada de manera cerrada, lo que reduce las pérdidas de espacio y asegura así un arranque rápido incluso con caudales bajos.
Como puede verse en particular en la figura 3, las palas 8 discurren curvadas hacia delante en el borde delantero 8.1 de las ruedas de turbina 6, 60 (p1 > 90 grados). Debido a estas palas 8, curvadas hacia delante en el sentido de giro 16, la pérdida de presión de la turbina radial 5.1 se reduce aún más con una eficiencia reducida.
Como también puede verse en la figura 3, el ángulo de entrada de pala p1 se incluye entre la tangente de entrada 8.7 y la tangente circunferencial 8.8 en la pala 8. La curvatura delantera Api hace referencia al ángulo en el que la pala 8 está inclinada con respecto a una extensión radial indicada por medio de una línea de puntos 8.9 en cuanto a su tangente de entrada 8.7.
Además, las pérdidas de perfil en las palas 8 se reducen mediante el borde de entrada arqueado 8.1 o el borde de salida arqueado 8.2, como se puede ver en detalle en la figura 3. La forma de arco es una forma de arco circular con un radio relativamente grande. Con ello se forma un borde anterior y posterior relativamente grueso del perfil, lo que iguala la distribución de presión en esta zona y reduce adicionalmente las pérdidas del perfil.
Además, según la figura 3, se puede ver que el contorno de pala 8.3 de pala 8 está configurado asimétricamente con respecto a su línea de esqueleto 8.4, en concreto, las palas 8 presentan en planta un contorno de pala falciforme 8.3. Esto reduce adicionalmente la pérdida de presión a través de la turbina radial 5.1 y también asegura un valor de arranque bajo en la rueda de turbina 6.
Como puede verse también en la figura 3, el borde de presión 8.5 y el borde de aspiración 8.6 de las palas 8 discurren en forma de arco, siendo la curvatura del borde de presión 8.5 de las palas 8 menor que la curvatura del borde de aspiración 8.6 de las palas 8.
Además, las palas 8 terminan delante de la abertura de aspiración 12 de la turbina 5, lo que permite un contador de rueda de turbina realizado de manera compacta 1.1 que se caracteriza por una pérdida de presión relativamente baja.
Según la primera variante de realización correspondientemente a las figuras 1 a 3, el eje de giro 9 de la turbina radial 5.1 discurre inclinado, es decir, normal a la dirección de flujo 7.2 en la salida 3 o, en el ejemplo dado, también en la entrada 2 del contador de rueda de turbina 1.1. Esto aumenta la pérdida de presión marginalmente, pero reduce ventajosamente el valor de arranque de la rueda de turbina 6.
Para desviar el canal de flujo 7 del lado de entrada, está prevista una desviación 13 que presenta una pieza de desviación 13.1 en el canal de flujo 7.
En la figura 4, se representa un contador de rueda de turbina adicional 1.2 como segundo ejemplo de realización. Este segundo contador de rueda de turbina 1.2 se diferencia del primer contador de rueda de turbina 1.1 según las figuras 1 y 2 en la disposición del eje de giro 9 de la turbina radial 5.1 en paralelo al eje de tubo con entrada 2 y salida 3. El eje de giro 9 de la turbina radial 5.1 del segundo contador de rueda de turbina 1.2 discurre así en la dirección de las direcciones de flujo 7.1,7.2 en la entrada y salida 2, 3 del contador de rueda de turbina 1.2. Por lo tanto, la construcción en la zona de la desviación 13 se puede simplificar, ya que se omite la pieza de desviación 13.1 conocida de la figura 2. Esta forma constructiva en el contador de rueda de turbina 1.2 aumenta adicionalmente la sensibilidad de medición.
Todos los canales de pala 14 de la rueda 8 de turbina que se forman entre dos palas 8 adyacentes están diseñados de manera divergente entre sí visto en la dirección de flujo 15. Esto conduce a una pérdida de presión relativamente baja en la rueda de turbina. Vistos desde la respectiva entrada 14.1 de los canales de pala 14, los canales de pala 14 están diseñados de manera ligeramente divergente, es decir, discurren casi constantemente a una distancia entre sí, divergencia que aumenta hacia la salida 14.2 de los canales de pala.
En la figura 5, se representa un contador de rueda de turbina adicional 1.3 como tercer ejemplo de realización. Este tercer contador de rueda de turbina 1.3 se diferencia del primer contador de rueda de turbina 1.1 esencialmente en su rueda de turbina abierta 60. En el caso de la rueda de turbina 60, tiene lugar un movimiento relativo entre base de rueda de turbina 10 y disco de cubierta delantero 11. Las características de las palas 8 de la rueda de turbina 60 son las mismas que las de la rueda de turbina 6 según la figura 1, características que se pueden ver en detalle según la figura 3.
Además, el contador de rueda de turbina 1.3 presenta una desviación 13 de forma diferente, en concreto en esta parte de desviación 13.2 están previstas palas de guía 17, que guían el flujo sobre la rueda de turbina 60 o sus palas 8 a modo de una rueda de guía. La parte de desviación 13.2 forma también el disco de cubierta delantero 11 de la rueda de turbina 60, lo que simplifica especialmente la construcción.
Como también puede verse en la figura 6, la base de rueda de turbina 10 de la rueda de turbina 60 discurre de manera cónica, lo que reduce adicionalmente la resistencia al flujo a través de la turbina radial 5.1.
Según la figura 7, se representa otro contador de rueda de turbina 1.4 como cuarto ejemplo de realización. Este cuarto contador de rueda de turbina 1.4 se diferencia del segundo contador de rueda de turbina 1.2 esencialmente en su rueda de turbina abierta 60.
En el caso de la rueda de turbina 60, tiene lugar un movimiento relativo entre base de rueda de turbina 10 y disco de cubierta delantero 11. Las características de las palas 8 de la rueda de turbina 60 son las mismas que las de la rueda de turbina 6 según la figura 1, características que se pueden ver en detalle según la figura 3.
Como también puede verse en la figura 7, la base de rueda de turbina 10 de la rueda de turbina 60 discurre de manera cónica, lo que reduce adicionalmente la resistencia al flujo a través de la turbina radial 5.1. Además, el cuarto contador de rueda de turbina 1.4 presenta una desviación 13 con una pieza de desviación 13.3 que forma el disco de cubierta delantero 11.

Claims (16)

REIVINDICACIONES
1. Contador de rueda de turbina para la medición de caudal de un líquido, con un equipo de medición (4), con entrada (2) y una salida (3) para el líquido que va a medirse, con un canal de flujo (7) previsto entre entrada y salida (2, 3) y con una turbina (5) que presenta una rueda de turbina (6, 60) dispuesta en el canal de flujo (7) con palas curvadas (8) y en el que la rueda de turbina (6, 60) interacciona con el equipo de medición (4) para la medición de caudal del líquido, en el que la turbina (5) está configurada como turbina radial (5.1) con palas curvadas de manera sencilla (8) en la rueda de turbina (6, 60) caracterizado por que las palas (8) discurren curvadas hacia delante en sus bordes de ataque (8.1) y por lo tanto discurren curvadas hacia delante en el sentido de giro (16) de la rueda de turbina (6, 60).
2. Contador de rueda de turbina según la reivindicación 1, caracterizado por que la turbina (5) está configurada como turbina radial (5.1) con palas curvadas de manera sencilla (8) en la rueda de turbina cerrada (6, 60).
3. Contador de rueda de turbina según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que los canales de pala (14) de la rueda de turbina (6, 60) que se forman entre dos palas adyacentes (8) están configurados de manera divergente visto en la dirección de flujo (15).
4. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el borde de ataque (8.1) y/o el borde de fuga (8.2) de las palas (8) discurren en forma de arco.
5. Contador de rueda de turbina según la reivindicación 4, caracterizado por que el borde de ataque (8.1) y/o el borde de fuga (8.2) de las palas (8) discurren en forma de arco circular.
6. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el contorno de pala (8.3) de la hoja (8) está configurado asimétricamente con respecto a su línea de esqueleto (8.4).
7. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que las palas (8) de la rueda de turbina (6, 60) presentan en planta un contorno de pala falciforme (8.3).
8. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 7, que el borde de presión (8.5) y el borde de aspiración (8.6) de la pala (8) discurren en forma de arco.
9. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 8, que la curvatura del borde de presión (8.5) de la pala (8) es menor que la curvatura del borde de aspiración (8.6) de la pala (8).
10. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 9, que las palas (8) terminan delante de la abertura de aspiración (12) de la turbina (5).
11. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el eje de giro (9) de la turbina radial (5.1) discurre inclinado hacia la dirección de flujo (7.2) en la salida (3) y/o en la entrada (2) del contador de rueda de turbina (1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
12. Contador de rueda de turbina según la reivindicación 11, caracterizado por que el eje de giro (9) de la turbina radial (5.1) discurre en perpendicular a la dirección de flujo (7.2) en la salida (3) y/o en la entrada (2) del contador de rueda de turbina (1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
13. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por que el canal de flujo del lado de entrada (7) se conecta a la rueda de turbina (6, 60) a través de una desviación (13).
14. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que el eje de giro (9) de la turbina radial (5.1) discurre en la dirección de las direcciones de flujo (7.1, 7.2) en la entrada y/o salida (2, 3) del contador de rueda de turbina (1.1, 1.2, 1.3, 1.4).
15. Contador de rueda de turbina según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que la base de rueda de turbina (10) de la rueda de turbina (60) discurre de manera cónica.
16. Contador de rueda de turbina según la reivindicación 13 y 15, caracterizado por que en el caso de una rueda de turbina abierta (60), la desviación (13) forma el disco de cubierta delantero (11) de la rueda de turbina (60).
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