MXPA05003319A

MXPA05003319A - Rotor de una maquina hidraulica.

Info

Publication number: MXPA05003319A
Application number: MXPA05003319A
Authority: MX
Inventors: Keck Helmut
Original assignee: Va Tech Hydro Gmbh & Co
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2003-09-09
Publication date: 2005-07-05
Also published as: ATA14472002A; BR0314738A; EP1543239A1; DE50305648D1; PT1543239E; WO2004031573A1; AT412496B; ATE344883T1; EP1543239B1; ES2276094T3; NO20052002L; AR041278A1; CA2499830A1; AU2003267067A1

Abstract

Las paletas (1, 1¦ ) de un rotor de maquina hidraulica estan formados de manera que es posible obtener mayor eficiencia y permitir que la maquina hidraulica sea operada aun en intervalos de carga parciales sin incurrir en limitaciones significantes. El proposito de la invencion es obtener una maquina hidraulica que exhiba buen comportamiento a la cavitacion y producir un rotor de manera que sea tan simple como sea posible sin limitaciones usando maquinas de espacio y procesamiento muy pequenas. Para lograr esos objetivos, las secciones de los bordes de entrada (4, 4¦ ) y bordes de salida (5, 5¦ ) de dos cuchillas de rotor adyacentes (1, 1¦ ) son diferentes.

Description

ROTOR DE UNA MAQUINA HIDRAULICA La solicitud concreta se relaciona con un rotor de una maquina hidráulica, preferiblemente, una turbina de Francis, una turbina de bomba de Francis o una bomba radial o bien una bomba diagonal, con una cantidad de paletas de rotor, las cuales están ordenadas entre un disco de carcasa interior y exterior, las paletas de rotor tienen un borde de entrada y un borde de salida. Un rotor de una maquina hidráulica, como por ejemplo de una turbina de Francis, muestra una pluralidad de paletas de rotor, en cada caso, respectivamente, dos paletas forman un canal de flujo para un medio de funcicnamiento u operación, por ejemplo agua, a través del cual el medio de funcionamiento fluye durante el funcionamiento de la máquina hidráulica y así hace girar el rotor en rotación. La fabricación de tal rotor es muy complicada debido a las formas geométricas complejas de las paletas de rotor. Para posibilitar la fabricación del rotor, por ejemplo por medio de soldadura, etc., y/o una mecanización correspondiente de la superficie, por ejemplo por medio de soldadura, pulido, etc., por medio de una maquina de mecanización, como por ejemplo, robots, etc., las paletas de rotor no deben quedarse muy cerca una de otra. Además, cuando las regiones de paletas están adyacentes, muy cercanas entre sí, existe siempre el peligro que se atasque material descargado en el rotor y así perjudica el funcionamiento, o incluso hace necesario apagar la maquina hidráulica. Por otra parte, en la región del borde de salida (=el borde de entrada de una turbina de bomba en el funcionamiento de bomba) de las paletas de rotor, es deseable un radio pequeño en el disco de carcasa interior, porque esto esta ventajoso para el funcionamiento, sobre todo en puntos de funcionamiento apartado del punto de funcionamiento de operación. Con un radio pequeño, por ejemplo, se mejora sustancialmente la formación de torbellinos en la salida del rotor en intervalos de carga parciales. Una gran cantidad de paletas de rotor causan condiciones de espacio angostos en la salida del rotor. Por otro lado, una pequeña cantidad de palas de rotor causan, en la entrada de rotor, grandes distancias y una gran carga y cavitación en la entrada del rotor. Para eliminar esta contradicción fundamental, los rotores por ejemplo se fabricaron de tal manera, que cada segunda o tercer paleta en la región de salida total de las paletas de rotor están diseñados para ser mas cortos que las paletas de rotor adyacentes, así llamadas "accionador de paleta separadora" , y las paletas de rotor en la región de entrada se dejan todas, generalmente, igual. La ventaja de esta diseño es, que con eso se crea mas espacio en la región de salida, con lo que las desventajas antes mencionadas están eliminadas esencialmente. En efecto, con eso se aumenta el peligro de cavitación en la región del disco de carcasa exterior entre el centro de la paleta y el borde de salida, porque ahí se aumenta la' carga de las paletas debido a la longitud de paleta parcialmente reducida. De la US 6,135,716 de nuevo es conocido un rotor de una turbina de Francis, en el cual se mejora el comportamiento de cavitación, mientras los bordes de entrada y los bordes de salida de las paletas de rotor referente al eje de rotación de la turbina están formadas en una manera especial . Las longitudes de todas paletas de rotor en este caso se dejan igual, así que corresponden a un rotor tradicional. Con eso otra vez resultan, sin embargo, las desventajas anteriormente mencionadas en relación a la fabricación y el funcionamiento apartado del punto de operación del diseño. Por lo tanto, un objetivo de la presente solicitud es, presentar un rotor de una máquina, con lo que se evitan las desventajas anteriormente mencionadas, lo que, sin embargo, muestra un buen comportamiento de cavitación y no realiza una pérdida de rendimiento. Este objetivo se realiza por medio de la presente invención, en que un punto de contacto entre el disco de carcasa interior y el borde de entrada y/o un punto de contacto entre el disco de carcasa interior y el borde de salida, por lo menos, de una primera paleta muestra un radio mas grande referente al eje de rotación de la máquina hidráulica como los puntos de contacto correspondientes a una segunda paleta directamente adyacente, con lo que los puntos de contacto entre el disco de carcasa exterior y el borde de entrada y salida de la primera y segunda paleta de rotor esencialmente muestran el mismo radio. Con esto es posible, en consecuencia, usar radios muy pequeños en la región de salida del rotor en el disco de carcasa interior, sin problemas de fabricación o problemas debidos a una disposición de paletas muy angostas . Y por otro lado, la carga en las regiones de grandes cargas de paleta, es decir, en la región de contacto de la paleta con el disco de carcasa exterior, no aumenta o es aumentado insignificantemente , por lo que no cambian las longitudes del contacto en estas regiones frente a rotores tradicionales, así que con respeto a la cavitación no resulta un empeoramiento del funcionamiento. Por razones hidráulicos y de fabricación es ventajoso, si los bordes de entrada y salida de una primera y segunda paleta de rotor del rotor están formadas por lo menos parcialmente, igual, con lo que los bordes están formados igual preferiblemente entre el punto de contacto y el disco de carcasa exterior y cualquier punto en el borde de entrada o en el borde de salida. Para operar la maquina hidráulica, aún en intervalos de carga parciales, sin dificultades, la relación entre el radio pequeño de un punto de contacto del borde de salida con el disco de carcasa interior de una paleta y el radio del punto de contacto del borde de salida con el disco de carcasa exterior de esta paleta esta precalculado para ser menor o igual que 0.4, preferiblemente menor o igual que 0.2. Con eso se logra, que el torbellino de salida disminuya y la maquina hidráulica también se puede operar impecablemente en las intervalos de carga parciales. Se selecciona la cantidad de las paletas de- rotor del rotor, vent josamente divisible por dos o tres, caso en el cual dos o tres paletas de rotor muestran bordes de entrada y/o bordes de salida diferentes, por lo que por lo menos en la región de radios pequeños resultan ventajas en la manera de fabricación, porque así las paletas de rotor están elaboradas sin problemas. Por razones hidráulicas, es ventajoso, ordenar el punto de contacto entre el borde de salida y el disco de carcasa interior por lo menos de una paleta en dirección axial debajo del centro del borde de entrada de esta paleta y en relación de dirección de rotación del rotor, los puntos de contacto del borde de entrada y salida con el disco de carcasa exterior, por lo menos de una paleta antes de los ó puntos de contacto correspondientes del borde de entrada y salida con el disco de carcasa interior de esta paleta. Resultan mejoras adicionales del comportamiento hidráulico de la máquina, en relación del eje de rotación del rotor, la distancia radial entre los puntos de contacto del borde de salida con el disco de carcasa interior y exterior por lo menos de una paleta son mas grandes que la distancia radial entre los puntos de contacto del borde de entrada con el disco de carcasa interior y exterior de esta paleta, ventajosamente mas grande de 10°, preferiblemente 15°. En consecuencia, Inter. Alia, el comportamiento de cavitación de la maquina hidráulica puede ser mejorado aún mas. Si por lo menos una parte de una paleta de rotor esta ordenada en la carcasa central y esta parte es desmontable junto con la carcasa central, se pueden realizar radios muy pequeños de los puntos de contacto del borde de salida con el disco de carcasa interior, lo que a su vez tiene un efecto muy ventajoso en el intervalo de carga parcial de la maquina hidráulica. La invención presente esta descrita por medio de las siguientes Figuras 1 hasta 3 esquemáticas y no restrictivas, en las cuales se muestra: La Figura 1 muestra una paleta de rotor de un rotor tradicional de una maquina hidráulica, La Figura 2 muestra las paletas de rotor según la invención de una maquina hidráulica y La Figura 3 muestra una vista en dirección axial de una paleta de rotor según la invención. Una paleta de rotor tradicional 1 de una máquina hidráulica según a Figura 1, como, por ejemplo, de una turbina, una turbina de bomba o una bomba radial, esta ordenada entre un disco de carcasa interior 3 y exterior 2 y muestra un borde de entrada 4 y salida 5, que intersectan el disco de. carcasa interior 3 y exterior 2 en los cuatro puntos de contacto A, B C y D. Las paletas de rotor 1 adyacentes forman un canal de flujo, a través del cual puede fluir el medio de funcionamiento, por ejemplo agua. Para una turbina, podría resultar un flujo del borde de entrada 4, por ejemplo de una envoltura en espiral conocida que no esta mostrado aquí y un distribuidor, al borde de salida 5 y continuamente a una manguera de succión conocida que, de igual manera, no esta mostrada aquí, la cual desemboca en un aguas abajo. Para una bomba o una turbina de bomba en el modo de funcionamiento de bomba, la dirección del flujo puede ser invertida, correspondientemente, es decir, aquí del borde de salida 5 al borde de entrada 3. Por medio del flujo del medio de funcionamiento a través del rotor se fija la máquina hidráulica en rotación (en el caso de una turbina) o bien por medio de la rotación de la maquina hidráulica, se transporta el medio de funcionamiento (en el caso de una bomba) . El eje de rotación de la maquina hidráulica esta indicado por medio de la línea punteada. La paleta de rotor 1 en la mayoría de los casos no es plana, sino puede mostrar principalmente cualquier recodos o curvaturas espaciales, como es indicado en la Figura 3, en la que esta mostrado una vista de una paleta de rotor 1 en dirección axial del eje de rotación. Se reconoce, que los puntos de contacto C(o bien G) y D del borde de entrada 4 (o bien 4') pueden mostrar en el disco de carcasa interior 3 y en el disco de carcasa exterior 2 con relación al eje de rotación de la maquina hidráulica una distancia circunferencial E, es decir, no caen en una línea radial a través del eje de rotación con respecto al eje de rotación, sino están ordenadas una con respecto a otra en un ángulo determinado. Lo mismo puede ser considerado, naturalmente, también por los puntos de contacto B (o bien F) , A del borde de salida 5 (o bien 5') en el disco de carcasa interior 3 y exterior 2, en donde esta prevista una distancia circunferencial A. Para el comportamiento de cavitación de la maquina hidráulica es ventajoso, si tal distancia circunferencial es ? de los puntos de contacto B (o bien F) , y A del borde de salida 5 (o bien 5') esta elegido para ser mas grande que la distancia E del punto de contacto C (o bien G) , y D del borde de entrada 4 (o bien 4') . Un valor preferido para A es con eso 15° o mas grande.

Además se reconoce en la Figura 3 , que los puntos de contacto D, A en el disco de carcasa exterior 2 están ordenadas en dirección de rotación, lo que está indicado por la flecha, visto frente de los puntos de contacto B (o bien F) , C (o bien G) en el disco de carcasa interior. En la Figura 2 está ilustrado un rotor esquemático según la invención. Las paletas de rotor 1 de este rotor están ordenados otra vez entre el disco de carcasa interior 3 y exterior 2 y forman otra vez un canal de flujo para el medio de funcionamiento. Con esto rotor están actualmente, sin embargo, el borde de entrada 4 y el borde de salida 5 de cada segunda o tercer paleta de rotor 1, con relación al eje de rotación de la maquina hidráulica, están estiradas parcialmente hacia fuera (o bien estiradas hacia dentro, dependientemente del punto de visto) . O sea, que ahora, como antes, una parte de las paletas de rotor 1 se limitan tradicionalmente , como es mostrado en la Figura 1, o sea de un borde de entrada 4 entre los puntos de contacto C y D, de un borde de salida 5 entre los puntos de contacto A y B, así como del disco de carcasa interior 3 y exterior 2. Cada segundo o tercer paleta de rotor 1' se deriva de tal limitación. El borde de entrada 4 de dos paletas de rotor 1, 1' adyacentes desvía igual partiendo del punto de contacto D entre el borde de entrada 4 y el disco de. carcasa exterior hasta un punto cualquiera H en el borde de entrada 4, y, a partir de tal punto H el borde de entrada 4' esta estirado hacia fuera con relación al eje de rotación, o sea, que el punto de contacto G del borde de entrada 4' de la paleta de rotor 1' en el disco de carcasa 3 muestra un radio mas grande, como el punto de contacto C correspondiente de la paleta de rotor 1 adyacente. En el borde de salida 5 se aplica de manera similar lo anteriormente mencionado. Los bordes de salida 5 de las paletas de rotor 1, 1' inmediatamente adyacentes coinciden fundamentalmente entre un punto de contacto A en el disco de carcasa exterior 2 y un punto E cualquiera en el borde de salida 5. Partiendo de tal punto E, el borde de salida 5' de cada segundo o tercer paleta de rotor 1' están estiradas hacia afuera (o bien estirado hacia dentro, dependientemente del punto de visto) , o sea, que el punto de contacto F del borde de salida 5' de la paleta de rotor 1' en el disco de carcasa interior 3 muestra un radio mas grande que el punto de contacto B correspondiente de la paleta de rotor 1 adyacente . La limitación de un parte de la paleta de rotor 1 desvía con eso entre los puntos de contacto C y D, los que forman el borde de entrada 4, así como los puntos de contacto A y B, los que forman el borde de salida 5, como con paletas tradicionales, y la limitación de cada segundo o tercer paleta de rotor 1' desvía entre los puntos D, H y G, los que forman el borde de entrada 4' y los puntos A, E y F, los que forman el borde de salida 5' . La descripción anteriormente mencionada es, por supuesto, solamente a manera de ejemplo. Naturalmente también es posible, estirar solamente el borde de entrada 4 o solamente el borde de salida 5 o el borde de entrada 4 y salida 5 por fuera alternadamente por segmento. Los puntos E y H pueden estar formados además de eso en cualquier posición del borde de salida 5 o bien en el borde de entrada 4, en particular tales puntos E. y H pueden coincidir en una realización según la invención también con los puntos de contacto A y D en el disco de carcasa exterior 2. Por medio de estos bordes de salida 5, 5.' , de manera alternativa, desviado de diferente manera pueden acercar las paletas de rotor 1 muy cerca al eje de rotación de la maquina hidráulica, o sea, que los puntos de contacto B de los bordes de salida 5 en el disco de carcasa interior 3 pueden mostrar muy pequeños diámetros. En particular se puede obtener un relación de radio rB/rA en el borde de salida 5 de menos o igual a 0.2, lo que fue problemático hasta ahora, si no imposible. Si se acerca el borde de salida 5 en la región del disco de carcasa interior 3 muy cerca al eje de rotación, se puede realizar en algunas circunstancias problemas de espacio y/o de montaje con la sujeción del rotor con el eje 7. Para solucionar este problema, se puede designar por ejemplo, ejecutar un parte de la paleta de rotor 1 o bien 1' como parte de una, no mostrada, cubierta central conocida. Por ejemplo, se puede formar un región determinada por medio de los puntos E, B y F, como un parte de la cubierta central, lo que después es desprendible del rotor con la cubierta central .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Rotor de una maquina hidráulica, preferiblemente una turbina de Francis, una turbina de bomba de Francis o una bomba radial o bien una bomba diagonal, con una cantidad de paletas de rotor que están ordenadas entre un disco de carcasa interior y exterior, las paletas de rotor teniendo un borde de entrada y un borde de salida, caracterizado porque, un punto de contacto G entre un disco de carcasa inferior y un borde de entrada y/o un punto de contacto F entre un disco de carcasa interior y un borde de salida de por lo menos una primera paleta de rotor referente a un eje de rotación de la maquina hidráulica que muestra un radio mas grande que los puntos de contacto B, C correspondientes de una segunda paleta de . rotor inmediatamente adyacente, los puntos de contacto A, D muestran fundamentalmente el mismo radio entre el disco de carcasa exterior y el borde de entrada y salida de la primera y segunda paleta de rotor.

2. Rotor según la reivindicación 1, caracterizado porque, los bordes de entrada de la primera y segunda paleta de rotor del rotor están formados, por lo menos parcialmente diferentes.

3. Rotor según la reivindicación 2, caracterizado porque, los bordes de entrada de la primera y la segunda paleta de rotor del rotor entre el punto de contacto D del borde de entrada en el disco de carcasa exterior y un punto en el borde de entrada y un punto asignable anteriormente en el borde de entrada están formadas fundamentalmente desviados igual .

4. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado porque, los bordes de salida de la primera y segunda paleta de rotor del rotor están formadas para funcionar por lo menos parcialmente diferente.

5. Rotor según la reivindicación 4, caracterizado porque los bordes de salida de la primera y segunda paleta de rotor del rotor entre el punto de contacto A del borde de salida del disco de carcasa exterior y un punto determinado anteriormente en el borde de salida están formados para funcionar fundamentalmente igual .

6. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 5, caracterizado porque, la relación entre el radio mas pequeño rB de un punto de contacto B del borde de salida con el disco de carcasa interior de una paleta de rotor y el radio rA del punto de contacto A del borde de salida con el disco de carcasa exterior de esta paleta de rotor es menor o igual que 0.4, preferiblemente menor o igual que 0.2.

7. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado porque, la cantidad de las paletas de rotor del rotor esta divisible por dos o tres. ¡5

8. Rotor según la reivindicación 7, caracterizado porque, muestran una cantidad que es divisible por dos, las paletas de rotor el borde de salida y/o el borde de entrada de cada segunda paleta de rotor tienen un punto de contacto en un disco de carcasa interior con un radio mas pequeño relacionado al eje de rotación del rotor, que los puntos de contacto F, G de las paletas de rotor correspondientes adyacentes .

9. Rotor según la reivindicación 7, caracterizado porque, muestran una cantidad de paletas de rotor, que es divisible por tres,, el borde de salida y/o el borde de entrada de un tercio de las paletas de rotor tienen un punto de contacto en el disco de carcasa interior con un radio mas pequeño, con relación al eje de rotación del rotor, que los puntos de contacto F, G de las paletas de rotor correspondientes adyacentes.

10. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 9, caracterizado porque, un punto de contacto B, F esta formado entre el borde de salida y el disco de carcasa interior por lo menos de una paleta de rotor en dirección axial debajo del centro del borde de entrada de tal paleta de rotor .

11. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 10, caracterizado porque, en relación a la dirección de rotación del rotor, los puntos de contacto A, D del borde de entrada y salida en el disco de carcasa exterior, por lo menos de una paleta de rotor, están ordenados antes de los puntos de contacto B, C, F, G correspondientes del borde de entrada y salida en el disco de carcasa interior de esta paleta de rotor.

12. Rotor según una de las reivindicaciones i hasta 11, caracterizado porque, en relación al eje de rotación del rotor, la distancia circunferencial A entre los puntos de contacto A, B, F del borde de salida en el disco de carcasa exterior y interior por lo menos una paleta de rotor es mas grande que la distancia circunferencial B entre los puntos de contacto D, C, G del borde de entrada en el disco de carcasa exterior e interior de esta paleta de rotor.

13. Rotor según la reivindicación 12, caracterizado porque, la distancia circunferencial A entre los puntos de contacto A, B, F del borde de salida en el disco de carcasa exterior e interior por lo menos de una paleta de rotor es mas grande que 10°, preferiblemente mayor de 15°.

14. Rotor según una de las reivindicaciones 1 hasta 13, caracterizado porque, por lo menos una paleta de rotor tiene un diseño dividido, con lo que por lo menos dos paletas de rotor, las cuales están ordenadas desmontablemente entre sí .

15. Rotor según la reivindicación 14, caracterizado porque, un parte de por lo menos una paleta de rotor esta ordenada en la carcasa central y esta parte de la carcasa central es desmontable del rotor.

16. Método para fabricar un rotor de una máquina hidráulica, preferiblemente de una turbina de Francis, una turbina de bomba de Francis o una bomba radial o bien una bomba diagonal, con una cantidad de paletas de rotor arregladas entre un disco de carcasa interior y exterior, caracterizado porque, por lo menos una paleta de rotor del rotor esta fabricado con el borde de entrada y salida que es distinto de la paleta de rotor adyacente, así que un punto de contacto entre el disco de carcasa interior y el borde de entrada y/o un punto de contacto F entre el disco de carcasa interior y el borde de salida por lo menos de una paleta de rotor muestra un radio mas grande en relación al eje de rotación de la maquina hidráulica que los puntos de contacto correspondientes de una paleta de rotor adyacente, los puntos de contacto A, D entre el disco de carcasa exterior y el borde de entrada y salida de todas paletas de rotor muestran fundamentalmente el mismo radio.

17. Método según la reivindicación 16, caracterizado porque, las paletas de rotor, producidas anteriormente como partes sueltas y posteriormente están soldado con el disco de carcasa interior y exterior a un roto .

18. Método según la reivindicación 16, caracterizado porque, el rotor esta por lo menos parcialmente fundido y eventualmente las paletas de rotor posteriormente están elaboradas con un procedimiento de elaboración del superficie, como por ejemplo lijar o pulir.