PT1904742T - Turbina para uma central hidroelétrica - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "TURBINA PARA UMA CENTRAL HIDROELÉTRICA" A presente invenção refere-se a uma turbina para uma central hidroelétrica para produzir energia elétrica, bem como uma central hidroelétrica com uma turbina correspondente. São conhecidas instalações hidroelétricas ou centrais hidroelétricas com turbinas que estão divididas, no essencial, em três planos. 0 primeiro plano representa, em regra, um aparelho de apoio, com o qual a turbina é mantida na sua posição num canal. Além disso está previsto um distribuidor, o qual está colocado habitualmente antes do rotor. Finalmente, o próprio rotor está colocado com as pás atrás. Assim, um fluxo de uma turbina deste género é influenciado nestes três planos ou locais.

Em "Wasserkraftanlagen", 3a. edição, Springer Verlag 2003, de Jiirgen Giesecke e Emil Mosonyi são mostradas várias centrais hidroelétricas. Aqui é mostrada, por exemplo, uma turbina Kaplan. Esta turbina apresenta um coletor de admissão, a turbina e um tubo de sucção, os quais se encontram o mais possível numa mesma linha e estão na horizontal ou ligeiramente inclinados em relação à horizontal. Isto tem a vantagem de ser evitada uma alteração múltipla da direção do fluxo, em favor de uma eficiência energética mais elevada. A turbina apresenta paletas de apoio, pás distribuidoras, bem como um rotor colocado atrás, com pás correspondentes.

Além disso são conhecidas unidades de turbina straight-flow, nas quais um gerador está colocado concentricamente no exterior do tubo de passagem do fluxo, de modo que o gerador não se encontra no interior do conversor integrado. 0 rotor é constituído por um cubo, pás de rotor, bem como uma coroa de rotor, que são fabricados, tipicamente como construção soldada para formar uma unidade. Um suporte cruzado está colocado na direção do fluxo, antes das pás distribuidoras, bem como do rotor com as pás de rotor. 0 distribuidor colocado antes do rotor é utilizado, através de rotação das pás distribuidoras ou das paletas de apoio, para desligar a turbina, na medida em que as pás são ajustadas de modo que estas encostam umas às outras e, assim, fecham o canal.

Como estado da técnica remete-se neste ponto, ainda em geral, para as seguintes publicações: DE 3429288 Ai, DE 884930 C, EP 0622543 Ai, CH 332959, US 2005/0001432 Ai e WO 03/056169 Ai.

Por conseguinte é um objetivo da presente invenção, prever uma turbina, bem como uma central hidroelétrica com uma turbina correspondente, a qual apresenta uma estrutura simplificada, bem como uma maior potência.

Este objetivo é solucionado através de uma turbina de acordo com a reivindicação 1, bem como através de uma central hidroelétrica de acordo com a reivindicação 6.

Assim está prevista uma turbina para uma central hidroelétrica. A turbina apresenta um rotor com uma pluralidade de pás, sendo que o rotor está colocado antes de um distribuidor (na direção do fluxo) . 0 ângulo de inclinação das pás do rotor está configurado ajustável.

Uma vez que o rotor está colocado antes do distribuidor (na direção do fluxo), o fluxo incide em primeiro lugar sobre o rotor e só depois sobre o distribuidor, de modo que resultam relações fluidicas ideais para o rotor.

Uma vez que não está previsto qualquer aparelho de apoio separado, desaparecem completamente as perdas de um fluxo em torno do aparelho de apoio, pelo que resulta um grau de eficiência acrescido, em comparação com o estado da técnica.

De acordo com um aspeto da presente invenção, o rotor apresenta um cubo de perfil esférico para a ligação das pás de turbina ao rotor. A configuração de perfil esférico do cubo torna possível ajustar em grande amplitude o ângulo de inclinação das pás de turbina.

De acordo com um outro aspeto da presente invenção, as pás de turbina encostam ao cubo de perfil esférico em união positiva, de modo que podem ser evitadas relações fluidicas desfavoráveis, uma vez que as pás de turbina se associam ao cubo.

De acordo com um outro aspeto da presente invenção, o ângulo de inclinação das pás de turbina pode ser ajustado num ângulo de -202 a 1402, de modo que o rotor pode ser travado ou acelerado, se o ângulo de inclinação das pás de turbina for escolhido correspondentemente.

Outros aspetos da presente invenção são objeto das reivindicações dependentes. A invenção é explicada em seguida em pormenor, tomando como eferência os desenhos.

Figura la mostra uma representação esquemática de uma turbina de acordo com o primeiro exemplo de realização,

Figura lb mostra uma outra representação esquemática de uma turbina de acordo com o primeiro exemplo de realização,

Figura lc mostra uma vista frontal de uma turbina de acordo com o primeiro exemplo de realização,

Figura 2a mostra uma representação esquemática de uma turbina de acordo com o segundo exemplo de realização,

Figura 2b mostra uma outra representação esquemática de uma turbina de acordo com o segundo exemplo de realização,

Figura 2c mostra uma vista frontal de uma turbina de acordo com o segundo exemplo de realização,

Figura 3a mostra uma representação esquemática de uma turbina de acordo com o terceiro exemplo de realização,

Figura 3b mostra uma outra representação esquemática de uma turbina de acordo com o terceiro exemplo de realização e

Figura 3c mostra uma vista frontal de uma turbina de acordo com o terceiro exemplo de realização. A fig. la mostra uma representação esquemática de uma turbina de acordo com um primeiro exemplo de realização. A fig. lb mostra uma outra representação da turbina de acordo com a fig. la. Na fig. lc é mostrada uma vista frontal da turbina de acordo com a fig. la e lb. A turbina apresenta um rotor 4 com pás 1 de turbina, as quais estão ligadas a um cubo 3, no essencial configurado com perfil esférico. 0 rotor 4 com as pás 1 de turbina encontra-se na direção do fluxo, antes de um distribuidor 6. Assim, no caso da presente turbina trata-se de uma turbina de barlavento. Por outras palavras, o distribuidor 6 encontra-se atrás do rotor 4 e apoia simultaneamente o rotor no canal, de modo que pode ser suprimido um aparelho de apoio adicional. 0 distribuidor 6 apresenta assim igualmente um apoio.

Assim, o fluxo incide, em primeiro lugar, sem perturbação sobre o rotor 4, de modo que pode ser retirada ao fluxo uma energia máxima, antes de o fluxo incidir sobre o distribuidor 6. 0 distribuidor 6 está configurado, neste caso, de maneira a ser garantido um escoamento ideal da água, na medida em que são reduzidas as perdas por rotação, de modo a ser impedida uma acumulação de água e uma quebra do grau de eficiência que dai resulta. 0 distribuidor apresenta paletas 5 de apoio. No primeiro exemplo de realização estão previstas sete paletas 5 de apoio. As paletas 5 de apoio estão configuradas não ajustáveis, de um modo preferido.

As pás 1 do rotor 4 são ajustáveis numa gama de -202 a 1402, de um modo preferido -102 a 1202, de modo a ser possível um ajuste do ângulo de inclinação das pás 1 de turbina. Assim, as pás do rotor podem ser ajustadas numa qualquer posição, sem que se forme um intervalo entre as pás 1 de turbina e o cubo, uma vez que as pás 1 de turbina, através da forma de perfil esférico do cubo, encostam em união positiva ao cubo.

Através de ajuste das pás 1 em 902, as pás são rodadas para uma chamada "posição de bandeira", ou seja, a água circula junto das pás e através do distribuidor 6, sem que o rotor 4 seja colocado em movimento. Deste modo pode também escoar água através do canal da turbina, quando a turbina não está em funcionamento e o canal não tem de ser bloqueado, para travar e eventualmente fazer parar o rotor.

Através do ajuste das pás do rotor 4 e, por o rotor 4 poder ser parado, na medida em que as pás podem ser rodadas para uma posição de bandeira, uma capacidade de ajuste das paletas de apoio não é necessária.

Nas figuras 2a a 2c é mostrada uma turbina de acordo com o segundo exemplo de realização. Neste caso a estrutura da turbina de acordo com o segundo exemplo de realização corresponde, no essencial, à estrutura da turbina de acordo com o primeiro exemplo de realização. Como no primeiro exemplo de realização estão previstas sete paletas 5 de apoio no distribuidor. Desviando-se do primeiro exemplo de realização, no entanto, estão previstas quatro pás no rotor.

As figuras 3a a 3c mostram, respetivamente, uma turbina de acordo com o terceiro exemplo de realização. A estrutura da turbina de acordo com o terceiro exemplo de realização corresponde, no essencial, à estrutura da turbina de acordo com o primeiro e o segundo exemplo de realização. Ao contrário das turbinas de acordo com o primeiro e o segundo exemplo de realização estão previstas cinco paletas 5 de apoio no distribuidor.

Nas três formas de realização acima mostradas, as pás 1 do rotor 4 estão configuradas ajustáveis, de modo que a turbina pode ser desligada através de ajuste das pás. Assim, uma capacidade de ajuste das pás do distribuidor não é necessária para interromper o fluxo no canal.

Nos três exemplos de realização acima mostrados, o rotor está ligado a um eixo 10, o qual, por sua vez, pode ser acoplado a um gerador elétrico, para converter o movimento rotação do eixo 10 em energia elétrica. A turbina de acordo com a invenção é assim uma turbina de barlavento, ou seja, o distribuidor encontra-se atrás do rotor 4. O distribuidor é para a turbina quer suporte, quer também apoio de rolamento. As pás 1 do rotor 4 estão configuradas ajustáveis num ângulo de -202 a 1402. O cubo 3 do rotor 4 está configurado, no essencial, com perfil esférico, para que as pás 1 do rotor 4 possam ser ajustadas num ângulo qualquer, sem que exista um intervalo. O fluxo incide assim, em primeiro lugar, sobre o rotor 4, antes de prosseguir para o distribuidor 6, de modo que se formam relações fluidicas ideais para o rotor 4. A turbina de acordo com a invenção apresenta assim apenas dois planos, ou seja, o rotor bem como o distribuidor. A turbina acima descrita para uma central hidroelétrica é, de um modo preferido, acoplada sem engrenagens (através do eixo 10) a um gerador para a produção de corrente elétrica, ou seja, está previsto um sistema de turbina e gerador sem engrenagens. O gerador acoplado à turbina está configurado, de um modo preferido, com um número variável de rotações. Para isso o sistema ou a central hidroelétrica apresenta a par do gerador, de um modo preferido, um retificador, bem como um conversor de frequência, o qual pode então, por sua vez, ser ligado a uma rede. Através da previsão do retificador e do conversor, o gerador pode ser acionado mesmo com diferentes números de rotações, uma vez que, por meio do retificador e do conversor, a tensão ou a potência produzida através do gerador pode ser convertida para a frequência de rede necessária.

Através da configuração com número variável de rotações do gerador pode tornar-se possível um rendimento mais elevado, uma vez que a potência produzida pelo gerador elétrico pode ser cedida à rede, mesmo quando o número de rotações do gerador não seria suficiente para fornecer a frequência necessitada pela rede.

Quando a turbina de acordo com a invenção está acoplada a um gerador elétrico e é utilizada numa central hidroelétrica, então podem surgir diferenças consideráveis entre o nível de água a montante (a parte represada da água) e o nível de água a jusante (uma parte descarregada através de uma elevação da maré abaixo de um nível de represamento). A potência produzida através da central hidroelétrica, no entanto, está diretamente dependente da diferença de altura entre o nível de água a montante e a jusante. Se for agora utilizada uma turbina com gerador com número inalterável de rotações, então este gerador apenas pode ser utilizado quando a altura de queda da água (diferença de altura entre o nivel de água a montante e a jusante) permite um número necessário de rotações do gerador. 0 gerador elétrico de acordo com a invenção com número variável de rotações, com um conversor situado a jusante pode também ser acionado com um número de rotações situado abaixo do número necessário de rotações, ou seja, mesmo com potências diferentes. Assim, a turbina de acordo com a invenção pode então funcionar, mesmo quando o número de rotações da turbina cai abaixo de um número de rotações de outra forma necessário.

Lisboa, 2 de janeiro de 2017

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Turbina para uma central hidroelétrica para produzir energia elétrica, com um rotor (4) com uma pluralidade de pás (1) de turbina, um distribuidor (6) com uma pluralidade de paletas (5) de apoio, as quais estão situadas na direção de fluxo direto, atrás do rotor (4) e servem como aparelho de apoio da turbina, caracterizada por o ângulo de inclinação das pás (1) de turbina do rotor (4) estar configurado ajustável, sendo que a turbina está configurada como turbina de barlavento, para que as pás (1) de turbina sejam impelidas na direção de fluxo diretamente por um fluxo no essencial não perturbado pela turbina, sendo que o rotor (4) apresenta um cubo (3) de perfil esférico para a ligação das pás (1) ao rotor (4), Sendo que as pás (1) estão ligadas ao cubo (3) em união positiva, sendo que os ângulos de inclinação das pás (1) de turbina estão configurados ajustáveis de -202 a 1402 e as pás (1) de turbina estão configuradas de modo a poder ser ajustadas nesta gama angular, sem que se forme um intervalo entre as pás (1) de turbina e o cubo (3).
2. 2. Central hidroelétrica com, pelo menos, uma turbina de acordo com a reivindicação 1.
3. 3. Central hidroelétrica de acordo com a reivindicação 2, sendo que a turbina está colocada num canal e o distribuidor (6) está configurado para apoiar o rotor (4) no canal.
4. 4. Central hidroelétrica de acordo com a reivindicação 3, além disso com um gerador elétrico para produzir energia elétrica, sendo que o gerador elétrico está acoplado sem engrenagens à turbina.
5. 5. Central hidroelétrica de acordo com a reivindicação 3, sendo que o gerador está configurado com um número de rotações variável.
6. 6. Central hidroelétrica de acordo com a reivindicação 4 ou 5, além disso com um retificador, para retificar a tensão elétrica de saída do gerador e um conversor, o qual está acoplado, por um lado, ao retificador e, por outro lado, a uma ligação à rede, sendo que o conversor serve para ceder à rede potência elétrica com uma frequência necessária à rede. Lisboa, 2 de janeiro de 2017