RO201600006U1 - Paletă de rotor al unei turbomaşini hidraulice cu riglă anticavitaţie şi riglă anticavitaţie pentru o paletă de rotor - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o paletă de rotor al unei turbomaşini hidraulice, al unei turbine, al unei pompe sau al unui agregat turbină-pompă, şi la o riglă anticavitaţie pentru o paletă de rotor. Paleta conform invenţiei are, pe diametrul exterior, o riglă (16') anticavitaţie, care prezintă o înălţime variabilă, o înălţime (22) a riglei (16') fiind mai mare imediat după o muchie (21) de intrare şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă. Rigla conform invenţiei are o înălţime variabilă, înălţimea (22) fiind mai mare imediat după o muchie (21) de intrare şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă.

Description

Paletă de rotor al unei turbomaşini hidraulice cu riglă anticavitaţie şi riglă anticavitaţie pentru o paletă de rotor

Invenţia se referă la o paletă de rotor al unor turbomaşini hidraulice, turbine, pompe sau agregate turbină-pompă, constând dintr-un butuc, paletele de rotor fără coroană exterioară. Paletele de rotor pot fi fixate rotativ sau fix pe butuc şi prezintă la diametrul exterior o riglă/buză.

Turbomaşinile hidraulice prezintă în general un rotor care este echipat cu un număr de palete, care servesc la transmiterea energiei. Aceste palete ale rotorului pot fi îmbinate fix sau rotativ cu butucul şi pot fi construite cu sau fără coroană exterioară. La rotoarele fără coroană exterioară, pe diametrul exterior poate fi montată o riglă/buză.

Cu ajutorul unor palete de ghidare reglabile va fi reglat debitul de apă şi, astfel, puterea sau acesta va fi închis complet. Direcţia de trecere a fluxului poate fi radiată, axială sau diagonală. Paletele de rotor pot fi îmbinate rotativ cu butucul prin intermediul unui cep şi pot prezenta o poziţie reglabilă. Prin aceasta, turbina poate fi adaptată la diverse stări de încărcare, astfel încât să se atingă întotdeauna un randament optim. Tipul cel mai frecvent de turbină cu palete de rotor ajustabile este turbina Kaplan, la care cepurile paletelor de rotor sunt montate perpendicular pe arbore.

Din aceasta rezultă faptul că pentru fiecare punct de funcţionare a instalaţiei turbinei există o deschidere optimă a paletelor de ghidare şi o poziţie optimă a paletelor de rotor, pentru a maximiza energia generată la cantitatea de apă existentă. între paleta rotorului şi mantaua înconjurătoare a rotorului există un interstiţiu, care conduce la pierderi de apă. în plus, la trecerea fluxului prin acest interstiţiu se ajunge la formarea unor vârtejuri. în vârtejuri se poate produce presiune de aburi şi, astfel, cavitaţie, care poate produce deteriorări prin cavitaţie ale suprafeţelor. în vederea îmbunătăţirii comportamentului la cavitaţie au fost proiectate numeroase forme diferite ale paletelor de rotor, astfel de ex. în US 5,226,804 o paletă de rotor cu o suprafaţă mărită la muchia de admisie. Există de asemenea posibilitatea ataşării unei rigle pe diametrul exterior al paletei de rotor, denumită şi riglă de cavitaţie sau riglă anticavitaţie, pentru a se reduce trecerea fluxului prin interstiţiu şi, astfel, formarea de vârtejuri şi deteriorările prin cavitaţie. însă riglele anticavitaţie cunoscute nu pot soluţiona problema în întregime. Astfel, invenţia şi-a asumat sarcina de a crea o paletă de rotor al unei turbomaşini hidraulice cu o riglă anticavitaţie, care să reducă substanţial deteriorările produse prin cavitaţie. Prin urmare, invenţia este caracterizată prin aceea că rigla prezintă o înălţime variabilă, înălţimea riglei fiind mai mare imediat după muchia de intrare şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă. Prin înălţime variabilă se va înţelege o înălţime diferită pe lungimea riglei. Ca urmare a înălţimii mai mari a riglei la început, vârtejul care produce cavitaţie poate fi îndepărtat de paleta de rotor şi de riglă şi deplasat în spaţiul liber, astfel fiind reduse puternic deteriorările produse prin cavitaţie. O configurare favorabilă a invenţiei este caracterizată prin aceea că rigla este integrată în paleta de rotor, este sudată pe aceasta sau fixată cu şuruburi. O perfecţionare avantajoasă a invenţiei este caracterizată prin aceea că în riglă, în continuarea primei părţi mai înalte, este dispus un număr de inserţii din material rezistent la cavitaţie, inserţiile putând fi sudate sau fixate cu şuruburi pe paleta de rotor. Prin intermediul acestor inserţii va fi prelungită mult durata de serviciu a paletei de rotor şi a riglei anticavitaţie. Astfel de inserţii constau de exemplu din oţel inoxidabil, de ex. X 5 CrNi 13.4, sau din metale deosebit de rezistente la cavitaţie (de exemplu aliaje pe bază de fier austenitic, inoxidabile şi cu capacitate de ecruisare sau aliaje cobalt-crom-wolfram) şi pot fi fixate pe paleta de rotor prin sudură sau cu şuruburi. Prin aceasta este de asemenea posibil ca aceste inserţii să fie înlocuite la intervale regulate, fără ca astfel să fie prejudiciată paleta de rotor şi, odată cu aceasta, randamentul şi puterea maşinii hidraulice, de exemplu ale turbinei.

Invenţia se referă de asemenea şi la o riglă anticavitaţie pentru o paletă de rotor al unei turbomaşini hidraulice cu un butuc, pe care paleta de rotor este fixată rotativ sau fix, rigla anticavitaţie fiind dispusă pe diametrul exterior al paletei de rotor. Aceasta este caracterizată prin aceea că rigla anticavitaţie prezintă o înălţime variabilă, înălţimea riglei fiind mai mare imediat după muchia de intrare şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă. Ca urmare a înălţimii mai mari a riglei la început, vârtejul care produce cavitaţie poate fi îndepărtat de paleta de rotor şi de rigla anticavitaţie şi deplasat în spaţiul liber, astfel fiind reduse puternic deteriorările produse prin cavitaţie. O perfecţionare avantajoasă a invenţiei este caracterizată prin aceea că pe lungimea riglei anticavitaţie sunt prevăzute şi alte părţi, cu înălţimi mai mari. Cu acestea este posibilă o îndepărtare a fluxurilor de turbulenţe de muchie, de-a lungul muchiei paletei de turbină, şi o mutare a lor în spaţiul liber, astfel fiind aproape suprimate deteriorările produse prin cavitaţie. O configurare avantajoasă a invenţiei este caracterizată prin aceea că, în continuarea părţii, respectiv a părţilor, cu o înălţime mai mare, pe riglă este dispus un număr de inserţii din material rezistent la cavitaţie. Prin intermediul acestor inserţii va fi prelungită mult durata de serviciu a paletei de rotor şi a riglei anticavitaţie. O configurare favorabilă a invenţiei este caracterizată prin aceea că inserţiile sunt sudate pe paletă, ele putând fi de asemenea fixate cu şuruburi pe paletă. Prin aceasta este de asemenea posibil ca aceste inserţii să fie înlocuite la intervale regulate, fără ca astfel să fie prejudiciată paleta de rotor şi, odată cu aceasta, randamentul şi puterea turbinei. Astfel de inserţii constau de exemplu din oţel inoxidabil, de ex. X 5 CrNi 13.4, sau din metale deosebit de rezistente la cavitaţie (de exemplu aliaje pe bază de fier austenitic, inoxidabile şi cu capacitate de ecruisare sau aliaje cobalt-crom-wolfram).

Invenţia va fi descrisă acum exemplificator pe baza desenelor, în care sunt reprezentate fig. 1 - o reprezentare globală a unei turbine Kaplan, ca exemplu pentru o turbomaşină hidraulică fig. 2 - un canal de curgere cu o paletă de rotor, fig. 3 - o paletă de rotor cu o riglă anticavitaţie conform stadiului tehnicii, fig. 4 - o paletă de rotor cu o variantă conform invenţiei a unei rigle anticavitaţie, fig. 5 - cu o variantă conform invenţiei, alternativă, a invenţiei şi fig. 6 - o variantă a invenţiei cu inserţii în rigla anticavitaţie în fig. 1 este reprezentată o vedere generală a unei instalaţii cu turbină, pe baza exemplului unei turbine Kaplan 1 ca exemplu pentru o turbomaşină hidraulică. Turbina Kaplan 1 prezintă un rotor 2 care, sub forţa apei 3 care curge în interior, se roteşte în jurul axei 4. Rotorul este fixat pe un arbore 5, care este legat cu un generator 6. Apa este alimentată printr-o ţeavă de presiune 7 către o spirală 8, care alimentează fluxul de apă 3, prin intermediul unei roţi de ghidare cu palete de ghidare 9, către rotorul 2 al turbinei 1. Paletele de ghidare 9 pot fi executate fiecare cu posibilitate de rotaţie în jurul unei axe 10, pentru a se putea regla bine fluxul de apă. în continuarea rotorului 2 al turbinei 1 se găseşte o ţeavă de aspiraţie 11 prin care apa este alimentată într-un râu sau într-o altă apă, subterană. Rotorul prezintă un butuc 12 şi un număr de palete de rotor 13, în acest caz fiind reprezentate patru palete de rotor. Paletele de rotor 13 sunt fixate rotativ pe butucul 12 cu ajutorul unei flanşe 14. Astfel, prin rotirea paletelor de rotor 13, se poate obţine întotdeauna o putere optimă a turbinei 1.

Fig. 2 prezintă canalul de curgere pentru o paleta de rotor 13, care este fixată pe butucul 12. Pornind de la spirala 8, apa curge prin canalele 15 între paletele de ghidare 9. Pe diametrul exterior al paletei de rotor 13 este vizibilă o riglă anticavitaţie 16 conform stadiului tehnicii. în fig. 3 este reprezentată o paletă de rotor 13 cu o flanşă 14. Pot fi văzute aici muchia de intrare 17 a paletei de rotor 13 şi muchia de ieşire 18 a paletei de rotor 13, precum şi partea de presiune 19 şi partea de aspiraţie 20. în zona diametrului exterior al paletei de rotor, pe partea de aspiraţie 20, este ataşată o riglă anticavitaţie 16 conform stadiului tehnicii. Muchia de intrare a riglei 16 prezintă în acest caz un unghi de cca. 30°. în acest loc, în centru, între muchia de intrare 17 şi muchia de ieşire 18 ale paletei de rotor 13, deteriorarea produsă prin cavitaţie este deosebit de pronunţată pe rigla anticavitaţie.

Fig. 4 prezintă o paletă de rotor 13 cu o riglă anticavitaţie 16' conform invenţiei. Paleta de rotor prezintă din nou o muchie de intrare 17, o muchie de ieşire 18, precum şi o parte de presiune 19 şi o parte de aspiraţie 20. Rigla anticavitaţie 16' este reprezentată aici în secţiune. Pot fi identificate, pornind de la muchia de intrare 17 a paletei de rotor 13, o muchie de intrare 21 foarte plată a riglei anticavitaţie 16' de cca. 10°- 60° (reprezentat cca. 20°) şi, în continuarea acesteia, o parte 22 supraînălţată, care constituie aproximativ 10%- 45% din lungimea riglei anticavitaţie 16'. Este reprezentată o lungime de cca. 20 - 25% din lungimea totală a riglei. în continuare, înălţimea riglei anticavitaţie 16' scade din nou la înălţimea iniţială, înălţimea părţii 22, care este ieşită în afară peste cealaltă parte a riglei anticavitaţie, poate măsura cca. 30 - 120% din înălţimea riglei anticavitaţie 16' (reprezentat cca. 75%), acest lucru însemnând că înălţimea totală a părţii supraînălţate 22 măsoară cca. 130 - 220% din înălţimea riglei anticavitaţie 16‘. în acest caz, rigla anticavitaţie 16' poate fi modelată pe paleta de rotor 13, sudată pe aceasta sau fixată cu şuruburi. La confecţionarea paletei de rotor 13, partea riglei anticavitaţie 16' va fi turnată odată cu restul şi frezată în mod corespunzător din aceasta. Imediat ce au intervenit deteriorări mai mari prin cavitaţie, rigla anticavitaţie va fi înlocuită şi pe paleta de rotor 13 va fi sudată sau fixată cu şuruburi o nouă riglă anticavitaţie 16'. Prin intermediul părţii supraînălţate 22, vârtejul care produce cavitaţie va fi îndepărtat de paleta de rotor şi de rigla anticavitaţie şi va fi deplasat în spaţiul liber, astfel putând fi reduse puternic deteriorările produse prin cavitaţie în sectorul critic de pe rigla anticavitaţie 16’ şi de pe paleta de rotor 13. în fig. 5 este reprezentată o altă variantă a invenţiei. Rigla anticavitaţie 16' prezintă, la fel ca la varianta conform fig. 4, o muchie de intrare 21, care are un unghi de cca. 10-60° (reprezentat cca. 20°). în continuare sunt prevăzute mai multe sectoare 22, 22' şi 22", care prezintă o supraînălţare, acest lucru însemnând o înălţime mai mare decât înălţimea riglei anticavitaţie în sine, supraînălţările de la părţile 22, 22‘, 22“ individuale fiind egale sau diferit de mari. Astfel, în acest caz este reprezentat faptul că înălţarea celei de-a doua părţi 22' este mai mare decât cea a primei părţi 22, iar cea a celei de-a treia părţi 21" este mai redusă decât cea a primei părţi 22. Prin aceasta se poate ţine cont deosebit de bine de condiţiile speciale ale cavitaţiei şi de gravitatea deteriorărilor produse prin cavitaţie în diferitele puncte.

Fig. 6 prezintă o variantă a invenţiei a unei rigle anticavitaţie 16’ cu un sector mai înalt 22 la început şi cu inserţii 23, 23‘, 23“, 23“‘, 23IV, care sunt dispuse în continuare pe partea mai înaltă 22. Acestea se continuă cu o parte în continuare a riglei anticavitaţie 16'. Inserţiile 23, 23‘, 23“, 23“', 23IV sunt aşadar componentă integrată a riglei anticavitaţie. Ele pot fi ataşate în poziţie prin sudură, însă pot fi de asemenea fixate cu şuruburi şi, astfel, pot fi înlocuite la intervale regulate, fără ca astfel să fie prejudiciată paleta de rotor şi, odată cu aceasta, randamentul şi puterea turbomaşinii hidraulice, de exemplu ale turbinei. în acest caz, în funcţie de poziţia lor şi de solicitarea prin forţele de cavitaţie, inserţiile 23, 23‘, 23“, 23“‘, 23IV pot consta din acelaşi material rezistent la cavitaţie, ca de ex. oţel inoxidabil, de ex. X 5 CrNi 13.4, sau din metale deosebit de rezistente la cavitaţie (de exemplu aliaje pe bază de fier austenitic, inoxidabile şi cu capacitate de ecruisare sau aliaje cobalt-crom-wolfram) sau din materiale diferite, pentru a se ţine cont de condiţiile de cavitaţie diferite. Rigla anticavitaţie 16' prezintă în acest caz o muchie de intrare 21 foarte plată, de cca. 10°-60° (reprezentat cca. 20°) şi, în continuarea acesteia, o parte supraînălţată 22, care constituie aproximativ 1Q%- 45% din lungimea riglei anticavitaţie 16'. Este reprezentată o lungime de cca. 20 - 25% din lungimea totală a riglei. în continuare, înălţimea riglei anticavitaţie 16' scade din nou la înălţimea iniţială. înălţimea părţii care este ieşită în afară peste cealaltă parte a riglei anticavitaţie poate măsura cca. 30 - 120% din înălţimea riglei anticavitaţie 16' (reprezentat cca. 75%), acest lucru însemnând că înălţimea totală a părţii supraînălţate 22 măsoară cca. 130 - 220% din înălţimea riglei anticavitaţie 16‘. Spre deosebire de fig, 4 şi 5, fîg. 6 prezintă o paletă de rotor 13 dinspre partea inferioară (partea de aspiraţie 20), pentru a putea fi prezentată mai bine rigla anticavitaţie 16'. Partea îndreptată spre privitor este aşadar acea parte a paletei de rotor 13 care este situată pe partea de la butuc.

Claims (10)

1. Revendicări

   1. Paletă de rotor pentru o turbomaşină hidraulică, turbină, pompă sau agregat turbină-pompă, constând dintr-un butuc şi paletele de rotor fără coroană exterioară, paletele de rotor fiind fixate rotativ sau fix pe butuc şi acestea prezintă la diametrul exterior o riglă, caracterizată prin aceea că rigla (16') prezintă o înălţime variabilă, înălţimea (22) a riglei (16’) fiind mai mare imediat după muchia de intrare (21) şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă.
2. 2. Paletă de rotor conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că rigla (16') este integrată în paleta de rotor (13), este sudată pe aceasta sau fixată cu şuruburi.
3. 3. Paletă de rotor conform revendicării 1 sau 2, caracterizată prin aceea că, în continuarea primei părţi (22) mai înalte, în rigla (16') este dispus un număr de inserţii (23, 23‘, 23“, 23“‘, 23lv) din material rezistent la cavitaţie.
4. 4. Paletă de rotor conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că inserţiile (23, 23‘, 23“, 23“‘, 23 lv) sunt sudate pe paleta de rotor (13).
5. 5. Paletă de rotor conform revendicării 3, caracterizată prin aceea că inserţiile (23, 23', 23“, 23“‘, 23 lv) sunt îmbinate cu şuruburi cu paleta de rotor (13).
6. 6. Riglă anticavitaţie pentru o paletă de rotor al unei turbine cu butuc, pe care paletele de rotor sunt fixate rotativ sau fix, rigla anticavitaţie fiind dispusă pe diametrul exterior al paletei de rotor, caracterizată prin aceea că rigla anticavitaţie (16') prezintă o înălţime variabilă, înălţimea (22) a riglei (16') fiind mai mare imediat după muchia de intrare (21) şi reducându-se ulterior la o înălţime aproape constantă.
7. 7. Riglă anticavitaţie conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că rigla (16') este integrată în paleta de rotor (13), este sudată pe aceasta sau fixată cu şuruburi.
8. 8. Riglă anticavitaţie conform revendicării 6, caracterizată prin aceea că pe lungimea riglei anticavitaţie (16') sunt prevăzute părţi (22', 22") adiţionale, cu înălţimi mai mari.
9. 9. Riglă anticavitaţie conform uneia dintre revendicările 6 până la 8, caracterizată prin aceea că, în continuarea părţii (22), respectiv a părţilor (22', 22") cu o înălţime mai mare, pe rigla (161) este dispus un număr de inserţii (23, 23‘, 23“, 23“· 23 iv) (jjn material rezistent la cavitaţie.
10. 10. Riglă anticavitaţie conform revendicării 9, caracterizată prin aceea că inserţiile (23, 23‘, 23“, 23“‘, 23 lv) sunt sudate sau fixate cu şuruburi pe paleta de rotor (13).