MX2008000419A - Turbina para una planta de energia hidroelectrica. - Google Patents

Abstract

La presente invencion se refiere a una turbina para una planta de energia hidroelectrica. La turbina tiene un rotor con una pluralidad de paletas con el rotor dispuesto delante de un aparato de guia (en la direccion de flujo). El angulo de inclinacion de las paletas del rotor se disena para ser variable. En virtud de que el rotor se dispone delante del aparato de guia (en la direccion de flujo), el flujo incide primero sobre el rotor y no incide sobre el aparato de guia sino hasta despues de esto, con lo que para el rotor resultan condiciones de flujo optimas.

Description

TURBINA PARA UNA PLANTA DE ENERGÍA HIDROELÉCTRICA CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una turbina para una planta de energía hidroeléctrica, para producir energía eléctrica así como a una planta de energía hidroeléctrica con una turbina correspondiente. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Se conocen plantas de energía hidroeléctrica o respectivamente instalaciones de energía hidroeléctrica con turbinas que sustancialmente se dividen en tres planos. Por lo general el primer plano constituye un aparato de soporte con el cual la turbina se mantiene en su posición en un canal . Se proporciona además un aparato de guía que usualmente se dispone delante del rotor. Finalmente se dispone detrás de este el rotor con las paletas. Por consiguiente un flujo en una turbina de este tipo sufre influencia en estos tres planos o sitios. En "Wasserkraftanlagen" , 3. Edición, Editorial Springer 2003 de Jürgen Giesecke y Emil Monsonyi se muestran varias plantas de energía hidroeléctrica. Aquí se muestra, por ejemplo una turbina tubular Kaplan. Esta turbina tiene un hueco de entrada, la turbina y una manguera de aspiración los cuales se encuentran considerablemente en una línea y horizontales o ligeramente inclinados con relación a la horizontal. Esto tiene la ventaja de que se evita una REF..189081 variación múltiple de la dirección de flujo en favor de un mayor rendimiento de energía. La turbina tiene paletas de soporte, paletas de guía y un rotor que se dispone detrás con las paletas correspondientes. Se conocen además unidades de turbina de flujo recto, siendo que se dispone un generador concéntrico por fuera del tubo de flujo, de manera que el generador no se encuentra dentro del cuerpo de la caja. El rotor consta de un cubo, paletas de rotor y una rueda de rotor que típicamente se construyen como subconjunto de construcción soldada. Una cruz de soporte se dispone, en la dirección de flujo, delante de las paletas de guía y del rotor con las paletas de rotor. El aparato de guía dispuesto delante del rotor se usa mediante giro de las paletas de guía y de paletas de soporte para desconectar la turbina al ajustar las paletas de manera que descansan solapadas y por consiguiente bloquean el canal . Como estado de la técnica se indica en este sitio todavía en general a los siguientes documentos publicados: DE 34 29 288 Al, DE 884 930 C, EP 0 622 543 Al, CH 332 959 y US 2005/0001432 Al. BREVE DESCRIPICION DE LA INVENCIÓN Por consiguiente es el objeto de la presente invención proporcionar una turbina y una planta de energía hidroeléctrica con una turbina correspondiente que tiene una estructura simplificada y una mayor potencia. Este problema se resuelve mediante una turbina de conformidad con la reivindicación 1 y mediante una planta de energía hidroeléctrica de conformidad con la reivindicación 6. Por consiguiente se proporciona una turbina para una planta de energía hidroeléctrica. La turbina tiene un rotor con una pluralidad de paletas, siendo que el rotor se dispone delante de un aparato de guía (en la dirección de flujo) . El ángulo de inclinación de las paletas del rotor se diseña para ser variable. En virtud de que el rotor se dispone delante del aparato de guía (en la dirección de flujo) , el flujo incide primero sobre el rotor y solamente después de esto sobre el aparato de guía, de manera que resultan condiciones de flujo óptimas para el rotor. Debido al hecho de que no se proporciona un aparato de soporte separado se suprimen completamente las pérdidas por rodear el flujo del aparato de soporte, mediante lo cual resulta un mayor grado de efectividad en comparación con el estado de la técnica. De acuerdo con un aspecto de la presente invención el rotor tiene un cubo esférico para conectar las paletas de turbina con el rotor. La configuración esférica del cubo permite ajustar el ángulo de paso de las paletas de turbina muy am 1iamente . De conformidad con otro aspecto de la presente invención las paletas de turbina se conectan con relación de enclavamiento positivo al cubo esférico, de manera que es posible evitar relaciones de flujo desfavorables en virtud de que las paletas de turbina se incorporan al cubo. De conformidad con otro aspecto de la presente invención es posible ajustar el ángulo de paso de las paletas de turbina en un ángulo de -202 a 140s, de manera que es posible frenar y acelerar el rotor si se selecciona de manera correspondiente el ángulo de paso de las paletas de turbina. Otros aspectos adicionales de la presente invención son objeto de las reivindicaciones subordinadas. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS A continuación la invención se explica con más detalle con relación a las figuras. Figura la muestra una representación esquemática de una turbina de conformidad con el primer ejemplo de realización, Figura lb muestra otra representación esquemática de una turbina de conformidad con el primer ejemplo de realización, Figura lc muestra una vista frontal de una turbina de conformidad con el primer ejemplo de realización, Figura 2a muestra una representación esquemática de una turbina de conformidad con el segundo ejemplo de realización, Figura 2b muestra otra representación esquemática de una turbina de conformidad con el segundo ejemplo de realización, Figura 2c muestra una vista frontal de una turbina de conformidad con el segundo ejemplo de realización, Figura 3a muestra una representación esquemática de una turbina de conformidad con el tercer ejemplo de realización, Figura 3b muestra otra representación esquemática de una turbina de conformidad con el tercer ejemplo de realización, Figura 3c muestra una vista frontal de una turbina de conformidad con el tercer ejemplo de realización. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La figura la muestra una representación esquemática de una turbina de conformidad con un primer ejemplo de realización. La figura lb muestra otra representación de la turbina de conformidad con la figura la. En la figura lc se muestra una vista frontal de la turbina de conformidad con la figura la y lb. La turbina comprende un rotor 4 con paletas 1 de turbina que están conectadas con un cubo 3 de diseño sustancialmente esférico. En la dirección de flujo el rotor 4 con las paletas 1 de turbina se encuentra delante de un aparato 6 de guía. Por consiguiente, en el caso de la presente turbina se trata de un rotor de barlovento. Con otras palabras, el aparato 6 de guía se encuentra detrás del rotor 4 y soporta simultáneamente al rotor en el canal, de manera que se puede prescindir de un aparato de soporte adicional. Por consiguiente, el aparato 6 de guía comprende igualmente un soporte. Por consiguiente el flujo choca primero sin obstáculos sobre el rotor 4, de manera que es posible extraerle al flujo una energía máxima antes de que el flujo choque sobre el aparato 6 de guía. El aparato 6 de guía se configura de manera que se garantiza una salida óptima del flujo de agua al reducirse las pérdidas por rotación, de manera que se evita un estancamiento y un derrumbamiento del grado de efectividad aunado a este. El aparato de guía tiene paletas 5 de soporte. En el primer ejemplo de realización se proporcionan siete paletas 5 de soporte. Las paletas 5 de soporte preferiblemente se configuran no ajustables. Las paletas 1 del rotor 4 se pueden ajustar en un intervalo de -20e a 140a, preferiblemente -102 a 120s, de manera que es posible un ajuste de la inclinación de las paletas 1 de turbina. Por consiguiente, las paletas de turbina del rotor se pueden ajustar a cualquier posición a discreción sin que se forme un intersticio entre las paletas 1 de turbina y el cubo, ya que debido a la forma esférica del cubo, las paletas 1 de turbina se conectan con relación de enclavamiento positivo al cubo. Mediante el ajuste de las paletas 1 por 90 s, las paletas se giran a una llamada "posición de bandera", es decir el agua pasa fluyendo las paletas y a través del aparato 6 de guía sin que se ponga en movimiento el rotor 4. Mediante esto el agua también puede salir fluyendo por el canal de turbina cuando la turbina no se encuentra en operación, y no es necesario bloquear el canal para frenar o eventualmente detener el rotor. Mediante el ajuste de las paletas del rotor 4, y debido al hecho de que el rotor 4 se puede detener al poder girar las paletas a una posición de bandera no se requiere la posibilidad de ajuste de las paletas de soporte. En las figuras 2a a 2c se muestra una turbina de conformidad con el segundo ejemplo de realización. La estructura de la turbina de acuerdo al segundo ejemplo de realización corresponde sustancialmente a la estructura de la turbina de conformidad con el primer ejemplo de realización. Al igual que en el primer ejemplo de realización se proporciona siete paletas 5 de soporte en el aparato de guía. Sin embargo, a diferencia del primer ejemplo de realización se proporcionan cuatro paletas en el rotor. Las figuras 3a a 3c muestran en cada caso una turbina de conformidad con el tercer ejemplo de realización. La estructura de la turbina de acuerdo al tercer ejemplo de realización corresponde sustancialmente a la estructura de la turbina de conformidad con el primero y el segundo ejemplo de realización. Contrariamente a las turbinas de acuerdo al primero y al segundo ejemplo de realización se proporcionan cinco paletas 5 de soporte en el aparato de guía. En las tres formas de realización mostradas en lo precedente las paletas uno del rotor 3 se configuran ajustables, de manera que mediante el ajuste de las paletas es posible desconectar la turbina. Por consiguiente no se requiere una capacidad de ajuste de las paletas del aparato de guía para interrumpir el flujo en el canal. En los tres ejemplos de realización mostrados en lo precedente el rotor está conectado con un árbol 10 que a su vez se puede acoplar a un generador eléctrico para transformar en energía eléctrica el movimiento de rotación del árbol 10. Por consiguiente, la turbina de conformidad con la invención es un rotor de barlovento, es decir, el aparato de guía se encuentra detrás del rotor 4. El aparato de guía es tanto soporte como también cojinete para la turbina. Las paletas 1 del rotor 4 se configuran ajustables en un ángulo de -20a a 140a. El cubo 3 del rotor 4 se diseña sustancialmente esférico para que las paletas uno del rotor 3 se puedan ajustar en cualquier ángulo a discreción sin que exista un intersticio. Por consiguiente el flujo choca primero sobre el rotor 4 antes de ser guiado al aparato 6 de guía, de manera que se forman relaciones de flujo óptimas para el rotor 4. Por consiguiente, la turbina de conformidad con la invención tiene únicamente dos planos, es decir, el rotor y el aparato de guía. La turbina descrita en lo precedente para una planta de energía hidroeléctrica se acopla preferiblemente sin engranaje (mediante el árbol 10) con un generador para producir energía eléctrica, es decir se proporciona un sistema sin engranaje de turbina y generador. El generador acoplado con la turbina preferiblemente se configura variable en lo referente al número de revoluciones. Para este propósito el sistema o respectivamente la planta de energía hidroeléctrica comprende junto al generador un rectificador y un transformador, el cual a su vez se puede conectar nuevamente a la red. Mediante la previsión del rectificador y del transformador es posible operar el generador también con diferentes números de revoluciones ya que mediante el rectificador y el transformador es posible transformar la tensión o potencia generada por el generador a la frecuencia de red que se requiere . Mediante el diseño variable con relación al número de revoluciones del generador es posible obtener un mayor rendimiento ya que incluso es posible suministrar a la red la potencia producida por el generador eléctrico si el número de revoluciones del generador no es suficiente para suministrar la frecuencia que requiere la red. Cuando la turbina de conformidad con la invención se acopla con un generador eléctrico y se usa en una planta de energía hidroeléctrica, entonces se pueden dar diferencias diferentes entre el agua superior (la porción estancada del agua) y agua inferior (una porción por debajo del nivel de estancamiento expuesta debido a una altura de la marea) . Sin embargo, la potencia generada por la planta de energía hidroeléctrica depende directamente de la diferencia de altura entre el agua superior y el agua inferior. Si ahora se usa una turbina con un generador de número fijo de revoluciones, entonces este generador únicamente se puede usar si la altura de caída del agua (diferencia de altura entre agua superior y agua inferior) permite un número de revoluciones requerido del generador. El generador eléctrico de número de revoluciones variable de conformidad con la invención con un transformador añadido también se puede operar a un número de revoluciones por debajo del número de revoluciones requerido, es decir, también con diferentes potencias. Por consiguiente la turbina de conformidad con la invención también puede trabajar si el número de revoluciones de la turbina cae por debajo del número de revoluciones de otra manera requerido. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Turbina para una planta de energía hidroeléctrica para generar energía eléctrica, con un rotor y una multitud de paletas de turbina, un aparato de guía con una multitud de paletas de soporte que en la dirección de la circulación del flujo se encuentran dispuestas detrás del rotor y sirven como aparato de soporte de la turbina, caracterizada porque el ángulo de inclinación de las paletas de turbina del rotor se configura ajustable y porque la turbina se configura como rotor de barlovento para que la afluencia sobre las paletas de turbina no sufra perturbaciones por la turbina en dirección de circulación de flujo.
2. 2. Turbina de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el rotor tiene un cubo esférico para conectar las paletas con el rotor.
3. 3. Turbina de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque las paletas se conectan al cubo con relación de enclavamiento positivo.
4. 4. Turbina de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el ángulo de inclinación de las paletas de turbina se configura ajustable de -20a a 140a.
5. 5. Turbina de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la turbina se dispone en un canal y el aparato de guía se configura para soportar el rotor en el canal .
6. 6. Planta de energía hidroeléctrica caracterizada porque comprende al menos una turbina de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.
7. 7. Planta de energía hidroeléctrica de conformidad con la reivindicación 6 que comprende además un generador eléctrico para generar energía eléctrica, caracterizada porque el generador eléctrico se acopla sin engranaje con la turbina.
8. 8. Planta de energía hidroeléctrica de conformidad con la reivindicación 6, caracterizada porque el generador se configura variable en su número de revoluciones .
9. 9. Planta de energía hidroeléctrica de conformidad con la reivindicación 7 u 8 que comprende además un rectificador para rectificar la tensión de salida eléctrica del generador y un transformador que se acopla con una parte con el rectificador y por otra parte con la red, caracterizada porque el transformador sirve para suministrarle potencia eléctrica a la red con una frecuencia que requiere la red.