Turbinas Francis

Francis/ Kaplan/ Pelton – TURBINAS

• Como se transfiere, en qué momento, la energía en el rodete Francis

• Que son los anillos de desgaste

• Para que sirven

• Cuáles son los puntos o causas por las que una Francis pierde eficiencia

• Como se presenta el empuje hidráulico axial en una Francis

• Qué función tienen los alabes directrices en una turbina

• Que es cavitación y que efectos nocivos tiene sobre una turbina

• Qué función tienen los barrenos de equilibrio o tubos de compensación en una turbina Francis

• Estopero/ chumaceras/ compuertas de obra de toma/ golpe de ariete

• Tubo de desfogue troncocónico ¿Por qué esa figura?

La turbina Francis fue desarrollada por James B. Francis. Es una turbomáquina motora a reacción y de flujo mixto. Son turbinas hidráulicas que se diseñan para un amplio rango de saltos y caudales, siendo capaces de operar en rangos de desnivel que van de los dos metros hasta varios cientos de metros. Esto, junto con su alta eficiencia, ha hecho que este tipo de turbina sea el más ampliamente usado en el mundo, principalmente para la producción de energía eléctrica mediante centrales hidroeléctricas. Se conocen como turbinas de sobrepresión por ser ésta variable en el rodete, o también como admisión centrípeta o total por encontrarse el rodete sometido a la influencia directa del agua en toda su periferia.

Partes.

Caja espiral. Tiene como función distribuir uniformemente el fluido en la entrada del rodete de una turbina. Está formada por una unión sucesiva de una serie de virolas tronco-cónicas, cuyos ejes forman una espiral , esto permite que el agua atraviese la cámara a velocidad sensiblemente constante, evitándose la formación de torbellinos que darían lugar a pérdidas de carga.

Predistribuidor. Tiene una función netamente estructural, para mantener la estructura de la caja espiral, tiene una forma hidrodinámica para minimizar las pérdidas hidráulicas. Está formado por una serie de palas fijas equidistantes unas de otras cuya curvatura y orientación consiguen que la proyección del agua salga dirigida casi radialmente.

Distribuidor. Es el nombre con que se conocen los alabes directores de la turbomáquina, está formado por un determinado número de palas móviles, cuyo conjunto constituye un anillo que está situado concéntricamente y entre las mismas cotas en altura que el antedistribuidor, su función es regular el caudal que entra en la turbina, a la vez de direccionar al fluido para mejorar el rendimiento de la máquina. Este recibe el nombre de distribuidor Fink. Es el más corriente en todas las turbinas hidráulicas de reacción. Consta de dos bielas o brazos robustos, movido por uno o varios servomotores de aceite que hacen girar al anillo donde pivota un extremo de las bielas, las cuales a su vez hacen girar a unos fijos que pivotan en torno a un eje fijo. Las funciones del distribuidor Fink son:

a) Regula la velocidad y el angulo de entrada de agua en el rodete.

b) Regular el caudal y con él la potencia.

c) Cerrar a la turbina en la parada y en caso de anulación de la carga, para evitar el embalamiento.

Palas directrices. Cada una de ellas, al unísono con las demás, puede orientarse, dentro de ciertos límites, al girar su eje respectivo, pasando de la posición de cerrado total, cuando están solapadas unas palas sobre otras, a la de máxima apertura que corresponde al desplazamiento extremo, tendiendo a quedar en dirección radial y manteniendo, entre sí, una convergencia hacia el eje. Los ejes de las patas, a modo de generatrices del anillo que compone el distribuidor, están asentados por su parte inferior en cojinetes situados en una corona circular denominada escudo inferior, y guiados en su parte superior por cojinetes dispuestos en la llamada tapa de turbina, o en otra corona circular, escudo superior. Dichos cojinetes, conocidos como cojinetes bocines, disponen de un adecuado sistema de engrase. Este no es necesario cuando los cojinetes son de teflón. Dado que cada pala ha de quedar perfectamente centrada axialmente, entre los escudos, se disponen mecanismos, de distinta índole, que permiten regular durante el montaje la suspensión de la misma; de modo que no existan rozamientos, ni holguras excesivas que puedan provocar pérdidas de carga.

En la parte superior de cada eje, se instalan juntas de estanqueidad, para evitar el paso de agua.

Todas las palas directrices, cuyo número oscila aproximadamente entre 12 para las turbinas pequeñas y 24 para las grandes, son exactamente iguales y conservan entre sí idénticas posiciones respecto al eje de turbina. Las generatrices de cada pata, paralelas al eje de giro pero no concéntricas con él, desarrollan formas de configuración cilíndrica.

Equipo de accionamiento de palas directrices. Se trata de un conjunto de dispositivos mecánicos, a base de servomecanismos, palancas y bielas, que constituyen el equipo de regulación de la turbina, gobernado por el regulador de velocidad.

Servomotores. Normalmente son dos, cada uno de los cuales, accionado por aceite a presión según órdenes recibidas del regulador, desplaza una gran biela, en sentido inverso una respecto de la otra, a modo de brazos de un par de fuerzas, proporcionando un movimiento de giro alternativo a un aro móvil, llamado anillo o volante de distribución, concéntrico con el eje de la turbina.

Anillo de distribución. Con sus movimientos, en sentido de apertura o cierre total o parcial, hace girar a todas y cada una de las palas directrices, por medio de palancas de unión entre éste y la parte superior de cada uno de los ejes respectivos de aquellas. El giro conjunto y uniforme de las palas directrices, permite variar la sección de paso de agua a través del distribuidor.

Las palancas mencionadas reciben el nombre de bieletas y bielas, según el sentido desde el anillo de distribución hacia las palas directrices.

Bielas y bieletas. La conexión entre la bieleta correspondiente, ligada al anillo, y el eje de la pala directriz respectiva, se realiza mediante una biela formada, en ocasiones, por dos piezas superpuestas adecuadamente, o disposición similar, en cuyo caso, el punto común de enlace

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