Definición de los parámetros de forma geométrica de los álabes del rodete de la turbina Francis 99

Abstract

Currently, at the national level in México and at the state level in Michoacán, there is great water potential, however, this energy is not used to the maximum because the small hydroelectric plants are in a state of deterioration, which leads to that have an efficiency well below normal. A big problem is that its rehabilitation has to be carried out directly with the manufacturers since the methods used to manufacture the turbines are completely unknown, which leads to their cost being very high. Work was done on the fundamental part of the Francis 99 Turbine, which is the impeller which is made up of blades. The blade of a runner is the key element of energy conversion; its wear due to the presence of cavitation, sediment or fatigue as a result of years of turbine operation causes failures in the runner that could cause plant downtime. The urgency of its reconstruction or repair requires design drawings, however they do not usually contain detailed technical information and for this reason its repair is manual using 2D templates, this process has influenced the geometry of the blade by accumulating important deviations, which causes the real geometry to be different from the original. The objective of this project is to present a methodology where a parameterization of the blade geometry is carried out, only using the framework. In this research we will try to use the fewest possible parameters in order to arrive at the geometry of the real blade. Software will be used through the methodology to be carried out, which are Gambit and MATLAB. Manipulation of the design parameters of the blade geometry can provide a wide variety of blade profiles for this type of hydraulic turbines.

En la actualidad a nivel nacional en México como a nivel estatal en Michoacán se encuentra un gran potencial hídrico, sin embargo, esta energía no se aprovecha al máximo debido a que las pequeñas centrales hidroeléctricas se encuentran en estado de deterioro por lo que esto lleva a que tengan una eficiencia muy debajo de lo normal. Un gran problema es que su rehabilitación se tiene que realizar directamente con los fabricantes ya que se desconoce por completo los métodos empleados para la fabricación de las turbinas, lo cual nos lleva a que su costo sea muy elevado. Se trabajó en la parte fundamental de la Turbina Francis 99 qué es el rodete el cual está constituido por álabes. El álabe de un rodete es el elemento clave de la conversión de energía, su desgaste debido a la presencia de cavitación, sedimentos o fatiga como consecuencia de años de operación de la turbina provoca fallas en el rodete que podrían causar inactividad en la planta. La urgencia de su reconstrucción o reparación requiere de los dibujos de diseño sin embargo no suelen contener información técnica detallada y por esta razón su reparación es manual utilizando plantillas 2D, este proceso ha influido en la geometría del álabe al acumularse importantes desviaciones lo que provoca que la geometría real sea diferente a la original. El objetivo de este proyecto, es presentar una metodología en donde se realice una parametrización de la geometría del álabe, solamente utilizando el marco. En esta investigación se tratará de utilizar los menos parámetros posibles para poder llegar a la geometría del álabe real. Se utilizarán softwares mediante la metodología a realizar los cuales son Gambit y Matlab. La manipulación de los parámetros de diseño de la geometría del álabe puede brindar una gran variedad de perfiles de álabes para este tipo de turbinas hidráulicas.