Diseño paramétrico de los álabes del rodete de una turbina Francis

Abstract

In turbomachinery the major efforts are concentrated on the parametric design of the runner blades, which can be seen geometrically as free-forms of considerable complexity. Therefore, the search for the optimal shape of the flow passage through the channel by means a flexible parametric runner blades approach remains as a fundamental effort of the designer and it is up today a matter of the research field. Researchers classify the blades parameterization in two main groups: those that use a sectional approach and those that use surface zones. In regard to their potential for design optimization purposes, the sectional approaches provide different variables for a large number of blade profiles; however, all of them present the same disadvantage: any increase in the number of required sections to define the blade shape, it becomes with an increase in the number of variables or parameters involved with the design process. The goal of the present project it is to introduce a new technique with the sectional approach for any section distribution along the blade direction without increasing the blade design parameters. The airfoils geometry was taken according to the relations given by for the airfoil numerical NACA code (with four and five digits). By varying the shapes of the curves, which represent the blade parameters distribution on each section along the spanwise direction, the initial data for the graphical construction of a real long and twisted 3D blade was found.

En el diseño de turbomáquinas los mayores esfuerzos del diseño paramétrico se concentran en el diseño de los álabes del rodete, los cuales pueden ser considerados geométricamente de forma libre de considerable complejidad. Por lo tanto, la búsqueda de la forma óptima del paso de flujo por el canal mediante un enfoque paramétrico flexible de los álabes, continúa siendo un estudio fundamental por parte del diseñador y es todavía hoy en día un campo actual de investigación. Los investigadores clasifican la parametrización de los álabes en dos grupos principales: los que emplean un enfoque de sección transversal y aquellos que usan zonas de superficie. En lo que respecta a su potencial en la optimización del diseño, el enfoque de sección proporciona diferentes variables para un gran número de perfiles de álabes. Sin embargo todas éstas presentan la misma desventaja, cuando se incrementan el número de secciones requeridas para definir la forma del perfil, se incrementa también el número de variables o parámetros involucrados en el proceso de diseño. El objetivo del presente proyecto, es presentar una nueva técnica paramétrica con el enfoque de sección, para la distribución de secciones a lo largo del perfil, con un número importante de secciones sin incrementar el número de parámetros de diseño del álabe. La geometría de los álabes se toma de acuerdo con las relaciones dadas por el código numérico de perfiles aerodinámicos NACA (con cuatro y cinco dígitos). Mediante la variación de las curvas del perfil, que representan la distribución de los parámetros del álabe en cada sección a lo largo de la altura del mismo, se encontraron los datos iníciales para la construcción gráfica de un álabe real de gran longitud y con torcedura en 3D.