ROTOR PARA UNA TURBO MAQUINA Y UNA TURBO MAQUINA.

Rotor para una turbo máquina, que gira en un medio gaseoso o líquido y que presenta al menos sobre una de sus superficies envolventes (4) un perfil (3) con al menos una elevación convexa (19) para la generación de una diferencia de presión,

en el que la elevación convexa (19) está configurada como un perfil de superficie de soporte (3) y el rotor (2) está conectado con al menos una cámara (12, 21) para la alimenta o descarga del medio, caracterizado porque el rotor (2) presenta en el interior una cavidad axial (6) y porque entre la cavidad (6) de la superficie envolvente exterior (4) en la zona del perfil de superficie de soporte (3) está previsto al menos un orificio de paso (5)

Rotor para una turbo máquina y una turbo máquina.

La invención se refiere a un rotor para una turbo máquina de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente así como a una turbo máquina de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 11 de la patente.

Las turbo máquinas se caracterizan porque generan una diferencia de presión en un medio gaseoso o líquido o son accionadas por medio de una diferencia de presión en un medio de este tipo. A tal fin, tales turbo máquinas presentan, en general, un rotor, que está alojado de forma giratoria en el medio gaseoso o líquido frente a un estator y a través de su forma o disposición genera una diferencia de presión o convierte la diferencia de presión en el medio en un movimiento giratorio. A tales turbo máquinas pertenecen en primer término las mayoría de los tipos de bombas, compresores, turbo máquinas, turbinas o convertidores de energía eólica, que disponen de rotores en las más diferentes formas de realización y que están alojados la mayoría de ellos de forma giratoria en una carcasa como estator.

Una turbo máquina en forma de una bomba se conoce a partir del documento DD 293 181 A5, que presenta un rotor de forma cilíndrica o de forma cónica, que está alojado de forma excéntrica en una carcasa de bomba. Este rotor está conectado con un accionamiento y genera durante una rotación una cámara de bomba circundante en forma de hoz, que transporta con preferencia aceite como líquido desde un orificio de entrada a un orificio de salida. Esta bomba, que se basa en el principio hidrodinámico, genera durante la rotación en la carcasa circundante en forma de hoz una cuña de aceite, que conduce a una subida de la presión en la cámara de la bomba y de esta manera transporta el aceite desde el orificio de entrada al orificio de salida. En este caso, el rotor posee una superficie envolvente exterior redonda relativamente lisa, que genera exclusivamente en virtud de su trayectoria circundante excéntrica, una subida de la presión en el líquido. Tal rotor circundante excéntrico en una carcasa de forma cilíndrica apenas es adecuado, sin embargo, en virtud de su superficie envolvente no estructurada en el caso de un medio gaseoso en la cámara de la bomba.

En efecto, se conoce a partir del documento DE 103 19 003 A1 un rotor de un convertidor de energía eólica, a través del cual la energía eólica se transforma en una energía eléctrica. En este caso, los rotores están constituidos por un árbol alojado en un estator, en el que están dispuestas palas de rotor que se proyectan hacia fuera a distancias equiangulares. Las palas de rotor están configuradas en este caso como una aleta simétrica de una superficie de soporte de un avión, que posee en la dirección de la circulación una superficie envolvente de forma cilíndrica y de esta manera presenta un ensanchamiento convexo, que confluye en ángulo agudo hacia atrás. En este caso, las palas del rotor son alineadas en la dirección del viento de tal forma que el aire que circula por delante de ellas, como medio gaseoso, provoca de acuerdo con la ecuación de Bernoulli una diferencia de la presión, a través de la cual se desplaza el rotor alojado en el estator en un movimiento giratorio. Puesto que tal aleta provoca en su canto que confluye en ángulo agudo una formación de turbulencia perturbadora, están previstas entradas sobre el perfil de la aleta transversalmente a la dirección del viento. De esta manera, se ajusta sobre el lado superior una presión más reducida que sobre el lado inferior, lo que conduce a una sustentación adicional, con lo que se reduce la formación de turbulencia y debe realizarse la conversión de energía con un rendimiento más elevado. Pero tal rotor está previsto exclusivamente para el empleo en medios aéreos o gaseosos y debido a sus paletas de rotor largas y al diámetro de la carcasa necesario de esta manera, apenas se puede utilizar con medios líquidos.

Se conoce a partir del documento DE 42 23 965 A, que se considera como el estado más próximo de la técnica, en efecto, un rotor de turbo máquina, en el que sobre un árbol alojado está montado al menos un disco de soporte, sobre cuya superficie envolvente cilíndrica exterior están dispuesta paletas cortas en proyección, que giran en un medio gaseoso. Este rotor está dispuesto en una carcasa de estator y es accionado a través del árbol con un número de revoluciones alto. En este caso, el medio gaseoso es comprimido desde un orificio de entrada con una acción de compresión alta hacia un orificio de salida. Sin embargo, tal rotor de turbo máquina no es adecuado, en general, para medios líquidos, puesto que éstos no se pueden comprimir y, por lo tanto, podrían dañar fácilmente las paletas finas.

Se conoce a partir del documento DE 197 19 692 A1 una bomba de rotor con rotor dentado en el interior, que dispone de una forma de realización muy robusta de un rotor dentado en el interior. En este caso, la bomba está constituida por una carcasa, en la que está dispuesto un anillo excéntrico giratorio, en el que están alojadas de forma giratoria una rueda de aletas exterior y una rueda de aletas interior. En este caso, la rueda de aletas interior representa un rotor interior con una pluralidad de dientes dispuestos sobre su superficie envolvente exterior, que están dispuestos de forma giratoria en un rotor exterior. El rotor exterior rodea al rotor interior con su superficie envolvente interior, sobre la que están dispuestos igualmente dientes dirigidos hacia dentro. En este caso, tanto los dientes interiores como también los dientes exteriores se extienden sobre toda la longitud de la superficie envolvente y están constituidos esencialmente por una elevación simétrica convexa, de manera que sobre la superficie envolvente exterior del rotor interior están dispuestas seis elevaciones convexas y sobre la superficie envolvente interior del rotor exterior están dispuestas sirte elevaciones convexas. La cavidad interior del rotor exterior está conectada en este caso, respectivamente, con un orificio de entrada y un orificio de salida, que se encuentran opuestos. A través del movimiento giratorio del rotor interior se lleva a cabo también un movimiento giratorio del rotor exterior en el anillo excéntrico, con lo que se forman una serie de cámaras con volúmenes variables entre los dientes del rotor interior y del rotor exterior. De esta manera, un fluido que se encuentra en las cámaras es aspirado en las cámaras que se agrandan y es expulsado desde las cámaras que disminuyen de tamaño. Como fluido está previsto en este caso un líquido hidráulico, que es comprimido a través de la diferencia de presión generada de esta manera desde el orificio de entrada hacia el orificio de salida. Puesto que un rotor de este tipo está constituido por al menos dos partes dentadas dispuestas coaxiales entre sí, que deben presentar todavía un número diferente de dientes y solamente en el caso de realización de la máxima precisión engranan con exactitud unos dentro de los otros, una disposición del rotor de este tipo es muy costosa en su fabricación y está equipada con una serie de piezas afectadas de fricción, que son dependientes de desgaste.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de crear un rotor de aplicación universal para una pluralidad de tipos de construcción de turbo máquinas, que es robusto y está casi libre de mantenimiento y, además, todavía se puede fabricar fácilmente.

Este cometido se soluciona a través de la invención indicada en las reivindicaciones 1 y 11 de la patente. Los desarrollos y los ejemplos de realización ventajosos de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

La invención tiene la ventaja de que a través del perfil de la superficie de soporte en una de las superficies envolventes del rotor, en virtud del efecto de Bernoulli, a través del movimiento del rotor o de la circulación de un medio gaseoso o líquido se obtiene una acción de baja presión por encima del perfil de la superficie de soporte, de manera que un rotor de este tipo se puede emplear tanto en turbo máquinas para medios líquidos como también en turbo máquinas para medios gaseosos. Puesto que la acción de la presión o de la aspiración no es generada por la formación de cámaras circundantes obturadas, se puede transportar de esta manera de forma más ventajosa también un medio mezclado con sustancias sólidas, de manera que tales rotores son bien adecuados también para un transporte continuo de productos a granel o de dispersiones.

La invención tiene al mismo tiempo la ventaja de que a través del perfil de la superficie de soporte favorable para...

1. Rotor para una turbo máquina, que gira en un medio gaseoso o líquido y que presenta al menos sobre una de sus superficies envolventes (4) un perfil (3) con al menos una elevación convexa (19) para la generación de una diferencia de presión, en el que la elevación convexa (19) está configurada como un perfil de superficie de soporte (3) y el rotor (2) está conectado con al menos una cámara (12, 21) para la alimenta o descarga del medio, caracterizado porque el rotor (2) presenta en el interior una cavidad axial (6) y porque entre la cavidad (6) de la superficie envolvente exterior (4) en la zona del perfil de superficie de soporte (3) está previsto al menos un orificio de paso (5).

2. Rotor de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque este rotor contiene al menos una rueda de aletas (20) y un árbol (9) conectado de forma fija contra giro con esta rueda de aletas, que está alojado de forma giratoria en un estator (7).

3. Rotor de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la rueda de aletas (20) está configurada esencialmente de forma cilíndrica y presenta en el interior una cavidad (6) de forma cilíndrica, en el que el perfil de la superficie de soporte (3) está dispuesto o bien sobre la superficie envolvente exterior (4) o sobre la superficie envolvente interior.

4. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un perfil de la superficie de soporte (3) está dispuesto axial y tangencialmente sobre una de las superficies envolventes (4) de la rueda de aletas (20), en el que el perfil de la superficie de soporte (3) presenta al menos una elevación (19) convexa radial, que pasa, en contra del sentido de giro (18), a una zona de salida (24) descendente extendida alargada, cuya distancia con respecto al eje de giro (26) se reduce en una superficie envolvente exterior (4) y se eleva en una superficie envolvente interior y junto o en su zona extrema está dispuesto al menos un orificio de paso (5) hacia el espacio hueco interior (6).

5. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda de aletas (20) está constituida por un material metálico, material de plástico, material compuesto de fibras de vidrio o por un material de cerámica.

6. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda de aletas (20) está configurada del tipo de láminas y está constituida por al menos un anillo de láminas (13) con al menos un perfil de la superficie de soporte (3) y por una disposición de al menos un elemento de láminas (14) con un perfil de la superficie de soporte (3), que están conectados entre sí axialmente alineados, en el que los elementos de láminas (14) están distanciados tangencialmente unos de los otros hasta el punto de que de esta manera se forma al menos un orificio de paso (5).

7. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la elevación convexa (19) describe una superficie de círculo primitivo con un radio predeterminado, que pasa en contra del sentido de giro (18) a la zona de salida (24) descendente, que se extiende linealmente, ligeramente convexa o ligeramente cóncava y en esta zona o en su extremo está dispuesto el orificio de paso (5).

8. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de salida (24) descendente está configurada ligeramente cóncava y en su extremo está dispuesta en forma de una aleta una punta (25) dirigida radialmente hacia fuera como canto de rotura.

9. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda de aletas (29) está configurada axialmente de varias fases, de manera que en el sentido del eje de giro (26) están dispuestas axialmente unas detrás de las otras varias partes de rueda de aleta (20, 28) distanciadas entre sí, las cuales actúan en cada caso como rueda de aletas (20, 28) separada, de manera que estas partes están conectadas, sin embargo, de forma fija contra giro entre sí o con el árbol (9).

10. Rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la rueda de aletas (20) está configurada radialmente de varias fases, de manera que varias ruedas de aletas (20) con diámetros diferentes están dispuestas coaxiales entre sí y simétricamente al eje de giro (26) y están conectadas fijas contra giro entre sí y/o con el árbol (9).

11. Turbo máquina con un rotor de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque ésta presenta como estator un soplante (7), en el que está alojado el rotor, que forma o bien con una superficie envolvente exterior (4) y/o con una superficie envolvente interior del rotor (2) al menos una cámara (12, 21), que presenta durante la rotación una diferencia de presión con respecto al medio gaseoso o líquido circundante.

12. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizada porque la carcasa (7) forma como cámara (12, 21), a la que se alimenta el medio, una cámara de entrada (12) y como cámara, de la que se descarga el medio, una cámara de salida (21).

13. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque ésta contiene al menos un rotor (2), cuya superficie envolvente exterior (4) está rodeada por una parte de la carcasa (7) y que forma con ésta en el rotor (2) una cámara de entrada (12) o una cámara de salida (21) y presenta al menos un orificio de entrada (10) y/o un orificio de salida (11).

14. Turbo máquina de acuerdo con la reivindicación 11 ó 12, caracterizada porque ésta contiene al menos un rotor (2), cuya cavidad interior (6) está cubierta por al menos una parte de la carcasa (7) y forma con la cavidad (6) una cámara de entrada (12) o una cámara de salida (21) y presenta al menos un orificio de entrada (10) y/o un orificio de salida (11).

15. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizada porque ésta contiene al menos una cámara de entrada (12) y una cámara de salida (21), en la que cada cámara (12, 21) presenta un orificio de entrada (10) o un orificio de salida (11).

16. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizada porque ésta contiene al menos un rotor (2) con una rueda de aletas (20, 28) axialmente de varias fases y cuyas superficies envolventes exteriores (4) están rodeadas por una parte de la carcasa (7, 22) separada, que presenta en cada caso un orificio de entrada (27) hacia la fase próxima siguiente con otra parte de la rueda de aletas (28) o posee un orificio de entrada (10) o un orificio de salida (11).

17. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizada porque ésta contiene al menos un rotor (2) con una rueda de aletas radialmente de varias fases, que está rodeada por una parte de la carcasa común (7) y/o cuyas cavidades (6) están cubiertas por al menos una parte de la carcasa (7), de manera que al menos una parte de la carcasa (7) está provista con un orificio de entrada (10) o un orificio de salida (11).

18. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizada porque ésta está configurada como turbina de accionamiento y contiene al menos un rotor (2) con una rueda de aletas (20), que está rodeada por una parte de la carcasa (7) de forma cilíndrica y rodea al rotor (2) y contiene un orificio de entrada axial (10) para la alimentación de un medio gaseoso o líquido y para la introducción de un árbol (9) y en cuyo extremo axial opuesto presenta un orificio de salida (11) en forma de cuello de botella.

19. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizada porque ésta está configurada como bomba, compresor, condensador, turbina, turbo máquina o neutralizador de presión.

20. Turbo máquina de acuerdo con una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizada porque ésta está configurada para la generación de un número de revoluciones a través de un medio gaseoso o líquido y contiene al menos una cámara de entrada (12) para la alimentación acorde con la dirección del medio gaseoso o líquido impulsado con presión, que está configurado de tal forma que la dirección de la corriente está dirigida sobre la elevación convexa (19) del rotor (2) alojado de forma giratoria.