TURBINA DE AIRE PARA UNA CENTRAL DE ENERGÍA MAREMOTRIZ.

La invención se refiere una turbina de aire para una central de energía maremotriz, particularmente una turbina de Wells de varias etapas. Se conocen las centrales de energía maremotriz de acuerdo con el principio de una columna de agua oscilante (Oscillating Water Column - OWC). A este respecto se generan en una cámara de olas, en la que entran las olas a través de una abertura de entrada que se encuentra debajo del nivel del agua, variaciones de presión en el volumen de aire que se encuentra por encima del nivel del agua. Las sobrepresiones y subpresiones que se generan de este modo en el interior de la cámara de olas derivan en una afluencia y salida a través de un canal de ventilación limitado en el espacio, en el que está alojada una turbina de aire que puede tener afluencia bidireccional. Una forma constructiva preferida de una turbina de aire que se puede afluir de forma bidireccional de este tipo viene representada por una turbina de Wells. Las palas de la turbina del rotor afluido axialmente dispuestas en paralelo con respecto al plano de rotación son características de una turbina de Wells. A este respecto, las palas de la turbina presentan un diseño simétrico con respecto al plano de rotación, estando configurado el perfil de las palas de la turbina con forma de gota para el giro de sentido constante y no presentando abombamientos en correspondencia con las condiciones de simetría. Como contorno del perfil se selecciona mayormente un perfil tipo hidrofoil, por ejemplo, de la serie de cuatro cifras NACA. Otras posibilidades de configuración para turbinas de aire con la condición de afluencia bidireccional las representan las turbinas de impulso, por ejemplo, turbinas de contrarotación de tipo McCromick. Además se conocen turbinas de aire con conducción radial del flujo. Otros componentes típicos de una turbina de aire son un generador eléctrico accionado por el rotor, una tapa de bloqueo y un amortiguador de sonido. Además se conoce el uso de álabes de guía por delante o detrás de las turbinas de aire que se pueden afluir bidireccionalmente con conducción de flujo axial. Para esto se remite a M. Suzuki, C. Arakawa, Guide Vanes Effect of Wells Turbine for Wave Power Generator, International Journal of Off- shore and Polar Engineering, Vol. 10, Nº 2, Junio de 2000 (ISSN 1053-5381). A partir de este artículo se deduce que para turbinas de Wells de una etapa se pueden asociar disposiciones de álabes de guía a un rotor aguas arriba y/o aguas abajo. Se supone que el aumento del rendimiento se debe sobre todo a los álabes de guía dispuestos aguas arriba con respecto al rotor. En una central de energía maremotriz típica a presión neumática existente en la cámara de olas sobrepasa la mayoría de las veces el nivel de presión que se puede usar en una turbina de Wells con una única etapa de rotor. El criterio que se sigue radica en una condición según la cual en el lado de aspiración de un álabe de rotor no debe aparecer flujo transónico que llevaría asociadas percusiones y altas resistencias al flujo. Esto conduce directamente al requisito de una velocidad azimutal máxima admisible en la punta de las palas del rotor, por lo que está limitada la caída de presión producida en una etapa del rotor. Adecuadamente se propuso configurar turbinas de Wells para centrales de energía maremotriz con dos etapas, es decir, con dos rotores. En caso necesario se pueden añadir otros rotores, de tal forma que en la presente solicitud la expresión de una turbina de aire de varias etapas representa el uso de al menos dos y posiblemente más rotores. Para la configuración de una turbina de Wells de dos etapas en una central de energía maremotriz se remite al documento US 5191225. Se mencionan álabes de guía para turbinas de aire de varias etapas en T. Setoguchi, M. Takao, Current status of self rectifying air turbines for wave energy conversión, Energy Conversion and Management, 47 (2006), 2382-2396. Se divulga el uso de una turbina de Wells con dos etapas de rotor sucesivas, estando dispuestos álabes de guía aguas arriba y aguas abajo de este par de rotores. Para cada sentido del flujo existirá por lo tanto un conjunto de álabes de guía aguas arriba del par de rotor, que conduce de acuerdo con el conocimiento del experto en la materia a un aumento del rendimiento de la turbina de Wells. En el documento GB 2099929 A se divulga un uso de álabes de guía entre la primera etapa de rotor y la segunda etapa del rotor. De acuerdo con lo que se conoce hasta ahora, el primer rotor de una turbina de Wells, que es afluida de forma ideal de manera axial, produce cambio de dirección del flujo contrario al sentido de rotación del primer rotor. Así, a la salida del primer rotor el flujo tiene componentes de velocidad axiales y azimutales, lo que conduce a una disminución del ángulo de afluencia del segundo rotor situado a continuación aguas abajo y que rota en el mismo sentido. A este respecto el ángulo de afluencia eficaz que se consigue se deriva de la suma vectorial de las componentes de la velocidad debidas al giro del rotor, en dirección azimutal, y la velocidad de afluencia absoluta en el sistema fijo del flujo de aire que incide sobre el rotor. La invención tiene el objetivo de aumentar el momento angular ganado por una turbina de aire de dos o varias etapas de afluencia bidireccional atravesada axialmente, particularmente una turbina de Wells. Además se indica una turbina de aire que se caracteriza por una eficiencia alta así como por una sencillez constructiva y en la técnica de fabricación. El objetivo de la invención se consigue mediante las características de la reivindicación independiente 1. 2 E08870974 29-12-2011   De acuerdo con esto, los inventores han observado que una turbina de aire de dos o más etapas, atravesada de forma bidireccional con conducción axial del flujo solamente tiene una eficiencia alta si entre un primer conjunto de rotor con un primer rotor y un segundo conjunto de rotor con un segundo rotor existe un conjuntos de álabes de guía. Éste conduce particularmente entonces a un aumento del momento ganado al flujo de aire cuando los álabes de guía colocados entre el primer rotor y el segundo rotor reducen la turbulencia generada en el flujo de aire. El aumento aparejado del ángulo de afluencia en el rotor aguas abajo no resulta crítico con respecto a un desprendimiento del flujo si el ángulo de afluencia del rotor aguas arriba, que se elige menor que el ángulo de afluencia crítico, no supera el del rotor aguas abajo. Debido a la afluencia bidireccional de la turbina de aire, el conjunto de álabes de guía colocado entre el primer y segundo conjuntos de rotor se tiene que adaptar en cuanto a la inversión del sentido del flujo que se da cíclicamente; en el caso más sencillo se elige un conjunto simétrico con respecto a un corte axial o una geometría seleccionada correspondientemente para los álabes de guía o se disponen varios álabes de guía en serie axialmente. La idea en la que se basa la invención, según la cual se disminuye la turbulencia generada por un rotor dispuesto aguas arriba, conduce a un aumento del rendimiento particularmente grande cuando se reduce la turbulencia de tal forma que el rotor aguas abajo es afluido de forma correspondiente al rotor aguas arriba en cuanto a la componente de turbulencia en la afluencia. De forma correspondiente, para un ejemplo de configuración preferido de la invención, los álabes de guía entre el primer rotor y el segundo rotor presentan una geometría que está adaptada a la componente de turbulencia generada por el rotor aguas arriba, dependiente del radio. A este respecto, la componente de velocidad azimutal generada por un álabe de rotor, de sentido contrario al sentido de giro del rotor, en la punta de los álabes de turbina es menor en comparación con el menor radio en la zona del buje del rotor. De forma correspondiente, un álabe de guía de acuerdo con la invención para mayores radios reducirá menos la turbulencia que para radios menores. Los requisitos que se han mencionado anteriormente en cuanto a las condiciones de simetría así como a la reducción de la turbulencia dependiente del radio se pueden asociar de forma más preferida con una geometría de álabe de guía configurada de forma sencilla en cuanto a la técnica de fabricación si la curvatura de los álabes de guía permanece constante a lo largo de todo el radio en la posición de montaje. De forma particularmente preferente se adapta el contorno del álabe de guía a la curvatura constante de un arco circular. El requisito de una corrección de la turbulencia dependiente del radio se cumple si para radios menores, es decir, hacia el buje, la corrección del álabe de guía se extiende a lo largo de una longitud de arco más amplia en comparación con mayores radios y, por tanto, con las zonas próximas... [Seguir leyendo]

1. Turbina de aire (1) para una central de energía maremotriz accionada por un flujo de aire bidireccional con al menos un primero conjunto de rotor (2), que comprende un primer rotor (3) y al menos un segundo conjunto de rotor (4), que comprende un segundo rotor (5); el primer rotor (3) y el segundo rotor (5) mantienen durante el funcionamiento de la turbina de aire (1) independientemente del sentido de afluencia su sentido de giro y forman un par de rotores atravesado axialmente por un flujo en un canal de flujo, formando dependiendo del sentido de afluencia uno de los rotores el rotor aguas arriba y el otro rotor, el rotor aguas abajo; estando dispuestos entre el primer rotor (3) y el segundo rotor (5) álabes de guía (6), que reducen la turbulencia en el flujo de aire generada en el rotor aguas arriba, caracterizada porque los álabes de guía (6) a lo largo de su extensión radial presentan una curvatura constante, adaptada a un contorno circular y para la adaptación del ángulo de ataque de los álabes de guía (6) con respecto a la dirección axial de la turbina de aire (1) la longitud de arco a lo largo del contorno circular predefinido es una función dependiente del radio y estando asignado a cada sección circular del álabe de guía (6) un plano de simetría que se forma por un plano axial de la turbina de aire (1). 2. Turbina de aire (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la turbina de aire (1) está configurada como turbina de Wells. 3. Turbina de aire (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el primer rotor (3) y el segundo rotor (5) presentan un sentido de giro coincidente. 4. Turbina de aire (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque el primer rotor (3) y el segundo rotor (5) son una unidad motora con un eje de rotor (13) común. 5. Turbina de aire (1) de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque entre el primer rotor (3) y el segundo rotor (5) está dispuesto un generador eléctrico (7), que se sujeta mediante travesaños de generador de tal forma en el canal de flujo que la cubierta situada radialmente en el exterior del generador eléctrico (7) queda barrido por el flujo de aire de la turbina de aire (1), formando los travesaños del generador al mismo tiempo los álabes de guía (6) que se encuentran entre el primer rotor (3) y el segundo rotor (5). 6. Turbina de aire (1) de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque los álabes de guía comprenden un conducto para el alojamiento de elementos de sujeción para la suspensión del generador y/o para líneas eléctricas de conexión y/o para líneas de alimentación. 7 E08870974 29-12-2011   8 E08870974 29-12-2011   9 E08870974 29-12-2011