Central hidráulica de flujo subacuático con una turbina hidráulica que gira en el mismo sentido, que puede someterse a flujo bidireccionalmente.

Central hidráulica de flujo subacuático que comprende

1.1 un generador eléctrico (40);



1.2 una turbina hidráulica que gira en el mismo sentido, que puede someterse a flujo bidireccionalmente con unamultiplicidad de palas de turbina (11) que presentan por al menos una parte de su extensión longitudinal unperfil en forma de gota; y en la que la turbina hidráulica comprende un mecanismo de ajuste del ángulo de palapasivo para las palas de turbina (11); caracterizada porque

el mecanismo de ajuste del ángulo de pala

1.3 provoca un ángulo de apertura por rotación (d) dependiente del radio, en donde: el ángulo de apertura porrotación (d) en las zonas radialmente externas de la pala de turbina es más pequeño en comparación con laszonas radialmente internas y en la que a cada pala de turbina (11) está asignado un eje de rotación (28) que seencuentra entre la nariz de perfil afluida (33) y la línea de enfilamiento de los centros hidrodinámicos (31).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/002059.

Solicitante: VOITH PATENT GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: Sankt Pöltener Straße 43 89522 Heidenheim ALEMANIA.

Inventor/es: ARLITT,Raphael, WEILEPP,Jochen.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F03B13/26 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03B MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores de líquidos y fluidos compresibles F01; motores de líquidos, de desplazamiento positivo F03C; máquinas de líquidos de desplazamiento positivo F04). › F03B 13/00 Adaptaciones de las máquinas o de los motores para una utilización particular; Combinaciones de las máquinas o de los motores con los aparatos accionados o que ellos accionan (si es el aspecto relativo a los aparatos lo que predomina, véanse los lugares apropiados para los aparatos considerados, p. ej. H02K 7/18 ); Estaciones motrices o conjuntos máquina-aparato (aspectos hidráulicos E02B; implicando nada más que máquinas o motores del tipo de desplazamiento positivo F03C). › Utilización de la energía de las mareas.
  • F03B17/06 F03B […] › F03B 17/00 Otras máquinas o motores. › utilizando un flujo de líquido, p. ej. del tipo de aletas oscilantes.

PDF original: ES-2403232_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Central hidráulica de flujo subacuático con una turbina hidráulica que gira en el mismo sentido, que puede someterse a flujo bidireccionalmente La invención se refiere a una central hidráulica de flujo subacuático con una turbina hidráulica que gira en el mismo sentido, que puede someterse a flujo bidireccionalmente, en particular una turbina Wells, y a un procedimiento para su funcionamiento, sirviendo la central hidráulica de flujo subacuático preferentemente para el aprovechamiento de una corriente de marea. Es objeto de una continuación de la invención una turbina de aire bidireccional.

Las centrales hidráulicas de flujo subacuático ubicadas de manera aislada en una corriente ambiental representan una variante económica para la obtención de energía a partir de una corriente marina, en particular de una corriente de marea. Se conocen turbinas hidráulicas configuradas en forma de hélice que giran en una barquilla mecánica que aloja en el interior un generador eléctrico. Para una configuración alternativa se dispone el generador eléctrico en la periferia radialmente externa de la turbina hidráulica, es decir la unidad giratoria de la turbina hidráulica comprende un rotor del generador que se encuentra radialmente hacia el exterior con respecto a las palas de turbina de la turbina hidráulica y gira en una estructura de soporte en forma de anillo.

Para el aprovechamiento eficaz de una corriente de marea que cambia cíclicamente con respecto a la dirección del flujo puede hacerse un seguimiento de la turbina hidráulica con la corriente, normalmente se hace girar toda la barquilla de una central hidráulica de flujo subacuático con la unidad de generador de la turbina en la corriente. Una configuración de este tipo es constructivamente costosa y hace que el cable de conexión que parte del generador eléctrico tenga que protegerse frente a la torsión. Para un planteamiento alternativo, las palas del rotor están dotadas de un mecanismo de ajuste del ángulo de pala activo que posibilita un giro del perfil de pala de 180º. Sin embargo, a esto le sigue un alto gasto constructivo para el acoplamiento mediante articulación de las palas. Además existe la necesidad de usar detectores externos para el control del mecanismo de ajuste del ángulo de pala activo que detectan el comienzo de una inversión de dirección del flujo. Por este motivo se propuso usar palas de turbina simétricas para una configuración robusta y sencilla de una turbina hidráulica que pueden someterse a flujo bidireccionalmente. A este respecto se dan a conocer por el documento CH 316900 perfiles de pala doblemente simétricos, en forma de lente. Como alternativa pueden usarse perfiles cuya mediana de perfil realiza un salto en S. Para ello se remite a modo de ejemplo al documento US 6116856A.

Los perfiles simétricos mencionados anteriormente permiten aprovechar una dirección de corriente que se invierte, estando unida una modificación de la dirección de flujo con un cambio de la dirección de giro de la turbina hidráulica. Como alternativa puede mantenerse el sentido de giro para una configuración simétrica con respecto a la cuerda de los perfiles de las palas de turbina con una orientación de las cuerdas de manera paralela al plano de rotación en un cambio de dirección del flujo. Las turbinas Wells de este tipo se conocen por el documento US 4.313.711. Además, el documento EP 1 430 220 B1 propone el uso de una turbina Wells de una o varias fases en un canal de corriente para la obtención de energía a partir de una corriente de marea.

Para la mejora de las proporciones de flujo en las palas de turbina están previstos álabes directores aguas arriba y aguas debajo de la turbina hidráulica que se usan adicionalmente para el soporte del núcleo de rodete central que sirve para la disposición de cojinetes de la turbina hidráulica. Además de la configuración constructivamente costosa de la corona directriz existe otra dificultad en realizar una adaptación de distintas velocidades de flujo o una corriente con fluctuaciones rápidas de velocidad. A este respecto, en caso de una velocidad de flujo que se modifica rápidamente como consecuencia de las turbulencias existe el riesgo de un desprendimiento del flujo en las palas de turbina, dado que una adaptación de la velocidad de giro de la turbina hidráulica con frecuencia no puede realizarse de manera suficientemente rápida. Otra dificultad en el uso de turbinas Wells, también aquéllas que están dotadas de una corona directriz, consiste en que un funcionamiento eficaz requiere un alto número de revoluciones de giro que requiere en primer lugar el funcionamiento motor del generador eléctrico.

Para la mejora de turbinas Wells se propone por el documento GB 2100810 A fijar las palas de turbina individuales con una pieza de base en forma de disco de manera parcialmente movible en el núcleo de rodete de la unidad giratoria. A este respecto, el punto de giro del punto de base en el núcleo de rodete está dispuesto de manera lateralmente desplazada con respecto al plano de rotación de las palas de turbina a la altura de las narices de perfil afluidas. De manera opuesta e igualmente de manera lateralmente desplazada con respecto al plano de rotación está dispuesto un dispositivo de tope en forma de una guía de orificio alargado. Mediante estas medidas pueden adoptar las palas del rotor una posición angular limitada con respecto al plano de rotación para pequeñas relaciones de velocidad periférica. En el funcionamiento de una turbina Wells configurada de esta manera en una central hidráulica de flujo subacuático se produce la dificultad de que, debido a las densidades más altas del medio propulsor y una velocidad de rotación más baja en comparación con el funcionamiento de la turbina de aire en el funcionamiento normal, las palas de turbina adoptan constantemente una posición angular frente al plano de rotación. Otras realizaciones con palas de turbina fijadas de manera movible se conocen por los documentos GB 2 392 713 A, JP 60 098 103 A y JP 63 219 801 A. Además se da a conocer en el documento US 2005271508 A como propuesta de mejora para turbinas Wells configurar las palas de turbina con perfiles al menos parcialmente flexibles. En el funcionamiento se deforman las palas de turbina en el sentido de aletas afluidas transversalmente. En estructuras configuradas de manera flexible de este modo son desventajosos los efectos de la fatiga del material que

resultan debido a un grado de deformación constantemente cambiante de las palas de turbina. Además se produce también en esta configuración la dificultad mencionada anteriormente de la fuerte deformación de manera indeseada con el uso de turbinas de este tipo para centrales mareomotrices.

La invención se basa en el objetivo de diseñar una central hidráulica de flujo subacuático con una turbina hidráulica que gire en el mismo sentido, que pueda someterse a flujo bidireccionalmente de modo que se superen los problemas mencionados anteriormente. A este respecto debería ser posible en particular un funcionamiento con velocidades de flujo bajas o altas fluctuaciones de velocidad en el flujo. Además ha de configurarse la turbina hidráulica de modo que la corona directriz asignada pueda configurarse de manera constructivamente simplificada o pueda suprimirse totalmente. Simultáneamente, la turbina hidráulica también con relaciones de velocidad periférica pequeñas no debería tender a un desprendimiento de flujo y debería estar mejorada con respecto a su comportamiento de arranque. Además, el diseño de la turbina debe poder transferirse a una turbina de aire que puede someterse a flujo bidireccionalmente, en particular para una central movida por las olas del mar OWC.

El objetivo en el que se basa la invención se soluciona mediante las características de la reivindicación independiente. A este respecto se ha identificado que a una turbina genérica de una central hidráulica de flujo subacuático pude asignarse un mecanismo de ajuste del ángulo de pala pasivo con un eje de rotación que se encuentra en la cuerda entre la nariz de perfil en el lado de flujo y la línea de enfilamiento de los centros hidrodinámicos. Mediante estas medidas, dependiendo de la fuerza hidrodinámica que actúa en las palas de turbina y la fuerza centrifuga se ajusta un determinado ángulo frente al plano de rotación. De manera correspondiente se mueve la pala de turbina con grandes fuerzas hidrodinámicas y con relación de velocidad periférica pequeña fuera del plano del rotor en dirección de la posición del álabe. Por posición del álabe se entiende que se produce un ángulo entre la cuerda y el plano del rotación que lleva a cero esencialmente el ángulo de incidencia del perfil frente al flujo eficaz.

El eje de rotación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Central hidráulica de flujo subacuático que comprende 1.1 un generador eléctrico (40) ;

1.2 una turbina hidráulica que gira en el mismo sentido, que puede someterse a flujo bidireccionalmente con una multiplicidad de palas de turbina (11) que presentan por al menos una parte de su extensión longitudinal un perfil en forma de gota; y en la que la turbina hidráulica comprende un mecanismo de ajuste del ángulo de pala pasivo para las palas de turbina (11) ; caracterizada porque el mecanismo de ajuste del ángulo de pala 1.3 provoca un ángulo de apertura por rotación (d) dependiente del radio, en donde: el ángulo de apertura por

rotación (d) en las zonas radialmente externas de la pala de turbina es más pequeño en comparación con las zonas radialmente internas y en la que a cada pala de turbina (11) está asignado un eje de rotación (28) que se encuentra entre la nariz de perfil afluida (33) y la línea de enfilamiento de los centros hidrodinámicos (31) .

2. Central hidráulica de flujo subacuático de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una parte de las palas de turbina está subdividida en segmentos individuales que se extienden radialmente (41, 42, 43, 15 44) .

3. Central hidráulica de flujo subacuático de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque las palas de turbina están configuradas de manera elástica a la torsión y están dirigidas desde un anillo de soporte externo (36) radialmente hacia el interior.

4. Central hidráulica de flujo subacuático de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 - 3, caracterizada porque las

palas de turbina están fijadas de manera rígida frente al giro en un anillo externo (38, 39) y están acopladas mediante articulación giratoria en un núcleo de rodete (30) que se encuentra para ello radialmente interno.

5. Turbina de aire con una multiplicidad de palas de turbina (11) que presentan por al menos una parte de su extensión longitudinal un perfil en forma de gota, girando la turbina de aire en el mismo sentido con flujo bidireccional; y comprendiendo la turbina de aire un mecanismo de ajuste del ángulo de pala pasivo para las palas de turbina (11) , estando a cada pala de turbina (11) asignado un eje de rotación (28) que se encuentra entre la nariz de perfil afluida (33) y la línea de enfilamiento de los centros aerodinámicos (31) ; caracterizada porque en funcionamiento, el ángulo de apertura por rotación (d) en las zonas radialmente externas de la pala de turbina es más pequeño en comparación con las zonas radialmente internas.

6. Turbina de aire de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada porque las palas de turbina están configuradas de manera elástica a la torsión y están dirigidas desde un anillo de soporte externo (36) radialmente hacia el interior

o están fijadas de manera rígida frente al giro en un anillo externo (38, 39) y están acopladas mediante articulación giratoria en un núcleo de rodete (30) que se encuentra para ello radialmente interno.

7. Turbina de aire de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizada porque al menos una parte de 35 las palas de turbina está subdividida en segmentos individuales (41, 42, 43, 44) que se extienden radialmente.


 

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