Dispositivo de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto.

Dispositivo (1) de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto,

que comprende:

- una turbina (10) que comprende una pluralidad de álabes (10.1, 10.2, 10.3) de diámetro exterior del orden deldiámetro interior del conducto;

caracterizado porque comprende:

- un cojinete de fluido (3) que comprende, como elemento móvil, un tubo hueco (30), ciego por un lado y acoplado alos álabes (10.1, 10.2, 10.3), como elemento fijo con relación al conducto, un árbol (32) ajustado en el tubo hueco yperforado por al menos un primer canal (320), denominado canal de entrada de fluido de lubricación, y al menos unsegundo canal (325), denominado canal de drenaje de fluido de lubricación,

- comprendiendo el árbol (32) una cámara hidráulica axial de caudal (321) en la cual desemboca el primer canal(320), y desembocando la cámara hidráulica axial de caudal (321) en el extremo del árbol (32) enfrente de un fondo(300) del tubo hueco (30).

- comprendiendo el árbol (32) etapas (322, 323) de cámaras hidráulicas radiales de caudal, sobre cada una de lascuales desemboca el canal de entrada (320), y desembocando las etapas de cámaras hidráulicas radiales de caudalradialmente en el perímetro del árbol (32),

- definiendo el primer (320) y el segundo canal (325) una parte de un circuito hidráulico, en el que el circuitohidráulico está adaptado de manera que, al producirse la alimentación del canal o los canales de entrada (320)desde el exterior del conducto por un fluido de lubricación a presión, hace circular este último a la vez entre laperiferia del árbol (32) y el tubo hueco (30), y entre el extremo del árbol (321) y el fondo (300) del tubo hueco (30) enforma de una película de espesores correspondientes a las holguras de ajuste entre el árbol perforado y el tubohueco, y seguidamente se recupera a través del canal o los canales de drenaje (325).

Dispositivo de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto

Campo técnico La invención se refiere a un dispositivo de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto.

Las aplicaciones cubiertas por la invención son todas aquellas que requieran medidas del caudal o de la velocidad 10 de un fluido a muy baja velocidad y que permitan en particular cualificar herramientas de dimensionamiento o de análisis de la seguridad.

Una aplicación particular es la de la medición de la velocidad de un fluido portador de calor en un reactor de energía nuclear en todas las condiciones de funcionamiento, tanto en funcionamiento normal (convección forzada) como en 15 situaciones accidentales o de refrigeración pasiva (convección natural) .

Técnica anterior

Hasta ahora se han utilizado diferentes aparatos de medición para medir las circulaciones a baja velocidad.

Las diversas tecnologías utilizadas en la actualidad, entre las cuales se encuentran las que utilizan una turbina montada sobre un cojinete (pivote de zafiro, rodamiento de bolas) , generalmente con pocos álabes ligeramente inclinados, no permiten medir velocidades de circulación inferiores a aproximadamente 1 cm/s (en el caso de agua o equivalente al agua) . De hecho, debido a su diseño y fabricación, las turbinas existentes se detienen, es decir, dejan de girar, en los fluidos que fluyen a velocidades inferiores a 1 cm/s.

Ejemplos de cojinetes hidrostáticos se describen, por ejemplo, en los documentos GB1242702A, GB1262852A y GB2246176A. Los dispositivos dados a conocer en estos documentos no permiten medir la circulación de un fluido en un conducto.

Sin embargo, los inventores estiman que resulta necesario conocer las velocidades de circulación menores que este valor. En efecto, en ausencia de tal conocimiento, no es razonablemente posible cualificar las herramientas de dimensionamiento de conductos o de análisis en casos accidentales de enfriamiento en convección natural en los reactores nucleares.

El objetivo de la invención es por tanto proponer una solución tecnológica que permita medir las velocidades de circulación de fluidos, tales como agua líquida, inferiores a un cm/s.

Un objetivo particular es proponer una solución de este tipo a bajo coste. 40

Exposición de la invención Con ese fin, el objeto de la invención es un dispositivo de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto, que comprende: 45

- una turbina que comprende una pluralidad de álabes de diámetro exterior del orden del diámetro interior del conducto;

- un cojinete de tipo fluido que comprende, como elemento móvil, un tubo hueco, ciego por un lado y acoplado a los

álabes, como elemento fijo con relación al conducto, un árbol ajustado en el tubo hueco y perforado por al menos un primer canal, denominado canal de entrada de fluido de lubricación, y al menos un segundo canal, denominado canal de drenaje de fluido de lubricación, en donde el primer y el segundo canal definen una parte de un circuito hidráulico.

De acuerdo con la invención, el circuito hidráulico adaptado de manera que, al producirse la alimentación del canal o los canales de entrada desde el exterior del conducto por un fluido de lubricación a presión, haga circular este último a la vez entre la periferia del árbol y el tubo hueco, y entre el extremo del árbol y el fondo del tubo hueco en forma de una película de espesores correspondientes a las holguras de ajuste entre el árbol perforado y el tubo hueco, y seguidamente se recupere a través del canal o los canales de drenaje, en donde la película de fluido de lubricación 60 creada de esta manera y el acabado superficial de las paredes ajustadas del tubo hueco y del árbol son tales que las fricciones generada entre estos es mínimo, en un grado tal que es posible que los álabes de la turbina giren y, por lo tanto, es posible medir su velocidad cuando circula un fluido por el conducto a velocidades inferiores a un cm/s.

Preferentemente, la holgura axial de ajuste entre el árbol perforado y el tubo hueco es inferior a 50 μm, típicamente 65 del orden de 22 μm.

También preferiblemente, la holgura radial de ajuste, llamada holgura en el radio, entre el árbol perforado y el tubo hueco es inferior a 50 μm, típicamente del orden de 32 μm.

Ventajosamente el acabado superficial de las paredes ajustadas del tubo hueco y del árbol es menor que 0, 1 μm. 5 De acuerdo con una realización ventajosa, el circuito hidráulico comprende:

• un canal de entrada de fluido de lubricación perforado internamente a lo largo del árbol y centrado en el mismo,

• una cámara hidráulica axial de caudal en la cual desemboca el canal de entrada a través de una resistencia hidráulica calibrada y que desemboca en el extremo del árbol enfrente del fondo del tubo ciego,

• dos etapas de cámaras hidráulicas radiales de caudal, en cada una de las cuales desemboca el canal de entrada a través de una resistencia hidráulica calibrada, y que desembocan radialmente en el perímetro del árbol, estando realizada cada etapa de caudal con una cota axial diferente de la otra etapa de caudal y comprendiendo al menos tres cámaras idénticas distribuidas uniformemente en el perímetro del árbol,

• tres canales de drenaje de fluido de lubricación perforados cada uno internamente en el árbol, y distribuidos paralelamente alrededor del canal de entrada de fluido de lubricación, 20

• tres etapas de drenaje, cada una de las cuales desemboca simultáneamente sobre toda la periferia del árbol y sobre uno de los canales de drenaje de fluido de lubricación; estando realizada una de las etapas de drenaje a una cota comprendida entre las dos cotas de las etapas de flujo, y estando realizada otra de las etapas de drenaje a una cota comprendida entre la cota de la etapa de caudal radial más cercana a la cámara de caudal axial y la cota de esta última, y estando realizada la tercera de las etapas en el extremo del árbol opuesto a esta enfrente del fondo del tubo hueco. Las resistencias hidráulicas calibradas tienen todas ellas el mismo valor.

Los inventores deseaban combinar juiciosamente las funciones existentes de un cojinete de empuje de fluido, habitualmente llamado cojinete de empuje hidrostático, de tipo monodireccional, y de un rodamiento fluido activo,

habitualmente llamado cojinete hidrostático, pero sin estar obligados a instalar dos rodamientos fluido separados uno del otro, como es habitualmente el caso, con el fin de mantener la carga en el eje del cojinete en el caso de un valor consecuente del momento radial.

En efecto, los inventores están familiarizados con la función de un cojinete de empuje de fluido (cojinete de empuje hidrostático) monodireccional, a saber, para mantener una carga en una posición axial a lo largo de un único sentido axial (hacia arriba) , independientemente de las perturbaciones a las que el cojinete de empuje esté sometido. Asimismo, están familiarizados con la función de un cojinete de fluido activo (cojinete hidrostático) , que sirve para mantener la carga en el eje del cojinete. Sin embargo, hasta ahora, independientemente de la aplicación deseada, cuando se deseaba obtener un par de ajuste del momento radial suficiente, era absolutamente necesario utilizar dos cojinetes separados entre sí por una distancia mínima.

Así pues, los inventores han concebido juiciosamente una sola pieza (árbol hueco) perforada internamente, que incorpora todas las funciones en ella (cojinete de empuje de fluido activo monodireccional, cojinete de fluido activo; par de ajuste de un momento radial) .

En otras palabras, la cámara axial definida de esta manera en el árbol hueco realiza la función de cojinete de empuje de fluido activo monodireccional (cojinete de empuje hidrostático) , mientras que las etapas de cámaras radiales desempeñan la función de cojinetes de fluido activos (cojinetes hidrostáticos) , siendo la cota entre dos etapas consecutivas suficiente para obtener el par de ajuste del momento radial deseado.

De acuerdo con una variante de realización, los álabes de la turbina están fijados sobre un cubo en el interior del cual está montado y fijado el tubo hueco en el cual está ajustado el árbol perforado.

De acuerdo con otra variante de realización, los álabes de la turbina están fijados sobre un cubo que constituye el 55 tubo hueco en el cual está ajustado el árbol perforado.

Para instalar el dispositivo en un conducto, preferentemente el árbol se fija a una estructura de soporte, al menos una parte de la cual está perforada por una canalización... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (1) de medición de la velocidad de un fluido que circula por un conducto, que comprende:

- una turbina (10) que comprende una pluralidad de álabes (10.1, 10.2, 10.3) de diámetro exterior del orden del diámetro interior del conducto;

caracterizado porque comprende:

- un cojinete de fluido (3) que comprende, como elemento móvil, un tubo hueco (30) , ciego por un lado y acoplado a los álabes (10.1, 10.2, 10.3) , como elemento fijo con relación al conducto, un árbol (32) ajustado en el tubo hueco y perforado por al menos un primer canal (320) , denominado canal de entrada de fluido de lubricación, y al menos un segundo canal (325) , denominado canal de drenaje de fluido de lubricación,

- comprendiendo el árbol (32) una cámara hidráulica axial de caudal (321) en la cual desemboca el primer canal (320) , y desembocando la cámara hidráulica axial de caudal (321) en el extremo del árbol (32) enfrente de un fondo (300) del tubo hueco (30) .

- comprendiendo el árbol (32) etapas (322, 323) de cámaras hidráulicas radiales de caudal, sobre cada una de las cuales desemboca el canal de entrada (320) , y desembocando las etapas de cámaras hidráulicas radiales de caudal radialmente en el perímetro del árbol (32) ,

- definiendo el primer (320) y el segundo canal (325) una parte de un circuito hidráulico, en el que el circuito hidráulico está adaptado de manera que, al producirse la alimentación del canal o los canales de entrada (320)

desde el exterior del conducto por un fluido de lubricación a presión, hace circular este último a la vez entre la periferia del árbol (32) y el tubo hueco (30) , y entre el extremo del árbol (321) y el fondo (300) del tubo hueco (30) en forma de una película de espesores correspondientes a las holguras de ajuste entre el árbol perforado y el tubo hueco, y seguidamente se recupera a través del canal o los canales de drenaje (325) .

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la holgura axial de ajuste entre el árbol perforado (32, 320) y el tubo hueco (30) es inferior a 50 μm, típicamente del orden de 22 μm.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la holgura radial de ajuste, llamada holgura en el

radio, entre el árbol perforado (32, 320) y el tubo hueco (30) es inferior a 50 μm, típicamente del orden de 32 μm. 35

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el acabado superficial de las paredes ajustadas del tubo hueco y del árbol es menor que 0, 1 μm.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito hidráulico comprende:

el canal (320) de entrada de fluido de lubricación está perforado internamente a lo largo del árbol (32) y está centrado en el mismo,

y en el cual el canal de entrada desemboca a través de una resistencia hidráulica calibrada (324) en la cámara 45 hidráulica, comprendiendo dicho dispositivo:

• dos etapas (322, 323) de cámaras hidráulicas radiales de caudal, en cada una de las cuales desemboca el canal de entrada (320) a través de una resistencia hidráulica calibrada (324) , y que desembocan radialmente en el perímetro del árbol, estando realizada cada etapa de caudal con una cota axial diferente de la otra etapa de caudal y comprendiendo al menos tres cámaras idénticas (3220, 3221, 3222) distribuidas uniformemente en el perímetro del árbol,

• tres canales (325) de drenaje de fluido de lubricación perforados cada uno internamente en el árbol, y distribuidos

paralelamente alrededor del canal de entrada de fluido de lubricación (320) , 55

• tres etapas de drenaje (3260, 3261, 3262) , cada una de las cuales desemboca simultáneamente sobre toda la periferia del árbol y sobre uno de los canales de drenaje (325) de fluido de lubricación; estando realizada una de las etapas de drenaje (3261) a una cota comprendida entre las dos cotas de las etapas de flujo (322, 323) , y estando realizada otra de las etapas de drenaje (3262) a una cota comprendida entre la cota de la etapa (322) de caudal radial más cercana a la cámara de caudal axial (321) y la cota de esta última, y estando realizada la tercera de las etapas (3260) en el extremo del árbol opuesto a esta enfrente del fondo del tubo hueco, en donde las resistencias hidráulicas calibradas (324) tienen todas ellas el mismo valor.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que los álabes (10.1, 10.2, 10.3) de la 65 turbina (10) están fijados sobre un cubo (100) en el interior del cual está montado y fijado el tubo hueco (30) en el cual está ajustado el árbol perforado (32) .

7. Dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el cual los álabes de la turbina están fijados sobre un cubo que constituye el tubo hueco en el cual está ajustado el árbol perforado.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el árbol (32) está fijado a una estructura de soporte (2, 4) , al menos una parte (4) de la cual está perforada por una canalización (50, 52) conectada al canal de entrada (320) de fluido de lubricación con el fin de alimentar radialmente dicho fluido al árbol, y al menos una parte (4) de la cual está perforada por una canalización (51, 53) conectada al canal de drenaje (325) de líquido de lubricación con el fin de evacuar radialmente dicho fluido una vez que ha lubricado el cojinete.

9. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pinza de retención axial del árbol insertada en una ranura practicada en el tubo hueco con el fin de servir como cojinete de empuje con un hombro del árbol.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el circuito hidráulico está adaptado para recibir un caudal de aproximadamente 7 cc/s a una presión de 0, 5 bar.

11. Uso del dispositivo de medición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores en un conducto de circulación sensiblemente vertical o con una ligera inclinación con respecto a la vertical, típicamente en un ángulo de 20 menos de 30° con respecto a la vertical.