Dispositivo (turbina) para la conversión de la energía térmica de un fluido, en energía cinética (mecánica) mediante un proceso de expansión, sin la utilización de álabes, ni rotóricos ni estatóricos.

Dispositivo (turbina) para la conversión de la energía térmica de un fluido,

en energía cinética (mecánica) mediante un proceso de expansión, sin la utilización de álabes, ni rotóricos ni estatóricos.

El dispositivo está formado por un bastidor exterior a modo de contenedor, desmontable en partes, con la función fundamental de permitir el montaje en su interior del rotor con su eje, la parte móvil, apoyado en cojinetes de bajo rozamiento y que permite aislarse del ambiente exterior y recoger el vapor o gas extenuado, una vez ha salido del rotor, el bastidor está dotado de patas y soportes que permiten la instalación y montaje de la turbina en su zona ubicación. El rotor, parte fundamental del dispositivo está formado por un disco, metálico o cerámico con radios huecos a modo de tubos, que parten del eje del rotor que es hueco y permite el paso y la distribución del fluido térmico, vapor o gas, hasta alcanzar la periferia de este disco (rotor), donde se han ubicado, tangencialmente las toberas, que son los elementos donde se transforma la energía térmica en mecánica por reacción. El conjunto eje del rotor, debe ser hueco, para permitir la entrada de vapor desde el exterior y ponerlo en comunicación con los tubos del rotor que llegan como se ha dicho hasta las toberas.

Dispositivo (turbina) para la conversión de la energía térmica de un fluido, en energía cinética (mecánica) mediante un proceso de expansión, sin la utilización de álabes, ni rotoricos ni estatoricos.

La presente invención se refiere a un nuevo dispositivo térmico-mecánico, que permite la obtención de energía mecánica a partir de un fluido, gas o vapor, a alta temperatura y presión mediante la expansión del mismo, se trata de una turbo máquina térmica motora, tipo turbina, carente de alabes tanto en el rotor como en el estator. El fluido térmico es suministrado por un generador externo.

Se debe indicar en este punto que aunque la tecnología actual de turbo máquinas, está absolutamente desarrollada y estudiada y los niveles del estado de la técnica son altísimos, sin embargo no se han resuelto una serie de problemas fundamentales, que se asumen por los diseñadores, aun a costa de un encarecimiento notable de las máquinas por problemas en el diseño, constructivos y de mantenimiento de las mismas.

En lo referente al diseño indicar, la complejidad del diseño de los alabes de perfiles torsionados, así como su fabricación, la limitación de la velocidad angular por debajo de la velocidad del sonido del fluido de trabajo lo que limita los saltos entálpicos, la refrigeración y corrosión de estos alabes por las altas temperaturas de funcionamiento y por último los costes de mantenimiento, la necesidad de personal de alta cualificación y por tanto los altos costos, tanto de reparación como de parada. Estos son motivos suficientes para tratar de minimizar en lo posible, y dar, con los dispositivos (turbinas) objetos de esta solicitud de patente, una alternativa técnicamente viable, a precios razonables y con prestaciones similares o incluso mejores que los proporcionados por la tecnología actual. Es de justicia decir aquí, que la única limitación de este tipo de nuevas turbinas, es la resistencia de los materiales constructivos, debido a las altas fuerza centrífugas producidas por las velocidades de giro elevadas.

Las partes fundamentales de estas máquinas son, el conjunto eje del rotor, el rotor, las toberas y el bastidor.

- Conjunto eje del rotor: Eje cilíndrico metálico, cerámico o mixto, de material refractario si fuera necesario, que permita soportar las altas temperaturas de los fluidos, vapores o gases, que circulan por su interior, ya que se trata de un eje tubular que permite la entrada por uno de sus extremos, de los gases o vapores desde las cámaras de combustión o generadores de vapor, situados en el exterior de la turbina, a alta presión y temperatura y lo hacen llegar al rotor mediante agujeros de comunicación realizados sobre la generatriz del eje hasta su núcleo hueco. Debe dimensionarse de forma que permita la trasmisión de potencia mecánica al exterior (alternador) , y soportar los pares de torsión así como los desequilibrios engendrados por el rotor. Se fijara al bastidor mediante cojinetes de rodadura (rodamientos) . Las juntas de aislamiento son tipo empaquetaduras de alta temperatura. FIGURA Conjunto eje del rotor.

- Rotor: Disco metálico, cerámico o mixto, de material refractario si fuera necesario, provisto de perforaciones desde su periferia al centro del disco, a modo de radios huecos tubulares, que permiten la circulación de gases o vapores desde el eje del rotor a u periferia, donde entroncaran con las toberas, montadas tangencialmente. El acabado superficial del rotor se realizara lo mas fino posible para minimizar las pérdidas por rozamiento, ya que hay zonas en la periferia de velocidad supersónica, así mismo no se montarán piezas o elementos salientes que provoquen la compresión de los vapores que rodean a este rotor, evitando así la onda de choque supersónica. FIGURA Rotor.

-Toberas: Pieza cilíndricas, metálicas, cerámicas o mixta, de material refractario si fuera necesario, fabricada para funcionar con flujo sonido, esto es con una zona sónica convergente, una garganta para la zona crítica y una zona divergente para flujo supersónico. Este elemento es el único encargado de la conversión de energía térmica en mecánica por la expansión en ella de los gases, la transmisión de energía de estas piezas al rotor esta basado en el principio de acción y reacción, no existiendo ningún choque entre fluido y parte alguna de la turbina. La tobera propiamente dicha, se montará en un soporte que permitirá su rápida sustitución y dicho soporte tendrá dispuesto el entronque con las perforaciones periféricas del rotor que son las responsables del suministro de gases o vapores. FIGURA Soporte Toberas.

- Bastidor: Conjunto de piezas metálicas, autoportantes, ensambladas de forma que permitan el montaje en su interior del rotor, su eje, y los cojinetes de rodadura, permitirá la recogida de los gases o vapores extenuados, procedentes de las toberas, para su posterior utilización y así mismo permitirá la instalación y anclaje de la turbina en la zona de trabajo. FIGURA Bastidor.

1. Dispositivo (turbina) para la conversión de la energía térmica de un fluido, en energía cinética (mecánica) mediante un proceso de expansión, sin la utilización de alabes ni rotoricos ni estatoricos. Se caracteriza porque los fluidos térmicos, gases o vapores, portadores de energía térmica, son tratados y procesados como sigue por la turbina sin alabes.

Constitución:

A) Nuevo dispositivo térmico-mecánico, que permite la obtención de energía mecánica a partir de un fluido, vapor

o gas, a alta temperatura y presión mediante la expansión del mismo, se trata de una turbo máquina térmica

motora, turbina, carente de alabes tanto en el rotor como en el estator. El fluido térmico es suministrado por un generador externo. Las partes fundamentales son el eje del rotor, el rotor, las toberas y el bastidor.

B) - Conjunto eje del rotor: Eje cilíndrico metálico cerámico o mixto, de material refractario si fuera necesario, que permita soportar las altas temperaturas de los fluidos, vapores o gases, que circulan por su interior, ya que se trata de un eje tubular que permite la entrada por uno de sus extremos de los gases o vapores desde las cámaras de combustión o generadores de vapor situados en el exterior de la turbina, a alta presión y temperatura y lo hacen llegar al rotor mediante agujeros de comunicación realizados entre la generatriz del eje y su núcleo hueco. Debe dimensionarse de forma que permita la trasmisión de potencia mecánica al exterior (alternador) , y soportar los pares de torsión y desequilibrios engendrados por el rotor. Se fijará al bastidor mediante cojinetes de rodadura (rodamientos) . Las juntas de aislamiento son tipo empaquetadura de alta temperatura. FIGURA Conjunto eje del rotor.

C) - Rotor: Disco metálico, cerámico o mixto, de material refractario si fuera necesario, provisto de perforaciones desde la periferia al centro del disco, a modo de radios huecos tubulares, que permiten la circulación de gases o vapores desde el eje del rotor a su periferia, donde entroncaran con las toberas. El acabado superficial del rotor se realizará lo más fino posible para minimizar las pérdidas por rozamiento, ya que hay zonas de la periferia del rotor sometidas a velocidad supersónica, no se montarán piezas o elementos salientes, que provoquen la compresión de los vapores o gases que rodean a este rotor, evitando así la onda de choque. FIGURA Rotor.

D) - Toberas: Pieza cilíndrica, metálica, cerámica o mixta, de material refractario si fuera necesario, fabricada para funcionar con flujo sonido o supersónico, esto es, con una zona sónica convergente, una garganta para la zona crítica y una zona divergente para flujo supersónico. Este elemento es el único encargado de la conversión de energía térmica en mecánica, por la expansión en ella de los gases, la transmisión de energía de estas piezas al rotor esta basado en el principio de acción y reacción, no existiendo ningún choque entre fluido y parte alguna de la turbina. La tobera propiamente dicha, se montará en un soporte que permitirá su rápida sustitución y dicho soporte tendrá dispuesto, el entronque con las perforaciones periféricas del rotor que son las responsables del suministro de gases o vapores. FIGURA Soporte Tobera.

E) - Bastidor: Conjunto de piezas metálicas, autoportante, ensambladas de forma que permitan el montaje en su interior del rotor, su eje, y los cojinetes de rodadura, permitirá la recogida de los gases o vapores extenuados, para su posterior utilización y así mismo permitirá la instalación y anclaje de la turbina en la zona de trabajo. FIGURA Bastidor.