TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDIRECCIONAL DE FLUJOS.
Turbina hidráulica de álabes basculantes para el aprovechamiento bidireccional de flujos que comprende un rodete (2) rotatorio por su eje axial (3),
que permite su trabajo en ambos sentidos de funcionamiento, incorporado en un alojamiento (6) cilíndrico, y al que se acoplan múltiples álabes (4) por medio de un eje de giro radial (5) con movimiento basculante que permite variar su ángulo según la dirección del flujo, bien por la propia fuerza del fluido o con mecanismo que regula activamente su paso, tal como servomotores accionados por un ordenador. Opcionalmente incorpora palas directrices (7) en entrada y salida, vinculadas a un eje de fijación (8) con movimiento de basculación que permite variar su ángulo de paso, y un difusor (9), cónico o toroidal, para minimizar las pérdidas de carga.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201131379.
Solicitante: SENDEKIA ARQUITECTURA E INGENIERIA SOSTENIBLE, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: GRASES GALOFRE,MANUEL, GRASES MENDOZA,JOSE MANUEL.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03B13/18 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). › estando el otro elemento fijo, al menos por un punto, al fondo o al borde del mar.
- F03B13/22 F03B 13/00 […] › Utilizando la salida del agua resultante del movimiento de las olas, por ej. para arrastrar un motor hidráulico o una turbina.
Fragmento de la descripción:
TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDIRECCIONAL DE FLUJOS
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal corno expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a una turbina hidráuli ca de álabes basculantes para el aprovechamiento bidireccional de flujos, aportando destacables ventajas y características de novedad, que se describirán en detalle más adelante, que suponen una mejora del e stado actual de la técnica respecto de l os sistemas existentes para el mismo fin .
Más en particular, el objeto de la invención se centra en una turbina hidráulica cuya si ngular configuración permite aprovechar movimi ento de flujos bidireccionales oscilantes, ya que, gracias a los ál abes basculantes que incorpora, cuando el fluido va en una dirección la turbina es accionada en un senti do de giro y cuando el fluido cambia de di rección la turbina es accionada en el mismo sentido de gi ro, permit iendo con ello aprovechar, por e jemplo la energía del movimiento vertical de las olas, las corrientes mari nas o las mareas, así corno también la potencia hidráuli ca de ríos de muy bajo caudal o de saltos muy bajos, puesto que el par de arranque de l a turbina es muy bajo con respect o a las turbinas tradici onales .
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de l a presente invención se enmarca dentro del sector técnico de la industri a dedi cada a la fabricaci ón de máquinas
hidráuli cas, centrándose par t i cularmente en las
turbi nas destinadas a aprovechar la ener gía de l os
f luidos para generar energí a e léct r i ca .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, y como referenc ia al estado de la técnica, debe señalarse que, sí bien existen gran cantidad de tecnologías y desarrollos en el campo de las máquinas hidr áulicas y específicamente en diferentes turbinas y la optimizaci ón de las mismas, muchas de ellas pl asmadas en diferentes documentos y patentes de invención, por parte del solici tante se desconoce la existencia de ninguna turbina hidráulica de álabes basculantes o invenc i ón de aplicación s i milar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que presenta la que aquí se preconiza, y cuyos detalles caracterízadores se encuentran convenientemente recogidos en las reivi ndicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva de la mi sma.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
De manera concreta, lo que la invención propone es una turbina hidráulica de flujo axial, y alabes basculantes auto-oríentables, para aprovechar la energía de fluidos donde la dirección de los mismos es variable .
Para ello la turbina se configur a , esenc ialment e, a partir de un rodete que soporta en su zona perímetral central múltiples alabes fi jados a l mismo por medi o de un eje de giro radial, el cual permite que dichos álabes puedan variar su posición o ángulo de a taque.Así, los alabes que rot an sobre el rodete se orientan, o bien por la acci ón del propi o fluido o bien mecáni camente, para que el borde de at aque de l os mismos cambie de orientaci ón según la dirección del flu jo, permitiendo así que la rotación de la turbina sea siempre en la mi sma dirección, independientemente del sentido de flujo.
Es importante señalar que, en el caso de que la turbina se aplique para aprovechar el movimiento ascendente y descendente de las ol as, los citados álabes estarán diseñados para quedar en suspensi ón en el agua, ya que el eje de giro radial de los mi smos ha de coincidir con el centro de flotaci ón de los mi smos, facilitando así la reorientación de los alabes, apenas exista un flujo ascendente o descendente .
La reorientaci ón angular de los alabes permite un reposicionamiento rápido de l os mi smos, de tal manera que se obtiene energía de los flujos que cambian de dirección en periodos de tiempo muy cortos, como son los movi mient os vert i cales de las olas .
Hay que mencionar, además, que el eje de giro radial de cada álabe tiene en el interior del cuerpo del rodete un mecanismo que permite regular activamente el paso de los alabes .
La for ma constructiva del rodete es, generalmente, si métrica t ransversalmente al eje axial de gi ro del mismo, permitiendo el funci onamiento de la turbina en ambos sentidos.Por su parte, el ángulo logrado en la reorientación de l os álabes, corresponderá al ángulo optimo donde obtenemos la máxima potencia de la maquina y la menor resistencia de penetración del alabe en el flu jo. El conjunto de estos dos efectos superpuestos permite obtener una eficiencia mayor en la turbina .
La implantación de la turbina, para el aprovechamiento de la energía de las olas , puede realizarse con el eje axial de giro dispuesto verticalmente o inclinado, para aprovechar el movimiento oscilatorio de las olas.
En una realizaci ón preferida de la invención, el rodete esta en el i nterior de un alojamiento generalmente cilindro que puede tener en su interior una reducción de su sección para aumentar la velocidad en los alabes . Dicho alojamiento debe disponerse concéntrico al eje axial de la turbina.
Además, para garantizar e l diferencial de presiones entre la ola externa y el pistón hidráulico que se genera en su interior el a l ojamiento debe sobrepasar el nivel del agua hasta una altura prudente para que la ola no lo sobrepase .
El al ojamiento, que es un elemento estático de la máquina, es el portador de unas palas directrices que orientan el fluido hacia el interior del rodete, las cuales estarán dispuestas tanto en su entrada como a s u salida.
Di chas palas directrices pueden cambiar de posición variando su ángulo de paso pi votando en un eje a l que están v inculadas, Dicho ángul o corresponderá a la posición óptima de entrada en la mitad de un ciclo y salida en la otra mitad del ciclo. Asi, en la entrada del fluido al alojamiento las palas di rectrices conducen el fluido al interi or del mismo tangencialmente par a mejorar su acción sobre el r odete, mient ras que a la salida del rodete, las palas di rectrices estarán di spuestas longitudinalmente al eje axial para reduc ir al mínimo las perdidas por fri cción.Cabe mencionar que los movimientos angulares descri tos, tanto de los alabes del rotor como de las paletas directrices pueden ser producidos por la propia fuerza del fluido o bien se pueden lograr y controlar con la ayuda de servomotores accionados por un ordenador .
Por último, la turbina dispone, opci onalmente de un difusor, que puede ser cónico o toroidal, situado en el extremo inferior del alojamiento que se comunica con el agua, con objeto de minimizar las pérdidas de carga en la entrada del fluido y puede transformar la energía cinéti ca en energía potencial de la máquina.
Para transf ormar la energía mecánica en eléctrica se dispone una ca j a multiplicadora que aumenta las RPM de la turbina y que se conecta a un generador eléctrico mediante un vol ante de i nercia que amortigua las variaciones de par y mantiene una velocidad rotacional estable.
Una platafor ma de trabajo fuera del alcance de las olas facilita el acceso a los elementos anteriormente mencionados.
Además, el alojamiento va sujeto a una base, que puede estar apoyada en el fondo marino, sujetarse a una estructura existente en el mar o fijarse a un dique o en una plataforma grande flotante .La invención es, pues, aplicable esencialmente par a captar la energía del movimiento vertical de las olas, fenómeno que contiene gran cantidad de energía, pero también es igualmente aplicable y efectiva para el aprovechamiento de otros flujos de dirección variable. Así, en el caso de las corrientes marinas, la turbina func i onar a en la posi c i ón horizontal y / o i nclinada, de tal manera que permita captar la energía tanto de corrientes de alta y baja velocidad, unidi reccional o bidireccional, como es el caso de las mareas .
Esta nueva turbi na, frente a las turbinas
tradicionales, presenta las siguientes diferencias
fundamentales:
-Los álabes cambian de paso en cada ciclo para que el fluido accione la turbina en un mismo sentido de gi ro.
Los álabes tienen dos movi mientos, uno rotacional junto con el rodete alrededor del eje axial del mismo y otro basculante sobre el eje de giro radial que los vincula al cuerpo del r odete .
-Los alabes se reorientan por la fuerza del propio fluido o mediante un accionamiento mecánico o hidráulico .
-Los alabes están di señados para quedar en suspensión en el agua, y el eje de giro radial de l os mismos coincide...
Reivindicaciones:
1. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS que, siendo del tipo que comprende un rodete ( 2} ' cons istente en un cuerpo rotatorio por su eje axial
(3} , a cuya zona perimetral central se acoplan una pluralidad de alabes (4}, estando dicho rodete (2} incorporado en un alojamiento (6) cilíndri co y conectado a una caja multiplicador a (10) que se conecta a un generador eléctrico (11} mediante un volante de inerci a (12) , está caracteriz ada porque el r odete (2} se configur a como un cuerpo s i métrico perpendicularmente a su eje axial (3) que permite su tr abajo en ambos sent idos de funcionamiento; porque los álabes (4) se acoplan a dicho rodete (2) por medio de un eje de giro radial (5} con movimiento basculante que permite variar su ángulo de posici ón para que el borde de at aque de di chos álabes (4} cambie de orientación, según sea la dirección del flujo; y porque cada álabe (4} tiene una configuración de sección transversal s imét rica .
. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según
la reivindi caci ón 1, caracterizada por que e l
movi mient o bascul ante de l os a labes (4} del r odete (2)
son pr oduci dos por la p ropi a f uerza del fluido .
. -TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDIRECCI ONAL DE FLUJOS según la reivindi cación 1, caracterizada porque el movimiento basculante de los alabes (4} del rodete (2} son producidos mediante un mecanismo previsto a tal efecto que permite regular activamente su paso.
4. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES
PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según la reivindicación 3, caracterizada porque e l mecanismo que regula el movimiento basculante de los alabes (4) del rodete (2) son servomotores accionados por un ordenador.
(7) dispuestas tanto en su entrada como a su salida, vinculadas a un eje de fijación (8) con movimi ento de basculación que les permite cambiar de posici ón, variando su ángulo de paso.
7. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según la reivindi cación 5, caracterizada porque e l movimi ento basculante de las palas directri ces (7} son producidos medi ante un mecanismo pr evi st o a tal efecto que permite regular activamente su paso.
8. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según la reivindicación 7, caracterizada porque e l mecanismo
que regul a el movi mi ento ba scul ante de l as pal as
di rectrices (7) son ser vomot ores acci onad os por un
ordenador.9. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según algunas de las reivi ndicaciones anteriores,
caracterizada porque, a cada extremo del alojamient o (6} del rodete (2}, se contempla la existencia de un difusor (9} , cónico o toroi dal, des tinado a mini mizar las pérdidas de carga en la entrada del flui do.
. TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según algunas de las reivi ndicaciones anteriores, caracterizada porque, cuando la turbina (1} se apl i ca para aprovechar el movimiento de las ol as, ésta se di spone con su eje axial ( 3} vertical o ligeramente inclinado, los álabes ( 4} , se di señan para quedar en suspensión en el agua de manera que el eje de gi ro radi al ( 5} de los mismos coinci de con el centro de flot ación, y el al ojamiento (6} se fija de for ma que sobrepasa el nivel del agua (N} hasta una altura en que que la ola no l o sobrepase.
11. - TURBINA HID~~ULICA DE ÁLABES BASCULANTE$ PARA EL APROVECHAMIENTO BIDIRECCIONAL DE FLUJOS según la reivindicación 10 caracterizada porque exist e una platafor ma de trabajo (13} fuera del alcance de las ol as y el alojamient o (6} va sujeto a una base (14}.
12. - TURBINA HIDRÁULICA DE ÁLABES BASCULANTES PARA EL APROVECHAMIENTO BIDI RECCIONAL DE FLUJOS según la reivi ndicaci ón 11 caracterizada porque la base (14) a la que está suj eto el alojamient o (6} está apoyada en el fondo marino o se sujeta a una estructura, platafor ma o fija a un dique.
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