Turbina que puede recibir flujo de manera bidireccional.

Turbina para una circulación en el mismo sentido con flujo de entrada bidireccional,

que comprende

1.1 al menos una fase aerodinámica activa con un rodete (1) que comprende al menos una paleta de turbina (3),caracterizada porque

1.2 la fase aerodinámicamente activa está configurada de manera asimétrica como un todo con respecto a ladirección de flujo de entrada, estando compuesto el perfil de al menos una sección parcial de la paleta deturbina (3) por una primera mitad de perfil (9) y una segunda mitad de perfil (9) con profundidades de perfilcoincidentes, que están dispuestas de manera opuesta a la cuerda del perfil (17) y que en el canto de flujo deentrada (15) presentan una transición continua, presentando la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad deperfil (10) un recorrido de perfil que se diferencia uno del otro.

Turbina que puede recibir flujo de manera bidireccional

La invención se refiere a una turbina bidireccional, que con el cambio de la dirección de flujo de entrada mantiene su sentido de giro, preferentemente una turbina undimotriz, y a una planta de generación de energía, en particular una central movida por las olas que comprende una turbina de este tipo.

Las turbinas que pueden recibir flujo de manera bidireccional con circulación en el mismo sentido se utilizan por ejemplo para la obtención de energía por medio de la fuerza de las olas. A este respecto, la energía de las olas se usa en la mayoría de los casos indirectamente para el accionamiento de la turbina, entrando una ola del mar a través de un acceso subterráneo en una cámara de olas y con el nivel de agua que sube y baja en la cámara de olas se somete un volumen de aire que se encuentra sobre el mismo a fluctuaciones de presión oscilantes. Si al volumen de aire en la cámara de olas se aplica un canal de flujo que lleva a la zona exterior, en el que se encuentra una turbina de aire, mediante el flujo de aire que resulta en el canal de flujo puede accionarse una turbina de aire basada en el concepto genérico.

Una forma constructiva típica de una turbina que puede recibir flujo de manera bidireccional con circulación en el mismo sentido, representa una turbina undimotriz. Ésta puede estar diseñada como turbina axial o radial y comprende uno o varios rodetes, que presentan preferentemente un buje con palas de turbina fijadas al mismo. Las palas de turbina individuales están aplicadas de manera simétrica para la realización de una capacidad de aplicación de entrada de flujo a ambos lados con respecto a la cuerda del perfil y presentan un recorrido de perfil en forma de gota. La cuerda del perfil, para turbinas axiales, se encuentra normalmente en el plano de rotación del rodete. Para ello se remite a modo de ejemplo al documento US 5.191.225.

Así mismo, a partir del documento US 4.313.711 se conocen disposiciones de álabe directriz previstas a ambos lados en un rodete, que desvían el flujo de entrada de modo que el vector de velocidad efectiva dispone de un ángulo de ataque reducido en el perfil. Perfeccionamientos de turbinas undimotrices se refieren a mecanismos para el ajuste del paso activo o pasivo para las paletas de turbina, para lo último se remite al documento JP 63219801 A. De este modo se reducen en particular el comportamiento de arranque y el riesgo de un desprendimiento del flujo para un funcionamiento crítico con alto coeficiente de paso.

Configuraciones adicionales para turbinas undimotrices se desprenden del documento DE 32 13 810 A1. Se da a conocer una disposición de doble serie de álabes de turbina con perfiles asimétricos, estando adaptada en cada caso una serie de álabes de turbina a una de las direcciones de flujo de entrada y estando configurada con respecto a la asimetría de manera especular con respecto a otra serie de paletas de turbina. Mediante la configuración en cada caso complementaria de la asimetría para ambas series se genera una fase de turbina, que es simétrica como un todo para garantizar la capacidad de aplicación de entrada de flujo bidireccional, presentando el plano de simetría asociado el eje de giro como perpendicular a la superficie.

La invención se basa en el objetivo de diseñar una turbina que puede recibir flujo de manera bidireccional, que circula en el mismo sentido, en particular una turbina undimotriz, de modo que se aumenta su eficiencia media y se reduce la formación de inestabilidades, que resultan en particular de desprendimientos de flujo. De manera correspondiente, la turbina deberá presentar una forma que permita un funcionamiento con ruido reducido.

El objetivo en el que se basa la invención se consigue mediante las características de la reivindicación independiente. A este respecto, los inventores parten del conocimiento de que en un canal de flujo conectado con una cámara de olas existe una corriente de aire oscilante, que no es sinusoidal. Uno de los motivos de esto son asimetrías del conjunto de la instalación. De este modo, existen diferentes condiciones límites en las bocas del canal de flujo, dado que una abertura lleva hacia la cámara de olas y la otra a la zona libre con presión ambiental. Así mismo, mediante componentes adicionales en el canal de flujo, tal como válvula de estrangulación, la válvula de seguridad, el amortiguador de ruidos y difusores o confusores previstos en cada caso en un lado o configurados de manera diferente a ambos lados resulta una desviación del recorrido de flujo sinusoidal en el canal de flujo.

Además, la propia característica de las ondas lleva a una dependencia de la dirección esencial de la circulación del canal de flujo. Mediante una colocación de la onda al alcanzar la zona del agua poco profunda, la forma de onda se desvía cada vez más del recorrido periódico, a este respecto se levanta la zona de la cresta de la ola. Como resultado, con el nivel de agua creciente en la cámara de olas se genera un impulso de presión corto e intenso, que lleva a una circulación correspondiente en el canal de flujo. De esto se desvía la característica al acabarse la ola y al disminuir el nivel del agua en la cámara de olas, generándose una circulación más débil pero más uniforme.

Para la turbina de acuerdo con la invención se realiza una adaptación al flujo de entrada dependiente de la dirección. De este modo se genera una forma asimétrica de al menos una fase aerodinámicamente activa, entendiéndose por una fase aerodinámicamente activa un rodete o, si está presente, adicionalmente el distribuidor asociado al rodete. La asimetría prevista de acuerdo con la invención se refiere a este respecto a la fase aerodinámica como un todo, de modo que para una primera dirección de flujo existe una característica que se desvía de la segunda dirección de flujo opuesta. Así mismo, el perfil de las paletas de turbina de un rodete se configura de modo que la necesidad de la capacidad de aplicación de entrada de flujo se satisface de manera suficientemente satisfactoria mediante cada

paleta de turbina individual y al mismo tiempo puede realizarse la asimetría necesaria para la adaptación de la característica de flujo de entrada modificada con la dirección de flujo de entrada. A este respecto, se subdivide el perfil a lo largo de la cuerda del perfil en dos mitades de perfil. Por consiguiente existen una primera mitad de perfil y una segunda mitad de perfil con profundidades de perfil que coinciden, que comunican siempre en las bordes de perfil y que están dispuestas de manera opuesta a la cuerda del perfil.

Tanto la primera mitad de perfil como la segunda mitad de perfil es un semiperfil, en cada caso tomado de un perfil configurado a partir de un perfil de manera simétrica con respecto a la cuerda del perfil, que está adaptado a la característica de flujo que pertenece a la dirección de flujo de entrada respectiva. La mitad de perfil asociada a una dirección de flujo de entrada determinada se encuentra en el lado de succión del perfil global de acuerdo con la invención, en el que se desarrolla su acción aerodinámica esencial. Un criterio para la adaptación de la mitad de perfil en el lado de succión es el coeficiente de paso que aparece como máximo para la dirección de flujo respectiva. A este respecto la mitad de perfil correspondiente se configura de modo que se descarte de la manera más segura posible un desprendimiento del flujo en toda la superficie, que aparece en el lado de succión. A este respecto, para la adaptación del perfil se tiene en cuenta en particular la distribución de espesor en el lado de succión, de modo que el espesor, la reserva de espesor, así como el radio de borde de perfil, se adaptan a la característica de flujo para la dirección de flujo de entrada respectiva.

Para centrales movidas por las olas, que trabajan según el principio OWC (Oscillating Wave Column) , preferentemente el perfil de acuerdo con la invención de las paletas de turbina se configura de modo que en el caso de una salida de flujo, es decir un flujo desde la cámara de olas en dirección de la zona exterior, la mitad de perfil que se encuentra en el lado de succión presenta el perfil más espeso con una reserva de espesor menor. Así mismo para ello se prefieren mayores radios de borde de perfil. A este respecto se hace uso del hecho de que perfiles gruesos y grandes radios de borde de perfil con los números de Reynolds suficientemente grandes normalmente para la presente aplicación, muestran un comportamiento de desprendimiento mejorado. En el lado opuesto y por lo tanto para la otra mitad de perfil, el lado de succión en el ciclo de succión, aparecen con menor probabilidad las... [Seguir leyendo]

1. Turbina para una circulación en el mismo sentido con flujo de entrada bidireccional, que comprende 1.1 al menos una fase aerodinámica activa con un rodete (1) que comprende al menos una paleta de turbina (3) ,

caracterizada porque 1.2 la fase aerodinámicamente activa está configurada de manera asimétrica como un todo con respecto a la dirección de flujo de entrada, estando compuesto el perfil de al menos una sección parcial de la paleta de turbina (3) por una primera mitad de perfil (9) y una segunda mitad de perfil (9) con profundidades de perfil coincidentes, que están dispuestas de manera opuesta a la cuerda del perfil (17) y que en el canto de flujo de entrada (15) presentan una transición continua, presentando la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad de perfil (10) un recorrido de perfil que se diferencia uno del otro.

2. Turbina de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad de perfil (10) presentan una distribución de espesor diferente.

3. Turbina de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad de perfil (10) presentan diferentes espesores (12.1, 12.2) .

4. Turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizada porque la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad de perfil (10) presentan diferentes reservas de espesor (13.1, 13.2) .

5. Turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque la primera mitad de perfil (9) y la segunda mitad de perfil (10) presentan diferentes radios de borde de perfil (14.1, 14.2) en el canto de flujo de entrada (15) .

6. Turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende

6.1 una primera disposición de álabe directriz (5) y una segunda disposición de álabe directriz (6) , estando colocado el rodete (1) entre la primera disposición de álabe directriz (5) y la segunda disposición de álabe directriz (6) y estando configurada la primera disposición de álabe directriz (5) de manera asimétrica con respecto a la segunda disposición de álabe directriz (6) .

7. Turbina de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la primera disposición de álabe directriz (5) en las mismas condiciones de flujo de entrada genera una desviación del flujo diferente de la segunda disposición de álabe directriz (6) .

8. Turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el rodete (1) una pluralidad de paletas de turbina (3) , caracterizada porque las paletas de turbina (3) están fijadas al rodete (1) con un ángulo de ataque (19) .

9. Planta de generación de energía, que comprende

9.1 una turbina de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8 para la que la primera velocidad de fluido máxima (v1) en una primera dirección de flujo se diferencia de la segunda velocidad de fluido máxima (v2) en la segunda dirección de flujo opuesta y la desviación de la primera mitad de perfil (9) con respecto a la segunda mitad de perfil (9) está adaptada a la diferencia de las velocidades de fluido máximas (v1, v2) .

10. Planta de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque la planta de generación de energía sirve para el aprovechamiento de energía de las olas.