Turbomáquina con al menos dos rotores contrarrotantes y equilibrio de momento mecánico.

Turbomáquina (1, 40) con

- al menos dos rotores (10, 11) que se encuentran montados de modo tal que pueden rotar alrededor de un eje derotación (7) en dirección opuesta uno con respecto al otro y en los cuales se encuentran dispuestos álabes (14) oaletas,

- un árbol de la máquina (15) montado de forma giratoria y

- un mecanismo de accionamiento (16) que conecta el árbol de la máquina (15) a por lo menos dos rotores (10, 11) yconvierte un movimiento de rotación del árbol de la máquina (15) en movimientos de rotación de los rotores (10, 11)en direcciones opuestas una con respecto a la otra, o de forma inversa, y con una carcasa (2) que conforma uncanal (3) para el flujo de un fluido, donde

- los rotores (10, 11) se encuentran dispuestos uno detrás del otro en el canal (3) en la dirección de flujo (6) delfluido,

- los rotores (10,11) se encuentran diseñados de forma anular y se encuentran montados de forma giratoria en lacarcasa (2), y

- los rotores (10, 11) diseñados de forma anular presentan respectivamente un lado interior anular (12) y un ladoexterior anular (13), donde los álabes (14) o aletas se encuentran dispuestos en el lado interior anular (12),caracterizada porque el árbol de la máquina (15) se encuentra diseñado de forma anular y se encuentra montado deforma giratoria en la carcasa (2).

Turbomáquina con al menos dos rotores contrarrotantes y equilibrio de momento mecánico La presente invención hace referencia a una turbomáquina conforme al preámbulo de la reivindicación 1; una turbomáquina de esta clase se conoce por ejemplo por la solicitud US 2, 509, 442 A, la cual se considerará como el estado del arte más cercano.

La solicitud WO 98/38085 A1 revela una turbomáquina con al menos dos rotores que se encuentran montados de modo tal que pueden rotar alrededor de un eje de rotación en dirección opuesta, y donde en el lado externo se encuentran situados álabes o aletas, con un árbol que se encuentra montado de modo tal que puede rotar alrededor del mismo eje de rotación, y con un mecanismo de accionamiento en forma de una caja de engranajes para la conversión de un movimiento de rotación del árbol en movimientos de rotación orientados de forma opuesta, es decir en forma de una contrarrotación, de los rotores, y/o de forma inversa. El árbol se extiende a lo largo del eje de rotación de los rotores y los atraviesa.

La turbomáquina puede ser utilizada de forma particularmente ventajosa en un sistema de accionamiento de un buque, por ejemplo en un propulsor azimutal, donde el rotor con sus álabes o aletas forma un primer propulsor, y el segundo rotor con sus álabes o aletas forma un segundo propulsor, donde ambos propulsores son accionados por el árbol mediante el mecanismo de accionamiento. A través del segundo propulsor contrarrotante, el momento angular con pérdidas del flujo de salida del primer propulsor es parcialmente invertido y es transformado en empuje. A través de un equilibrio de momento mecánico de esta clase se mejora la efectividad del sistema de accionamiento del buque. A modo de ejemplo, el árbol puede ser accionado por un motor eléctrico o por un motor de combustión interna. El torque del árbol se distribuye en ambos propulsores a través del mecanismo de accionamiento, donde la velocidad de rotación del árbol, de forma ventajosa, es mayor que la velocidad de rotación de ambos rotores. El mecanismo de accionamiento, de este modo, posee la función de un engranaje de reducción.

Lo mencionado se considera como especialmente ventajoso en el caso de sistemas de accionamiento en los cuales el árbol es accionado por un electromotor, puesto que la velocidad de rotación del electromotor puede ser más elevada que sin un engranaje de reducción y, por consiguiente, el diámetro del electromotor puede ser reducido.

La turbomáquina puede ser utilizada de forma particularmente ventajosa como turbina, por ejemplo para accionar un generador. Los rotores accionan el árbol, de manera que las velocidades de rotación de al menos 2 rotores son ventajosamente menores que la velocidad de rotación del árbol. El mecanismo de accionamiento posee entonces la función de un engranaje de elevación, a través del cual disminuye el momento a ser transmitido por el árbol.

En las turbomáquinas conocidas se presenta el problema de que el mecanismo de accionamiento debe ser colocado en el cubo relativamente pequeño. Esto implica que el cubo posea una complejidad mecánica muy elevada. La forma de construcción compacta ocasiona además problemas en cuanto al montaje y a la lubricación de los cojinetes, de manera que eventualmente esto puede influir de forma negativa con respecto a la fiabilidad de la turbomáquina. Para contrarrestar esta situación el cubo debería ser construido de un tamaño mayor, lo cual sin embargo se considera desventajoso y anularía las ventajas relativas a la eficacia de la disposición contrarrotante.

Por la solicitud US 2, 509, 442 A se conoce una turbomáquina conforme al preámbulo de la reivindicación 1. En este caso, el árbol se encuentra dispuesto de forma vertical con respecto a la carcasa y, por lo tanto, sobresale desde la carcasa.

Con respecto a esta turbomáquina conocida, es objeto de la presente invención el indicar una turbomáquina donde pueda aprovecharse la ventaja hidrodinámica de varios rotores contrarrotantes, la cual presente sin embargo una complejidad mecánica y una compactación de los componentes reducidas, presentando con ello una mayor fiabilidad.

Este objeto se alcanzará a través de una turbomáquina conforme a la reivindicación 1. En las reivindicaciones 2 a 8 se indican perfeccionamientos ventajosos. En las reivindicaciones 9 a 11 se indica una disposición de máquina con una turbomáquina conforme a la invención. En las reivindicaciones 12 a 16 se indican utilizaciones especialmente ventajosas de la turbomáquina o de la disposición de máquina.

Una turbomáquina conforme a la invención comprende al menos dos rotores que se encuentran montados de modo tal que pueden rotar alrededor de un eje de rotación en dirección opuesta, en los cuales se encuentran dispuestos álabes o aletas, con un árbol de la máquina que se encuentra montado de forma giratoria y con un mecanismo de accionamiento que conecta el árbol de la máquina al menos a dos rotores, y el cual convierte un movimiento de rotación del árbol de la máquina en movimientos de rotación orientados de forma opuesta, es decir en forma de una contrarrotación, de los rotores, y/o de forma inversa. Una carcasa forma un canal para un flujo de un fluido, donde los rotores se encuentran dispuestos uno detrás del otro en la dirección de flujo del fluido. El árbol de la máquina y los rotores se encuentran diseñados de forma anular y montados de forma giratoria en la carcasa, donde los rotores diseñados de forma anular presentan respectivamente un lado interno anular y un lado externo anular, y donde los álabes o aletas se encuentran dispuestos respectivamente en el lado interno anular de los rotores.

A través del diseño anular del árbol y de los rotores, de la disposición de los álabes o aletas en el lado interno anular de los rotores y del montaje de los rotores en la carcasa resulta un espacio de construcción de un tamaño esencialmente mayor para el mecanismo de accionamiento entre el árbol y los rotores. Gracias al espacio de construcción de mayor tamaño pueden reducirse la complejidad mecánica del mecanismo de accionamiento y la compactación de los componentes de la máquina, así como también puede aumentarse la fiabilidad. El fluido puede consistir en un líquido o en un gas.

A través del diseño anular del rotor, de forma especialmente ventajosa, es posible prescindir en los rotores de un árbol (central) , es decir de un componente que conecte unos a otros los extremos de los álabes o de las aletas del rotor en su lado que se encuentra distanciado del rotor anular y del soporte necesario para ello, lo cual sería perjudicial para un fluido que circula en los rotores y reduciría la efectividad de una turbomáquina. Por tanto, la turbomáquina, de forma ventajosa, no comprende un componente que se extienda a lo largo del eje de rotación de los rotores y los atraviese. Al prescindir de un árbol central es ventajoso además que los cuerpos extraños que ingresan en el canal, por ejemplo cuerdas o redes, no pueden causar grandes daños.

Para lograr una transmisión de fuerza especialmente regular entre el árbol de la máquina y los rotores, de forma preferente, el mecanismo de accionamiento se encuentra diseñado igualmente de forma anular.

De acuerdo con un diseño sencillo particularmente constructivo, el mecanismo de accionamiento comprende una primera rueda de accionamiento, varias segundas ruedas de accionamiento que se encuentran dispuestas distribuidas en la dirección circunferencial del mecanismo de accionamiento anular, respectivamente con un árbol de accionamiento que puede rotar alrededor de un eje de rotación, y una tercera rueda de accionamiento, donde

- la primera rueda de accionamiento se encuentra conectada al árbol de la máquina de forma resistente a la torsión,

- la tercera rueda de accionamiento se encuentra conectada a un primer rotor de los dos rotores de forma resistente a la torsión,

- los árboles de accionamiento de las segundas ruedas de accionamiento se encuentran montados de forma giratoria en el otro rotor,

- y donde las segundas ruedas de accionamiento se encuentran acopladas a la primera y a la tercera rueda de accionamiento.

La primera rueda de accionamiento y el árbol de la máquina no deben ser necesariamente dos componentes separados, sino que ambos pueden formar también un único componente, es decir que la primera rueda de accionamiento puede también estar integrada en el árbol de la máquina. Esto mismo es válido para la segunda o para la tercera rueda de accionamiento y para el rotor que respectivamente se encuentra conectada a las mismas.

Una transmisión del torque que especialmente economice en cuanto a espacio,... [Seguir leyendo]

1. Turbomáquina (1, 40) con

- al menos dos rotores (10, 11) que se encuentran montados de modo tal que pueden rotar alrededor de un eje de rotación (7) en dirección opuesta uno con respecto al otro y en los cuales se encuentran dispuestos álabes (14) o aletas,

- un árbol de la máquina (15) montado de forma giratoria y

- un mecanismo de accionamiento (16) que conecta el árbol de la máquina (15) a por lo menos dos rotores (10, 11) y convierte un movimiento de rotación del árbol de la máquina (15) en movimientos de rotación de los rotores (10, 11) en direcciones opuestas una con respecto a la otra, o de forma inversa, y con una carcasa (2) que conforma un canal (3) para el flujo de un fluido, donde

- los rotores (10, 11) se encuentran dispuestos uno detrás del otro en el canal (3) en la dirección de flujo (6) del fluido,

- los rotores (10, 11) se encuentran diseñados de forma anular y se encuentran montados de forma giratoria en la carcasa (2) , y

- los rotores (10, 11) diseñados de forma anular presentan respectivamente un lado interior anular (12) y un lado exterior anular (13) , donde los álabes (14) o aletas se encuentran dispuestos en el lado interior anular (12) ,

caracterizada porque el árbol de la máquina (15) se encuentra diseñado de forma anular y se encuentra montado de forma giratoria en la carcasa (2) .

2. Turbomáquina (1, 40) conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque no comprende un componente que se extienda a lo largo del eje de rotación (7) de los rotores (10, 11) y los atraviese.

3. Turbomáquina (1, 40) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el mecanismo de accionamiento (16) se encuentra diseñado igualmente de forma anular.

4. Turbomáquina (1, 40) conforme a la reivindicación 3, caracterizada porque el mecanismo de accionamiento (16) comprende una primera rueda de accionamiento (21, 41) , varias segundas ruedas de accionamiento (22, 42) que se encuentran dispuestas distribuidas en la dirección circunferencial del mecanismo de accionamiento anular (16) , respectivamente con un árbol de accionamiento (24, 44) que puede rotar alrededor de un eje de rotación (28, 48) , y una tercera rueda de accionamiento (23, 43) , donde

- la primera rueda de accionamiento (21, 41) se encuentra conectada al árbol de la máquina (15) de forma resistente a la torsión,

- la tercera rueda de accionamiento (23, 43) se encuentra conectada a un primer rotor de los dos rotores (10, así como 11) de forma resistente a la torsión,

- los árboles de accionamiento (24, 44) de la segundas ruedas de accionamiento (22, 42) se encuentran montados de forma giratoria en el otro rotor de los dos rotores (10, así como 11) de forma resistente a la torsión, y donde las dos segundas ruedas de accionamiento (22, 42) se encuentran acopladas a la primera rueda de accionamiento (21, 41) y a la tercera rueda de accionamiento (23, 43) .

5. Turbomáquina (1, 40) conforme a la reivindicación 4, caracterizada porque la primera rueda de accionamiento (21) , las segundas ruedas de accionamiento (22) y la tercer rueda de accionamiento (23) se encuentran conformadas respectivamente como una rueda cónica provista de un dentado, donde las segundas ruedas de accionamiento (22) , tanto con la primera rueda de accionamiento (21) , como también con la tercer rueda de accionamiento (23) , forman respectivamente una caja de engranajes cónicos, y donde los ejes de rotación (28) de los árboles de accionamiento (24) de las segundas ruedas de accionamiento (22) se encuentran en un ángulo recto con respecto a los ejes de rotación (7) de la primera rueda de accionamiento (21) y de la tercera rueda de accionamiento (23) .

6. Turbomáquina (1, 40) conforme a la reivindicación 4, caracterizada porque la primera rueda de accionamiento (41) se encuentra conformada como una rueda de accionamiento cilíndrica provista de un dentado interno y las segundas ruedas de accionamiento (42) y la tercera rueda de accionamiento (43) se encuentran conformadas respectivamente como ruedas de accionamiento cilíndricas, provistas de un dentado externo, donde las segundas ruedas de

accionamiento (42) , con la primera rueda de accionamiento (41) y con la tercera rueda de accionamiento (43) , respectivamente, forman un engranaje planetario y donde los ejes de rotación (48) de los árboles de accionamiento

(44) de las segundas ruedas de accionamiento (42) se extienden paralelamente con respecto a los ejes de rotación

(7) de la primera rueda de accionamiento (41) y de la tercera rueda de accionamiento (43) .

7. Turbomáquina (1, 40) conforme a la reivindicación 4, caracterizada porque la tercera rueda de accionamiento (41) se encuentra conformada como una rueda de accionamiento cilíndrica provista de un dentado interno y las segundas ruedas de accionamiento (42) y la primera rueda de accionamiento (43) se encuentran conformadas respectivamente como ruedas de accionamiento cilíndricas, provistas de un dentado externo, donde las segundas ruedas de accionamiento (42) , con la primera rueda de accionamiento (41) y con la tercera rueda de accionamiento (43) , respectivamente, forman un engranaje planetario y donde los ejes de rotación (48) de los árboles de accionamiento (44) de las segundas ruedas de accionamiento (42) se extienden paralelamente con respecto a los ejes de rotación (7) de la primera rueda de accionamiento (41) y de la tercera rueda de accionamiento (43) .

8. Turbomáquina (1, 40) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el mecanismo de accionamiento (16) se encuentra integrado en la carcasa (2) .

9. Disposición de máquina (35) que comprende una turbomáquina (1, 40) conforme a una de las reivindicaciones precedentes y una máquina eléctrica (30) , caracterizada porque la máquina eléctrica (30) comprende un rotor (31) diseñado de forma anular que se encuentra acoplado al árbol de la máquina (15) y que se encuentra montado de modo tal que puede rotar alrededor del mismo eje de rotación (7) que los rotores (10, 11) de la turbomáquina (1, 40) , y un estátor (32) que se encuentra dispuesto de forma anular alrededor del rotor (31) .

10. Disposición de máquina (35) conforme a la reivindicación 9, caracterizada porque el diámetro interno del rotor anular (31) de la máquina eléctrica (30) es mayor o igual que el diámetro interno de los rotores anulares (10, 11) de la turbomáquina (1, 40) .

11. Disposición de máquina (35) conforme la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque la máquina eléctrica (30) se encuentra integrada en la carcasa (2) de la turbomáquina (1, 40) .

12. Utilización de la turbomáquina (1, 40) o de la disposición de máquina (35) conforme a una de las reivindicaciones precedentes como un dispositivo de propulsión (61) para dispositivos flotantes o sumergibles, en particular para submarinos (60) .

13. Utilización de la turbomáquina (1, 40) o de la disposición de máquina (35) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11 en un dispositivo de accionamiento (51) que puede torcerse de forma horizontal y/o vertical o en un dispositivo de accionamiento (57) de un impulsor de proa de un dispositivo flotante, en particular de un buque (50) .

14. Utilización de la turbomáquina (1, 40) o de la disposición de máquina (35) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11 en un dispositivo de accionamiento de chorro de agua (54) de un dispositivo flotante, en particular de un buque (50) .

15. Utilización de la turbomáquina (1, 40) o de la disposición de máquina (35) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11 como una bomba, un ventilador o un compresor.

16. Utilización de la turbomáquina (1, 40) o de la disposición de máquina (35) conforme a una de las reivindicaciones 1 a 11 como una turbina, en particular para la generación de energía en un dispositivo flotante o sumergible, o en una central hidroeléctrica.