Una solución para controlar un turbocompresor.

Una actuador (10) comprendiendo:

- al menos una unidad de enfriamiento (3a,

3b);

- al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) con una salida para conducir gas comprimido en dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) a dicha al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b);

- un eje (5a) para hacer que gire dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) para aumentar la presión del gas a ser suministrado al actuador (10);

- una turbina (2); y

- una válvula de control (4), por medio de la que el flujo del gas comprimido producido por el turbocompresor (1a, 1b) a la turbina (2) está dispuesto para ser ajustado,

caracterizado por que el actuador comprende además un motor (5) dispuesto para hacer que gire dicho eje (5a), y que el actuador está adaptado para usar el gas que ha fluido a través de la turbina (2) para enfriar al menos uno de los siguientes:

- el motor (5) del turbocompresor;

- un dispositivo auxiliar.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FI2011/050631.

Solicitante: Tamturbo OY.

Nacionalidad solicitante: Finlandia.

Dirección: PL 124 33101 Tampere FINLANDIA.

Inventor/es: ALAMAKI, JARMO, TANTTARI,JUHA, LAINE,KIMMO, ERIKSSON,KENNETH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01D17/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01D MAQUINAS O MOTORES DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO, p. ej., TURBINAS DE VAPOR (motores de combustión F02; máquinas o motores de líquidos F03, F04; bombas de desplazamiento no positivo F04D). › Regulación o control mediante variación del flujo (para inversión del sentido de marcha F01D 1/30; por variación de la posición de los álabes del rotor F01D 7/00; especialmente para el arranque F01D 19/00; para la parada F01D 21/00; regulación o control en general G05).
  • F02C6/06 F […] › F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 6/00 Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones de plantas motrices de turbinas de gas con otros aparatos (predominando los aspectos concernientes a tales aparatos, ver las clases apropiadas para los aparatos ); Adaptaciones de plantas de turbina de gas para usos especiales. › provistas de gas comprimido (F02C 6/10 tiene prioridad).
  • F02C7/143 F02C […] › F02C 7/00 Características, partes constitutivas, detalles o accesorios, no cubiertos por, o con un interés distinto que, los grupos F02C 1/00 - F02C 6/00; Tomas de aire para plantas motrices de propulsión a reacción (control F02C 9/00). › antes o entre las etapas del compresor.
  • F02C9/18 F02C […] › F02C 9/00 Control de las plantas motrices de turbinas de gas; Control de la alimentación de combustible en las plantas de propulsión a reacción que consumen aire (control de las tomas de aire F02C 7/057; control de turbinas F01D; control de compresores F04D 27/00). › por extracción, por derivación o actuando sobre las interconexiones variables del fluido energético entre turbinas o compresores o entre sus fases.
  • F04D25/04 F […] › F04 MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO; BOMBAS PARA LIQUIDOS O PARA FLUIDOS COMPRESIBLES.F04D BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO (bombas de inyección de combustible para motores F02M; bombas iónicas H01J 41/12; bombas electrodinámicas H02K 44/02). › F04D 25/00 Instalaciones o sistemas de bombeo especialmente adaptadas para fluídos compresibles (su control F04D 27/00). › siendo la bomba accionada por fluido.
  • F04D27/02 F04D […] › F04D 27/00 Control, p. ej. regulación de las bombas, instalaciones o sistemas de bombeo especialmente adaptadas para fluídos compresibles. › Control del embalamiento.
  • F25J3/04 F […] › F25 REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS DE CALEFACCION Y DE REFRIGERACION; SISTEMAS DE BOMBA DE CALOR; FABRICACION O ALMACENAMIENTO DEL HIELO; LICUEFACCION O SOLIDIFICACION DE GASES.F25J LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES O MEZCLAS GASEOSAS POR PRESION Y ENFRIAMIENTO (bombas criogénicas F04B 37/08; recipientes para almacenamiento de gas, gasómetros F17; llenado o descarga de recipientes con gases comprimidos, licuados o solidificados F17C; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración F25B). › F25J 3/00 Procedimientos o aparatos para separar los constituyentes de las mezclas gaseosas implicando el empleo de una licuefacción o de una solidificación. › para aire.

PDF original: ES-2547887_T3.pdf

 

Ilustración 1 de Una solución para controlar un turbocompresor.
Ilustración 2 de Una solución para controlar un turbocompresor.
Ilustración 3 de Una solución para controlar un turbocompresor.
Ilustración 4 de Una solución para controlar un turbocompresor.
Una solución para controlar un turbocompresor.

Fragmento de la descripción:

Una solución para controlar un turbocompresor Campo de la invención La invención presente se refiere a un sistema y a un método para controlar un actuador, particularmente un turbocompresor. La invención se refiere también a un actuador que comprende al menos un turbocompresor, con una salida de dicho al menos un turbocompresor para conducir gas comprimido a una unidad de enfriamiento al menos, y un eje para hacer que gire dicho al menos un turbocompresor, para aumentar la presión del gas a ser suministrado al actuador. El actuador según la invención se refiere a un compresor del tipo turbo en el que los álabes de los discos del turbo giran a una gran velocidad y por tanto aumentan la presión del gas. El aumento de presión puede producirse en una o más etapas.

Antecedentes de la invención Se conocen principalmente dos tipos de compresores: compresores de desplazamiento positivo y compresores dinámicos. Los compresores de desplazamiento positivo incluyen, por ejemplo, compresores de tornillo, compresores de pistón y compresores de álabes estáticos. Los compresores de desplazamiento positivo son llamados también compresores estáticos. Los compresores dinámicos, a su vez, pueden ser divididos en los del tipo de flujo centrífugo y los de flujo axial (compresores radiales y compresores axiales, respectivamente) . En los compresores dinámicos, se proporciona aire con una gran energía cinética que es convertida a continuación en presión. Los compresores dinámicos pueden ser llamados también turbocompresores.

En soluciones conocidas para controlar turbocompresores, la cantidad de aire y el aumento de presión producido por el turbocompresor son ajustados, entre otras cosas, mediante álabes de guía instalados en la entrada de aire de turbocompresor, mediante álabes de difusión instalados aguas abajo del disco de impulsión, mediante el cambio de la velocidad de giro del actuador, mediante la recirculación de parte del aire proveniente de la parte trasera del lado de presión de vuelta al lado de succión, o mediante la extracción de algo del aire comprimido fuera del proceso por medio de una válvula.

Se presentan métodos conocidos para ajustar turbocompresores relativos a los motores de combustión y sus turboactuadores en la bibliografía técnica de la materia, publicaciones de los fabricantes de turbocompresores, así como en las publicaciones de patentes, por ejemplo, en la publicación de la solicitud de la patente japonesa JP 2008 286039 A, así como en la publicación de la solicitud de la patente internacional WO 1999049222 A1.

La patente francesa FR 2 040 794 A5 describe una disposición de turbocompresor que comprende al menos una unidad de enfriamiento, al menos una etapa de turbocompresor con una salida para conducir gas comprimido en dicha etapa única de turbocompresor a dicha al menos una unidad de enfriamiento, un eje para que haga girar dicha al menos una etapa de turbocompresor para aumentar la presión del gas a ser suministrado al actuador, una turbina y una válvula de control, por medio de la que el flujo de gas comprimido producido por el turbocompresor que va a la turbina está dispuesto para ser ajustado.

Algunos inconvenientes de las soluciones conocidas para controlar turbocompresores incluyen, por ejemplo, el hecho de que tienen un intervalo de control de capacidad más estrecho en comparación con, por ejemplo, el intervalo de control de capacidad de compresores de tornillo, así como el hecho de que cuando se aplican, disminuye la eficiencia total del proceso y del actuador, debido a, por ejemplo, la fluctuación de la necesidad de gas, en comparación con, por ejemplo, la eficiencia de los compresores de tornillo.

La solución del control descrita en la publicación de la patente japonesa JP 2008 286039 A está diseñada particularmente para prevenir el fenómeno de la pérdida en los turbocompresores de los motores de combustión, no para producir aire comprimido libre de aceite en los turbocompresores.

En la invención descrita en la publicación WO 19990/44222 A1, la solución para generar presión mediante una turbina es realizada integrando una unidad de turbina en una unidad de compresor, que se corresponde con una estructura de compresor de sobrealimentación conocida como tal. Las otras unidades de compresores tienen dispuestas unidades de motor separadas propias. Estas unidades de motor pueden tener o no tener un engranaje de escalonamiento. En la solución según dicha publicación, el aire/gas superfluo, en otras palabras el aire/gas que no es momentáneamente necesitado por el proceso, es conducido de manera continua a la turbina para que proporcione la energía de salida del eje necesitada por la unidad de compresor. En consecuencia, esta solución no hace que sea posible ajustar la producción de aire comprimido dentro de un intervalo de ajuste amplio sin cambiar un punto de operación, tal como la eficiencia o la velocidad de giro de las unidades de compresor.

Resumen breve de la invención Es un objetivo de la invención relacionada con esta solicitud de patente eliminar los inconvenientes de las soluciones de técnica anterior mencionados anteriormente para controlar turbocompresores, y presentar una mejora en las

maneras de producir la cantidad de gas y los sistemas de control implicados, con respecto a la técnica anterior. El dispositivo según la invención según se define en la reivindicación 1 puede ser usado para complementar más ampliamente el ajuste de la salida conseguido por medio de la velocidad de operación, posiblemente incluso hasta una salida nula, y reducir simultáneamente el consumo de energía recuperando la energía producida en la expansión del gas en el disco de la turbina, para devolverla al proceso.

El dispositivo según una realización ventajosa de la invención presente opera de tal manera que el gas que ya ha sido comprimido previamente es conducido por medio de una válvula al disco de la turbina, donde el gas, al expansionarse, hace que gire la turbina por medio de dicho disco de turbina y retorna alguna energía necesaria para comprimir el gas.

El disco de la turbina puede ser dispuesto en el mismo eje con uno o más discos de turbocompresor que comprimen el gas, o en un eje separado, para hacer que gire el generador, o el disco de turbocompresor, o una combinación de éstos.

En un turbocompresor de etapas múltiples, el gas para el disco de turbina puede ser suministrado desde cualquier etapa ya sea aguas arriba o aguas abajo de las unidades de enfriamiento intermedias y posteriores.

El dispositivo según la invención presente puede ser construido también en el mismo alojamiento que el turbocompresor tanto en las realizaciones de una etapa única como en las de etapas múltiples.

Para expresarlo con más precisión, el actuador según la invención presente se caracteriza principalmente porque el actuador comprende además una turbina y una válvula de control mediante la que el flujo de aire comprimido generado por el turbocompresor que va a la turbina está dispuesto para ser controlado.

El método según la invención presente según se define en la reivindicación 12 se caracteriza principalmente porque el actuador comprende además una turbina y una válvula de control, de manera que, en este método, el flujo de gas comprimido producido por el turbocompresor que va a la turbina está controlado por dicha válvula de control.

El sistema de control según la invención presente según se define en la reivindicación 13 se caracteriza principalmente porque el sistema de control comprende a demás una turbina y una válvula de control mediante la que el flujo del gas comprimido generado por el turbocompresor que va a la turbina está dispuesto para ser controlado.

En el actuador según la invención, el ajuste se hace a una velocidad de giro constante o cambiando la velocidad de giro sólo hasta que la eficiencia del actuador o la presión de suministro no resulten sustancialmente perturbadas. Cuando la presión comienza a aumentar en el proceso, o sea, se reduce la necesidad de gas, se abre la válvula de entre o después de las diferentes etapas de turbocompresor, de manera que parte del flujo de aire es guiado hacia un actuador, tal como una unidad de turbina integrada en la unidad de turbocompresor, o a una unidad de turbina separada. Así, si la unidad de turbina está montada en el mismo eje que el turbocompresor, se reduce la energía requerida por el motor. Si la unidad de turbina está montada en un eje de generación separado, el generador hecho girar por la unidad de turbina puede ser usado para recuperar energía eléctrica para el proceso.

Las diferencias más significativas de esta invención respecto a la solución técnica presentada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una actuador (10) comprendiendo:

- al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b) ;

- al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) con una salida para conducir gas comprimido en dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) a dicha al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b) ;

- un eje (5a) para hacer que gire dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) para aumentar la presión del gas a ser suministrado al actuador (10) ;

- una turbina (2) ; y -una válvula de control (4) , por medio de la que el flujo del gas comprimido producido por el turbocompresor (1a, 1b) a la turbina (2) está dispuesto para ser ajustado, caracterizado por que el actuador comprende además un motor (5) dispuesto para hacer que gire dicho eje (5a) , y que el actuador está adaptado para usar el gas que ha fluido a través de la turbina (2) para enfriar al menos uno de los siguientes:

- el motor (5) del turbocompresor;

- un dispositivo auxiliar.

2. El actuador (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha turbina (2) está conectada a dicho eje (5a) .

3. El actuador (10) según la reivindicación 2, caracterizado por que el actuador (10) comprende además un generador (9) conectado a dicho eje (5a) .

4. El actuador (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que el actuador (10) comprende además un generador (9) dispuesto en una conexión de transmisión de energía con la turbina (2) .

5. El actuador (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el actuador (10) comprende al menos un primer turbocompresor (1a) con dicha salida de gas (1c) , y una segunda etapa de turbocompresor con una entrada de gas (1d) , y una primera unidad de enfriamiento (3a) conectada entre la salida (1c) de la primera etapa de turbocompresor y la entrada (1d) del segundo turbocompresor.

6. El actuador (10) según la reivindicación 5, caracterizado por que dicha válvula de control (4) está dispuesta para conducir gas desde la primera unidad de enfriamiento (3a) hasta la turbina (2) .

7. El actuador (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el actuador (10) comprende al menos una primera etapa de turbocompresor (1a) con dicha salida de gas (1c) , y una segunda etapa de turbocompresor con una entrada de gas (1d) y una salida de gas (1e) , una primera unidad de enfriamiento (3a) conectada entre la salida (1c) de la primera etapa de turbocompresor y la entrada (1d) de la segunda etapa de turbocompresor, y una segunda unidad de enfriamiento (3b) conectada entre la salida (1e) del segundo turbocompresor y la salida (7) del actuador.

8. El actuador (10) según la reivindicación 6, caracterizado por que dicha válvula de control (4) está dispuesta para conducir gas desde la segunda unidad de enfriamiento (3b) hacia la turbina (2) .

9. El actuador (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el motor (5) es un motor de alta velocidad.

10. El actuador (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los apoyos de la turbina

(2) y/o el motor (5) comprenden apoyos de aire, apoyos de gas, o una combinación de un apoyo de aire o gas y un apoyo magnético.

11. El actuador (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el actuador (10) comprende además una unidad de enfriamiento (3c) conectada entre la turbina (2) y la válvula de control (4) .

12. Un método para controlar un actuador (10) , cuyo actuador (10) comprende al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b) , al menos un turbocompresor (1a, 1b) con una salida para conducir gas comprimido en dicho al menos un turbocompresor (1a, 1b) al menos hasta una unidad de enfriamiento (3a, 3b) , una turbina (2) , una válvula de control (4) , y un eje (5a) al que está conectado dicho al menos un turbocompresor (1a, 1b) , de manera que en el método el eje (5a) es hecho girar para elevar la presión del gas a ser suministrado al actuador (10) , y el flujo de gas comprimido producido por el turbocompresor (1a, 1b) hacia la turbina (2) es ajustado por medio de dicha válvula de control (4) , caracterizado por que el método comprende además usar un motor (5) para hacer que gire dicho eje (5a) , y usar el gas que ha fluido a través de la turbina (2) para enfriar al menos uno de los siguientes:

- el motor (5) del turbocompresor; -un dispositivo auxiliar.

13. Un sistema de control para un actuador (10) , cuyo actuador (10) comprende: -al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b) ;

-al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) con una salida para conducir gas comprimido en dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) hasta al menos una unidad de enfriamiento (3a, 3b) , -un eje (5a) para hacer que gire dicha al menos una etapa de turbocompresor (1a, 1b) para elevar la presión del gas a ser suministrado al actuador (10) , -una turbina (2) , y -una válvula de control (4) , por medio de la que el flujo de gas comprimido producido por el turbocompresor (1a, 1b) que va a la turbina (2) está dispuesto para ser ajustado. caracterizado por que el sistema de control comprende además un motor (5) dispuesto para hacer que gire dicho eje (5a) , y porque el sistema de control está adaptado para usar el gas que ha fluido a través de la turbina (2) para enfriar al menos uno de los siguientes.

15. el motor (5) del turbocompresor; -un dispositivo auxiliar.


 

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