ES2222768B1 - Turbina hidraulica de funcion alternativa automatica. - Google Patents

Abstract

Turbina hidráulica de función alternativa automática constituida por un cuerpo de función estanco, provisto principalmente de una conducción que tiene una gran boca de admisión -que se sitúa a bajo nivel del caudal hidráulico -y otra boca de expulsión de pequeño diámetro formando un paso de efecto "venturi" para proyección con mayor presión y fuerza, a través de cámaras de distribución y presión simétricas, dotadas de medios hidráulicos de accionamiento y mecanismo de transmisión energéticos, que son controlados por un juego de válvulas de corte y otras de escape de accionamiento alternativo y regulación electrónica.

Description

Turbina hidráulica de función alternativa automática.

Se refiere el invento a una turbina hidráulica de función alternativa automática para generar energía mecánica.

Una turbina que es accionada preferente por agua o cualquier otro líquido, embalsado, depositado o corriente de modo que la boca, que para admisión de dicho líquido, dispone la turbina esté sumergida o en el nivel más bajo del liquido embalsado o soterrada en el terreno próximo al lugar de modo que la referida boca de admisión del liquido esté situada a dicho nivel bajo de modo que la presión del liquido embalsado o la presión acumulada en el volumen líquido por efecto de la profundidad del embalse, deposito, cauce, lecho o similar es aprovechada mediante la solución aportada por el invento para originar una presión acumulada que, de modo alternativo, se distribuye en dicha turbina a unos medios que producen energía mecánica que se aprovechará en la forma que se quiera.

La potencia de dicha energía estará en función del tamaño y capacidad de la turbina y de la lógica proporcionalidad de sus medios dependiendo los caballos de potencia que se quieran conseguir.

La turbina objeto del invento está basada fundamentalmente en un sistema de automatizado de control de cierre y apertura de válvulas, sincronizado con las fases operativas del sistema que pueden ser reguladas a través de sensores electrodinámicos que intervienen automáticamente en las diferentes fases del proceso de la turbina y que son controlados mediante una centralita electrónica.

La turbina objeto del invento esta basada en la función por efecto "venturi" de la admisión del liquido contenido en el embalse, deposito, cauce, lecho etc... produciendo, mediante proyección del efecto referido, un expansión de mayor fuerza del caudal admitido que convenientemente distribuida acciona, alternativamente, medios mecánicos que a su vez accionan correspondientes transmisiones para su aprovechamiento energético y cuya potencia dependerá, como se ha dicho, del tamaño y características de la turbina calculándose que si la boca de entrada tiene un diámetro superior, un largo determinado y la boca interior de aceleración es menor, se puede conseguir una alta presión en la zona de expansión de efecto

\hbox{ venturi .}

Antecedentes de la invención

Conocemos las tradicionales turbinas hidráulicas, generadores mecánicos que comportan una rueda o rodete que lleva paletas curvas que reciben el agua guiada por cierto numero de paletas directrices fijas y suelen acoplarse directamente a los grandes alternadores, así como sus diferentes versiones de turbina hidráulica americana o mixta; turbina hidráulica Kaplan; turbina hidráulica Francis; turbina hidráulica helicoidal, en general como accionadores directos, donde el agua actúa de forma canalizada sobre el rotor, para generadores eléctricos.

Lógicamente, aunque la evolución ha creado turbinas de este tipo con desarrollos de precisión modernos y controlados con intervención de medios electrónicos, es indudable que el principio básico es el mismo.

Actividad inventiva

Quiere decirse que el objeto del invento viene a revolucionar el concepto de la turbina hidráulica puesto que de forma pasiva si necesidad que la dinámica hidráulica produzca el accionamiento del generador, produce su autofuncionamiento mecánico, moviendo unas transmisiones que pueden tener el aprovechamiento energético que convenga.

Una turbina que puede sumergirse dentro o fuera de ésta, situándola al más bajo nivel de la fuente de agua de modo que su boca de admisión (boca exterior) tiene un diámetro muy superior a su boca de aceleración o entrada a la turbina (boca interior), separadas por un conducto tubular cónico, cilíndrico, prismático u otro que a continuación de dicha boca de aceleración, produce efecto "venturi" aumentando la fuerza de la presión que se canaliza para producir la carrera de avance de un juego de pistones situados en respectivas cámaras de presión controladas por correspondientes juegos de válvulas hidráulicas de corte y escape.

Descripción del invento

Según el invento está formada por un cuerpo con preferencia fabricado en materiales de fundición, estanco y provisto de cierres y juntas herméticas que impiden fugas salvo por la conducciones de salida de agua cuando la instalación de la turbina, por ejemplo una instalación soterrada requiera buscar salida al agua a través de las correspondientes válvulas de escape; agua que puede devolverse al lugar de donde procede.

La turbina, según el invento, está dotada de una conducción principal tubular de forma cónica, cilíndrica u otra provista de una gran boca de admisión de agua que estará situada por debajo del nivel o del volumen de agua embalsada, estancada, depositada, lecho, cauce o similar de modo que el agua por su propia inercia y presión penetra a través de dicha boca, pasa por la conducción cónica y el efecto

\hbox{ venturi }

producido por la reducción de diámetro y consiguiente expansión causa la aceleración del flujo y el aumento de la presión, flujo que se reparte por dos cámaras simétricas de distribución y de estas a otras dos cámaras de presión donde están instalados sendos juegos de válvulas de corte y sendos juegos de válvulas de escape, sendos juegos de cilindros con respectivos pistones y una recámara que denominaremos de amortiguación y retorno.

Los referidos pistones, según el invento, están unidos, asociados o concatenados con respectivos órganos mecánicos de transmisión generando una energía mecánica que se aprovechará en la forma que se

\hbox{quiera.}

Este accionamiento se establece en forma continua por la intervención sincronizada y alternativa de las válvulas de corte y escape de modo que el flujo hidráulico que pasa por el cuello de aceleración "venturi", entra en los canales de distribución y de estos a las cámaras de presión cuya válvula de corte se abre automáticamente pasando a la cámara de presión respectiva, empujando el respectivo pistón que realiza una carrera de avance accionando los correspondientes órganos de transmisión, automáticamente se cierra la respectiva válvula de corte y se abre la de escape para salida del agua. Sincronizadamente, en la cámara de presión simétrica, se produce la función inversa.

Como quiera que la presión del agua que motiva la acción de empuje del pistón es superior a la presión de la válvula de escape y a la propia presión del agua exterior, si está sumergida la turbina y, si no lo está, mas fácilmente puesto que la única resistencia seria la de los medios de tensión de la propia válvula de escape, el propio líquido comprimido de la recámara de amortiguación (por ejemplo: un colchón oleohidráulico), es suficiente para producir el retorno del pistón en la carrera inversa.

Un colchón amortiguador que en la carrera de avance es desplazado hacia la cámara de presión opuesta de forma que el nivel del líquido de este colchón amortiguador respecto de dichos pistones es justo la mitad del recorrido de la carrera de estos de modo que el recorrido de la carrera de avance del pistón es la misma que la carrera de retorno, suficiente para expulsar la cantidad de agua a presión que inicialmente ha entrado en la cámara de presión respectiva.

El efecto de las válvulas puede controlarse desde una central electrónica.

Una idea más amplia de las características del invento la realizaremos a continuación, al hacer referencia a las láminas de los dibujos que en esta memoria se acompaña, de manera un tanto esquemática y tan solo a vía de ejemplo, representando los detalles preferidos y vitales del invento.

En los dibujos

La figura 1 es una vista esquemática seccionada según plano vertical simétrico del conjunto de la turbina según el invento.

La figura 2, es una muestra esquemática de la instalación soterrada de una turbina próxima a un lecho marítimo.

La figura 3 es una muestra esquemática de la instalación de una batería de turbinas en el fondo de una presa.

Preferente realización del invento

Según una preferente realización del invento, dichos dibujos nos muestran esquemáticamente una forma de construcción de una turbina (1) integrada por un cuerpo de fundición metálico estanco y herméticamente cerrado en la instalación de sus componentes que está principalmente equipada con una conducción cónica (2) que tiene una boca de admisión (3) que estará situada por debajo del nivel (S) del agua a la profundidad que interese, generalmente, al más bajo nivel posible dependiendo de donde se monte y que tiene una boca de salida de menor diámetro (5) formando un paso de efecto "venturi" (4) que, rebasado, produce un efecto de aceleración del flujo que se reparte por las cámaras simétricas de distribución (6) y (6A) y pasa con mayor fuerza a las cámaras simétricas de presión (9) y (9A) donde estén instalados los cilindros hidráulicos (10) y (10A).

Por encima de dichos cilindros (10 y (10A) en las referidas cámaras de presión (9) y (9A) están instalados los respectivos juegos de válvulas de corte (7) y (7A) y respectivos juegos de válvulas de escape (8) y (8A). En la representación vemos abierta la válvula de corte (7) y cerrada la válvula de escape (8); consecuentemente cerrada la válvula de corte (7A) y abierta la válvula de escape (8A).

Los respectivos cilindros (10) y (10A), están equipados con sus correspondientes pistones (11) y (11A) y estos unidos con las transmisiones mecánicas (12) y (12A) que son accionadas en las carreras de estos pistones (11) y (11A) para aprovechamiento energético en la forma que mejor convenga. Cuando se produce la carrera de avance de dichos pistones (11) y (11A) se produce el desplazamiento de la masa hidráulica (14) contenida en una recámara (13) que hace de colchón amortiguador de los pistones (11) y (11A) y de retorno de estos cuando se produce el cierra de la válvula de corte respectiva y la apertura de la válvula de escape correspondiente. Por eso la masa hidráulica de amortiguación (14) tiene un nivel (N) y (N1) cuya separación con los limites de los cilindros (10) y (10A) es igual a la mitad de la carrera que pueden realizar los pistones (11) y (11A).

Tal como se ha explicado anteriormente ahora mediante los gráficos de dichos dibujos se puede comprender como se desarrollan las fases alternativas sincronizadas del doble juego de válvulas de corte (7) y (7A) y de escape (8) y (8A). Así vemos mediante flechas que estando abierta la válvula de corte (7) permanece cerrada la válvula de escape (8). La presión del agua marcada por las flechas (a) desplazan el pistón (11) que inicia la carrera de avance, acciona su mecanismo (12) y comprimiendo la masa hidráulica de amortiguación (14) que desplaza el nivel (N1) hasta el cilindro (10A). Automáticamente se cierra la válvula de corte (7), se abre la válvula de escape (8) y se inicia el ciclo en la parte simétrica opuesta (7A, 8A, 11A y 12A).

Una forma de instalación de dicha turbina la vemos representada en la figura 2, soterrada en el terreno (T) costero marítimo (M), estando equipada con una conducción de salida (15) instalada en conexión con las válvulas de escape (8) (8A) para sacar el agua fuera del terreno (T) incluso para devolverla al mar (M). Siendo otro ejemplo una instalación en batería la figura 3, en el fondo (P1) de una presa (P) o bien en cualquier otra versión según las amplias posibilidades que permite el invento.

Una vez descrita convenientemente la naturaleza del invento se hace constar a los efectos oportunos, que el mismo no queda limitado a los detalles exactos de esta exposición, sino que por contrario, en él se introducirán las modificaciones que se consideran oportunas, siempre que no se alteren las características esenciales del mismo, que se reivindican a continuación.

Claims (4)

1. Turbina hidráulica de función alternativa automática, del tipo que comprendiendo un cuerpo estanco de preferente fundición metálica con cierres herméticos en sus correspondiente equipamientos, que se instala en la parte de más bajo nivel posible de un caudal o lecho de agua, embalsada o no y que se caracteriza porque principalmente consta de una conducción tubular (2) que tiene una boca de admisión de gran diámetro (3) y una boca salida (5) de muy menor diámetro al interior de la turbina (1), creando entre una y otra un paso (4) de efecto "venturi" que por efecto de expansión produce mayor presión y potencia al flujo hidráulico que será regulado por un doble juego simétrico y alternativamente sincronizado de válvulas de corte (7 y 7A) y de escape (8 y 8A), que pueden ser controladas desde una central hidráulica electrónica.

2. Turbina hidráulica de función alternativa automática, según la reivindicación 1, el referido cuerpo de turbina (l) tiene una distribución interior simétrica que se caracteriza al estar integrada por cámaras de distribución (6, 6A) que comunican con respectivas cámaras de presión (9, 9A) en la que estén contenidos un juego de cilindros hidráulicos (10, 10A) con sus correspondientes pistones (11, 11A) unidos con respectivos juegos mecánicos de transmisión (12, 12A) para indeterminado aprovechamiento energético y que son accionados por dichos pistones (11, 11A) por efecto de la presión de la corriente hidráulica que entra por la conducción (2) y que aumenta en la boca (5) y pasa a la correspondiente cámara de presión (9,9A).

3. Turbina hidráulica de función alternativa automática, según las reivindicaciones 1 y 2, el referido cuerpo de turbina (1) como terminación de las referidas cámaras de presión (9, 9A) se caracteriza porque consta de una recamara (13) llena de una masa hidráulica (14) que hace de colchón amortiguador para la carrera de los pistones (11, 11A), que en carrera de avance desplazan dicha masa (14) en una porción marcada por unos niveles (N, N1) que equivalen a la mitad de la carrera de dichos pistones (11, 11A) y que en la acción inversa ayudan a la carrera de retomo de dichos pistones (11, 11A) cumpliéndose el ciclo de maniobra sincronizada alternativa de las válvulas (7, 7A; 8, 8A).

4. Turbina hidráulica de función alternativa automática, según las reivindicaciones 1 y 3 el referido juego de válvulas de corte (7, 7A) y de escape (8, 8A) se caracterizan porque cuando la válvula de corte (7) está abierta la válvula de escape (8) está cerrada y por tanto la válvula de corte (7A) estará cerrada y la válvula de escape (8A), estaría abierta y así sincronizada y alternativamente se van realizando los ciclos cumpliéndose las carreras de los pistones (11, 11A) y accionamiento de los mecanismos de transmisión (12, 12A).