ES2472725B1 - Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional - Google Patents
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Abstract
Esta máquina aúna los conceptos de multiexpansión y equicorriente.#Dentro de cada cilindro tiene lugar una secuencia de procesos en una vuelta de cigüeñal.#Durante la carrera de descenso el vapor es admitido por la parte alta una porción de la carrera quedando el resto, cuando cierra la válvula de admisión, para la expansión del vapor. Al llegar el pistón abajo se abre la válvula de sumidero. A la vez que se producía esto en la zona alta del pistón, la cara inferior del pistón empuja hacia la siguiente etapa el vapor que había sido transferido anteriormente.#En la carrera de ascenso, y con el sumidero abierto, el vapor pasa de la zona alta a la baja del pistón a presión y temperatura constante. En la última parte del ascenso, el sumidero cierra y el vapor que queda arriba se precomprime.
Description
MÁqUINA DE PISTÓN DE EXPANSiÓN MÚLTIPLE UNIDIRECCIONAL
La presente invención pretende enmarcarse dentro del sector de producción de energía por medio de máquinas de expansión, preferentemente el campo donde el fluido es vapor de agua a presiones y temperaturas moderadas con potencias
pequeñas donde las turbinas padecen de rendimientos muy bajos.
Esta máquina permite realizar la expansión de los fluidos compresibles de forma multietapa manteniendo el flujo en una misma dirección durante todo el proceso, características claves para la consecución de un rendimiento isentrópico
elevado.
La energía termosolar necesita de máquinas de expansión efectivas para el vapor de agua generado. Actualmente las turbinas de vapor copan el mercado, pero las instalaciones pequeñas no encuentran el motor adecuado.
Estado de la técnica
Las máquinas de vapor de pistón, hace más de cincuenta años que quedaron
obsoletas para la propulsión de barcos o locomotoras y para la generación de
energía eléctrica. Los motores diesel, en pequeñas y medianas potencias, y las turbinas, para las grandes potencias, superaron en eficiencia a las máquinas de expansión múltiple y a las de equicorriente. La figura 1 muestra la máquina de
vapor de triple expansión utilizada en los barcos "Liberty" durante la segunda
guerra mundial. Su construcción en masa debido a unas circunstancias muy concretas también marcó su final. En la figura 2 vemos el dibujo principal de la
patente de la máquina de equicorriente de Stumpf. El vapor entra por la parte superior del cilindro y lo abandona cuando el pistón descubre las galerias de
exhaustación, manteniendo el flujo en una única dirección. Esta máquina era de gran rendimiento siempre que las condiciones de vapor fueran muy moderadas porque sólo permitía una expansión.
Los motores diesel, en sus versiones más sofisticadas, pueden llegar a
aprovechar hasta el 50% de la energia disponible en el combustible gracias a las altas temperaturas de combustión y sobre todo a que el proceso se realiza en el
seno del fluido operante. Son máquinas volumétricas de pistón, que han demostrado un gran rendimiento isentrópico en los procesos de compresión y expansión. Su desarrollo técnico en sus más de cien años de historia parece
estar llegando a su cénit porque su dependencia de los combustibles derivados
del petróleo y la generación de contaminantes como el CO2 y los NOx están obligando a buscar otro tipo de soluciones.
Por otro lado, las turbinas de vapor siguen usándose de forma masiva para la generación de energía eléctrica. Cuando los combustibles no pueden quemarse dentro del fluido operante o cuando las potencias necesarias son tan grandes que los motores diesel no son adecuados por su complejidad o mantenimiento ¡nasumible, las turbinas de vapor son la opción elegida. Incluso en las plantas que utilizan el gas natural como combustible y las turbinas de gas como motor principal, el ciclo de Rankine sigue siendo el mejor modo de aprovechar el calor residual de las turbinas de gas.
Hoy día, vuelve a abrirse un nicho dentro de la generación de energía que muy bien podria ser ocupado por las máquinas de pistón para la expansión del vapor. La biomasa es un nuevo combustible que debe ser quemado en una caldera. El sol como fuente de energía es una de las opciones con mayor proyección en el futuro inmediato. Estas fuentes de energía pueden calentar el fluido motor a unas temperaturas que casan perfectamente con los ciclos de vapor. La turbina de vapor se presenta, por tanto, como el motor a utilizar. El problema o la oportunidad, según se mire, vienen dados por el bajo rendimiento isentrópico de la turbina de vapor para potencias por debajo de los 5 MW y por rendimientos desastrosos en el campo de 1 MW o menos.
Las enseñanzas que nos dejan la historia de la técnica y el conocimiento de la termodinámica dicen lo siguiente: ~EI vapor tiene un grado de expansión muy grande si lo comparamos con el aire, Esto significa que la expansión múltiple es necesaria si queremos aprovechar todo su potencial sin exagerar la longitud de los cilindros, -7Las temperaturas que podemos conseguir en calderas de combustión o solares no son muy elevadas, por lo que debemos procurar que la temperatura a la que se realiza el mayor intercambio de calor sea la del vapor saturado, minimizando el sobrecalentamiento. El sobrecalentamiento no eleva demasiado el rendimiento al ser muy poca la cantidad de calor sensible absorbido por el vapor en comparación con el calor de evaporación a temperatura constante. -7Cuando utilizamos vapor en la zona de saturación, debido a su alta conductividad térmica, éste pierde o gana mucho calor cuando los flujos entrante y saliente comparten las mismas galerías de paso. Una galería fría roba calor al flujo entrante, restándole energía, y recíprocamente, la misma galería caliente entrega calor al flujo saliente, perdiéndose definitivamente esta energía. Por tanto, el flujo debe mantener una dirección única. Los pasos de entrada y salida deben ser diferentes, usados sólo para lo que su nombre indica, y situados lo más alejados que sea posible. Este diseño se llama de flujo equicorriente, unidireccional o uniflujo. -7La máquina de expansión múltiple o compound -figura 1-tiene varios cilindros, cada cilindro un pistón, y cada pistón una o dos caras de trabajo. Hacen falta dos carreras, una hacia fuera y otra hacia dentro de la tapa para completar la expansión parcial en cada cilindro. En la carrera hacia fuera el vapor se admite hasta el cut-off, después se expande parcialmente hasta el final de la carrera. Cuando el pistón regresa el vapor es empujado a presión constante hacia la siguiente etapa y en la última parte de la carrera se precomprime el vapor para igualar la presión de admisión. En las máquinas compound, típicamente, las galerías de admisión y expulsión son las mismas o están muy próximas, produciéndose grandes pérdidas por intercambios de calor indeseables. En definitiva, la máquina de expansión múltiple cumple con una de las condiciones necesarias para aprovechar la energía del vapor a presiones de hasta 30 bar, cual es la expansión repartida en dos, tres y hasta cuatro cilindros, pero al ser el flujo de dirección cambiante se perdía mucha energía. ?La máquina compound tiene varios cilindros para conseguir un grado de expansión de alrededor de 3 en cada cilindro o 27 en tolal. El vapor todavía se podría expandir más como en las turbinas de vapor, pero a costa de un volumen de máquina demasiado grande para el posible aprovechamiento. Históricamente se ha optado por una solución intermedia: al terminar la carrera de expansión de la última etapa, el vapor, en lugar de ser expulsado por el empuje del pistón, es literalmente succionado por el vacio del condensador, evitando el trabajo de expulsión y mejorando un poco el rendimiento gracias a esta "táctica". -7La máquina de equicorriente o uniflujo -figura 2-ideada por Stumpf tiene el diseño necesario para conseguir que el flujo del vapor mantenga una dirección invariable y que las galerías de admisión y expulsión sean distintas y alejadas en el sentido longitudinal. Cuando el grado de expansión necesario no es muy grande esta máquina tiene un gran rendimiento. Su problema radica en que al acabar la carrera hacia fuera y descubrirse las galerías de exhaustación, el vapor expandido no abandona el cilindro por la acción de un pistón sino que es succionado por el vacío del condensador. La carrera hacia dentro se utiliza sólo para precomprimir el vapor e igualar presiones antes de la siguiente admisión. El que el vapor salga del cilindro por la acción succionadora del condensador inhabilita este vapor para una ulterior expansión, La máquina de Stumpf es por tanto de equicorriente y de una sola expansión. Al poder realizarse con esta máquina una sola expansión, queda limitada por la longitud del cilindro.
Aunando todas estas premisas, una máquina de pistón, de expansión múltiple y de equicorriente tendría las siguientes tres cualidades que harían de ella una máquina muy eficiente: 1.-Máquina de pistón.-Las máquinas volumétricas son las de mayor rendimiento isentrópico. 2.-Multietapa.-La expansión en varios cilindros permite obtener un grado de expansión elevado con una máquina de dimensiones moderadas. 3.-Equicorriente.-Si toda la expansión se consigue hacer en una sola dirección la eficiencia se mantiene en valores óptimos.
Descripción detallada de los componentes de la invención
La invención consiste en el conjunto de los dispositivos que permiten realizar una expansión multietapa y de equicorriente. Por supuesto, los conceptos de multíexpansión y equicorriente son de sobra conocidos. Esta invención se basa fundamentalmente en la válvula de transferencia montada sobre el pistón y los mecanismos que fuerzan su apertura y cierre.
Perspectiva de conjunto de máquina de triple expansión (Figura 3)
La figura 3 muestra una perspectiva exterior de conjunto.
La denominación de los componentes señalados en la figura 3 es la siguiente: 1.-Entrada de vapor de alta presión.
2.-Salida de vapor hacia el condensador.
3.-Cilindro de Alta Presión.
4.-Cilindro de Media Presión
5.-Cilindro de Baja Presión.
6.-Eje de levas.
7.-Balancín de válvula de admisión de alta presión.
8.-Resorte cierre de válvula de admisión de baja presión.
9.-Tubos de comunicación entre expulsión de Alta Presión y admisión de Media
Presión.
10.-Tubos de comunicación entre expulsión de Meida Presión y admisión de
Baja Presión ..
11 .-Tren alternativo.
12.-Bancada. 13.-Cigüeñal. 14.-Volante inercia.
Perspectiva de conjunto de máquina de triple expansión seccionada (Figura 4)
En esta perspectiva seccionada se puede apreciar las diferencias en diámetros típicas de las máquinas de multiexpansión. En las culatas vemos las válvulas de admisión que abren hacia arriba gracias al sistema de balancín-leva. Los pistones presentan la característica esencial de esta invención: están
ranurados y una válvula de sumidero deja al descubierto estas ranuras desde el punto muerto bajo hasta casi llegar al punto muerto alto para permitir la
transferencia del vapor de la región alta hacia la baja provocando que el flujo de vapor continúe siempre hacia abajo.
4.-Cilindro de media presión .
5.-Cilindro de baja presión.
7.-Balancín de válvula de admisión de alta presión.
16.-Balancín de válvula de admisión de media presión.
17.-Balancin de válvula de admisión de baja presión.
18.-Leva de válvula de admisión de alta presión.
19.-Resorte de cierre de válvula de alta presión. 20.-Válvula de admisión de alta presión. 21.-Pistón de alta presión.
22.-Válvula de sumidero sobre pistón.
23.-Camón de apertura de válvula de sumidero. 24.-Rodeles de apertura de válvula de sumidero. 25.-Prensa de vástago de alta presión ..
Alzado y planta de Pistón Ranurado con su vástago y Válvula de Sumidero con su vástago hueco y camones de giro (Figura 5 y Figura 6)
El pistón es un conjunto de dos piezas principales. Por un lado está el pistón de vástago con cabeza ranurada, y, por otro, tenemos la válvula de sumidero que
está montada sobre el pistón. Este conjunto permite un empuje sobre el vástago
y, a través de la biela, al eje motor durante la carrera descendente. En la carrera
ascendenle el sumidero queda abierto y el vapor es transferido desde la parte
superior del pistón hacía la parte inferior sin sufrir ningún proceso termodinámico,
Figura 5:
21 .-Pistón ranurado.
22.-Válvula de sumidero ranurada.
23.-Camones de apertura de válvula de sumidero. Estos camones tienen el
perfil necesario para atacar los rodetes de forma tangencial y hacer que la válvula gire los 15° necesarios. Están en la región baja del cilindro
26.-Vástago de pistón. 27.-Rosca de fijación a cruceta.
28.-Ranuras de paso de vapor.
29.-Ranuras para tejas de unión entre válvula de sumidero y el vástago hueco
con los camones de giro.
30.-Camones de cierre de válvula de sumidero. Estos camones tienen el perfil
necesario para atacar los rodetes de forma tangencial y hacer que la válvula gire
los 15° necesarios. Están en el carter de la máquina.
31 .-Tejas de unión entre válvula de sumidero y vástago hueco.
32.-Ranuras de paso de vapor.
Figura 6:
Sección de conjunto de pistón y válvula de sumidero.
33.-Válvula de sumidero con su vástago hueco. 34 .-Pistón y vástago macizo.
Perspectiva seccionada del pistón ranurado y de la válvula de sumidero mostrando el montaje (Figura 7)
La válvula de sumidero (7) está montada sobre la cabeza del pistón (21). Tiene un grado de libertad de 15° y es movida por 3 piezas en forma de teja (31) que
atraviesan tres ranuras (35) en la cabeza del pistón con forma de teja también
pero con el doble de longitud de arco para permitir el movimiento de la válvula
de sumidero. Las tres tejas enlazan con un cilindro hueco (33) que recubre el
vástago (34) del pistón .
Perspectiva de conjunto pistón y válvula de sumidero mostrando los camones de apertura y cierre (Figura 8)
El cilindro hueco (33) esta ajustado sin apriete sobre el vástago del pistón. Los
camones (23) superiores se encargan de girar la válvula de sumidero 15° para que las ranuras de la cabeza del pistón queden abiertas. Los camones inferiores
(30) hacen la labor contraria: cuando el pistón alcanza casi el punto muerto alto
hacen que la válvula de sumidero tape las ranuras del pistón.
Perspectiva de cilindro de alta presión alcanzando el punto muerto bajo (Figura
lD.
Cuando el pistón llega hasta el punto muerto bajo los camones de apertura (23) tocan a los rodetes (24) que hacen que la válvula de sumidero (22) gire 15°
descubriendo las ranuras 28).
Los rodetes de apertura (24) se encuentran montados sobre la tapa inferior del
cilindro
Perspectiva de cilindro de alta presión alcanzando el punto muerto alto (Figura
1Q)
Antes de que el pistón llegue hasta el punto muerto alto, los camones de cierre
(30) tocan a los rodetes (36) que hacen que la valvula de su midero (22) gire 15'
cerrando las ranuras (28) del pistón.
Los rodetes de cierre (36) estan montados bajo la tapa inferior del cilindro,
dentro del volumen de carter.
Descripción del funcionamiento de la máquina de expansión múltiple y equicorriente
La máquina expansiona el vapor u otro fluido comprensible en dos o más cilindros. Dentro de cada cilindro tiene lugar un proceso de expansión del vapor con la cualidad principal de que el vapor siempre sigue el mismo sentido. La expansión se realiza en dos o más etapas, pasando el vapor de un cilindro a otro hasta completar el grado de expansión necesario para un buen rendimiento.
Los procesos que tienen lugar dentro de cada cilindro se completan en una vuelta de cigüeñal que comprende una carrera de descenso y otra de ascenso
del pistón.
Carrera de descenso:
Región alta: Durante un 25% o 35% de la carrera de descenso se admite vapor
a plena presión con la valvula de admisión abierta. Tras el cut-off o cierre de la
válvula de admisión el resto de la carrera es de expansión . Al llegar el pistón
abajo se abre la valvula de sumidero.
Región baja: El vapor de la parte baja esta a la presión de fin de expansión de la
etapa que corresponde al cilindro. Al bajar el pistón con la válvula de sumidero
cerrada, el vapor es empujado a presión constante hacia el siguiente cilindro
para continuar con la siguiente expansión.
Carrera de ascenso:
Casi toda la carrera de ascenso se realiza con la válvula de sumidero abierta.
Así, al subir el pistón, el vapor se va transfiriendo de la región alta a la baja sin
cambio significativo de presión. Puede haber una pequeña caída de presión a
causa de la laminación al atravesar las ranuras de pistón.
La transferencia acaba poco antes de llegar al punto muerto alto, entonces la
válvula de sumidero cierra y en la última parte de la carrera de ascenso se produce una compresión hasta igualar la presión de admisión.
Descripción de todo la secuencia empezando en el punto muerto alto:
PMA + O' de manivela.-Figura 11 La manivela (37) está en posición de PMA (punto muerto alto). La válvula de admisión (20) está abierta por el balancin. El pistón (21) está en su punto más alto con el sumidero cerrado. El vapor (38) a plena presión (PA) entra en el cilindro empujando el pistón. En la región baja (41) del cilindro está el vapor que ha sido transferido a la parte
inferior del pistón durante la carrera de ascenso, listo para salir por el tubo de
expulsión (39) a presión baja (PB)
PMA + 30' de manivela.-Figura 12 La manivela (37) está en posición de PMA + 30'. La válvula de admisión (20) sigue abierta por el balancin. El pistón (21) está bajando con el sumidero cerrado. El vapor (38) a plena presión (PA) entra en el cilindro empujando el
pistón.
En la región baja (41) el vapor que ha sido transferido a la parte inferior del
pistón durante la carrera de ascenso, está siendo expulsado por el tubo PB (39).
PMA + 60' de manivela .-Figura 13
La manivela (37) está en posición de PMA + 60'. La válvula de admisión (20)
cierra (cut-off). El vapor (38) a plena presión (PA) deja de pasar al cilindro,
esperando a la siguiente admisión. El vapor en la región alta (40) del cilindro
comienza su expansión empujando el pistón (21).
En la región baja (41) el vapor sigue en expulsión por el tubo PB (39).
PMA + 90' de manivela.-Figura 14
La manivela (37) está en posición de PMA + 90'. La válvula de admisión (20)
está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente
admisión. El vapor en la región alta (40) en proceso de expansión empujando el
pistón (21).
En la región baja (41) el vapor sigue en expulsión por el tubo PB (39).
PMA + 120' de manivela.-Figura 15
No cambia nada con respecto a la anterior posición.
La manivela (37) está en posición de PMA + 120'. La válvula de admisión (20)
está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente
admisión. El vapor en la región alta (40) en proceso de expansión empujando el
pistón (21).
En la región baja (41) el vapor sigue en expulsión por el tubo PB (39).
PMA + 150' de manivela.-Figura 16 y Figura 17
La manivela (37) está en posición de PMA + 150'. La válvula de admisión (20)
está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente
admisión. El camón de apertura (23) es accionado por el rodete de apertura
(24), provocando el giro de la válvula de sumidero (22).y dejando al descubierto
las ranuras del pistón (28). El proceso de expansión en la región alta (40)
termina después de alcanzar la presión de la siguiente etapa, que debe ser la
misma que hay en la región baja del cilindro.
En la región baja la expulsión termina porque han quedado comunicadas las dos
regiones del cilindro. La presión en la región baja es PB, presión de la siguiente
etapa (39). Esto cambiaría en caso de ser la última expansión, pues en este
caso el tubo PB (39) comunica con el vacio del condensador.
PMA + 180° de manivela.-Figura 18 La manivela (37) está en posición de PMA + 180°, que es el PMB , punto muerto bajo. La válvula de admisión (20) está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (22) está
abierta y comienza la transferencia de vapor de la reg ión alta a la baja a presión
contante PB.
PMA + 210° de manivela.-Figura 19 La manivela (37) está en posición de PMA + 210°. La válvula de admisión (20) está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (22) está abierta durante casi toda la carrera
ascendente y el vapor se transfiere a la zona baja a presión constante PB.
PMA + 240° de manivela.-Figura 20 La manivela (37) está en posición de PMA + 240°. La válvula de admisión (20) está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (22) está abierta durante casi toda la carrera
PMA + 270° de manivela.-Figura 21 La manivela (37) está en posición de PMA + 270°. La válvula de admisión (20) está cerrada. El vapor (38) a plena presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (22) está abierta y el vapor se transfiere a la zona baja a presión constante PB.
PMA + 300° de manivela.-Figura 22 La manivela (37) está en posición de PMA + 300°. La válvula de admisión (2) está cerrada. El vapor (4) a plena presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (22) está a punto de cerrar. Casi todo el vapor ha sido transferido de la región alta (40) a la región baja (41). El camón de cierre
(30) está a punto de alcanzar los rodetes de cierre.
PMA + 330° de manivela.-Figura 23 y Figura 24 La manivela (Fig. 23, pos. 37) está en posición de PMA + 330°. La válvula de admisión (Fig. 23, pos.20) está cerrada. El vapor (Fig. 23, pos. 38) a plena
presión (PA), esperando a la siguiente admisión. La válvula de sumidero (Fig.
23, pos. 22) se ha cerrado por la acción de los camones de cierre (Fig. 24, pos. 30) y los rodetes de cierre (Fig. 24, pos. 36). Casi todo el vapor ha sido transferido de la región alta (Fig. 23, pos 40) a la región baja (Fig. 23, pos. 41). En la región alta (Fig. 23, posAO) se comprime el resto del vapor para igualar la presión de admisión PA
Cuando llegue de nuevo al PMA se habrá completado la secuencia completa. El
resumen es como sigue:
- Posición Manivela
- Región Alta Región Baja Sumidero
- PMA
- Admisión Comienzo expulsión Cerrado
- PMA+300
- Admisión Expulsión Cerrado
- PMA+600
- Fin Admisión Expulsión Cerrado
- PMA+900
- Expansión Expulsión Cerrado
PMA+120° Expansión Expulsión Cerrado PMA+150o Fin Expansión Fin Expulsión Abre
Posición Manivela Región Alta Región Baja Sumidero PMA+180o Comienza transferencia Abierta PMA+210o Transferencia de región alta a baja Abierta PMA+240o Transferencia de región alta a baja Abierta PMA+270o Transferencia de región alta a baja Abierta PMA+300o Fin transferencia de región alta a baja Cerrando PMA+330o Comprimiendo Listo para expulsión Cerrado
La máquina puede tener dos o más cilindros. Todos los cilindros cumplen la
misma secuencia, pasando el vapor expandido en una etapa sin cambios de presión hacia la siguiente etapa. Esto es diferente cuando acaba la expansión
de la última etapa. Como el tubo de salida de vapor no va a la siguiente etapa,
sino que comunica con el vado del condensador, el vapor es absorbido y no es necesaria la transferencia de la zona alta a la baja durante la carrera de ascenso . Por esto en el último cilindro la válvula de sumidero puede abrir y cerrar cerca del punto muerto bajo porque el vapor sale de forma muy rápida en cuanto se abre la comunicación de la galería de exhaustaci6n.
Ejemplo de aplicación: Máquina de triple expansión con parámetros típícos
La máxima presión a la que han trabajado las máquinas de expansión múltiple es de alrededor de 35 bar. En la tabla siguiente muestro unos valores teóricos
de cómo se desarrollaria la expansión múltiple desde la presión de 35 bar hasta la presión del condensador.
La última expansión tiene la particularidad de que no acaba como las anteriores,
con expulSión controlada por la cara baja del pistón, sino que al acabar la
expansión se abren las galerías que comunican con el condensador. La presión del condensador es más baja que la alcanzada al terminar la última expansión, por lo que el vapor es aspirado en un proceso repentino a volumen constante.
- Posición Figura 3
- P absoluta (bar) T (OC) v (m' /kg) u (kJ/kg) i (kJ/kg s (J/kg/K) x (1/1)
- Salida condensador vacio, (NO CONTEMPLADO EN LAS FIGURAS)
- 0.147 53.6 0.001 224 224 750 O
- Salida bomba (NO CONTEMPLADO EN LAS FIGURAS)
- 35.3 53.6 0.001 224 227 750 O
- Salida generador vapor (NO CONTEMPLADO
- 35.3 243 0.0565 2599 2798 6121 1
- EN LAS FIGURAS
- Salida
- sobrecalentador
- vapor (NO CONTEMPLADO
- 353 300 0,06764 2739 2975 643924 Sobrec.
- EN LAS FIGURAS)
- Posición Figura 3
- P absoluta (bar) T ("C) v (m' i1<g) u (kJ/kg) i (kJi1<g s (Ji1<g/K) x (111 )
- Tubo alta presión Pos 1
- 353 300 0,06764 2739 2975 6439.24 Sobrec.
- Tubo media presión Pos 9
- 11 3 185 0.17 2542 2734 6439.24 0976
- Tubo baja presión Pos 10
- 3.94 143 0.43 2377 2546 6439.24 0 91
- Final carrera
- cilindro baja presión antes de
- 1 35 108 1.1 2227 2376 643924 086
- abrir el sumidero
- Exhauslación a
- volumen ele
- 0. 14 7 536 1 1 465 481 1534 0 108
- Pos 2
En este típico ciclo de vapor para máquina de pistón el vapor es ligeramente sobrecalentado y al ser expandido en tres etapas aparece agua que no afecta demasiado a las máquinas de pistón y sirve para minimizar los rozamientos de la válvula de sumidero. El grado de expansión total es 16, siendo las expansiones parciales en cada cilindro de 2.52.
Rendimiento Teórico = Qc-Q! (2975-227)-(2227-465)-(481-224) 26.5% Qc (2975-227)
El rendimiento teórico es bueno teniendo en cuenta las bajas temperaturas a las que se trabaja en las instalaciones termosolares o de biomasa. Lo que pretende la invención aquí presentada es obtener el máximo rendimiento de expansión, ya que el rendimiento de ciclo depende en gran medida de las temperaturas de foco caliente y frío.
Claims (3)
- REIVINDICACIONES1.-Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional para vapor del tipo decilindro cerrado, arriba por culata con válvula de admisión de vapor y abajo por tapa inferior con orificio de salida de vapor y atravesada centralmente por un vástago doble concéntrico que enlaza el pistón con el pie de biela por medio decruceta típica de motores de vapor de doble efecto (figura 4), caracterizadoesencialmente porque el pistón es un conjunto de pistón ranurado (21) Y unaválvula superpuesta (22) en forma de plato ranurado, nombrada válvula desumidero, junto con los accionamientos que hacen girar un ángulo determinadola válvula de sumidero en un sentido y en el contrario. La posición angularrelativa entre pistón y válvula de sumidero hace que las ranuras de pistón y válvula se solapen o coincidan.
- -
- La válvula de sumidero (22) está sujeta a un vástago hueco (33) concéntrico al vástago que sujeta el pistón. El vástago hueco de la válvula de sumidero dispone de una doble leva montada en su exterior en una posición elevada (23) de tal manera que cuando el pistón se aproxima al punto muerto bajo, esta doble leva entra en contacto con un rodete (24) situado sobre la tapa inferior del cilindro haciendo que la válvula de sumidero gire descubriendo las ranuras del
pistón. -El vástago hueco de la válvula de sumidero dispone de otra doble leva montada en su exterior en una posición baja (30) de tal manera que cuando el pistón seaproxima al punto muerto alto, esta doble leva entra en contacto con un rodete(36) situado bajo la tapa inferior del cilindro haciendo que la válvula de sumiderogire cubriendo las ranuras del pistón. - 2.-Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional, según la reivindicación 1, caracterizado por la disposición de entrada de vapor por la parte superior del cilindro y salida de vapor por la parte baja del cilindro.
- -
- La entrada de vapor viene controlada por una válvula de admisión (20) en culata que abre durante una porción de la carrera de descenso. Esta válvula
abre hacia arriba cuando el movimiento del cigüeñal, transmitido con una relación de 1:1 a un eje de levas y a un balancín, la empuja . -La salida de vapor en la parte inferior del cilindro está abierta siempre yconectada a la exhaustación o a la admisión de otro cilindro. - 3.-Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por la disposición de dos o más cilindros con la salida inferior de cada cilindro conectada a la entrada superior del siguiente.
- -
- Esta disposición se caracteriza porque todos los cilindros tienen la misma
carrera pero distinto diámetro. Creciendo el diámetro en la dirección aguas abajo del flujo de vapor en expansión.- -
- El primer cilindro tiene la entrada de vapor conectada al generador de vapor.
- -
- El último cilindro tiene su salida conectada a la exhaustación o a un condensador.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201300066A ES2472725B1 (es) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES201300066A ES2472725B1 (es) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional |
Publications (3)
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| ES2472725A2 ES2472725A2 (es) | 2014-07-02 |
| ES2472725R1 ES2472725R1 (es) | 2014-10-14 |
| ES2472725B1 true ES2472725B1 (es) | 2015-07-15 |
Family
ID=51013961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES201300066A Withdrawn - After Issue ES2472725B1 (es) | 2013-01-02 | 2013-01-02 | Máquina de pistón de expansión múltiple unidireccional |
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-
2013
- 2013-01-02 ES ES201300066A patent/ES2472725B1/es not_active Withdrawn - After Issue
Also Published As
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| ES2472725A2 (es) | 2014-07-02 |
| ES2472725R1 (es) | 2014-10-14 |
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