ES2560434T3 - Dispositivo generador hidroeléctrico - Google Patents

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ES2560434T3 ES11815430.1T ES11815430T ES2560434T3 ES 2560434 T3 ES2560434 T3 ES 2560434T3 ES 11815430 T ES11815430 T ES 11815430T ES 2560434 T3 ES2560434 T3 ES 2560434T3
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Abstract

Un aparato (1) generador de energía hidráulica para realizar una generación de energía para una instalación en un curso de agua que tiene un flujo, que comprende: un alojamiento (2) que incluye una abertura (8) de entrada del agua situada en el lado de aguas arriba del curso de agua, una abertura (9) de salida del agua situada en el lado de aguas abajo de él, y un camino del flujo que proporciona una comunicación desde la abertura de entrada del flujo de agua a la abertura de salida del flujo de agua; una placa (6) colectora de agua que está dispuesta en un borde de la abertura de la abertura de entrada del flujo de agua del alojamiento y que está adaptada para recoger el agua en la abertura de entrada del agua mientras intercepta y acumula el agua que fluye a través del curso de agua; una turbina (3) de eje vertical que está soportada rotatoriamente en el camino del flujo del alojamiento y que tiene unos álabes (33) del rotor con unos extremos superiores; un generador (4) adaptado para generar energía cuando recibe una fuerza rotacional de la turbina de eje vertical; caracterizado por una compuerta (5) de sector móvil adaptada para ajustar un nivel del agua del agua acumulada en el lado de aguas arriba cambiando un área de la sección transversal del flujo de un flujo de agua que actúa sobre los extremos superiores de los álabes del rotor y que fluye desde la abertura de entrada del flujo de agua, en donde la compuerta de sector móvil está configurada para cambiar el área de la sección transversal del flujo siendo abierta y cerrada a lo largo de una circunferencia exterior de los álabes del rotor, estando la compuerta de sector móvil unida a un eje rotatorio de la turbina de eje vertical.

Description

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DESCRIPCION
Dispositivo generador hidroelectrico CAMPO TECNICO
La presente invencion se refiere a un aparato generador de ene^a hidraulica capaz de generar ene^a utilizando un flujo de agua.
TECNICA ANTERIOR
El inventor ha desarrollado un aparato generador de energfa hidraulica descrito en la Bibliograffa de Patentes 1 que genera energfa utilizando un flujo de agua instalado en un no, un curso de agua artificial o similar. Tal aparato generador de energfa hidraulica comienza por ser instalado en un pequeno no y en un no de primera clase.
Debido a la generacion de energfa realizada utilizando una pequena ene^a hidraulica tal como el flujo en un no, el aparato generador de energfa hidraulica ha sido un aparato novedoso no convencional capaz de conseguir una generacion de energfa hidraulica de forma efectiva a bajo coste.
No obstante, unos aspectos de mejora recien requeridos han aparecido por toda la instalacion actual del aparato generador de energfa hidraulica. Los aspectos de mejora requeridos incluyen principalmente las dos siguientes cuestiones.
Una es un problema de mantenimiento. Como el aparato generador de energfa hidraulica realiza la generacion de energfa hidraulica ya que esta instalado en un curso de agua que tiene un flujo, una turbina sigue rotando una vez instalada en tanto que el agua de un no o similar no se seque. El aparato generador de energfa hidraulica tiene una ventaja en un punto de realizacion de la generacion de energfa utilizando el flujo de agua que existe de forma natural. Aqrn, se requiere inevitablemente un mantenimiento periodico para mantener su funcionamiento. Como en este momento el mantenimiento periodico no ha llegado todavfa, no hay un aparato al que se haya realizado un mantenimiento. Aqrn, si se ha de realizar un mantenimiento, es necesario interceptar el flujo de agua o realizar la operacion en tierra despues de que el aparato generador de energfa hidraulica haya sido elevado desde el curso de agua con una grua y similar. De este modo, existe el problema de que el mantenimiento requiere un gran cuidado.
El otro es un problema de la fluctuacion del nivel del agua. Hay una tasa de fluctuacion del flujo en un curso de agua propiamente dicho que corresponde a un penodo de riego, a un penodo de no riego, a una estacion lluviosa o a una estacion seca. Como el aparato generador de energfa hidraulica se instala en un lugar que tiene un flujo de agua tal como un no y un curso de agua agncola, el flujo de agua se intercepta en alguna medida y se produce una fluctuacion del nivel del agua en el lado de aguas arriba y en el lado de aguas abajo. Ademas, como la cantidad de generacion de energfa depende del nivel del agua en el lado de aguas arriba, se produce una diferencia en la cantidad de generacion de energfa entre una estacion lluviosa que tiene una gran cantidad de agua y una sesion seca que tiene una pequena cantidad de agua. Por consiguiente, ha habido el posible problema de que no se pueda conseguir una generacion estable de energfa.
BIBLIOGRAFfA CITADA
BIBLIOGRAFfA DE PATENTES
Bibliograffa de Patentes 1: Solicitud de Patente Japonesa abierta a la inspeccion publica N° 2007-177.797. Ademas, el documento JP 2008 151.151 A describe un aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1. Las turbinas hidraulicas son tambien conocidas a partir de los documentos US 1.326.769 A y US 4.960.363 A.
EXPOSICION DE LA INVENCION
PROBLEMAS QUE HA DE RESOLVER LA INVENCION
Para resolver las anteriores cuestiones, el objeto de la presente invencion es proporcionar un aparato generador de energfa hidraulica capaz de ajustar el nivel del agua en el lado de aguas arriba y suministrar una cantidad estable de generacion de energfa con un mantenimiento facil.
SOLUCION DE LOS PROBLEMAS
Con el fin de conseguir el anterior objeto, de acuerdo con la presente invencion se ha proporcionado un aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la reivindicacion 1.
En el aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la presente invencion, la compuerta de sector movil esta configurada para cambiar el area de la seccion transversal del flujo al ser abierta y cerrada en una direccion perpendicular al camino del flujo o para cambiar el area de la seccion transversal del flujo al ser abierta y cerrada a lo largo de una circunferencia exterior de los alabes del rotor que estan unidos a un eje rotatorio de la turbina de eje vertical.
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El aparato generador de ene^a hidraulica de acuerdo con la presente invencion puede incluir una placa de aceleracion que acelera el flujo de agua en el camino del flujo reduciendo gradualmente el area de abertura de la abertura del flujo de entrada del agua que esta dispuesta vertical en el alojamiento.
Aqm, la placa de aceleracion que es una compuerta de acequia capaz de ser elevada en la direccion vertical, una compuerta deslizante capaz de ser abierta y cerrada en la direccion horizontal o una compuerta rotatoria capaz de ser rotada alrededor de un eje vertical puede ser configurada para ser capaz de descargar agua en el camino del flujo desde un agujero de descarga formado en el alojamiento al exterior del alojamiento abriendo la compuerta.
Ademas, una puerta de apertura-cierre puede estar dispuesta en la placa colectora para ser capaz de descargar el agua que rebosa en el lado de aguas arriba del curso del agua en el lado de aguas abajo sin atravesar el camino del flujo abriendo la puerta de apertura-cierre. Aqm, la turbina de eje vertical puede ser una turbina de flujo transversal de un unico eje o unas turbinas de flujo transversal de doble eje dispuestas en oposicion.
EFECTOS DE LA INVENCION
El aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion incluye particularmente la placa colectora de agua que recoge agua en la abertura de entrada del agua mientras que intercepta y acumula el agua que fluye a traves del curso de agua, y la compuerta de sector movil que es capaz de cambiar el area de la seccion transversal del flujo de agua que actua en el extremo superior del alabe del rotor de la turbina de eje vertical como un flujo que entra desde la abertura del flujo de entrada del agua. Por lo tanto, el nivel del agua en el lado de aguas arriba y el area de la abertura del agujero del orificio pueden ser ajustados cambiando el area de la seccion transversal debido a la apertura y al cierre de la compuerta de sector movil. Por consiguiente, es posible tener una funcion de ajuste de la tasa del flujo sin que disminuya la eficiencia de la generacion de energfa. De este modo, surge un efecto que puede conseguir de forma continua una generacion de energfa hidraulica estable sin depender de la fluctuacion del nivel del agua en el curso de agua. Ademas, como la operacion del alabe del rotor puede ser detenida bloqueando el agua que pasa hacia la turbina de eje vertical cerrando completamente la compuerta movil, tambien surge un efecto por el cual la operacion de mantenimiento puede ser realizada facilmente.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra una realizacion de un aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la presente invencion.
La Figura 2 es una vista de la seccion transversal en B-B de la Figura 1.
La Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra una estructura de una turbina de eje vertical dispuesta en el aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 1.
La Figura 4 es una vista de la seccion transversal que ilustra la estructura de la turbina de eje vertical dispuesta en el aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 1.
La Figura 5 es una vista en planta que ilustra la operacion (es decir, un estado abierto y un estado cerrado) de una compuerta movil del aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 1.
La Figura 6 es una vista esquematica explicativa de la relacion entre un agujero de un orificio y la turbina de eje vertical del aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 1.
La Figura 7 es una vista explicativa de la relacion entre la velocidad del flujo, el area de la abertura del agujero del orificio, la diferencia del nivel efectivo del agua, y una tasa del flujo como simplificacion del aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 2.
La Figura 8 es una vista explicativa de la relacion entre una tasa del flujo del lado de aguas arriba, una tasa del flujo de descarga procedente del agujero del orificio, y la diferencia efectiva del nivel del agua como simplificacion del aparato generador de energfa hidraulica de la Figura 2.
La Figura 9 es una vista explicativa de la relacion correlativa de la variacion de una tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba con una variacion de la velocidad del flujo y la diferencia del nivel efectivo del agua, y la variacion de una cantidad de generacion de energfa.
La Figura 10 es una vista explicativa de un nivel del agua de un curso de agua general.
La Figura 11 ilustra un estado en el que un nivel efectivo H del agua, la velocidad V del flujo, y una tasa Qb del flujo de descarga procedente del agujero del orificio se obtienen en unas condiciones que tienen una tasa Qa del flujo procedente del lado de aguas arriba, un nivel Ha del agua aguas arriba, y un area A de la abertura del agujero del orificio.
La Figura 12 es una vista explicativa de los estados del aparato generador de energfa hidraulica cuando el agua se aumenta en el curso del agua y el agua disminuye en el.
La Figura 13 es una vista explicativa de la variacion del estado de un nivel del agua aguas arriba cuando el area de la abertura del agujero del orificio se cambia de A1 a A2 en un penodo de tiempo de disminucion del agua.
La Figura 14 es una vista explicativa de la variacion del estado del nivel del agua aguas arriba cuando el area de la abertura del agujero del orificio se cambia de A1 a A2 en un penodo de tiempo de aumento del agua.
La Figura 15 es una vista explicativa de cuando se ajusta el nivel del agua aguas arriba en un penodo de tiempo de aumento del agua utilizando una placa colectora de agua de otra realizacion.
La Figura 16 es una vista en planta de un aparato generador de energfa hidraulica que usa una turbina de eje vertical del tipo de un eje de otra realizacion de la presente invencion.
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La Figura 17 ilustra otra realizacion de la presente invencion mientras que la Figura 17(a) es una vista en planta que ilustra la relacion posicional entre un engranaje y una compuerta movil, y la Figura 17(b) es una vista de la seccion transversal en C-C.
La Figura 18 es una vista explicativa que ilustra un ejemplo en el que el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion esta instalado en un curso de agua ancho.
La Figura 19 es una vista explicativa que ilustra un ejemplo en el que el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion esta instalado en un curso de agua estrecho.
La Figura 20 es una vista explicativa que ilustra una funcion de una placa colectora de agua cuando el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion esta instalado en un curso de agua estrecho sin diferencia de nivel como en la Figura 20(a) que es una vista en planta y la Figura 20(b) que es una vista de la seccion transversal.
La Figura 21 es una vista explicativa que ilustra una funcion de una placa colectora de agua cuando el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion esta instalado en un curso de agua ancho que tiene una diferencia de nivel como en la Figura 21(a), que es una vista en planta y la Figura 21(b) que es una vista de la seccion transversal.
La Figura 22 es una vista explicativa de un ejemplo modificado de la placa colectora de agua cuando el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion esta instalado en un curso de agua mas ancho.
La Figura 23 es una vista en planta explicativa de una funcion de descarga de una placa de aceleracion en el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion.
La Figura 24 es una vista en planta que ilustra un ejemplo modificado de la placa de aceleracion en el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion.
MEJOR MODO DE REALIZACION DE LA INVENCION
En lo que sigue se describiran con detalle unas realizaciones preferidas de la presente invencion con referencia a los dibujos anejos.
La Figura 1 es una vista en planta que ilustra una realizacion de un aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la presente invencion. Aqrn, para facilitar la visualizacion de cada estructura, la Figura 1 incluye la omision en parte en un generador 4, de las poleas 32, 42, una correa 43 y un eje de transmision 41. La Figura 2 es una vista de la seccion transversal en B-B de la Figura 1. Aqrn, un engranaje 54, una compuerta movil 5 y una placa de aceleracion 7 se han omitido para clarificar cada una de las estructuras. La Figura 3 es una vista explicativa de la seccion transversal de una estructura de una turbina 3 de eje vertical dispuesta en un aparato 1 generador de energfa hidraulica que ha sido simplificado para clarificar la relacion posicional entre la compuerta movil 5 y la turbina 3 de eje vertical. La Figura 4 es una vista en perspectiva explicativa de una estructura de la turbina 3 de eje vertical dispuesta en el aparato 1 generador de energfa hidraulica.
Como se ha ilustrado en la Figura 1, el aparato 1 generador de energfa hidraulica incluye un alojamiento 2 que tiene una abertura 8 de entrada del flujo de agua, una abertura 9 de salida del flujo de agua y un camino 25 del flujo que proporciona una comunicacion desde la abertura 8 de entrada del flujo de agua hasta la abertura 9 de salida del flujo de agua. El aparato 1 generador de energfa hidraulica se usa estando instalado de modo que la abertura 8 de entrada del flujo de agua este situada en el lado de aguas arriba de un curso de agua que tiene un flujo y la abertura 9 de salida del flujo de agua este situada en el lado de aguas abajo de el.
Como se ha ilustrado en la Figura 2, el aparato 1 generador de energfa hidraulica incluye una turbina 3 de eje vertical que esta soportada de forma rotatoria en el camino 25 del flujo del alojamiento 2 que tiene una pluralidad de alabes 33, 23 del rotor, ... (en adelante, simplemente llamados los alabes 33 del rotor), un generador 4 que genera energfa al recibir la fuerza rotacional de la turbina 3 de eje vertical, una compuerta movil 5 que es capaz de cambiar el area A de la seccion transversal del flujo del flujo de agua que actua sobre un extremo superior de los alabes 33 del rotor de la turbina 3 de eje vertical como un flujo que entra desde la abertura 8 del flujo de entrada del agua, y una placa 6 colectora de agua que intercepta y acumula el agua que fluye a traves del curso de agua y recoge el agua acumulada en la abertura 8 de entrada del flujo de agua cuando esta instalada sumergida en el curso de agua.
El alojamiento 2 esta estructurado con una placa superior 21, una placa de fondo 22 y dos placas laterales 22, 23 e incluye la abertura 8 de entrada del flujo de agua abierta al lado de aguas arriba y la abertura 9 abierta al lado de aguas abajo. Dos ranuras de deslizamiento 24 en forma de arco estan formadas en la placa superior 21. La compuerta movil 5 esta configurada para ser movil en la direccion de la flecha en el dibujo guiada por la ranura de deslizamiento 24 en un estado en el que una parte 52 de los dientes (vease la Figura 3) esta insertada en ella.
El camino 25 del flujo que proporciona una comunicacion desde la abertura 8 de entrada del flujo de agua con la abertura 9 de salida del flujo de agua esta formada en el alojamiento 2. Las turbinas 3, 3 de eje vertical, dispuestas en oposicion estan colocadas en el camino 25 del flujo. La turbina 3 de eje vertical de la presente realizacion es una turbina de flujo transversal que incluye un eje rotatorio 31 y la pluralidad de alabes 33 del rotor. El eje rotatorio 31 esta soportado de forma rotatoria por los rodamientos 26, 26 formados en la placa superior 21 y en la placa 22 de fondo (vease la Figura 4). Aqrn, aunque las turbinas de flujo transversal se utilizan como las turbinas 23, 23 de eje
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vertical en la presente realizacion, se pueden adoptar unas alternativas en tanto que sean turbinas de un tipo de eje vertical.
En el generador 4, una polea 42 unida a un eje de transmision 41 de el esta conectada a una polea 32 unida al eje rotatorio 31 con una correa 43. El generador 4 esta configurado para realizar la generacion de energfa mientras que la fuerza rotacional causada por la rotacion del eje de transmision 31 de la turbina 3 de eje vertical es transmitida al eje de transmision 41 por medio de la correa 43. El generador 4 esta unido a cada una de las turbinas 3, 3 de eje vertical.
La compuerta movil 5 es una compuerta de sector (es decir, una compuerta radial) de un tipo en el que dos puertas de compuerta en forma de arco son rotadas teniendo un eje como un fulcro. La compuerta esta soportada de forma rotatoria por el eje rotatorio 31 de la turbina 3 de eje vertical y esta provista de una parte 51 del cuerpo principal del cuerpo en forma de arco unida al eje rotatorio 31 por medio de los rodamientos 53, 53, y una parte 52 con dientes en forma de arco dispuesta en la parte 51 del cuerpo principal. Un perfil con dientes para aplicarse con un engranaje 54 esta formado en una circunferencia exterior de una parte superior de la parte 52 con dientes.
La placa 6 colectora de agua para interceptar y acumular agua en el lado de aguas arriba que fluye a traves del curso de agua esta formada integralmente o separada en un borde de la abertura de la abertura 8 del flujo de entrada del agua. En el aparato 1 generador de energfa hidraulica de la presente invencion, el agua acumulada es pasada al alojamiento 2 desde la abertura 8 de entrada del flujo de entrada del agua mientras que se acumulada el agua interceptada por la placa 6 colectora de agua. Por consiguiente, el area A de la seccion transversal del flujo de una seccion de la abertura ajustada por la compuerta movil 5 tiene que ser un area de la abertura de un agujero del orificio. Una tasa del flujo que actua sobre la turbina 3 de eje vertical se determina por el area de la abertura del agujero del orificio y un nivel H del agua acumulada en el lado de aguas arriba que es recogida por la placa 6 colectora de agua.
Ademas, las placas de aceleracion 7, 7 dispuestas en oposicion como esta ilustrado en la Figura 1 estan dispuestas en el alojamiento 2. El flujo de agua en el camino 25 del flujo tiene que ser acelerado reduciendo gradualmente el area de la abertura 8 de entrada del flujo de agua por las placas 7, 7 de aceleracion. Las placas 7, 7 de aceleracion de la presente realizacion estan estructuradas con una compuerta de elevacion de tipo acequia. Aqrn, su elevacion vertical produce un espacio intermedio contra la placa 22 de fondo y el agua en el camino 25 de flujo puede ser descargada a traves del espacio intermedio.
A continuacion, la operacion de la compuerta movil 5 en el aparato 1 generador de energfa hidraulica estructurado como antes se describira con referencia a la Figura 5. La Figura 5 es una vista explicativa de la operacion del aparato 1 generador de energfa hidraulica. La Figura 5(a) ilustra un estado en el que las compuertas moviles 5, 5 estan abiertas y la Figura 5(b) ilustra un estado en el que las compuertas moviles 5, 5 estan cerradas. Aqrn, para clarificar el estado de las compuertas moviles 5, 5, las placas de aceleracion 7, 7 y otras estructuras no estan ilustradas.
Como se ha ilustrado en la Figura 5(a), cuando las compuertas moviles 5,5 estan en un estado totalmente abierto, el area de la seccion transversal del flujo en ese penodo de tiempo, esto es, el area de la abertura del agujero del orificio es A. En lo que sigue, un estado del area de la abertura del agujero del orificio esta indicado por A con un sufijo numerico como el del agujero del orificio indicado por el area A de la seccion transversal del flujo.
Para cambiar al estado cerrado ilustrado en la Figura 5(b) desde el estado anterior, solo se requiere girar los dos engranajes 54, 55 respectivamente en la direccion de la flecha ilustrada en la Figura 5(a). A continuacion, las partes 52, 52 con dientes aplicadas respectivamente con los engranajes 54, 54 son movidas hacia la parte central a lo largo de la circunferencia exterior de las turbinas 3, 3 de eje vertical en la ranura de deslizamiento 24 estando enclavadas con la rotacion. Cuando se ha realizado el movimiento hasta el final, los extremos superiores interiores de las partes 52, 52 con dientes son cerrados uno con respecto al otro. Este estado es el estado cerrado. En este estado el area de la abertura del agujero del orificio llega aproximadamente a cero y se bloquea el agua que pasa hacia las turbinas 3, 3 de eje vertical. De este modo la operacion rotacional de los alabes 33 del rotor puede ser detenida. Siempre que la operacion de mantenimiento de las turbinas 3, 3 de eje vertical se realiza en este estado no es necesario elevar el aparato 1 generador de energfa hidraulica a tierra con una grua y similar. Por lo tanto, la operacion de mantenimiento puede ser realizada facilmente. Cuando los engranajes 54, 54 son hechos rotar respectivamente en la direccion opuesta a la direccion de la flecha de la Figura 5(a) despues de terminada la operacion de mantenimiento, las compuertas moviles 5, 5 pueden ser movidas en la direccion hacia el lado exterior (es decir, hacia las placas laterales 23, 23) a lo largo de la circunferencia exterior de las turbinas 3, 3 de eje vertical. Aqrn, no limitadas a lo anterior, las compuertas moviles 5 pueden ser configuradas para cambiar el area de la seccion transversal del flujo debido a la apertura y cierre con el movimiento en la direccion perpendicular al camino 25 del flujo.
En el aparato 1 generador de energfa hidraulica de la presente invencion el area de la abertura del agujero del orificio puede ser ajustada utilizando las compuertas moviles 5, 5 antes descritas. De acuerdo con el principio de un orificio, la tasa del flujo de agua pasada a las turbinas 3, 3 de eje vertical parece que disminuye con la disminucion
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del area de la abertura del agujero del orificio para provocar la reduccion de la fuerza rotacional de las turbinas 3, 3 de eje vertical. No obstante, el hecho es que lo anterior no ocurre de acuerdo con la presente invencion. El principio de ello se describira sobre la base de la Figura 6.
La Figura 6 es una vista esquematica explicativa de la relacion entre el agujero del orificio y las turbinas 3, 3 de eje vertical del aparato 1 generador de energfa hidraulica. La Figura 6(a) ilustra que el area de la abertura del agujero del orificio es A1, y la Figura 6(b) ilustra que el area de la abertura del agujero del orificio es A2.
En un estado de la Figura 6(a) el agua pasada a las turbinas 3, 3 de eje vertical pasa a traves de la parte de la abertura del agujero del orificio que tiene el area A1 de la abertura. Los alabes del rotor que grnan el flujo de agua fuera del flujo de agua que pasa a traves de ellas hacia el centro entre ambas turbinas 3, 3 de eje vertical son los alabes 33a del rotor ilustradas en la Figura 6(a). Mientras tanto, los alabes del rotor que predominantemente contribuyen a la rotacion de ambas turbinas 3, 3 de eje vertical son los alabes 33b del rotor en el mismo dibujo. Esto es, la fuerza rotacional de las turbinas 3, 3 de eje vertical depende de la tasa del flujo de agua que colisiona directamente con los extremos superiores de los alabes 33b del rotor.
Por el contrario, en un estado de la Figura 6(b), esto es, un estado en el que el area de la abertura del agujero del orificio se fija para ser A2, que es menor que A1, moviendo las compuertas moviles 5, 5 en la direccion de cierre, el flujo de agua pasa a traves de la parte de la abertura que tiene el area A2 de la abertura. En este caso, aunque el area de la abertura del agujero del orificio se haga pequena, la cantidad de agua que directamente fluye hacia los extremos superiores de los alabes 33b del rotor sigue siendo casi la misma. De este modo, en el aparato 1 generador de energfa hidraulica de la presente invencion es posible tener una pequena influencia contra la fuerza rotacional de las turbinas 3, 3 de eje vertical incluso si se disminuye el area de la abertura del agujero del orificio. Por consiguiente, la generacion de energfa hidraulica puede realizarse de forma estable mientras se ajusta el nivel del agua en el lado de aguas arriba. La causa de ello se describira en lo que sigue con referencia a las Figuras 7 a 15.
Todas las Figuras 7 a 15 excepto la Figura 10 son unas vistas obtenidas simplificando la Figura 2. Aqrn, los dibujos ilustran la relacion entre el nivel del agua acumulada en el lado de aguas arriba y la tasa del flujo y la velocidad del flujo de agua que fluye desde el agujero del orificio mientras se acumula el agua en el lado de aguas arriba por la placa 6 colectora de agua.
Tomando la Figura 7 como un ejemplo para la descripcion, la velocidad V1 del flujo esta indicada por la siguiente expresion como Q1, H1, V1, A1 y q que respectivamente indican la tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba, la diferencia de nivel efectivo del agua, la velocidad del flujo de agua descargada desde el agujero del orificio, el area de la abertura del agujero del orificio, y la aceleracion de la gravedad.
V = 42sHx
Aqrn, la anterior consideracion se realiza excluyendo la restriccion de Vena Contracta.
Si la tasa del flujo descargado procedente del agujero del orificio es Q1, la tasa del flujo Q1 esta indicada por la siguiente expresion.
Por consiguiente, si la tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba y la tasa del flujo de descarga procedente del agujero del orificio son ambas Q1, el nivel efectivo del agua o puede ser ajustado ajustando el area de la abertura del agujero del orificio, como esta ilustrado en la Figura 7.
Por otra parte, en un caso en que vane la tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba, la diferencia de nivel efectivo del agua puede ser mantenida constante ajustando el area de la abertura del agujero del orificio.
Por cierto, un punto importante de la generacion de energfa hidraulica es un curso de agua es que la tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba y la tasa del flujo descargado procedente del agujero del orificio es necesario que sean la misma para obtener una generacion de energfa maxima. Por ejemplo, como esta ilustrado en la Figura 8, si las tasas de flujo Q1, Q3 procedentes del lado de aguas arriba son menores que las tasas de flujo Q2, Q4 descargados procedentes del agujero del orificio, disminuyen las diferencias H1, H2 del nivel efectivo del agua. Por otra parte, si Q1 y Q3 son mayores, aumentan las diferencias H1, H2 del nivel efectivo del agua.
Es un caso raro que un curso de agua tenga una cantidad de agua constante a lo largo de todo el ano. Espedficamente, es normal que la cantidad de agua para uso agncola fluctue aproximadamente de 2 a 5 veces entre un penodo de no riego y un penodo de riego. Aqrn, la variacion de la cantidad de agua influye en la velocidad V del flujo del flujo de agua descargado del agujero del orificio y la diferencia H del nivel efectivo del agua.
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La relacion correlativa de la variacion de la tasa del flujo procedente del lado de aguas arriba con la variacion de la velocidad V del flujo y la diferencia H del nivel efectivo del agua, con la variacion de una cantidad de generacion de energfa W=QgH se describira con referencia a la Figura 9.
Una cantidad de generacion de energfa W1 en un penodo de tiempo normal se expresa como W1=Q5xgxH3. Por otra parte, cuando disminuye la tasa del flujo desde aguas arriba, la disminucion de H4 y V4 ocurre si el area de la abertura del agujero del orificio no puede ser ajustada.
Aqu la descripcion se hace sobre un nivel del agua de un curso de agua general con referencia a la Figura 10. Como funciones primarias del curso de agua, se determinan una forma de la seccion transversal del curso de agua y un gradiente del curso de agua que corresponden a una cantidad de agua planeada. En general, se fijan los fines y las condiciones de un curso de agua planeado y se disena una forma de la seccion transversal del curso de agua para satisfacer las condiciones, esto es, para satisfacer las tasas de flujo planeadas (es decir, las tasas maxima y minima) del curso de agua objeto para ser disenado y la profundidad del agua Hc de la cantidad de flujo planeado (es decir, el valor maximo). En general, se fija Hb para que sea el 80% de Ha en cuanto a la profundidad del agua. La seccion transversal y el gradiente del curso de agua se determinan sobre la base de la formula de Manning y la formula de Kutter que son formulas hidrologicas. En general, la velocidad del flujo en el curso de agua se fija para tener una velocidad media del flujo que sea aproximadamente entre 1,2 m/s y 1,5 m/s. Ademas, es normal que la velocidad del flujo en el curso de agua este proyectada para que sea rapida hacia el lado de aguas abajo. Es un factor esencial para la generacion de energfa en un curso de agua el uso de forma concomitante de un equipo de generacion mientras que se mantienen las funciones del curso de agua.
El significado de lo anterior se describira con referencia a la Figura 11. La Figura 11 ilustra un estado en el que el nivel efectivo H del agua, la velocidad V del flujo, y la tasa Qb del flujo de descarga procedente del agujero del orificio se obtienen en las condiciones que tienen la tasa Qa del flujo procedente del lado de aguas arriba, el nivel Ha del agua aguas arriba, y el area A de la abertura del agujero del orificio. El nivel Ha del agua aguas arriba es la cuestion de prioridad maxima para mantener las funciones del curso de agua. No se permite que el nivel del agua supere la profundidad maxima permitida Hb del agua. El aumento de la altura del curso de agua aguas arriba se hace necesario en un caso para aumentar la cantidad de generacion de energfa si es necesario.
A continuacion, con referencia a la Figura 12 se describiran los estados del aparato generador de energfa hidraulica en un penodo de tiempo de aumento del agua y en un penodo de tiempo de disminucion del agua sin ajustar el area de la abertura del agujero del orificio. En un penodo de tiempo de aumento del agua, una tasa del flujo +Qc obtenida por el nivel del agua aguas arriba que excede Hb rebosa sobre la placa 6 colectora de agua no para ser usada para la generacion de energfa. Por consiguiente, no se permite en un penodo de tiempo de aumento del agua que aguas arriba el nivel He del agua supere Hb. Por otra parte, en un penodo de tiempo de disminucion del agua, se disminuye el nivel He, y por lo tanto, la diferencia H del nivel efectivo del agua tambien disminuye en consecuencia. Por consiguiente, la eficiencia de la generacion de energfa del aparato generador de energfa hidraulica se disminuye debido a las dobles disminuciones que son una disminucion de la cantidad Qa de la generacion de energfa y una disminucion de H para estar en un estado adverso en el que disminuye la cantidad de generacion de energfa total.
En lo que sigue la descripcion se realiza sobre el hecho de que el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion puede cambiar el nivel del agua aguas arriba ajustando el area de la abertura del agujero de la superficie en tal penodo de tiempo de disminucion del agua y un penodo de tiempo de aumento del agua con referencia a las Figuras 13 y 14. Primero, en un penodo de tiempo de disminucion del agua como esta ilustrado en la Figura 13, cuando el area de la abertura del agujero del orificio se cambia de A1 a A2, las cantidades teoricas de generacion de energfa han de ser precisamente W1=QaxgxH1 y Q2=QaxgxH2. Naturalmente, se puede obtener una cantidad W2 de generacion de energfa que sea mayor que W1. La causa por la que se puede obtener la cantidad W2 de generacion de energfa es que el area de la abertura del agujero del orificio puede ser cambiada de A1 a A2. Esto es, en este caso, solamente es necesario reducir la tasa del flujo de descarga procedente del agujero del orificio para elevar la superficie del agua hasta el nivel del agua en el que se pueden mantener las funciones del curso de agua. Esto es, solamente se necesita mover la compuerta movil 5 en la direccion de cierre para disminuir el area de la abertura del agujero del orificio. En tanto que el area A2 de la abertura del agujero del orificio pueda mantener H2, se puede obtener una cantidad de generacion de energfa que sea W2.
De forma similar, en tanto que el area de la abertura del agujero del orificio pueda ser ampliada de modo que la tasa del flujo que rebosa +Qc en un penodo de tiempo de aumento del agua pueda ser utilizada para la generacion de energfa, se aumenta la cantidad de la generacion de energfa. En este caso, solamente se necesita aumentar la tasa del flujo de descarga procedente del agujero del orificio para proporcionar el nivel del agua en el que se impide que rebose la tasa del flujo de rebosamiento +Qc. Esto es, solamente se necesita mover la compuerta movil 5 en la direccion de apertura para ampliar el area de la abertura del agujero del orificio. En este caso las cantidades de generacion de energfa son W3=QaxgxH3 y W4=(Qa+Qc)xgxH4. Con lo anterior, se mejora la cantidad maxima de generacion de energfa sin producir rebosamiento debido al nivel del agua aguas arriba.
Como se ha descrito antes, en el aparato generador de energfa hidraulica de la presente invencion, como el area de la abertura del agujero del orificio puede ser ajustada abriendo y cerrando la compuerta movil, es posible aumentar
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la cantidad de generacion de ene^a sin disminuir la eficiencia de la generacion de ene^a hidraulica y proporcionar la funcion de ajuste de la tasa del flujo. Ademas, como se puede detener el agua que fluye hacia la turbina de eje vertical cerrando completamente la compuerta movil, la operacion de mantenimiento puede ser realizada facilmente.
Aqrn, puede ser un caso en el que no se pueda impedir el rebosamiento solamente ampliando el area de la abertura del agujero del orificio con una gran cantidad de agua aumentada. En tal caso, tambien es posible adoptar una estructura en la que una parte de la abertura de ajuste de la tasa del flujo en la placa colectora de agua este dispuesta en la placa 6 colectora de agua como esta ilustrado en la Figura 15 para descargar el agua que rebosa procedente de la parte de la abertura en el lado de aguas abajo. Alternativamente, tambien se puede adoptar una estructura en la que una puerta de apertura-cierre (no ilustrada) este dispuesta en la placa 6 colectora de agua para descargar el agua que rebosa en el lado de aguas arriba del curso de agua en el lado de aguas abajo sin pasar a traves del camino del flujo ajustando el grado de abertura de la puerta de apertura-cierre de acuerdo con la variacion del nivel del agua en el curso de agua.
El aparato 1 generador de energfa hidraulica antes mencionado adopta las turbinas 3, 3 de eje vertical que son de un tipo de eje doble. No obstante, tambien es posible adoptar la turbina 3 de eje vertical que es un tipo de eje unico ilustrada en la Figura 16. La Figura 16 ilustra un estado abierto y un estado cerrado de la compuerta movil 5 en el aparato 1 generador de energfa hidraulica que adopta la turbina 3 de eje vertical de tipo de un unico eje. Aqrn, se da el mismo numero a la misma funcion y estructura que en el aparato 1 generador de energfa hidraulica. Como la estructura y la operacion son aproximadamente las mismas que la anterior, se omite su descripcion detallada.
Aqrn, no limitado a lo anterior, por ejemplo, una estructura para disponer un engranaje en el lado de aguas abajo ilustrado en la Figura 17 puede ser adoptada como la estructura de apertura-cierre de la compuerta movil 5.
En el aparato 1 generador de energfa hidraulica la compuerta movil 5 incluye una placa superior semicircular 55 de una parte del cuerpo principal 51 que tiene un perfil de dientes formado alrededor de ella que es diferente de la realizacion. Ademas, como se ha ilustrado en la Figura 17(a), una parte de la placa superior 55 esta conectada a la parte del cuerpo principal. La parte del perfil con dientes de la placa superior 55 esta aplicada con el engranaje 54, de modo que el engranaje 55 es hecho rotar estando enclavada cuando el engranaje es hecho rotar. De este modo, al igual que la realizacion, la compuerta movil 5 puede ser abierta y cerrada.
En la presente realizacion, se utiliza un mango 57 para un metodo de hacer rotar el engranaje 54. Esto es, el engranaje 54 tiene que ser rotada operando rotacionalmente una parte de agarre 58 del mango 57 como el extremo superior del mango que esta ajustado al extremo superior de un eje rotatorio 56 del engranaje 54.
Aqrn, no limitado a las realizaciones antes mencionadas, las diversas realizaciones descritas en lo que sigue pueden ser adoptadas para la presente invencion sin apartarse del alcance de la presente invencion.
Por ejemplo, la estructura de la placa 6 colectora de agua puede ser modificada ya que esta adaptada a las situaciones de un curso de agua en el que se ha instalado el aparato 1 generador de energfa hidraulica. Como esta ilustrado en la Figura 18, cuando el aparato 1 generador de energfa hidraulica esta instalado en un curso de agua ancho ambas secciones extremas de la placa 6 colectora de agua estan fijadas a ambas paredes del curso de agua con unos soportes de fijacion 61. En este caso la placa 6 colectora de agua funciona tambien como un medio para conectar y fijar el alojamiento 2 al curso de agua ademas de los medios para interceptar y acumular el agua que fluye a traves del curso de agua.
Por el contrario, como esta ilustrado en la Figura 19, cuando el aparato 1 generador de energfa hidraulica esta instalado en un curso de agua estrecho ambas secciones extremas del alojamiento 2 estan fijadas directamente a ambas paredes del curso de agua con los soportes de fijacion 61. En este caso una placa frontal 27 del alojamiento 2 realiza la funcion de medio de fijacion y la funcion de la placa 6 colectora de agua.
Ademas, como esta ilustrado en la Figura 20, en el caso de estar instalada en un curso de agua estrecho sin tener una diferencia de nivel, la placa 6 colectora de agua aumenta el nivel del agua en el lado de aguas arriba y produce una altura de cafda en el curso de agua interceptando y acumulando el agua que fluye a traves del curso de agua. Lo anterior proporciona una funcion en la que la energfa potencial generada por la altura de cafda actua sobre la turbina 3 de eje vertical en el alojamiento 2.
Ademas, en un caso con un curso de agua ancho que tiene una diferencia de nivel esta ilustrado en la Figura 21, una energfa mayor puede actuar sobre la turbina 3 de eje vertical utilizando una altura de cafda del agua que fluye hacia abajo en la parte de la diferencia de nivel cuando el alojamiento 2 esta instalado en el lado de aguas abajo de la parte de la diferencia de nivel.
Ademas, en el caso de estar instalada en un curso de agua mas ancho, una caja 62 de toma de agua puede estar colocada en la parte de la diferencia de nivel del curso de agua como esta ilustrado en la Figura 22. Aqrn, solamente se requiere que la placa 6 colectora de agua este unida a una abertura 62a de toma de agua de la caja 62 de toma de agua y que el alojamiento 2 del aparato 1 generador de energfa hidraulica este unido a una abertura 62b de
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descarga de ella. En este caso la placa 6 colectora de agua esta formada para ser una placa 6A colectora de agua orientada siendo perpendicular al flujo en el curso de agua o para ser una placa 6B colectora de agua orientada siendo oblicua con un angulo predeterminado con respecto al flujo en el curso de agua. Con lo anterior, la placa 6 colectora de agua realiza una funcion para recoger el agua que fluye en el lado de aguas arriba a la caja 62 de toma de agua situada en el centro ademas de producir una altura de cafda aumentando el nivel del agua en el lado de aguas arriba.
Ademas, no siendo esencial para el aparato 1 generador de energfa hidraulica de la presente invencion, tambien es posible que se disponga una funcion de descarga en la placa 7 de aceleracion como una funcion adicional como se describe mas adelante.
Esto es, en el aparato 1 generador de energfa hidraulica ilustrado en la Figura 23, la placa 7 de aceleracion esta estructurada con una compuerta de acequia de tipo elevador y los agujeros 28, 28 de descarga a traves de los cuales pasa el agua estan formados en las placas laterales 23, 23 en ambos lados del alojamiento 2. Por consiguiente, cuando las placas 7, 7 de aceleracion estan elevadas en la direccion vertical en un estado en el que las compuertas moviles 5, 5 estan cerradas como esta ilustrado en el dibujo, el agua en el camino 25 del flujo ha de ser descargada al exterior del alojamiento 2 cuando pasa a traves de los agujeros 28 de descarga procedente del espacio intermedio contra la placa 22 de fondo. Por lo tanto, incluso si el aparato 1 generador de energfa hidraulica permanece instalado en el curso de agua, la operacion de mantenimiento de componentes tales como la turbina 3 de eje vertical en el alojamiento 2 y en el generador 4 puede ser realizada sin detener el flujo de agua en el curso de agua.
Ademas, tambien es posible adoptar una estructura como esta ilustrado en la Figura 24 como un ejemplo modificado de la placa 7 de aceleracion. La placa 7 de aceleracion es una compuerta rotatoria que tiene una puerta 71 de apertura-cierre de tipo rotatorio. La puerta 71 de apertura-cierre esta colocada en el centro de la placa 7 de aceleracion. La puerta 71 de apertura-cierre esta soportada rotatoriamente en la direccion de la flecha en el dibujo alrededor de un eje vertical 72. Tambien en este caso, cuando la puerta 71 de apertura-cierre de la placa 7 de aceleracion se abre cuando es rotada en un estado en el que las compuertas moviles 5, 5 estan cerradas, el agua en el camino 5 del flujo puede ser descargada al exterior del alojamiento 2 a traves del agujero de descarga 28. Aqrn, no limitado a la anterior estructura, la placa 7 de aceleracion que tiene la funcion de descarga puede adoptar una compuerta deslizante (no ilustrada) de un unico tipo de actuacion o de un tipo de actuacion doble capaz de abrir y cerrar en la direccion horizontal.
DESCRIPCION DE LOS SIGNOS DE REFERENCIA
1. Aparato generador de energfa hidraulica
2. Alojamiento
21. Placa superior
22. Placa de fondo
23. Placa lateral
24. Ranura de deslizamiento
25. Camino del flujo
26. Rodamiento
27. Placa frontal
28. Agujero de descarga
3. Turbina de je vertical
31. Eje rotatorio
32. Polea
33. Alabe del rotor
4. Generador
41. Eje de transmision
42. Polea
43. Correa
5. Compuerta de sector movil
51. Parte del cuerpo principal
52. Parte de dientes
53. Rodamiento
54. Engranaje
55. Placa superior
56. Eje rotatorio
57. Mango
58. Parte de agarre
6. Placa colectora de agua
61. Soporte de fijacion
62. Caja de toma de agua
7. Placa de aceleracion
71. Puerta de apertura-cierre
> CD CO
72. Eje vertical
Abertura de entrada del agua Abertura de salida del agua
Agujero del orificio (Area de la seccion transversal del flujo).

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un aparato (1) generador de ene^a hidraulica para realizar una generacion de ene^a para una instalacion en un curso de agua que tiene un flujo, que comprende:
    un alojamiento (2) que incluye una abertura (8) de entrada del agua situada en el lado de aguas arriba del curso de agua, una abertura (9) de salida del agua situada en el lado de aguas abajo de el, y un camino del flujo que proporciona una comunicacion desde la abertura de entrada del flujo de agua a la abertura de salida del flujo de agua;
    una placa (6) colectora de agua que esta dispuesta en un borde de la abertura de la abertura de entrada del flujo de agua del alojamiento y que esta adaptada para recoger el agua en la abertura de entrada del agua mientras intercepta y acumula el agua que fluye a traves del curso de agua;
    una turbina (3) de eje vertical que esta soportada rotatoriamente en el camino del flujo del alojamiento y que tiene unos alabes (33) del rotor con unos extremos superiores;
    un generador (4) adaptado para generar energfa cuando recibe una fuerza rotacional de la turbina de eje vertical;
    caracterizado por
    una compuerta (5) de sector movil adaptada para ajustar un nivel del agua del agua acumulada en el lado de aguas arriba cambiando un area de la seccion transversal del flujo de un flujo de agua que actua sobre los extremos superiores de los alabes del rotor y que fluye desde la abertura de entrada del flujo de agua, en donde la compuerta de sector movil esta configurada para cambiar el area de la seccion transversal del flujo siendo abierta y cerrada a lo largo de una circunferencia exterior de los alabes del rotor, estando la compuerta de sector movil unida a un eje rotatorio de la turbina de eje vertical.
  2. 2. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con las anteriores reivindicaciones, que comprende una placa (7) de aceleracion adaptada para acelerar el agua que fluye en el camino del flujo reduciendo gradualmente un area de la abertura de la abertura de la entrada del flujo del agua, estando la placa de aceleracion dispuesta vertical en el alojamiento.
  3. 3. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la reivindicacion 2, en donde la placa de aceleracion es una compuerta de acequia capaz de ser elevada en la direccion vertical,
    en donde la compuerta de acequia esta configurada para ser capaz de descargar agua en el camino del flujo desde un agujero (28) de descarga formado en el alojamiento al exterior del alojamiento abriendo la compuerta.
  4. 4. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la reivindicacion 2, en donde la placa de aceleracion es una compuerta deslizante capaz de ser abierta y cerrada en la direccion horizontal,
    en donde la compuerta deslizante esta configurada para ser capaz de descargar agua en el camino del flujo desde un agujero (28) de descarga formado en el alojamiento al exterior del alojamiento abriendo la compuerta.
  5. 5. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con la reivindicacion 2, en donde la placa de aceleracion es una compuerta rotatoria capaz de ser hecha rotar alrededor de un eje vertical,
    en donde la compuerta rotatoria esta configurada para ser capaz de descargar agua en el camino del flujo desde un agujero de descarga formado en el alojamiento al exterior del alojamiento abriendo la compuerta.
  6. 6. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5,
    en donde una puerta de apertura-cierre esta dispuesta en la placa (6) colectora de agua para ser capaz de descargar el agua de rebosamiento en el lado de aguas arriba del curso de agua al lado de aguas abajo sin pasar a traves del camino del flujo abriendo la puerta de apertura-cierre.
  7. 7. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la turbina de eje vertical es una turbina de flujo transversal de un solo eje.
  8. 8. El aparato generador de energfa hidraulica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la turbina de eje vertical consta de dos turbinas de flujo transversal dispuestas en oposicion.
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