ES2943565T3 - Turbina - Google Patents

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ES2943565T3 ES17883472T ES17883472T ES2943565T3 ES 2943565 T3 ES2943565 T3 ES 2943565T3 ES 17883472 T ES17883472 T ES 17883472T ES 17883472 T ES17883472 T ES 17883472T ES 2943565 T3 ES2943565 T3 ES 2943565T3
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Abstract

Un conjunto de rotor de turbina que incluye un cuerpo unitario que incluye al menos una entrada para la entrada de un fluido en el conjunto de rotor y una pluralidad de canales de flujo que se extienden a través del cuerpo unitario y terminan en una porción de salida, al menos una entrada en comunicación fluida entre sí. de la pluralidad de canales de flujo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Turbina
CAMPO TÉCNICO
La presente invención se refiere a conjuntos y sistemas de turbina que utilizan un fluido de trabajo para la generación de energía de rotación.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR
El funcionamiento básico de una turbina convencional es que expande gases o presuriza fluidos, por ejemplo, se dirige una corriente de vapor o líquido presurizado (conocidos, colectivamente, como fluidos de trabajo) sobre unas palas o un conjunto de palas montados alrededor de un tambor o un eje. El fluido de trabajo entre en la cámara de la turbina donde incide sobre las palas de la turbina que están montadas alrededor de un eje centrado, haciendo que el eje rote y proporcione un trabajo útil. El trabajo del eje de la turbina se utiliza para impulsar dispositivos, tales como un generador eléctrico que puede acoplarse al eje. Típicamente, el eje está montado en cojinetes lubricados sellados sobre un eje horizontal que deben ser refrigerados para evitar fallos de lubricación. La energía que no se utiliza para el trabajo del eje sale por el escape como calor residual en el fluido de trabajo gastado, por lo que estos tienen una alta temperatura o una alta velocidad. El movimiento del fluido de trabajo a alta presión y la rotación a alta velocidad de la turbina de palas crea una gran cantidad de ruido.
Otro tipo de turbina utilizada en la actualidad es la turbina de reacción pura, donde el cuerpo del rotor se monta alrededor de una entrada de fluido de trabajo estacionaria que está situada centralmente en un canal dentro del cabezal de turbina rotatorio. El cuerpo del rotor está provisto de toberas montadas periféricamente en comunicación fluida con el canal de flujo dentro del cuerpo del rotor. Se introduce fluido de trabajo en el canal de este tipo de rotor a través de una entrada de fluido de trabajo estacionaria y montada centralmente y el fluido de trabajo fluye a través del cuerpo del rotor y sale por las toberas montadas periféricamente. Las toberas se dirigen de tal forma que el fluido de trabajo a alta presión expulsado provoque el empuje y la rotación del rotor. Como con la turbina de palas convencional, el rotor normalmente está acoplado a un eje para extraer el trabajo del eje utilizable.
Uno de los problemas principales con cada una de las turbinas y el rotor descritos anteriormente es que los ejes asociados con la turbina y el rotor, tanto si el eje es el eje de montaje central para las palas de la turbina en la turbina convencional como la entrada del canal del fluido de trabajo estacionario de la turbina de reacción pura, deben estar apoyados de alguna manera que permita tanto la rotación de los ejes como del rotor y también un mecanismo de apoyo de baja fricción que no permite el escape del fluido de trabajo. La pérdida de producción de trabajo debida a la fricción puede ser sustancial entre el (i) eje o y su soporte en el caso de una turbina convencional o (ii) el rotor y la entrada del canal de fluido de trabajo estacionario para la turbina de reacción pura.
Además, el fluido de trabajo para las dos turbinas descritas anteriormente está limitado a un solo fluido de trabajo. Otro problema con ambos tipos de turbinas son las emisiones de ruido asociadas con el movimiento turbulento, el flujo supersónico y el impacto del fluido de trabajo contra las palas de la turbina, así como el movimiento de las palas de la turbina para el estilo axial convencional de turbinas o el flujo supersónico y el movimiento del brazo del rotor de la turbina de reacción pura.
Un problema adicional, particularmente con la entrada de fluido de trabajo estacionaria y la configuración del rotor de la turbina de reacción pura, es que la entrada de fluido de trabajo y el rotor deben sellarse entre sí para evitar o al menos reducir la cantidad de pérdidas de fluido de trabajo de entrada desde el rotor por medios distintos a las toberas montadas periféricamente, lo que reduciría la eficiencia de la turbina. Una forma en la que puede conseguirse esto es a través de una disposición compleja de múltiples partes de cojinetes giratorios y miembros de sellado. La configuración de sello rotatorio del cojinete de las turbinas descritas anteriormente requiere intervalos de mantenimiento frecuentes.
Ambos tipos de turbinas tienen una velocidad de rotación limitada por el diseño a una temperatura y presión dadas de un fluido de trabajo y no puede ajustarse la velocidad de rotación sin cambiar la configuración o el tamaño de la pala con respecto a las turbinas convencionales o, en el caso de las turbinas de reacción pura, los brazos del rotor. El Documento US 2003/0033808 desvela un motor rotatorio propulsado por chorro que está adaptado y configurado para canalizar el material de empuje a través de puertos de descarga de conjuntos de chorro. El Documento US 7 722 313 desvela un dispositivo para convertir la energía cinética contenida en un fluido en energía mecánica. El Documento US 4336 039 desvela una turbina para la generación de energía a partir de fuentes geotérmicas que incluye una turbina de agua de reacción de salida radial de salida. El Documento FR 702085 desvela un motor que tiene uno o más cilindros de combustión provistos de un dispositivo auxiliar que puede estar diseñado como una turbina. El Documento US 469 404 desvela un motor rotativo con brazos radiales huecos que están curvados en direcciones opuestas a las que gira la rueda.
Se entenderá claramente que, si en el presente documento se hace referencia a una publicación de la técnica anterior, esta referencia no constituye una admisión de que la publicación forma parte del conocimiento general común en la técnica en Australia o en cualquier otro país.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está dirigida a una turbina que puede superar, al menos parcialmente, al menos una de las desventajas mencionadas anteriormente o proporcionar al consumidor una opción útil o comercial.
Teniendo en cuenta lo anterior, la presente invención en una forma, reside en términos generales en un conjunto de rotor de turbina que incluye
un cuerpo unitario, al menos una entrada para la entrada de un fluido en el conjunto de rotor y una pluralidad de canales de flujo que se extienden a través del cuerpo unitario y terminan en una parte de salida;
la al menos una entrada en comunicación fluida con cada uno de la pluralidad de canales de flujo para permitir que al menos una parte del fluido entre en el cuerpo a través de la al menos una entrada de fluido para que fluya en cada uno de los canales de flujo;
las partes de salida respectivas de cada uno de la pluralidad de canales de flujo están provistas en un canto lateral de un labio del cuerpo, orientado de forma sustancialmente tangencial respecto al labio para crear una fuerza rotacional a medida que el fluido de trabajo sale de las partes de salida;
cada uno de la pluralidad de canales de flujo es arqueado y continuo sin restricción entre la entrada y una tobera convergente-divergente para convertir el flujo axial del fluido de trabajo en el interior del conjunto de rotor en un flujo radial para proporcionar la rotación del conjunto de rotor, y
el cuerpo es sustancialmente circular cuando se ve en una orientación y tiene forma de campana que tiene una cintura arqueada cuando se ve en una orientación perpendicular.
El conjunto de rotor de turbina de la presente invención está diseñado para ser un conjunto de rotor de par medio y velocidad media que tiene una aplicación particular cuando se utiliza para generar electricidad. Una de las ventajas principales del conjunto de rotor de turbina de la presente invención es que debido a las características de la turbina, no requiere un engranaje reductor para hacer funcionar un alternador. El conjunto de rotor está diseñado para girar y, preferiblemente, está asociado con un eje para crear trabajo útil que después puede utilizarse para generar electricidad. El conjunto de rotor está asociado preferiblemente con el eje a través de un acoplamiento magnético o un tipo de acoplamiento similar.
En el contexto de la presente invención, la expresión "velocidad media" significa preferiblemente por encima de 100 revoluciones por minuto y más cerca de 6000 revoluciones por minuto. Dada la velocidad de rotación moderada del conjunto de rotor y la posibilidad de daño o lesión que habría en caso de fallo del cojinete, el rotor de velocidad moderada del presente conjunto se utiliza normalmente dentro de una carcasa cerrada, por lo tanto, se prefiere el uso de un acoplamiento magnético para asociar el rotor de alta velocidad con un eje para la toma de trabajo útil. El conjunto de rotor de turbina de velocidad moderada de la presente invención es accionado por un fluido de trabajo, y un fluido preferido es un refrigerante o un vapor comprimible y licuable similar. El fluido de trabajo preferido se proporciona típicamente al conjunto de rotor a través de la entrada, a través de los canales de flujo en el rotor y fuera de las salidas convergentes y divergentes definidas en el rotor para impulsar la rotación de velocidad moderada del rotor de la turbina. La turbina de la presente invención también puede operar utilizando una mezcla de fluidos azeotrópica.
El rotor de velocidad moderada de la presente invención incluye un cuerpo que incluye una pluralidad de canales de flujo, terminando cada canal de flujo en una parte convergente divergente de salida.
El conjunto de rotor de turbina incluye un cuerpo unitario con al menos una entrada para la entrada de un fluido en el conjunto de rotor y una pluralidad de canales de flujo que se extienden a través del cuerpo unitario y que terminan en una parte de salida, la al menos una entrada en comunicación fluida con cada uno de la pluralidad de canales de flujo.
El cuerpo es sustancialmente circular cuando se ve en una orientación y tiene forma de campana que tiene una cintura arqueada cuando se ve en una orientación perpendicular, en lugar de la cintura sustancialmente plana que tiene una forma verdaderamente cónica.
Las partes de salida respectivas de la pluralidad de canales de flujo se proporcionan en un canto lateral del labio del cuerpo, orientado de forma sustancialmente tangencial respecto al labio para crear una fuerza rotacional a medida que el fluido o gas de trabajo preferido sale de las partes de salida. La parte de salida incluye preferiblemente una tobera convergente-divergente para crear el empuje tangencial deseado y hacer que el rotor gire.
Las partes de salida de los respectivos canales de flujo normalmente están escalonadas de manera uniforme o ligeramente desplazadas entre sí para impulsar la rotación.
Se prefiere que las partes de salida sean coplanarias entre sí para impulsar la rotación de manera equilibrada con la mayor parte, si no toda, la fuerza impulsora aplicada en el mismo plano para crear la velocidad de rotación máxima. Preferiblemente, cada uno de la pluralidad de los canales de flujo será al menos parcialmente helicoidal, extendiéndose desde una parte del cuerpo adyacente a la entrada a las partes de salida de la pluralidad de canales de flujo proporcionados preferiblemente en un canto lateral del labio del cuerpo.
Preferiblemente, cada uno de los canales de flujo se extenderá desde una parte del cuerpo adyacente a la entrada del cuerpo sustancialmente cónico o troncocónico preferido hacia el labio periférico, pero se arqueará o curvará alejándose de la entrada a medida que los canales de flujo se extienden hacia el labio periférico de tal manera que el terminal del canal de flujo está orientado de forma sustancialmente tangencial con respecto al labio. Todos los canales de flujo se extienden típicamente en la misma dirección a través del cuerpo. Se prefiere que la pluralidad de canales de flujo formados en el cuerpo estén separados por igual alrededor del cuerpo.
Preferiblemente, se proporcionará un número par de canales de flujo en el conjunto de rotor de la presente invención. Normalmente, habrá de 5 a 15 canales de flujo definidos en el conjunto de rotor, pero el número de canales de flujo proporcionados dependerá típicamente del tamaño del conjunto de rotor, incluyendo un conjunto de rotor más grande más canales de flujo que conjuntos de rotor más pequeños.
Cada uno de la pluralidad de canales de flujo es arqueado y continuo sin restricción entre la entrada (12) y una tobera convergente-divergente para convertir el flujo axial del fluido de trabajo en el interior del conjunto de rotor en un flujo radial para proporcionar la rotación del conjunto de rotor. Se prefiere que cada uno de los canales de flujo sea continuamente arqueado, preferiblemente de una dimensión sustancialmente uniforme en toda su longitud y sin obstrucciones ni otras formas que provoquen pérdidas de carga, tales como orificios o cualquier forma que genere vórtices o perturbaciones. El flujo desde la entrada al canal de flujo hasta la tobera debe aproximarse tanto como sea posible al flujo laminar ideal.
Se prefiere además que al menos una, y típicamente varias de las aberturas, sean proporcionadas en el cuerpo extendiéndose desde una pared inferior del cuerpo para recibir una o más sujeciones para unir un acoplamiento magnético al cuerpo. Preferiblemente, las aberturas de unión se proporcionan entre partes adyacentes del canal de flujo o, más preferiblemente, entre cada segunda parte adyacente del canal de flujo.
En una realización particularmente preferida que tiene 5 canales de flujo o más, se proporcionarán cuatro aberturas de unión, cada abertura para una sujeción alargada que se extienda al interior del cuerpo.
Una pared inferior del cuerpo puede extenderse de forma sustancialmente concéntrica con la cintura arqueada preferida del cuerpo para minimizar la cantidad de material utilizado para formar el cuerpo y, por lo tanto, reducir el peso del cuerpo. Pueden proporcionarse una o más porciones más gruesas en el cuerpo si se requiere para proporcionar resistencia al cuerpo.
Como se ha mencionado anteriormente, el cuerpo está formado preferiblemente a partir de un material metálico o elastomérico que puede sinterizarse o imprimirse en 3D.
Los canales de flujo pueden estar inscritos o pueden formarse a través de un volumen interno del cuerpo. Pueden utilizarse procesos de mecanizado, tales como fresado de metales, tal como una fresadora CNC, pero un método particularmente preferido para formar el cuerpo es la tecnología de sinterizado o impresión de metal tridimensional, ya que esto permitirá la formación del cuerpo unitario con los canales de flujo formados en el mismo.
Cada uno de la pluralidad de canales de flujo provistos en el cuerpo incluirá preferiblemente al menos una zona de convergencia. Preferiblemente, se proporcionará una sola zona de convergencia en cada uno de la pluralidad de canales de flujo.
Se prefiere que la zona de convergencia preferida en cada canal de flujo sea proporcionada adyacente, pero separada, de la salida de cada de flujo. La configuración particular del canal de flujo con la zona de convergencia formará preferiblemente una tobera que se integra en el canal de flujo cuando se forma el rotor. Funcionalmente, la zona de convergencia actuará típicamente para aumentar la velocidad del flujo de fluido en la zona de convergencia, lo que de nuevo ayudará a maximizar la velocidad de rotación del conjunto de rotor. Típicamente hay una transición arqueada entre el canal de flujo y la zona de convergencia, preferiblemente en al menos el lado de entrada y preferiblemente tanto en el lado de entrada como en el lado de salida de la zona de convergencia.
Cada uno de la pluralidad de canales de flujo proporcionados en el cuerpo incluirá preferiblemente al menos una zona de divergencia. Preferiblemente, se proporcionará una sola zona de divergencia en cada uno de la pluralidad de canales de flujo.
Se prefiere que la zona de divergencia preferida en cada canal de flujo sea proporcionada adyacente, pero separada, de la salida de cada de flujo. La configuración particular del canal de flujo con la zona de divergencia formará preferiblemente una tobera que se integra en el canal de flujo cuando se forma el rotor. Funcionalmente, la zona de divergencia actuará típicamente para aumentar la velocidad del flujo de fluido, lo que de nuevo ayudará a maximizar la velocidad de rotación del conjunto de rotor. Típicamente, hay una transición arqueada entre el canal de flujo y la zona de divergencia.
En una zona más preferida, cada canal de flujo incluye preferiblemente una transición arqueada a una zona de convergencia y después diverge a través de una transición arqueada hacia una zona de divergencia más próxima a la salida que la zona de convergencia. Preferiblemente, la zona de convergencia será aproximadamente la mitad del área de sección transversal del canal de flujo y la zona de divergencia será aproximadamente el área de sección transversal del canal de flujo. De modo importante, cada canal de flujo tendrá preferiblemente un área de sección transversal sustancialmente uniforme en toda la distancia del recorrido sin obstrucciones y únicamente la tobera de convergencia-divergencia preferida que da forma al flujo a través del canal de flujo.
Preferiblemente, la entrada es tubular y proporciona fluido a cada uno de la pluralidad de canales de flujo. La entrada preferida se proporciona en el cuerpo, preferiblemente de un modo sustancialmente perpendicular al plano en el que están provistas las salidas del conjunto de rotor.
Se prefiere particularmente que un extremo interior de la entrada cierre el borde superior de cada uno de la pluralidad de canales de flujo, de tal manera que el fluido que entra en el rotor sea forzado a viajar hacia al menos uno de los canales de flujo y, preferiblemente, en todos los canales de flujo por igual.
La entrada preferida se formará de un modo integral con la campana o cuerpo conforma parabólica 3D preferido. Normalmente, la entrada preferida rotará con el conjunto de rotor. Si es así, se proporcionarán ubicaciones externas preferiblemente en la entrada a fin de montar la entrada para que rote.
En otras configuraciones, la entrada puede formarse por separado del cuerpo y puede fijarse en su posición y el rotor gira con respecto a la entrada, pero esto es menos preferido puesto que la naturaleza de alta velocidad del rotor puede provocar problemas con el sellado de la entrada al rotor si la entrada no gira con el conjunto de rotor. Se prevé que, en uso, el conjunto de rotor de turbina pueda estar soportado sorbe uno o más miembros de soporte. Puede proporcionarse cualquier miembro de soporte adecuado, aunque, en una realización preferida de la invención, el uno o más miembros de soporte comprenden cojinetes. Preferiblemente, los cojinetes comprenden cojinetes rotatorios, de modo que la rotación del conjunto de rotor de turbina provoca una rotación correspondiente de los cojinetes. En una realización más preferida de la invención, pueden proporcionarse dos o más cojinetes. El uno o más cojinetes pueden estar fabricados de cualquier material adecuado, aunque, en una realización preferida de la invención, el uno o más cojinetes pueden estar fabricados de un material de fricción relativamente baja. Por tanto, en algunas realizaciones de la invención, los cojinetes pueden fabricarse de metal o de polímero. En una realización específica de la invención, sin embargo, los cojinetes pueden estar fabricados de cerámica.
Cualquiera de las características descritas en el presente documento puede combinarse en cualquier combinación con una cualquiera o más de las otras características descritas en el presente documento dentro del alcance de la invención.
La referencia a cualquier estado de la técnica en esta memoria descriptiva no es, y no debe tomarse como un reconocimiento o cualquier forma de sugerencia de que el estado de la técnica forma parte del conocimiento general común.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Pueden discernirse características preferidas, realizaciones y variaciones de la invención a partir de la siguiente Descripción Detallada, que proporciona información suficiente para que los expertos en la materia realicen la invención. No debe considerarse que la Descripción Detallada limita el alcance del Sumario anterior de la invención de ningún modo. La Descripción Detallada hará referencia a varios dibujos de la siguiente manera:
La Figura 1 es una vista en planta de un conjunto de rotor de turbina según una realización preferida de la presente invención.
La Figura 2 es una vista desde la parte inferior del conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 1.
La Figura 3 es una vista axonométrica del conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 1 con una parte superior del cuerpo renderizada de forma parcialmente transparente por motivos de claridad.
La Figura 4 es una vista de sección del conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 1 a lo largo de la línea A-A. La Figura 5 es una vista isométrica del cuerpo de un conjunto de rotor de turbina según una realización preferida de la presente invención con la entrada y la parte superior del cuerpo renderizados de forma transparente para ver el funcionamiento interno.
La Figura 6 es una vista desde abajo del cuerpo ilustrado en la Figura 5.
La Figura 7 es una vista en planta del cuerpo ilustrado en la Figura 5.
La Figura 8 es una vista isométrica del conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 1 con una parte inferior del cuerpo parcialmente renderizada transparente por motivos de claridad.
La Figura 9 es una vista desde abajo del cuerpo ilustrado en la Figura 8.
La Figura 10 es una vista en alzado lateral del conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 1.
La Figura 11 es una vista isométrica de un elemento de acoplamiento magnético según una realización preferida de la presente invención.
La Figura 12 es una vista en alzado lateral del elemento de acoplamiento magnético ilustrado en la Figura 11 a lo largo de la línea B-B.
La Figura 13 s una vista isométrica de un conjunto de rotor de turbina según una realización preferida de la presente invención.
La Figura 14 es una vista en alzado lateral de sección de un conjunto de rotor de turbina según una realización preferida de la presente invención dentro de una carcasa de rotor.
La Figura 15 es una vista isométrica, parcialmente transparente, de una turbina según una realización preferida que muestra el patrón de flujo a través de la turbina en un periodo inicial de flujo.
La Figura 16 es una vista isométrica, parcialmente transparente, de la turbina ilustrada en la Figura 15 posterior a la Figura 15 que muestra las trayectorias de flujo.
La Figura 17 es una vista isométrica parcialmente transparente de la turbina ilustrada en la Figura 15 posterior a la Figura 16 que muestra las trayectorias de flujo.
La Figura 18 es una vista alternativa de la turbina ilustrada en la Figura 17 que muestra las trayectorias de flujo.
La Figura 19 es una vista alternativa adicional de la turbina ilustrada en la Figura 17 que muestra trayectorias de flujo.
DESCRIPCION DE REALIZACIONES
Según una realización particularmente preferida de la presente invención, se proporciona un conjunto de rotor.
El rotor de turbina 10 ilustrado en las Figuras adjuntas incluye un cuerpo unitario que incluye al menos una entrada 15 para la entrada de un fluido en el rotor 10 y una pluralidad de canales de flujo 12 que se extienden a través del cuerpo unitario y que terminan en una salida 13, la al menos una entrada 15 en comunicación fluida con cada uno de la pluralidad de canales de flujo 12.
El conjunto de rotor de turbina ilustrado en la Figura 14 que incluye el rotor 10 está diseñado para ser un conjunto de rotor de par medio y velocidad media que tiene una aplicación particular cuando se utiliza para generar electricidad. El rotor está diseñado para girar dentro de la carcasa 52 y está asociado con un eje de toma de fuerza (no mostrado) para crear trabajo útil que después puede utilizarse para generar electricidad. El conjunto de rotor está preferiblemente asociado con el eje de toma de fuerza a través de un acoplamiento magnético 53 que se ilustra con mayor detalle en las Figuras 11 y 12. Pueden proporcionarse aberturas en el rotor 10 para unir el acoplamiento magnético directamente al rotor 10.
El conjunto de rotor de turbina de velocidad moderada de la presente invención es accionado por un fluido de trabajo, y un fluido preferido es un refrigerante o un gas comprimible similar. El fluido de trabajo preferido se proporciona típicamente al conjunto de rotor a través de la entrada, a través de los canales de flujo en el rotor y fuera de las salidas convergentes y divergentes definidas en el rotor para impulsar la rotación de velocidad moderada del rotor de la turbina. La turbina de la presente invención también puede operar utilizando una mezcla de fluidos azeotrópica.
El rotor de velocidad moderada de la presente invención incluye un cuerpo unitario que incluye una pluralidad de canales de flujo 12, terminando cada canal de flujo 12 en una salida 13 asociada con una parte convergentedivergente.
Como se ilustra, el cuerpo es sustancialmente circular cuando se ve en una orientación y sustancialmente cónica o parcialmente cónica (troncocónica) cuando se ve en una orientación perpendicular. Se prefiere particularmente que el cuerpo tenga forma troncocónica pero con forma de campana que tenga una cintura arqueada, en lugar de la cintura sustancialmente plana que tiene una forma verdaderamente cónica.
Las salidas 13 de la pluralidad de canales de flujo 12 están provistas en un canto lateral del labio del cuerpo. Las salidas 13 están orientadas de un modo sustancialmente tangencial al labio para crear fuerza de rotación según el gas o fluido de trabajo preferido sale de la salida 13. Cada una de las salidas 13 está asociada preferiblemente con una tobera convergente-divergente para crear el empuje tangencial deseado y hacer que el rotor gire.
Las salidas 13 de los respectivos canales de flujo 12 normalmente están escalonadas de manera uniforme o ligeramente desplazadas entre sí para impulsar la rotación.
Se prefiere que las salidas 13 sean coplanarias entre sí para impulsar la rotación de manera equilibrada con la mayor parte, si no toda, la fuerza impulsora aplicada en el mismo plano para crear la velocidad de rotación máxima. Preferiblemente, cada uno de la pluralidad de los canales de flujo 12 será al menos parcialmente helicoidal, extendiéndose desde una parte del cuerpo adyacente a la entrada 15 a las salidas 13 de la pluralidad de canales de flujo 12 proporcionados preferiblemente en un canto lateral del labio del cuerpo.
Preferiblemente, cada uno de los canales de flujo 12 se extenderá desde una parte del cuerpo adyacente a la entrada 15 del cuerpo sustancialmente cónico o troncocónico preferido hacia el labio periférico, pero se arqueará o curvará alejándose de la entrada 15 a medida que los canales de flujo 12 se extienden hacia el labio periférico de tal manera que el terminal del canal de flujo 12 está orientado de forma sustancialmente tangencial con respecto al labio. Todos los canales de flujo 12 se extienden típicamente en la misma dirección a través del cuerpo. Se prefiere que la pluralidad de canales de flujo 12 formados en el cuerpo estén separados por igual alrededor del cuerpo. Preferiblemente, se proporcionará un número par de canales de flujo 12 en el conjunto de rotor de la presente invención. Normalmente, habrá de 5 a 15 canales de flujo 12 definidos en el conjunto de rotor, pero el número de canales de flujo 12 proporcionados dependerá típicamente del tamaño del conjunto de rotor, incluyendo un conjunto de rotor más grande más canales de flujo que conjuntos de rotor más pequeños.
La pluralidad de canales de flujo 12 son preferiblemente arqueados preferiblemente arqueados para convertir el flujo axial en el conjunto de rotor en un flujo radial para proporcionar la rotación del conjunto de rotor.
Se prefiere además que al menos una, y típicamente varias de las aberturas 17, sean proporcionadas en el cuerpo extendiéndose desde una pared inferior del cuerpo para recibir una o más sujeciones 18 para unir un acoplamiento magnético 53 al cuerpo. Preferiblemente, las aberturas de unión 17 se proporcionan entre canales de flujo 12 adyacentes o, más preferiblemente, entre cada segundo canal de flujo 12 adyacente.
En una realización particularmente preferida que tiene 5 canales de flujo o más, se proporcionarán cuatro aberturas de unión 17, cada abertura para una sujeción alargada 18 que se extiende al interior del cuerpo.
Una pared inferior 19 del cuerpo puede extenderse de forma sustancialmente concéntrica con la cintura arqueada preferida de la pared exterior 21 del cuerpo para minimizar la cantidad de material utilizado para formar el cuerpo y, por lo tanto, reducir el peso del cuerpo. Pueden proporcionarse una o más porciones más gruesas en el cuerpo si se requiere para proporcionar resistencia al cuerpo.
Como se ha mencionado anteriormente, el cuerpo está formado preferiblemente de un material metálico. Un método particularmente preferido para formar el cuerpo es la tecnología de impresión de metal tridimensional, ya que esto permitirá la formación del cuerpo unitario con los canales de flujo 12 formados en el mismo.
Cada uno de la pluralidad de canales de flujo 12 proporcionados en el cuerpo incluirá preferiblemente una transición arqueada a una zona de convergencia 22 y después diverge a través de una transición arqueada en una zona de divergencia 20 más próxima a la salida que la zona de convergencia 22. Preferiblemente, la zona de convergencia 22 será aproximadamente la mitad del área de sección transversal del canal de flujo 12 y la zona de divergencia 20 será aproximadamente el área de sección transversal del canal de flujo 12. De modo importante, cada canal de flujo 12 tendrá preferiblemente un área de sección transversal sustancialmente uniforme en toda la distancia del recorrido sin obstrucciones y únicamente la tobera de convergencia-divergencia preferida (formada a partir de la transición arqueada preferida a la zona de convergencia y después la transición arqueada y la zona de divergencia) que da forma al flujo a través del canal de flujo 12.
Funcionalmente, la tobera de convergencia-divergencia actúa para aumentar la velocidad del flujo de fluido, lo que de nuevo ayudará a maximizar la velocidad de rotación del conjunto de rotor.
Preferiblemente, la entrada 15 es tubular y proporciona fluido a cada uno de la pluralidad de canales de flujo 12. La entrada preferida 15 se proporciona en el cuerpo, preferiblemente de un modo sustancialmente perpendicular al plano en el que están provistas las salidas 13 del conjunto de rotor.
Se prefiere particularmente que un extremo interior de la entrada 15 cierre el borde superior de cada uno de la pluralidad de canales de flujo 12, de tal manera que el fluido que entra en el rotor sea forzado a viajar hacia al menos uno de los canales de flujo 12 y, preferiblemente, en todos los canales de flujo 12 por igual.
La entrada preferida se formará de un modo integral con la parte del cuerpo con forma de campana preferida. Normalmente, la entrada preferida rotará con el conjunto de rotor. Si es así, se proporcionarán ubicaciones externas 23 preferiblemente en la entrada a fin de montar la entrada para que rote.
En la presente memoria descriptiva y reivindicaciones (si las hubiere), la palabra "que comprende" y sus derivados, incluyendo " "comprende" y "comprenden" incluyen cada uno de los números enteros indicados, pero no excluye la inclusión de uno o más números enteros adicionales.
La referencia a lo largo de la presente memoria descriptiva a "una realización" o "realización" significa que un aspecto particular, estructura o característica descrita en relación con la realización está incluida en al menos una realización de la presente invención. Por lo tanto, la aparición de la frase "en una realización" en diversos lugares a lo largo de la presente memoria descriptiva no se refiere necesariamente a la misma realización. Además, los aspectos particulares, estructuras o características pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más combinaciones.
De conformidad con el estatuto, la invención se ha descrito en un lenguaje más o menos específico para las características estructurales o metódicas. Debe entenderse que la invención no se limita a las características específicas mostradas o descritas, ya que los medios descritos en el presente documento comprenden formas preferidas de poner en práctica la invención. Por lo tanto, la invención se reivindica en cualquiera de sus formas o modificaciones dentro del alcance propio de las reivindicaciones adjuntas (si las hubiere) debidamente interpretadas por los expertos en la materia.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de rotor de turbina (10) que incluye un cuerpo unitario que incluye al menos una entrada (15) para la entrada de un fluido en el conjunto de rotor (10) y una pluralidad de canales de flujo (12) cerrados radialmente que se extienden a través del cuerpo unitario y que terminan en una parte de salida (13), la al menos una entrada (15) en comunicación fluida con cada uno de la pluralidad de canales de flujo (12),
las respectivas partes de salida (13) de cada uno de la pluralidad de canales de flujo (12) están provistas en un canto lateral de un labio del cuerpo, orientado de forma sustancialmente tangencial respecto al labio para crear una fuerza rotacional a medida que el fluido de trabajo sale de las partes de salida (13), y
cada uno de la pluralidad de canales de flujo (12) es arqueado y continuo sin restricción entre la entrada (12) y una tobera convergente-divergente para convertir el flujo axial del fluido de trabajo en el interior del conjunto de rotor (10) en un flujo radial para proporcionar la rotación del conjunto de rotor (10),
caracterizado por que el cuerpo es sustancialmente circular cuando se ve en una orientación y tiene forma de campana que tiene una cintura arqueada cuando se ve en una orientación perpendicular.
2. El conjunto de rotor de turbina (10), según la reivindicación 1, asociado con:
un eje para crear trabajo útil utilizado para generar electricidad; o,
un eje a través de un acoplamiento magnético unido al conjunto de rotor (10) y que está asociado magnéticamente con un acoplamiento magnético (53) unido al eje.
3. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el conjunto de rotor de turbina (10) es accionado por un fluido de trabajo.
4. El conjunto de rotor de turbina (10), según la reivindicación 3, en el que el fluido de trabajo es:
un vapor comprimible y licuable; o
una mezcla de fluidos azeotrópica.
5. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en el que el cuerpo es sustancialmente circular cuando se ve en una orientación y sustancialmente cónico o troncocónico cuando se ve en una orientación perpendicular.
6. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:
las respectivas partes de salida (13) incluyen la tobera de convergencia-divergencia para crear el empuje tangencial y hacer que el rotor gire; y/o,
las respectivas partes de salida (13) son coplanarias entre sí para crear la máxima velocidad de rotación.
7. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en el que cada uno de la pluralidad de canales de flujo (12) es al menos parcialmente helicoidal, extendiéndose desde una parte del cuerpo adyacente a la entrada (12) a las partes de salida (13) de la pluralidad de canales de flujo (12).
8. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además una abertura provista en el cuerpo que se extiende desde una pared inferior del cuerpo para recibir una sujeción para unir un acoplamiento magnético al cuerpo.
9. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una pared inferior del cuerpo se extiende de forma sustancialmente concéntrica con la cintura arqueada del cuerpo para minimizar la cantidad de material utilizado para formar el cuerpo.
10. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cuerpo está formado de un material metálico o elastomérico que es sinterizado o impreso en 3D.
11. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en el que cada uno de la pluralidad de canales de flujo (12) provistos en el cuerpo incluye al menos una zona de convergencia (22).
12. El conjunto de rotor de turbina (10), según la reivindicación 11, en el que:
la zona de convergencia (22) en cada canal de flujo (12) se proporciona adyacente pero separada de la parte de salida (13) de cada canal de flujo (12) para formar una tobera que se integra en el canal de flujo (12) cuando se forma el rotor; y/o,
la zona de convergencia (22) es aproximadamente la mitad del área de sección transversal del canal de flujo (12).
13. El conjunto de rotor de turbina (10), según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que se proporciona una transición arqueada entre el canal de flujo (12) y la al menos una zona de convergencia (22), en el menos un lado de entrada de la zona de convergencia (22).
14. El conjunto de rotor de turbina (10), según una cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que se proporciona una zona de divergencia (20) en cada canal de flujo (12) adyacente pero separada de la parte de salida (13) de cada canal de flujo (12) aguas abajo de la al menos una zona de convergencia (22).
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