ES2254479T3 - Turbomaquina hidraulica. - Google Patents

Abstract

Turbomáquina hidráulica, consistente en un eje (6¿), un espacio de aspiración (1), álabes de guía (2) y un rodete giratorio (3) con álabes de rodete (3¿) que son llenados con agua (4), un motor de accionamiento (5) y un generador (6), un circuito anular de agua, con sentido de flujo que va radial a un eje (6¿) del generador (6), un espacio directriz (7), un espacio de corriente (8), que van dispuestos en un depósito (9) coaxialmente alrededor del eje (6¿) del generador (6), caracterizada por el hecho de que el espacio de corriente (8) está conformado a modo de cubeta y dispone de una abertura colocada delante de una entrada al espacio de aspiración (1¿) del espacio de aspiración (1), en que puede regularse un nivel de agua (4¿) con respecto al depósito (9); pudiéndose desviar en el espacio directriz (7) el agua (4) que sale del rodete (3) a través de una salida del espacio directriz (7¿) del espacio directriz (7) hacia la entrada del espacio de aspiración (1¿) y volverse a alimentar al espacio de aspiración (1); de modo que el motor de accionamiento (5) mantiene el rodete (3) a un determinado número de revoluciones, a fin de conseguir un equilibrio de fuerzas entre la presión de aire atmosférico como fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga a las aberturas de salida (3¿¿) del rodete (3); de manera que entre la energía alimentada en las aberturas de entrada (3¿) y la energía cedida en las aberturas de salida (3¿¿) del rodete (3) existe una diferencia energética, que corresponde a la suma de una energía de la presión atmosférica del aire (pL) aportada y una energía (EM) del motor de accionamiento (5) aplicada y que puede transferirse como momento de giro del rodete (3) al generador (6).

Description

Turbomáquina hidráulica.

El invento hace referencia a una turbomáquina hidráulica para la conversión de energía para la alimentación energética de consumidores de energía de cualquier clase.

A través de la obra de Fritz Dietzel, Turbinas, bombas y compresores, 1ª edición 1980, páginas 195-199 y 260-261, así como del Dubbel, Tomo II, 13ª edición, páginas 414, 415, se conocen turbomáquinas hidráulicas, como por ejemplo bombas centrífugas, que se caracterizan por un tubo de aspiración fijo, que por un lado desemboca en el centro de un rodete giratorio con respecto al eje del tubo de aspiración con canales de álabe que van desde el centro hasta el diámetro exterior del rodete, y por otro lado en un depósito de agua, y con ayuda del rodete se lleva una determinada cantidad de agua por unidad de tiempo desde el depósito de agua a una determinada altura de alimentación. La potencia de accionamiento de una bomba se necesita para hacer girar el rodete, de manera que la presión atmosférica del aire ejerce presión sobre la columna de agua en el tubo de aspiración y desde allí en el rodete. Para ello el agua debe desviarse del sentido de la corriente en el tubo de aspiración al sentido de corriente en el rodete. Mediante el momento de giro en el rodete, así como la fuerza centrífuga, el agua debe acelerarse y transportarse dentro de los canales de álabes del rodete, desde la pequeña velocidad rotativa existente en el centro del rodete hasta la requerida velocidad de giro y de salida en el diámetro exterior. Las fuerzas de aceleración requeridas para ello deben ser proporcionadas por el motor de la bomba. Al dejar la rueda de álabes el agua se encuentra con un rodete de bomba estacionario o en una carcasa espiral, de modo que la velocidad de salida del agua se convierte en energía de presión a la salida del rodete. El agua es conducida desde la carcasa espiral a un tubo de presión, que en función de la potencia de accionamiento del rodete determina la altura de alimentación y el caudal de agua por unidad de tiempo, así como las pérdidas de energía. Una característica fundamental de las bombas centrífugas convencionales es que, en la potencia de corriente que fluye en el rodete, no se tiene en cuenta la potencia de accionamiento del motor. El motor de accionamiento acelera el agua que entra en el rodete hasta la velocidad de salida del agua que fluye del rodete. Gracias a la fuerza centrífuga del agua que circula por el rodete se produce una depresión respecto a la presión dominante a la entrada del tubo de aspiración. Debido a la sobrepresión existente a la entrada del tubo de aspiración el agua puede subir por dicho tubo de aspiración y afluir en el rodete. Sin embargo, una parte de toda la altura de alimentación de la bomba centrífuga no depende de la potencia del motor de accionamiento sino de la sobrepresión existente en el tubo de aspiración.

Asimismo se conocen turbinas hidráulicas, como por ejemplo las turbinas Francis, en centrales de energía hidráulica. Las centrales de energía hidráulica utilizan la energía del agua embalsada para producir corriente en generadores, con ayuda de turbinas hidráulicas. La potencia de dichas turbinas aumenta directamente con la altura de caída y la cantidad de agua. La altura de caída se consigue mediante el embalsamiento del agua que fluye, por ejemplo, en grandes ríos. En tal caso, la conversión de energía se efectúa en los álabes de rodetes directrices y rodetes motores. El agua que afluye en los álabes directrices primero es acelerada en dichos álabes directrices a la velocidad de entrada en el rodete. Se consigue un incremento de la velocidad de entrada del agua gracias a que las secciones de salida de los rodetes directrices se estrechan mediante la correspondiente configuración angular con respecto a las secciones de entrada de los álabes directrices. Por el efecto de la energía de la corriente alimentada a los álabes motrices se produce un momento de giro en el eje de la turbina. Esto es la capacidad de trabajo de la corriente de agua que mueve un rodete de turbina. Las centrales hidráulicas de energía descritas están fijas en el lugar y requieren notables inversiones. Debido a la diferente oferta de agua que existe a lo largo del año puede bajar mucho la cantidad de agua disponible, lo cual tiene nuevamente una gran influencia en la cantidad de energía existente o a proporcionar que está a disposición del consumidor.

A través de la patente EP-0.545.280 A1 también se conoce un dispositivo de trabajo con una turbina montada fija en un eje giratorio, la cual puede impulsarse por medio de un líquido, especialmente con agua, y hacerse girar conjuntamente con el eje, estando caracterizada por el hecho de que el eje va dispuesto vertical, de modo que circundando concéntricamente al eje hay un tubo que se ensancha en forma cónica hacia arriba y presentando en la zona del borde superior un rebosadero con un depósito de recogida fijo colocado debajo para el líquido sobresalido, siendo la turbina impulsada desde abajo con líquido desde un tubo de caída procedente del depósito de recogida.

La patente DE-19.647.476 A1 publica un motor centrífugo hidroneumático para mover y generar toda clase de energía, el cual se caracteriza por el hecho de que hay un rotor con una o más cámaras/depósitos integrados que acogen agua, aceite u otros líquidos, y con cuya aceleración centrifuga/comprime y presiona una carcasa sometida a presión, de modo que la carcasa, en la que es impulsado el rotor, se encuentra a presión de aire o de gas, y está llena con agua u otros líquidos. Las cámaras del rotor se llenan con líquido a través del eje del rotor y al girar el rotor dicho líquido es impulsado hacia fuera, con lo que se produce fuerza centrífuga, que lanza el agua fuera del rotor a través de las toberas dispuestas en las cámaras de la carcasa sometida a presión, en cuyo fondo se acumula el agua y es conducida a una turbina, que alimenta el agua a un generador de energía y al mismo tiempo al eje del rotor.

Las soluciones antes descritas se basan en el principio del impulso de una columna de aire en el centro de un eje rotativo, desde el cual el líquido es conducido radialmente a un rodete de turbina y es prensada hacia fuera por la fuerza centrífuga, por lo que aparecen los inconvenientes antes mencionados.

También la turbomáquina hidráulica descrita en la patente WO-00/29747 elimina dichos inconvenientes, puesto que en esta solución el agua no es alimentada al espacio de aspiración mediante un conducto en forma de bandeja, la fuerza centrífuga no forma ningún equilibrio de fuerza con la presión atmosférica del aire a la salida del disco rotativo y el motor debe impulsar el agua en el disco rotativo a la velocidad de salida.

Por tanto, el invento tiene por objeto crear una turbomáquina hidráulica que, después de impulsada la circulación de la corriente ejercida por la presión atmosférica del aire, utiliza una columna de agua en un espacio de aspiración para un rodete y la pone a disposición como energía final para un consumidor.

Este objeto se consigue mediante la turbomáquina hidráulica que presenta las características de la reivindicación 1.

El espacio de corriente en forma de cubeta de la turbomáquina hidráulica, de acuerdo con el invento, alojada dentro de un depósito cerrado, que al mismo tiempo contiene el aprovisionamiento de agua necesario para el funcionamiento de la máquina, a diferencia de las soluciones existentes hasta ahora tiene la gran ventaja de que, independientemente del lugar donde se encuentre tan solo cede la energía de la presión atmosférica del aire, reduciendo el conjunto de pérdidas, como energía final a un consumidor.

Hay que destacar especialmente que, a través de una abertura existente entre ambas paredes de guía internas delante de la entrada del espacio de aspiración, dentro del espacio de corriente en forma de cubeta, la presión atmosférica del aire puede actuar sobre el nivel de agua, y un tubo de equilibrio, dispuesto entre el espacio de la corriente y el depósito, permite regular el nivel de agua del espacio de corriente en forma de cubeta. Por tanto, la altura del nivel de llenado de agua en el depósito puede determinarse mediante métodos conocidos, tales como manualmente gracias a un visor o a través de los correspondientes sensores o mediante sensores, de manera que cuando se alcanza un determinado nivel se activa una señal, así como un sistema de alimentación y extracción de agua adaptado a las condiciones de aplicación. La presión atmosférica del aire ejerce una presión sobre el nivel de agua existen dentro del espacio de corriente en forma de cubeta y hace que, obligada por las fuerzas de equilibrio generadas por el rodete, el agua sea impulsada al espacio de aspiración, a través de álabes directrices en el rodete que gira horizontalmente alrededor del eje del generador, siendo luego conducida desde este al espacio directriz, donde puede ser desviada y vuelta a alimentar al espacio de aspiración. De este modo, la energía de la velocidad de salida del agua procedente del rodete se suma a la energía de presión del aire atmosférico, y gracias a la reducción de la sección transversal en la zona de álabes de guía el agua vuelve a ser acelerada a la velocidad necesaria de salida en el rodete.

Asimismo, es ventajoso si el motor de accionamiento mantiene el rodete a un determinado número de revoluciones, de manera que la fuerza centrífuga generada por la velocidad de circulación del agua en las aberturas de salida del rodete ejerce una presión que corresponde a la presión opuesta en las aberturas de salida y que está dirigida en sentido contrario, de manera que existe un equilibrio de fuerzas a la salida del rodete.

Resulta especialmente ventajoso si, de acuerdo con la reivindicación 2, la construcción del espacio de corriente en forma de cubeta va dispuesta coaxialmente fija alrededor del eje del generador en un depósito con la necesaria provisión de agua. La pared de guía externa del espacio de corriente en forma de cubeta forma, junto con dos paredes de guía internas, un espacio de aspiración y un espacio directriz, entre los cuales es conducido el rodete con álabes dispuesto en el eje del generador y girando horizontalmente alrededor de dicho eje, de modo que el conjunto de todos los componentes constituye el circuito de agua de forma anular.

La unión constructiva de la pared de guía externa con las paredes de guía internas del espacio de corriente, de acuerdo con la reivindicación 3, apoya ventajosamente el funcionamiento de la turbomáquina de acuerdo con el invento.

En una segunda variante de la turbomáquina hidráulica de acuerdo con el invento, según la reivindicación 4, en el lugar de los álabes de guía, con una velocidad de salida reducida del agua del rodete, necesaria por la deseada velocidad de corriente más reducida en el espacio directriz y de aspiración, se preve una rueda de aceleración que gira con el rodete horizontalmente alrededor del eje del generador, compensando con el motor de accionamiento la falta de energía para la velocidad de entrada del agua en el rodete y reduciendo la penetración de aire atmosférico en el espacio de aspiración.

Además hay que destacar, de acuerdo con la reivindicación 5, que tan solo puede alimentarse la energía de presión aportada por la presión atmosférica del aire, reducida con todas las pérdidas energéticas que se producen, del generador como energía final a un consumidor, y la energía aportada por el motor de accionamiento por el generador puede volver a alimentarse al motor de accionamiento. Esto se garantiza por el hecho de que la diferencia energética entre la energía alimentada en las aberturas de entrada y la energía cedida en las aberturas de salida del rodete, corresponde a la suma de la energía aportada por la presión atmosférica del aire y la energía aportada por el motor de accionamiento y se transmite como momento de giro al rodete del generador.

A continuación, la cantidad de energía a ceder por la turbomáquina hidráulica de acuerdo con el invento, viene determinada por el tamaño constructivo de los componentes individuales y por los valores de la potencia de accionamiento para la alimentación de energía en la fase de arranque de la instalación, así como de la compensación de las pérdidas existentes en la instalación, de modo que el rendimiento en energía final es mayor en la turbomáquina hidráulica con álabes de guía que con la rueda de aceleración, puesto que con la rueda de aceleración se desfigura con pérdidas adicionales de energía.

Las ventajas de la turbomáquina hidráulica de acuerdo con el invento consisten, obligadas por la construcción y con ella por la optimización garantizada de necesidades superficiales, en la adaptación absoluta a las respectivas condiciones y los requisitos de potencia, a la que van unidos los reducidos costes de inversión y mantenimiento y una alta duración. La máquina trabaja absolutamente independiente del día y las estaciones, permite un almacenamiento económico de energía, es totalmente ecológica gracias al empleo de la presión atmosférica del aire como energía secundaria y no produce residuos. No precisa ninguna caída de agua, ninguna fuente de agua natural y/o embalsada, y por tanto no está supeditada a un lugar.

Seguidamente se describirá el invento con más detalle, con ayuda de dos ejemplos de forma de realización. Para ello, los dibujos muestran en:

La figura 1 una sección a través de la turbomáquina hidráulica con álabes de guía y sin rueda de aceleración;

La figura 2 una sección según A-B de la figura 1;

La figura 3 una sección parcial según C-D de la figura 1;

La figura 4 un recorte según Z de la figura 3;

La figura 5 el equilibrio energético de la turbomáquina hidráulica con álabes de guía de acuerdo con el invento;

La figura 6 una sección a través de la turbomáquina hidráulica sin álabes de guía, con rueda de aceleración;

La figura 7 una sección según E-F de la figura 6;

La figura 8 una sección parcial según G-H de la figura 6;

La figura 9 un recorte según W de la figura 8;

La figura 10 el equilibrio energético de la turbomáquina hidráulica con rueda de aceleración de acuerdo con el invento.

Las figuras 1 y 3 muestran un ejemplo de forma de realización de la turbomáquina hidráulica de acuerdo con el invento, con álabes de guía 2, estando equipada con un circuito de agua de forma anular, según el invento, con sentido de flujo radial a un eje 6' de un generador 6. El circuito de agua de forma anular consta de un espacio de aspiración 1 con entrada al espacio de aspiración 1' y salida al espacio de aspiración 1'', en la zona de los álabes de guía 2 a la salida del espacio de aspiración 1'', el rodete 3 con álabes de rodete 3', aberturas de entrada 3'' dispuestas en el diámetro interno D1 y aberturas de salida 3''' dispuestas en el diámetro exterior D2 y un espacio directriz 7 con abertura de entrada 7' y abertura de salida 7'', que se encuentra en un depósito 9 dentro de un espacio de corriente en forma de cubeta 8 coaxial alrededor del eje 6' del generador 6, de modo que el rodete 3 gira horizontalmente al eje 6' entre el espacio de aspiración 1 y el espacio directriz 7 y, preferiblemente, el paso desde los álabes de guía 2 hasta el rodete está cerrado herméticamente mediante una junta sin contacto 24, de acuerdo con la figura 4. El espacio de corriente en forma de cubeta 8 consiste en una pared de guía externa 8', dispuesta con cierre de forma en un depósito 9, que junto con una pared de guía interna 8'' forma el espacio de aspiración 1, y que está unida con la pared de guía externa 8' a través de álabes de guía 2 dispuestos en el espacio de aspiración 1, y que forma el espacio directriz 7 con la pared de guía externa 8' por medio de brazos de guía 17. Entre ambas paredes de guía internas 8'' y 8''' hay una abertura en la zona inferior interna del espacio de corriente en forma de cubeta 8. Además, en dicha zona inferior existe un nivel de agua 4', que puede regularse, por ejemplo, a través de un tubo de equilibrio 10, con respecto al depósito 9. Asimismo, el depósito 9 está provisto preferiblemente con dos cámaras 12 y 13. A la puesta en marcha de la máquina se llena agua 4 en el depósito 9, por ejemplo procedente de una cámara de depósito 13 dispuesta más alta, preferiblemente a través de una válvula de paso 14, de modo que se desaloja el aire del espacio de aspiración 1 y del espacio directriz 7, así como del rodete 3. Una vez alcanzado el necesario número de revoluciones o terminado el proceso de arranque, respectivamente, el agua 4 que ahora sobra del depósito 9 es conducida a la cámara del depósito 12, preferiblemente a través de una segunda válvula de paso 14. En caso de un nivel de agua 4' demasiado bajo en el depósito 9 o bien en el espacio de corriente 8, se bombea agua 4 de la cámara del depósito 12 a través de por ejemplo una válvula de retención y una bomba 16 en la cámara del depósito 13, y desde allí a través de la primera válvula de paso 14 es devuelta nuevamente al depósito 9, hasta que el nivel de agua 4' vuelve a reducirse de nuevo al nivel requerido para el funcionamiento de la máquina. Para determinar y regular el nivel de agua 4' en el depósito 9 se han previsto los métodos usuales ya conocidos, tales como la determinación a través de un visor y su regulación manual o bien determinarlo mediante un flotador o sensor, desde el cual se envían señales a la válvula de paso 14. El generador 6 va dispuesto fuera del depósito 9 de manera que está unido, por ejemplo a través de un acoplamiento 22 y un cojinete 23, con el eje 6', para lo cual en el depósito 9 existe una parte de eje que penetra verticalmente como elemento de transmisión 20, 21 en que se encuentra preferiblemente una polea 20 que a través de una correa 21 conecta con otra polea 20 en el eje del motor de accionamiento 5, también dispuesto fuera del depósito 9. En el extremo libre del eje 6' que penetra verticalmente en el depósito 9 va dispuesto el rodete 3 sobre otro cojinete 23, de tal manera que puede girar horizontalmente alrededor del eje 6'. En el depósito 9, el espacio de corriente 8 va dispuesto coaxialmente alrededor del eje 6', en el que hay instalado un circuito de agua de forma circular, de modo que en la zona del fondo del espacio de corriente 8 esta cubierta respecto a la abertura existente ente el espacio de aspiración 1 y el espacio directriz 7 a través del rodete 3 que gira horizontalmente alrededor del eje 6'. El motor de accionamiento 5, que es necesario para el proceso de arranque, impulsa el rodete 3 y compensa una parte de las pérdidas de la conversión de energía en el rodete 3. A través del rodete 3 se acciona el generador 6. En tal caso, el agua 4 que circula por el rodete 3 genera una fuerza centrífuga Fz. La fuerza centrífuga Fz genera de nuevo una presión pz en las aberturas de salida 3''' del rodete 3, que corresponde a la presión atmosférica del aire pL y que va dirigida en sentido contrario, de modo que se evita la entrada de aire en el rodete 3. Al mismo tiempo, debido a la fuerza centrífuga Fz en las aberturas de entrada 3'' del rodete 3 se forma una depresión. El agua 4 fluye del rodete 3 con una velocidad definida c2 en el espacio directriz 7, con cuya forma es desviada y alimentada de nuevo al espacio de aspiración 1. Por tanto, la altura que requiere la velocidad de entrada c1 del agua 4 en el rodete 3 para mantener al fuerza centrífuga Fz en dicho rodete 3 depende de una velocidad de circulación cu1 en el diámetro interior Da y una velocidad de circulación cu2 en el diámetro exterior D2 del agua 4 en el rodete 3 giratorio. Las velocidades de circulación cu1 y cu2 son nuevamente determinadas por la fuerza centrífuga Fz del agua 4 en el rodete 3. La velocidad de entrada c1 del agua 4 en el rodete 3 debe ser nuevamente acelerada al valor necesario en el espacio de aspiración 1.

Esto se consigue cuando, según la figura 2, la sección de salida de los álabes de guía 2 en el espacio de aspiración 1 se estrechan mediante las respectivas formas angulares respecto a las secciones de entrada de los álabes de guía 2, consiguiéndose de manera correspondiente la fórmula de continuidad de un aumento de velocidad del agua 4. Para dicho aumento de velocidad hay que convertir energía de presión en energía de velocidad. A causa de la depresión generada en las aberturas de entrada 3'' por la fuerza centrífuga Fz en el rodete 3, dicha energía de presión es cedida de la presión atmosférica del aire pL al espacio de aspiración 1. Después de la entrada del agua 4 en el rodete 3, el incremento de velocidad por la forma de los álabes del rodete 3'' vuelve a convertirse en presión. Dicha presión genera un momento de giro en el rodete 3. Gracias a este momento de giro la energía es decida del rodete 3 al generador 6. La diferencia energética entre la energía alimentada en las aberturas de entrada 3'' y la energía cedida en las aberturas de salida 3''' del rodete 3 equivale a la energía EM aportada por la presión atmosférica del aire pL y por el motor de accionamiento 5. Por tanto, la energía de la presión atmosférica del aire pL se convierte en energía final EN, reducida con las pérdidas de energía existentes en la turbomáquina Etv, el motor de accionamiento Emv y el generador Egv.

La figura 5 muestra un esquema del equilibrio de energía que se consigue para una turbomáquina eléctrica de acuerdo con el invento con álabes de guía 2 según el primer ejemplo de forma de realización, de manera que junto con los ya citados factores de influencia se tienen en cuenta la densidad de agua \rho, el rendimiento \eta del motor de accionamiento 5 y del generador 6, del espacio de aspiración 1 y del rodete 3.

Las figuras 6 y 8 muestran un segundo ejemplo de forma de realización de la turbomáquina hidráulica de acuerdo con el invento con una rueda de aceleración 11 y sin álabes de guía 2, equipada con un circuito de agua de forma anular, según el invento, con sentido de flujo radial a un eje 6' de un generador 6. El circuito de agua de forma anular se diferencia del primer ejemplo de forma de realización, por el hecho de que en lugar de los álabes de guía 2 entre el espacio de aspiración 1 y el rodete 3 va dispuesta una rueda de aceleración 11, que gira con el rodete 3 alrededor del eje 6' del generador 6, de modo que la abertura existente en la zona inferior del espacio de corriente 8 entre el espacio de aspiración y el espacio directriz 7 está cubierta por la rueda de aceleración 11 y el rodete 3 que gira alrededor del eje 6' y el paso desde la salida del espacio de aspiración 1'' a la rueda de aceleración 11 según la figura 9 está cerrado herméticamente por una junta sin fricción 24. Preferiblemente, esta forma de realización se aplica cuando el agua en el espacio directriz 7 y el espacio de aspiración 1 debe tener una baja velocidad de fluencia. La velocidad de circulación cu2 del agua 4 en el rodete 3 es entonces demasiado baja, para evitar una penetración de la presión atmosférica del aire lL en el espacio de aspiración 1. La rueda de aceleración 11 con aberturas de entrada 11' en el diámetro interior D3 y las aberturas de salida 11'' en el diámetro exterior D4 toma en esta caso la aceleración adicional del agua 4 que sale del espacio de aspiración 1 de la velocidad de entrada c3 sobre la velocidad de salida c4 y la requerida velocidad de entrada c1 del agua 4 en el rodete 3. En esta aceleración adicional del agua 4 en la rueda de aceleración 11 también aumenta una velocidad de circulación cu3 en el diámetro interior D3 a una velocidad de circulación cu4 en el diámetro exterior D4 de la rueda de aceleración 11. En este caso, las velocidades de circulación cu3 y cu4 del agua 4 en la rueda de aceleración 11 también generan la fuerza centrífuga Fz, la cual es apoyada por la disposición de álabes que puede verse en la figura 7, y en la forma de la rueda de aceleración 11 y en el rodete 3. La energía requerida para ello es suministrada por el motor de accionamiento 5. Sin embargo, la aportación de energía se pone de nuevo a disposición del motor de accionamiento 5 gracias a la mayor cesión del momento de giro del rodete 3 en el generador 6. Por tanto, las potencias a trasmitir en el motor de accionamiento 5, en el rodete 3 y en el generador 6 resultan mayores. Además, todavía hay que añadir la transmisión de potencia de la rueda de aceleración 11. Las pérdidas de energía aumentan notablemente, con la cual la energía final a ceder EN, aportada por la presión atmosférica del aire pL y por el generador 6 que está a disposición de un usuario es menor que en la forma de realización con álabes de guía 2.

La figura 10 muestra un esquema del balance energético que se obtiene para una turbomáquina hidráulica, de acuerdo con el invento, sin álabes de guía 2 con un rueda de aceleración 11 según el segundo ejemplo de forma de realización en que además de las factores influyentes antes citados se tienen en cuenta la densidad del agua \rho, el rendimiento \eta del motor de accionamiento 5 y del generador 6 del espacio de aspiración 1, del rodete 3, y de la rueda de aceleración 11.

Relación de referencias empleadas

1

Espacio de aspiración

1'

Entrada al espacio de aspiración

1''

Salida del espacio de aspiración

2

Álabes de guía

2'

Salida de álabe de guía

3

Rodete

3'

Álabes del rodete

3''

Aberturas de entrada

3'''

Aberturas de salida

4

Agua

4'

Nivel de agua

5

Motor de accionamiento

6

Generador

6'

Eje del generador

7

Espacio directriz

7'

Entrada al espacio directriz

7''

Salida del espacio directriz

8

Espacio de corriente

8'

Pared de guía externa

8''

Pared de guía interna

8'''

Pared de guía interna

9

Depósito

10

Tubo de equilibrio

11

Rueda de aceleración

11'

Aberturas de entrada de la rueda de aceleración

11''

Aberturas de salida de la rueda de aceleración

12

Cámara del depósito

13

Cámara del depósito

14

Válvula de paso

15

Válvula de retención

16

Bomba

17

Brazo de guía

18

Brazo de guía

19

Brazo de guía

20

Polea

21

Correa

22

Acoplamiento

23

Cojinete

24

Junta

D1

Diámetro interior del rodete

D2

Diámetro exterior del rodete

D3

Diámetro interior de la rueda de aceleración

D4

Diámetro exterior de la rueda de aceleración

c1

Velocidad de entrada en el rodete

c2

Velocidad de salida del rodete

c3

Velocidad de entrada en la rueda de aceleración

c4

Velocidad de salida de la rueda de aceleración

cu1

Velocidad de circulación a la entrada del rodete

cu2

Velocidad de circulación a la salida del rodete

cu3

Velocidad de circulación a la entrada de la rueda de aceleración

cu4

Velocidad de circulación a la salida de la rueda de aceleración

u1

Velocidad de circulación en D1 del rodete

u2

Velocidad de circulación en D2 del rodete

u3

Velocidad de circulación en D3 de la rueda de aceleración

u4

Velocidad de circulación en D4 de la rueda de aceleración

w

Velocidad de fluencia del agua en la pared de álabes

\alpha1

Ángulo de entrada en el rodete

\alpha2

Ángulo de salida en el rodete

\alpha3

Ángulo de entrada en la rueda de aceleración

\alpha4

Ángulo de salida en la rueda de aceleración

\beta1

Ángulo de álabe a la entrada del rodete

\beta2

Ángulo de álabe a la salida del rodete

\beta3

Ángulo de álabe a la salida de la rueda de aceleración

\beta4

Ángulo de álabe a la entrada de la rueda de aceleración

pL

Presión atmosférica del aire

p

Densidad del agua

Fz

Fuerza centrífuga

pz

Presión de la fuerza centrífuga

\eta

Rendimiento

Em

Energía del motor de accionamiento

Etv

Pérdida de la turbina

Emv

Pérdida del motor de accionamiento

Ebv

Pérdida de la rueda de aceleración

Egv

Pérdida del generador

EN

Energía final

Claims (5)

1. Turbomáquina hidráulica, consistente en un eje (6'), un espacio de aspiración (1), álabes de guía (2) y un rodete giratorio (3) con álabes de rodete (3') que son llenados con agua (4), un motor de accionamiento (5) y un generador (6), un circuito anular de agua, con sentido de flujo que va radial a un eje (6') del generador (6), un espacio directriz (7), un espacio de corriente (8), que van dispuestos en un depósito (9) coaxialmente alrededor del eje (6') del generador (6), caracterizada por el hecho de que el espacio de corriente (8) está conformado a modo de cubeta y dispone de una abertura colocada delante de una entrada al espacio de aspiración (1') del espacio de aspiración (1), en que puede regularse un nivel de agua (4') con respecto al depósito (9);

pudiéndose desviar en el espacio directriz (7) el agua (4) que sale del rodete (3) a través de una salida del espacio directriz (7'') del espacio directriz (7) hacia la entrada del espacio de aspiración (1') y volverse a alimentar al espacio de aspiración (1);

de modo que el motor de accionamiento (5) mantiene el rodete (3) a un determinado número de revoluciones, a fin de conseguir un equilibrio de fuerzas entre la presión de aire atmosférico como fuerza centrípeta y la fuerza centrífuga a las aberturas de salida (3''') del rodete (3);

de manera que entre la energía alimentada en las aberturas de entrada (3'') y la energía cedida en las aberturas de salida (3''') del rodete (3) existe una diferencia energética, que corresponde a la suma de una energía de la presión atmosférica del aire (pL) aportada y una energía (EM) del motor de accionamiento (5) aplicada y que puede transferirse como momento de giro del rodete (3) al generador (6).

2. Turbomáquina hidráulica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que el espacio de corriente en forma de cubeta (8) consta de una pared de guía externa (8'), que comprende con una pared interna (8'') el espacio de aspiración (1) con álabes de guía (2) y con una pared de guía interna (8''') el espacio directriz (7), de manera que entre el espacio de aspiración (1) con álabes de guía (2) y el espacio directriz (7) va dispuesto el rodete (3), que conjuntamente forman el circuito de agua de forma anular.

3. Turbomáquina hidráulica de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por el hecho de que la pared de guía interna (8'') está unida mediante los álabes de guía (2) con la pared de guía externa (8') y la pared de guía interna (8''') está unida a través de brazos de guía (17) con la pared de guía externa (8') o bien la pared de guía interna (8'') está unida por medio de brazos de guía (18) a la pared interna externa (8') y la pared de guía interna (8''') está unida mediante brazos de guía (19) a la pared de guía externa (8').

4. Turbomáquina hidráulica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que con una reducción de la velocidad de salida (c2) del agua (4) a la salida del rodete (3) en vez de los álabes de guía (2) una rueda de aceleración (11) compensa la falta de energía de velocidad para la velocidad de entrada (c1) del agua (4) en el rodete (3) con el motor de accionamiento (5), de modo que la rueda de aceleración (11) gira con el rodete (3) horizontal alrededor del eje (6') del generador (6).

5. Turbomáquina hidráulica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la energía (EM) aportada por el motor de accionamiento (5) es devuelta de nuevo al motor de accionamiento (5) a través del generador (6) y exclusivamente la energía de la presión atmosférica del aire (pL) aportada en el espacio de aspiración (1) reducida en todos las perdidas energéticas aparecidas, puede alimentarse como energía final (EN) a un consumidor desde el generador (6).