ES2310965B1 - Turbina radial eolica o hidraulica. - Google Patents

Abstract

Turbina radial eólica o hidráulica. Consta de múltiples toberas de delgadas paredes verticales, que constituyen la estructura fija de la turbina.

Dentro de dicha estructura se encuentra un rodete, de eje vertical, provisto de álabes, articulados a brazos firmemente anclados al rodete, que pueden adoptar posturas intermedias entre las de máxima y mínima apertura, en función de las velocidades de las corrientes entrantes.

La gradual apertura de los álabes, para aprovechar al máximo las energías correspondientes, se consigue automáticamente mediante dispositivos tensores tales como el compuesto por un tambor de arrollamiento y un cable, estando fijados los extremos de éste a su álabe y a su tambor, sujeto éste al rodete.

La turbina radial se completa con una cubierta, que se apoya en una placa o en unas vigas de arriostramiento de las paredes de las toberas.

Aplicable para captar las energías cinéticas del aire o del agua en movimiento.

Description

Turbina radial eólica o hidráulica.

El objeto de la presente invención, que se pretende registrar, hace referencia a una turbina radial eólica o hidráulica, de tipo Sercam, de nuevo diseño, con rodete, álabes articulados y toberas como las convencionales, que ofrece unas ventajas técnicas que no proporcionan las tradicionales, merced a sus características específicas, muy diferentes a las conocidas, tanto por su estructura externa y dimensional como por las formas y funciones de sus elementos móviles y, sobre todo, como por su notoria polivalencia, al ser igualmente apta para transformar la energía cinética del viento o la del agua en movimiento en trabajo mecánico, con ligeras adaptaciones para uno u otro uso, como puedan ser la mayor altura (para el viento) o la superior robustez de sus partes móviles (para el agua en movimiento).

Antecedentes

El inventor conoce muchos tipos, tanto de turbinas eólicas como de turbinas hidráulicas, pero unas y otras son de construcciones muy diferentes entre sí, y por ello las eólicas no son válidas para el agua y las hidráulicas no lo son para el viento.

La turbina radial que se propone en la presente memoria pretende unificar estos dos tipos de motores bajo un nuevo diseño que sea apto, como se ha dicho, para ambos tipos de fluidos, con las oportunas adaptaciones, que también se han apuntado, y que se irán detallando en el curso de esta descripción.

Descripción

La invención que se pretende proteger se refiere a una turbina radial, de tipo Sercam, de disposición vertical, provista de toberas formadas por unas delgadas paredes verticales, de sección horizontal recta, curva o quebrada, y de un rodete de eje vertical, al que van unidos, mediante brazos, unos álabes articulados, cuya mayor o menor apertura se regula automáticamente, en función de la intensidad de los correspondientes flujos de aire o de agua, mediante unos cables enrollables en unos tambores tensores alojados en unas cajas, las cuales se afirman sobre una corona cilíndrica de cierre del rodete, o mediante dispositivos similares productores de tracción mecánica.

Para la mejor comprensión de lo descrito y reivindicado en esta memoria, se incluyen dos figuras, relativas a un modo preferido de realización de la invención, en las cuales se puede contemplar lo que sigue:

En la figura 1 se muestra una sección horizontal de la turbina radial, en la que pueden ser observaron el rodete, los álabes y las toberas, así como los elementos mecánicos de conexión entre el primero y los segundos y, muy particularmente, el original mecanismo de articulación, tensión, apertura y cierre automático de los álabes.

En la figura 2 se muestra el conjunto externo de la turbina radial, que se constituye por una estructura cilíndrica, en posición vertical, formada por pilares o muros verticales, con o sin enlaces horizontales, que forman las paredes verticales y, en su caso, horizontales de las toberas, respectivamente, y que son el sostén de la correspondiente cubierta.

En dichas figuras, se detallan los oportunos elementos mediante las siguientes referencias numéricas:

1

- Eje del rodete.

2

- Brazos del rodete.

3

- Pieza de anclaje de los brazos al eje.

4

- Estructura circular del rodete.

5

- Cierre circular del rodete.

6

- Alabe móvil en posición de cierre.

7

- Armadura soporte del álabe.

8

- Sujeción y articulación del álabe.

9

- Brazo de sujeción del álabe.

10

- Tirante de refuerzo del brazo.

11

- Caja donde se aloja y enrolla en una bobina el cable tensor.

12

- Cable tensor que regula la apertura del álabe.

13

- Alabe articulado en posición de apertura máxima.

14

- Paredes verticales de las toberas.

15

- Polígono CDEFGH que representa el área de captación de viento o de agua

16

- Zona por la que se aprecia cómo se apartan las corrientes motrices.

17

- Muro de cierre de la sala de máquinas.

18

- Entrada de las toberas.

19

- Placa de hormigón armado o vigas de atado y enlace.

20

- Cubierta de la turbina.

La turbina de la invención tiene en la base un muro circular (17), de unos 2 a 3 m de altura sobre el terreno (en versión eólica), que sirve de refuerzo o de anclaje de las paredes (14) y cierra un espacio idóneo para todo tipo de maquinaria de transformación, mantenimiento, elevación (como un ascensor o montacargas), etc., etc. Sobre ese espacio se sitúa la rueda móvil, a una altura adecuada para captar el viento y no muy cercana al suelo, para evitar posibles interferencias con eventual vegetación y para dificultar todo acceso de personas o de animales, o de la manera más apropiada para la captación del agua en movimiento.

El elemento formado por un aro circular (U-V) es el cierre circular del rodete (5), que está integrado por un único cilindro de gran altura, o bien por varios cilindros superpuestos acoplados o unidos entre sí, con posibles puntos intermedios de sujeción a la estructura fija de la turbina; de tal rodete, salen robustos brazos (9), con un tirante (10), que refuerza el anclaje del brazo al rodete.

Los álabes (6) son de chapa delgada, para función eólica, y de chapa gruesa, para función hidráulica, con un soporte interno (7) que los sujeta y les mantiene su forma. No están unidos directamente al rodete, sino al extremo de los brazos (9), en el punto (8).

Esta sujeción es de naturaleza articulada, de tal modo que puedan variar automáticamente el ángulo de cierre, para adaptarse a las corrientes motrices, manteniéndose cerrados en la posición (A), con poco viento o poco caudal de agua, y abrirse progresivamente hasta la posición (B), cuando el viento es muy intenso o es voluminoso el caudal hidráulico. Es decir, de la posición abierta del álabe (6) a la posición cerrada del álabe (13).

Con ello se absorben los golpes bruscos propiciados por las irregularidades de las corrientes y las diferencias de potencia sobre los elementos motores, para dar así más seguridad y regularidad a la rotación de la rueda giratoria. Esta progresión de apertura se obtiene por la acción de un cable tensor (12), que se enrolla en un resorte encerrado en una caja (11), o por medio de su conexión a cualquier otro dispositivo que proporcione un desplazamiento de resistencia progresiva.

Las paredes verticales (14), de sección estrecha y alargada, constituyen las paredes verticales de las toberas, por cuya entrada (18) penetra en la turbina radial la corriente de aire o de agua. Ubicadas tales paredes en círculo y en posición oblicua, respecto al eje de la rueda móvil, son las encargadas de captar, concentrar y orientar el chorro de viento o de agua en movimiento con el ángulo más conveniente de incidencia sobre las aletas. Esta orientación tiene, además, la función de minimizar e incluso eliminar el empuje negativo de las corrientes motrices, sobre los álabes neutros, al ser apartadas de la turbina por las paredes verticales de la misma en la zona prevista para ello (16).

El polígono (15), delimitado por las letras (CDEFGH), representa la zona de captación eólica o hidráulica de las toberas (14) en todo el frente (CH), para concentrarlo en el arco (EF) y hacerlo incidir sobre los álabes (6), siempre con el ángulo de incidencia más idóneo.

Se prevé que en el contorno de la base inferior del rodete (supuesto eólico), o en el de la base superior (supuesto hidráulico), se instalen unas ruedan dentadas o unas poleas, para la multiplicación del número de revoluciones, con un tambor saliente sobre el que puedan actuar unas zapatas para mantener frenado el rodete.

En el uso hidráulico, se prevé la posible instalación de una pantalla, deslizante verticalmente, con la que se pueda regular o incluso anular el caudal de entrada de agua en la turbina.

Las paredes horizontales de las toberas pueden estar formadas por una placa continua formando cuerpo con las paredes verticales (14), o por placas de hormigón armado prefabricado, planchas metálicas o simples brazos de acero, anclados a las paredes verticales, con la doble función de reforzar la estructura y de mejorar la estética externa de todo el conjunto. De no existir estos enlaces, las paredes de las toberas estarían limitadas por el forjado de coronación del muro de cierre de la sala de máquinas (17), por abajo, y por la cubierta de la turbina (20), por arriba.

Estas paredes verticales (14) de cada tobera también pueden estar formadas por pilares de hormigón pretensado y por pilares metálicos arriostrados entre sí e incluso con los pilares de las paredes contiguas, lo que permite unas secciones mínimas de materiales que reducen significativamente los costos. En este supuesto, los pilares de cada pared estarán unidos por chapas que capten y direccionen el viento.

El eje central (1) puede ser fijo, si se desea apoyar en él el centro de la cubierta, en cuyo supuesto, el rodete giraría en torno a él, empotrado este eje en la base del conjunto. En todo caso, el eje o el rodete girarán sobre rodamientos o, incluso, sobre ruedas.

El eje, o la pieza rotante en torno a él, se pueden unir a los brazos internos del rodete, mediante piezas de anclaje (3) formadas por escuadras soldadas, atornilladas o unidas por cualquier otro sistema de unión mecánica.

A los extremos de cada grupo de brazos internos (2) se sujetaría firmemente un cerco o aro, bien de una pieza o de varios segmentos, que constituyen la estructura circular del rodete (4), hecha con chapa del material que se estime más adecuado (acero, plástico, etc.).

En el arranque de los brazos (9) habrá un listón, perfil angular o similar, de tipo vertical, que servirá de tope de los álabes, para mantenerlos en la posición más adecuada en su cierre completo contra la solicitación del cable tensor (12). Así se aprovechará al máximo la energía del viento o del agua cuando las velocidades de estos elementos naturales sean más o menos reducidas.

El sentido de giro de la turbina de la invención se ha supuesto a derechas en esta realización preferida, pero puede ser considerado a izquierdas, variando simplemente la inclinación de las toberas e invirtiendo la posición del rodete.

Su estructura es perfectamente apta para la instalación de un ascensor o montacargas a efectos del acceso cómodo a todos los elementos de la parte móvil de la turbina. También lo es para el montaje de escaleras, formadas por gruesas grapas, ancladas a las paredes verticales de las toberas (14), paredes que se arriostraran por arriba mediante una placa de hormigón armado o unas vigas de atado y de enlace de todas ellas (19).

Finalmente, se prevé que la parte central de la cubierta de la turbina (20) sea desmontable, a fin de que se pueda introducir o extraer fácilmente el rodete, entero o en tramos, sin necesidad del empleo de grúas de grandes dimensiones y el rodete estará dotado de escaleras por las que poder acceder a todas las partes del mismo. Así mismo el rodete podrá carecer de eje y ser él mismo eje y rodete.

No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la presente invención, así como los efectos técnicos y los beneficios nuevos que la misma encierra.

Los términos en los que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en el sentido más amplio y menos limitativo que resulte compatible con la esencialidad de la invención que en ella se describe y reivindica.

Claims (5)

1. Turbina radial eólica o hidráulica, de las compuestas por toberas fijas y por un rodete giratorio, caracterizada porque consta de múltiples toberas, formadas por delgadas paredes o pilares, que circundan el rodete, y que constituyen la estructura fija de la turbina, en la que se apoya su cubierta, a la que se articula o fija la parte superior del eje del rodete, y porque estas toberas no solo captan el viento o el agua, sino que además concentran y orientan sus corrientes, proyectándolas de la forma más adecuada sobre los álabes articulados activos y evitando los efectos negativos de tales corrientes sobre los álabes articulados en posiciones neutras o de retorno.

2. Turbina radial eólica o hidráulica, según reivindicación 1ª, caracterizada porque los álabes articulados son verticales y paralelos al eje, porque pueden constar de una o varias piezas y porque no se sujetan directamente al rodete, sino indirectamente a él, mediante largos brazos que partiendo del mismo actúan sobre él como palancas.

3. Turbina radial eólica o hidráulica, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizada, porque los álabes están articulados a dichos largos brazos, en torno a los cuales pueden variar automáticamente su ángulo de apertura mediante un dispositivo de aplicación de tensión progresiva, a base de un cable enrollable a un tambor o cilindro accionado por un resorte, o por medio de cualquier otro mecanismo tensor, dispositivo que les permita ajustar dicho ángulo de apertura a la velocidad del viento o al caudal del agua, a sus cambios bruscos y a sus excesos de velocidad o de caudal, y todo ello a efectos de dar mayor regularidad y seguridad a la rotación del rodete.

4. Turbina radial eólica o hidráulica, según reivindicaciones 1ª, 2ª y 3ª, caracterizada porque el rodete es de posición vertical, de gran altura, dividido o no en varios tramos superpuestos, unidos o ensamblados entre sí, o con separaciones entre ellos, y sujetos al eje común giratorio, que podrá sujetarse a la estructura fija de la turbina mediante abrazaderas que lo rodearán, sin impedir su giro, por las zonas libres entre los tramos del rodete.

5. Turbina radial eólica o hidráulica, según reivindicaciones 1ª, 2ª y 3ª, caracterizada porque el rodete es de posición vertical, de gran altura, y podrá girar en torno a un único eje fijo empotrado, por un extremo, en la base de la turbina, y fijado a su cubierta, por el otro.