ES2313913T3

ES2313913T3 - Unidad de turbina dual.

Info

Publication number: ES2313913T3
Application number: ES00993898T
Authority: ES
Inventors: Philippe Vauthier
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-07
Filing date: 2000-04-06
Publication date: 2009-03-16
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: CA2370980A1; AU1549802A; WO2002027151A1; ATE406503T1; US6168373B1; AU778856B2; EP1268983B1; EP1268983A1; EP1268983A4; DE60040095D1; CA2370980C

Abstract

Un conjunto de lastre ajustable (290) para al menos una turbina (220, 240) que tiene un árbol de turbina (630) para su despliegue en la trayectoria del flujo de agua, comprendiendo dicho lastre ajustable: un elemento alargado (710) en alineación general axial con el árbol de la turbina; y un lastre (760) adaptado para moverse con relación al elemento alargado, por el que el movimiento del lastre cambia el centro de gravedad de la turbina para cambiar el comportamiento de la turbina en la trayectoria de la corriente de agua.

Description

Unidad de turbina dual.

Antecedentes

Durante generaciones el hombre ha buscado vías de aprovechamiento de los recursos cinéticos naturales para hacer frente a las necesidades cada vez mayores de generación de energía eléctrica. De manera destacable, la implementación a gran escala de instalaciones hidroeléctricas ha demostrado ampliamente ser un método acertado para la generación de energía eléctrica.

A pesar del éxito de la producción hidroeléctrica a gran escala, estas instalaciones masivas presentan numerosos inconvenientes. En especial, estos proyectos requieren de construcciones a escala gigantesca, construcciones que inevitablemente alteran o perjudican el entorno y el delicado equilibrio de los ecosistemas que las rodean. Estos proyectos son así mismo extremadamente costosos y, aunque a largo plazo son asequibles económicamente para los países industrializados, para regiones con recursos financieros limitados, este tipo de proyectos son simplemente excesivamente caros.

Con el fin de evitar estos conflictos económico-ambientales, durante los últimos veinte años ha habido un continuo, si bien infructuoso, desarrollo de sistemas de generación de energía hidroeléctrica más económicos y menos perjudiciales para el medio ambiente. En particular, se han invertido enormes cantidades de medios científicos y económicos para conseguir turbinas hidrocinéticas que puedan convertir la energía cinética de un flujo normal de un cuerpo de agua en una cantidad útil de energía eléctrica. Tales sistemas de generación de energía son, obviamente, menos perjudiciales para el medio ambiente que sus contrapartidas convencionales, ya que requieren poca o ninguna construcción. Además, estos sistemas son considerablemente menos costosos que sus contrapartidas a gran escala tanto en la obtención de equipamiento como en su desarrollo. No obstante, por una amplia serie de razones, hasta ahora las turbinas hidrocinéticas utilizadas en el flujo normal de un cuerpo de agua no se han desarrollado con tanto éxito como para poder proporcionar cantidades adecuadas de energía eléctrica a un coste razonable "de kilovatio hora" y con un nivel de fiabilidad aceptable.

Durante el período que va de 1977 a 1991, el Ministerio de Energía de los Estados Unidos ("DOE", por sus siglas en inglés) acometió un programa hidroenergético a gran escala a través del cual financió a multitud de entidades con nuevas ideas acerca de la mejora de las tecnologías de generación de energía hidroeléctrica para que desarrollaran y pusieran a prueba sus propuestas. El "DOE Hydropower Program Engineering Research and Development 1977-1991 Summary Report", accesible a través del DOE como documento nº DOE/ID-13076, presenta un sumario completo de este programa. A pesar de los treinta y cuatro diferentes proyectos llevados a cabo durante este período de quince años y una inversión de más de 5 millones de dólares, el programa no consiguió proporcionar ningún "sistema hidroenergético pequeño" que fuera viable comercialmente.

De estos treinta y cuatro proyectos llevados a cabo en el estudio del DOE, uno resulta particularmente interesante: el desarrollo inicial de una "turbina de corriente libre" del Dr. Peter Lissaman. El trabajo de Lissaman resultó ser profético al proporcionar indicaciones en cuanto al potencial de generación de energía de turbinas hidrocinéticas colocadas en una corriente natural de agua. Por desgracia, el proyecto finalmente fracasó en proporcionar un sistema de turbinas hidrocinéticas viable comercialmente y tecnológicamente válido debido a "riesgos técnicos" inadmisibles. Estos "riesgos técnicos" comprendían, en particular, tres cuestiones principales: cuestiones de implementación, cuestiones de eficiencia de costes y cuestiones de capacidad.

La historia demuestra que la puesta en funcionamiento con éxito de turbinas hidrocinéticas es problemática de manera inherente. En primer lugar, el giro de una turbina alrededor de un eje hacia una dirección, en la dirección contraria genera una torsión antagónica igual pero opuesta. Para contrarrestar esta torsión antagónica y mantener la estabilidad de la hidroturbina, hay que fijar a la hidroturbina un aparato de base, como por ejemplo una serie de postes o columnas de soporte anclados, y después anclarlo a una estructura estacionaria, como por ejemplo el fondo de un río, un puente u alguna otra entidad inmóvil. Aunque esta solución al problema de la torsión antagónica estabiliza la hidroturbina, impide cambiar fácilmente la posición de la turbina a un punto diferente dentro del cuerpo de agua en movimiento en el que el flujo de la corriente de agua sea óptimo. Cuando las características del cuerpo de agua que fluye cambian a causa de un incremento del volumen de agua, congelación, etc., el punto de flujo óptimo también cambia. La falta de movilidad de una hidroturbina en funcionamiento limita la adaptabilidad de la turbina a estas condiciones cambiantes y genera una correspondiente reducción de la eficiencia de la máquina.

El segundo de los "riesgos técnicos" se refiere de forma general a la eficiencia de los costes. Tradicionalmente, las turbinas convencionales, y en especial las hidroturbinas, se han venido construyendo de acero o de un metal poco pesado como el aluminio marino por una serie de razones. En primer lugar, el sentido común dicta que una máquina como una hidroturbina fabricada con metal será más duradera en condiciones adversas que si está hecha de cualquier otro material alternativo disponible. En segundo lugar, una cubierta de turbina considerablemente pesada, junto con los mecanismos de anclaje convencionales descritos anteriormente, proporcionaba la mejor configuración para soportar y minimizar los efectos de la torsión antagónica generada por la rotación de los álabes y el árbol de la
turbina.

Aunque cada una de estas creencias respecto a la fabricación metálica tenía su mérito, incluso construyendo una hidroturbina con los metales más ligeros posibles, se obtenía un equipo muy pesado. Además, el coste de fabricar una hidroturbina de metal (en especial el carenado metálico que rodea la máquina) era muy elevado. De hecho, el estudio de Lissaman concluía que aunque una hidroturbina carenada más pequeña podría producir la misma potencia eléctrica que una unidad no carenada mucho más grande, la unidad no carenada y de mayor tamaño era, sin embargo, mucho menos cara de fabricar.

Además, el peso mayor de la turbina de metal carenada creaba dificultades a la hora de instalar y retirar las unidades. En muchos casos, se requerían helicópteros para transporte industrial o buques de gran tamaño y gran espacio de atraque para implantar o retirar hidroturbinas de metal. Debido a los costes y otros factores de logística asociados a los vehículos de soporte, no es posible el uso de estas pesadas turbinas hidrocinéticas en zonas remotas, no desarrolladas o de que han sufrido un desastre a causa de su inaccesibilidad para equipos de instalaciones industriales. Paradójicamente, este tipo de regiones son las que presentan una mayor necesidad de implementación efectiva de estas tecnologías.

Al final, el coste de fabricación de las hidroturbinas metálicas y las dificultades de instalación y retirada de las hidroturbinas metálicas a la luz de los relativamente modestos resultados de hidroturbinas metálicas individuales, impidieron de forma conjunta la implementación satisfactoria de estos dispositivos desde la finalización del proyecto de Lissaman hace diecisiete años.

Según esto, existe la necesidad de una unidad de hidroturbina que supere los problemas conocidos de la tecnología hidrocinética. Más en especial, existe la necesidad de una unidad de hidroturbina que no requiera sustancialmente un soporte vehicular para su instalación y retirada. Existe la necesidad adicional de una unidad de hidroturbina que pueda ser estabilizada en una trayectoria del flujo de agua sin tener que usar complejos mecanismos de anclaje. Existe una ulterior necesidad de una unidad de hidroturbina que pueda colocarse en una posición determinada óptima dentro de la trayectoria del flujo de agua y después pueda desplazarse con facilidad a una posición diferente dentro del cuerpo de agua en el caso de que cambie el lugar óptimo de la trayectoria del flujo de agua. Por último, existe la necesidad de una unidad de hidroturbina que satisfaga las necesidades anteriormente indicadas y además sea económica de construir y manejar.

El documento US 3986787 presenta una turbina de río que comprende dos toberas y disposiciones de turbina adyacentes y montadas bajo un pontón y una estructura de cubierta de maquinaria, teniendo cada turbina un árbol central, álabes y un anillo de refuerzo unido a los extremos exteriores de los álabes. La flotación de la turbina de río se ajusta bombeando agua hacia dentro y hacia fuera de los compartimentos de las toberas.

El documento FR 750402 describe un mecanismo para ajustar el centro de gravedad de un submarino mediante el desplazamiento de un camión móvil que contiene la máquina a lo largo de los raíles de un marco fijado a la base del bote.

Resumen de la invención

La siguiente invención es una unidad de turbina dual que puede ajustarse y ser fácilmente instalada y retirada de una trayectoria del flujo de agua. La realización preferida de la presente invención comprende dos hidroturbinas en una configuración "adyacente", aunque se contempla específicamente la posibilidad de combinar tres, cuatro o más hidroturbinas en una realización alternativa que también entra dentro del alcance de la invención. Volviendo a la realización preferida en la que se implementan dos hidroturbinas, cada una de estas dos hidroturbinas tiene un conjunto rotor de turbina que incluye más de un álabe de turbina unido a un cubo de turbina, el cual, por su parte, está conectado a un árbol de turbina. De manera óptima, cada árbol de turbina está en alineación axial general con la trayectoria del flujo de agua y los álabes de turbina se extienden radialmente hacia fuera desde la alineación axial del árbol de turbina. Cada árbol de turbina se conecta entonces a un generador de turbina para convertir la fuerza de rotación del árbol en energía eléctrica utilizable. En una realización preferida de la presente invención, el generador de turbina es en realidad una serie de generadores "modulares", estando conectado cada generador modular en serie para modificar la capacidad y la producción resultante de la hidroturbina para acomodarse mejor a condiciones o localizaciones cambiantes sin tener que comprar una unidad entera nueva.

Las hidroturbinas de la unidad de turbina dual se mantienen en una configuración de adyacencia al estar montadas en un carenado de turbina dual ligero ("carenado"). El carenado está hecho principalmente de al menos uno de los materiales del grupo de materiales compuestos que incluye termoplásticos y fibra de vidrio, y tiene un borde frontal orientado al flujo de agua que se aproxima y un borde trasero cercano al punto de descarga del agua de la unidad de turbina dual.

La realización preferida incorpora también un anillo de refuerzo cercano e integrado al borde trasero del carenado. El anillo de refuerzo se extiende en general radialmente hacia fuera con respecto a la alineación axial de los árboles de turbina y desvía el flujo de agua a través de los álabes de turbina a una velocidad mayor que la del flujo de agua normal o periférico.

Un elemento de lastre tubular hueco está formado de manera integrada con el carenado y dispuesto en alineación sustancialmente paralela a la alineación axial de los árboles de turbina. El elemento de lastre preferiblemente está sellado de forma hermética mediante un fondo en cada uno de los extremos de un tubo de lastre. Dentro del tubo de lastre, hay un accionador de polaridad reversible montado de forma fija cuya función es hacer girar un árbol o husillo conductor acoplados a la pesa de lastre. El giro del árbol de la pesa lastre en una dirección mueve la pesa lastre dentro del tubo de lastre hacia un extremo del tubo del lastre, y el giro del árbol en la otra dirección mueve la pesa lastre en la dirección opuesta. El movimiento de la pesa lastre cambia el centro de gravedad de la unidad de turbina dual, alterando con ello el comportamiento de la unidad de turbina dual.

En consecuencia, es un objeto de la presente invención proporcionar una hidroturbina que no precise sustancialmente de soporte vehicular para su instalación o retirada. Es otro objeto de la presente invención proporcionar una unidad de hidroturbina que pueda ser estabilizada en una trayectoria del flujo de agua, desplazada después con facilidad a una posición diferente dentro del cuerpo de agua en el caso de haber un cambio en la ubicación de la trayectoria óptima del flujo de agua. Es un objeto ulterior de la presente invención proporcionar una unidad de hidroturbina que cumpla con los objetivos previamente mencionados y cuya construcción y funcionamiento sean económicos.

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Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1a representa una hidroturbina carenada de la técnica anterior.

La Fig. 1b representa una hidroturbina no carenada de la técnica anterior.

La Fig. 2 es una ilustración de una realización ejemplar de la presente invención en un entorno de funcionamiento típico.

La Fig. 3 es una vista frontal de una realización ejemplar de la presente invención.

La Fig. 4 es una vista posterior de una realización ejemplar de la presente invención.

La Fig. 5 es una vista superior de una realización ejemplar de la presente invención.

La Fig. 6 es una vista de sección transversal de la realización ejemplar de la presente invención representada en la Fig. 5, tomada a lo largo de las líneas de sección A-A.

La Fig. 7 es una vista de sección transversal de la realización ejemplar de la presente invención representada en la Fig. 5, tomada a lo largo de las líneas de sección B-B.

La Fig. 8 es una vista de sección transversal de una realización ejemplar del tubo de lastre de la presente invención.

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Descripción detallada

Con referencia ahora a los dibujos, la Fig. 1a representa una hidroturbina carenada de la técnica anterior unida de forma inmóvil a una estructura de soporte estacionaria. La hidroturbina representada en la Fig. 1b es otro ejemplo de hidroturbina de la técnica anterior, posicionada igualmente en un flujo de agua mediante una estructura de soporte estacionaria, pero sin carenado externo.

Volviendo ahora a la presente invención, la Fig. 2 ilustra una realización preferida de una presente invención en un entorno de funcionamiento ideal. En particular, la Fig. 2 muestra una unidad de turbina dual 210 dispuesta en una trayectoria del flujo de agua 215. Para un funcionamiento óptimo, la unidad de turbina dual 210 podría encontrarse en una condición parcialmente sumergida. La unidad de turbina dual 210 comprende una primera turbina 220 y una segunda turbina 240, capturadas ambas en un carenado de turbina dual ligero 260.

La primera turbina 220 comprende un conjunto rotor de primera turbina 222. El conjunto rotor 222 de la primera turbina incorpora un cubo de primera turbina 224 conectado de forma fija, si bien extraíble, a un árbol de primera turbina (no mostrado en la Fig. 1). El cubo 224 de la primera turbina incorpora también más de un álabe de primera turbina 226, estando posicionados los álabes 226 de la primera turbina en relación a la trayectoria del flujo de agua 215 para forzar la rotación del cubo 224 de la primera turbina, el conjunto rotor 222 de la primera turbina y el árbol de la primera turbina cuando el agua entra en contacto con los álabes 226 de la primera turbina. Opcionalmente, se puede añadir un tapacubos 228 de primera turbina al cubo 224 de primera turbina para aumentar la eficiencia hidrodinámica de la primera turbina 220. Como se ilustrará más adelante y es bien conocido en la técnica, el árbol de la primera turbina está conectado a un generador de primera turbina (no mostrado en la Fig. 1) para que la rotación del árbol de la primera turbina genere una salida eléctrica desde el generador de la primera turbina.

En una realización preferida, los componentes de la primera turbina 220, incluyendo el conjunto rotor de primera turbina 222, el cubo de primera turbina 224, los álabes de primera turbina 226 y el tapacubos de primera turbina 228, pueden fabricarse de termoplástico, fibra de vidrio, una combinación de los mismos, o cualquier otro material o combinación de materiales similares que presenten las propiedades de peso ligero, resistencia a la corrosión y resistencia al impacto.

La unidad de turbina dual 210 incluye también una segunda turbina 240 que puede ser prácticamente idéntica a la primera turbina 220. La segunda turbina 240 comprende, específicamente, un conjunto rotor de segunda turbina 244. El conjunto rotor 244 de la segunda turbina incorpora un cubo de segunda turbina 242 conectado de forma fija, si bien extraíble, a un árbol de segunda turbina (no mostrado en la Fig. 1). El cubo 242 de la segunda turbina también incorpora más de un álabe de segunda turbina 246, los álabes 246 de la segunda turbina estando posicionados en relación a la trayectoria del flujo de agua 215 para forzar la rotación del cubo 242 de la segunda turbina, del conjunto rotor 244 de la segunda turbina y del árbol de la segunda turbina cuando el agua entra en contacto con los álabes 246 de la segunda turbina. Opcionalmente, se puede añadir un tapacubos de segunda turbina 248 al cubo 242 de la segunda turbina para aumentar la eficiencia hidrodinámica de la segunda turbina 240. Como es bien sabido en la técnica y se ilustrará más adelante, el árbol de la segunda turbina está conectado a un generador de segunda turbina (no mostrado en la Fig. 1) para que la rotación del árbol de la segunda turbina genere una salida eléctrica a partir del generador de la segunda turbina.

Tanto la primera turbina 220 como la segunda turbina 240 están capturadas dentro de un carenado de turbina dual ("carenado") 260. El carenado 260 comprende, en general, dos elementos cilíndricos de conformación integrada, o si no, unidos permanentemente de forma adyacente. Cada elemento cilíndrico está dispuesto a lo largo de un eje central concomitante con los árboles respectivos de los respectivos árboles de la primera y de la segunda turbina. El carenado 260 tiene un borde frontal 262 que determina, en parte, el borde radial de cada respectivo elemento cilíndrico orientado hacia la trayectoria del flujo de agua 215. El carenado tiene también, en un extremo final de los elementos cilíndricos unidos, un borde trasero 264.

La funcionalidad de la unidad de turbina dual 210 se ve ampliamente mejorada con la colocación de un anillo de refuerzo 266 cerca del borde trasero 264 del carenado 260. El anillo de refuerzo 266 se extiende en general radialmente hacia fuera desde el borde trasero 264 del carenado 260 con respecto a la alineación axial de los respectivos árboles de la primera y de la segunda turbina. Cuando el agua de la trayectoria del flujo de agua 215 fluye por la periferia del carenado 260, es desviada alrededor del anillo de refuerzo 266 gracias al saliente del anillo de refuerzo 266 antes de volver a tomar la trayectoria previa del flujo de agua 215. Este desvío del agua hacia cerca del borde trasero 264 del carenado 260 crea un efecto de vacío o de tipo Venturi inmediatamente corriente abajo desde el anillo de refuerzo 266, "lanzando" con ello agua desde la trayectoria del flujo de agua 215 a través de las turbinas dentro del carenado 260 a una velocidad acelerada, en comparación con la velocidad normal del agua en la trayectoria del flujo de agua 215. Se sigue de esto que el agua acelerada moverá más deprisa los álabes de turbina 226, 246, generando con ello una mayor salida eléctrica a partir de los generadores.

Opcionalmente pueden colocarse aletas estabilizadoras 268 alrededor de la periferia del carenado 260 en una disposición paralela a la alineación axial del respectivo árbol de turbina. Además de las aletas estabilizadoras 268, que estabilizan la unidad de turbina dual 210 en la trayectoria del flujo de agua 215, las aletas estabilizadoras 268 cumplen la función añadida de robustecer la fuerza del carenado 260 y sujetar el anillo de refuerzo 266.

Con referencia aún a la Fig. 2, en ella se muestra un elemento de lastre 290 que está formado integralmente o, en una realización alternativa, acoplado de forma fija con el carenado 260. En una realización ejemplar, el elemento de lastre 290 está situado entre los elementos cilíndricos de la unidad de turbina dual 210. En realizaciones alternativas el elemento de lastre 290 puede estar situado en diferentes puntos de la unidad de turbina dual 210, aunque de manera general es deseable que el elemento de lastre se encuentre lo más cerca posible del centro de gravedad de la unidad de turbina dual 210 por cuestiones de equilibrio. Como se explicará en referencia a posteriores figuras, el elemento de lastre 290 sirve para cambiar el comportamiento de la unidad de turbina dual 210 con respecto a la trayectoria del flujo de agua 215 moviendo una pesa hacia delante y hacia atrás dentro del elemento de lastre 290 en respuesta a control externo.

La unidad de turbina dual 210 puede mantenerse en la trayectoria del flujo de agua por medio de un amarre 292. En la realización ilustrada, el amarre 292 está conectado en un primer extremo a la unidad de turbina dual 210 y en un segundo extremo a un ancla 296.

La energía producida por la unidad de turbina dual 210 puede ser dirigida desde los generadores de la primera y de la segunda turbina a través de un cable eléctrico 294. En la realización ilustrada, el cable eléctrico 294 puede mantenerse en tándem con el amarre 292. Sin embargo, se contemplan otras realizaciones en las que el cable eléctrico 294 está situado y se mantiene separado y alejado del amarre 292.

Volviendo ahora a la Fig. 3, en ella se presenta una vista frontal de una realización ejemplar de la presente invención. Más específicamente, la Fig. 3 ilustra una unidad de turbina dual 210 que tiene una primera turbina 220 y una segunda turbina 240 colocadas de forma fija en una disposición adyacente. La primera turbina 220 y la segunda turbina 240 están capturadas, en general, en el carenado 260, disponiendo el carenado 260 de un borde frontal 262, aletas estabilizadoras 268 alrededor de las respectivas periferias de las respectivas primera turbina 220 y segunda turbina 240, y anillos de refuerzo 280 que se extienden en general radialmente hacia fuera desde la dirección de alineación axial de los respectivos árboles de turbina (no mostrados) desde un punto que empieza en o cerca del borde trasero (no mostrado) del carenado 260. Las respectivas turbinas primera y segunda, 220 y 240, están capturadas dentro del carenado 260 por medio de una pluralidad de montantes 310. Los montantes 310 tienen cada uno un primer extremo de montante 320 y un segundo extremo de montante 330. El primer extremo de montante 320 de cada montante 310 está montado de forma fija en una pared interior del carenado 260. El segundo extremo de montante 330 de cada montante 310 está montado de forma fija a una respectiva cubierta del generador (no mostrada) de la primera o de la segunda turbina. Esta unión estática entre el carenado 260 y las cubiertas del generador de la turbina mantiene las respectivas turbinas primera y segunda (220 y 240) en una posición central en el carenado 260.

La vista frontal de la realización ejemplar de la presente invención representada en la Fig. 3 revela además una pluralidad de álabes de turbina 226 que se extienden en general radialmente hacia fuera desde un árbol (no mostrado) de primera turbina, y un tapacubos 228 de primera turbina. De forma similar, se muestran una pluralidad de álabes 246 de segunda turbina, los cuales se extienden en general radialmente hacia fuera desde un árbol (no mostrado) de segunda turbina y un tapacubos 248 de segunda turbina.

La Fig. 3 representa también una posición preferida de un elemento de lastre 290 con respecto a la primera turbina 220 y a la segunda turbina 240. Aunque ésta es la localización preferida para el elemento de lastre 290 en la realización preferida de la presente invención, se entiende y ha de apreciarse que el elemento de lastre 290 puede colocarse en cualquier parte de la unidad de turbina dual 210, siempre y cuando sea capaz de cumplir con la función deseada anteriormente descrita.

La Fig. 4 es una vista trasera de una realización ejemplar de la presente invención. Específicamente, la unidad de turbina dual 210 comprende una primera turbina 220 y una segunda turbina 240. El carenado 260 captura cada turbina respectiva mediante la implementación de una pluralidad de montantes 310. Cada montante 310 está conectado de forma fija al carenado 260 en un primer extremo 320 del montante. El montante 310 es conectado entonces a una respectiva carcasa 410 del generador de la primera turbina o a una carcasa 420 del generador de la segunda turbina en un segundo extremo 330 del montante.

El anillo de refuerzo 280 está unido al carenado 260 en un punto próximo al borde trasero 264 del carenado 260. Como se ha descrito previamente, el anillo de refuerzo 280 se extiende en general radialmente hacia fuera desde los respectivos árboles de las respectivas primera y segunda turbina, 220 y 240.

Con referencia ahora a la Fig. 5, en ella se muestra una vista superior de una realización ejemplar de la presente invención. Como se ha mostrado y descrito previamente, la primera turbina 220 y la segunda turbina 240 están capturadas dentro de un carenado 260 que tiene un borde frontal 262 y un borde trasero 264. Las aletas estabilizadoras 268 están colocadas alrededor de la periferia de las respectivas primera turbina 220 y segunda turbina 240 a lo largo del exterior del carenado 260 y en alineación general axial con los respectivos árboles (no mostrados) de la primera y de la segunda turbina.

Los montantes 310, cada uno con un primer extremo 320 de montante y un segundo extremo 330 de montante, están situados en la parte trasera de las respectivas turbinas 220, 240 y están unidos de forma fija a las respectivas cubiertas 410, 420 de generador y al carenado 260.

Como puede observarse en la Fig. 5, el tapacubos 228 de la primera turbina y el tapacubos 248 de la segunda turbina están situados cerca del borde frontal 262 del carenado 260 y están conformados hidrodinámicamente para facilitar el flujo de agua desde la trayectoria del flujo de agua 215 a través de la unidad de turbina dual 210.

La Fig. 5 muestra además las líneas de sección A - A y B - B, cuyas vistas de sección transversal serán descritas más adelante al referirnos a las figuras posteriores.

La Fig. 6 es una sección transversal de la primera turbina 220 tomada a lo largo de las líneas de sección A - A. La Fig. 6 proporciona un vista de los mecanismos internos básicos de la primera turbina 220. En especial, la primera turbina 220 es capturada dentro del carenado 260 por medio de una pluralidad de montantes 310. Cada montante, como se ha descrito anteriormente, tiene un primer extremo conectado al carenado 260 y un segundo extremo fijado a la respectiva carcasa de generador, en este caso, a la carcasa 410 del generador de la primera turbina. Debe observarse que los primeros extremos 320 de montante pueden estar unidos o bien al cuerpo principal del carenado 260, o bien, en la realización representada, al anillo de refuerzo 266. Independientemente de la localización real de la conexión del primer extremo 320 de montante, cualquier punto de conexión estaría dentro del alcance de la invención, siempre que la conexión sea apropiada para estabilizar la respectiva turbina dentro del carenado 260. La primera turbina 220 comprende, en general, un cubo 224 al que están unidos una pluralidad de álabes de turbina 226. El cubo 224 incluye un tapacubos 228 de primera turbina, fijado a un cubo 224 de primera turbina y a un generador 610 de primera turbina a través de un incrementador de velocidad 650 y asegurada mediante una tuerca de bloqueo 620. El generador 610 de la primera turbina está montado en cooperación electromecánica con el árbol 630 de la primera turbina. Como se ha descrito anteriormente y se muestra aquí, el árbol de la primera turbina presenta un eje de alineación 640 sustancialmente paralelo a la trayectoria del flujo de agua 215. Conectado también al árbol 630 de la primera turbina, se encuentra un lado de altas RPM del incrementador de velocidad 650. De forma óptima, los contenidos de la cubierta del generador de la primera turbina se mantienen en situación hermética por medio de una serie de barreras y precintos, tales como el sello 660, y positivamente presurizados con un gas inerte.

Ha de destacarse que, aunque el generador 610 de la primera turbina puede ser un generador individual de cualquier tipo de descripción práctica, la realización preferida de la presente invención contempla específicamente generadores 610 de primera turbina con una configuración modular. Más específicamente, se contempla una configuración de la cubierta 410 del generador de la primera turbina y del árbol 630 de la primera turbina en la que se incorpora la adición o retirada de generadores 610 en serie de cualquier turbina dentro de la unidad de turbina dual 210. De manera ventajosa, este diseño permite adquirir una unidad de turbina dual 210 para una aplicación particular que requiera, por ejemplo, una capacidad de 60 kW. En este caso, se puede conectar una configuración de por ejemplo cuatro generadores de 15 kW en serie y utilizarla para alcanzar el nivel de energía necesario. Si, debido a un cambio de las características del cuerpo de agua o del lugar de despliegue de la unidad de turbina dual 210, se requiere un índice de 30 kW, puede abrirse la cubierta del generador de la primera turbina y extraer dos de los generadores en serie de 15 kW.

La Fig. 7 es una vista de sección transversal de la realización ejemplar de la presente invención ilustrada en la Fig. 5, tomada de las líneas de sección B - B. Más particularmente, la Fig. 7 representa la relación del elemento de lastre 290 con otros componentes de la unidad de turbina dual 210 en una primera realización de la presente invención. El elemento de lastre 290 comprende, en general, un tubo de lastre 710 situado en relación axial generalmente paralela al eje de alineación 640 de las respectivas primera y segunda turbinas 220, 240. Cada extremo del tubo de lastre 710 está protegido de manera estanca con un primer fondo 720 y un segundo fondo 730, respectivamente. El tubo de lastre 710, sellado en cada extremo con un fondo primero o segundo 720, 730, determinad un espacio vacío hermético. Situado dentro del espacio vacío hermético, se encuentra fijado un motor de corriente continua 740. El motor puede accionarse con corriente eléctrica suministrada por la unidad de turbina dual 210 o, preferiblemente, por una fuente externa. El control del motor 740, de manera óptima, se mantiene externamente.

El motor de polaridad reversible 740 acciona un husillo conductor o elemento tipo husillo 750. El husillo conductor 750 está situado en el centro del tubo de lastre 710 y está asegurado por rotación al primer fondo 720. Cuando el motor reversible 740 trabaja en una primera polaridad, el husillo conductor queda libre para girar en una primera dirección. Cuando el motor reversible 740 trabaja en una polaridad inversa, el husillo conductor 750 gira en una dirección opuesta. Un lastre 760 está acoplado al husillo conductor 750 de tal manera que el giro del husillo conductor 750 por medio del motor 740 mueve el lastre para delante y para atrás en función de la polaridad en que esté funcionado el motor reversible 740. Aunque la realización preferida de la presente invención contempla que el lastre 760 sea un elemento pesado, se contempla específicamente que el lastre 760 pueda ser un elemento extremadamente ligero o flotante. Aunque mover un elemento lastrado a un extremo del elemento de lastre 290 produciría un efecto y mover un elemento flotante al mismo extremo del elemento de lastre 290 produciría el efecto opuesto, el resultado deseado de usar el elemento de lastre 290 para cambiar el comportamiento de la unidad de turbina dual seguiría siendo el mismo, si bien requeriría desplazar el lastre 760 a la dirección opuesta.

Refiriéndonos ahora a la Fig. 8, en ella se representa una vista en primer plano del elemento de lastre 290. Como se ha descrito previamente, el elemento de lastre 290 comprende un tubo de lastre 710, un primer y segundo fondo 720 y un segundo fondo 730. Los fondos 720 y 730 cierran cada extremo del tubo de lastre 710 de forma hermética y, con ello, determinan un espacio vacío dentro del elemento de lastre 290. Dentro del elemento de lastre 290 está colocado un accionador 740 que está fijado al tubo de lastre 710 por medio del montaje de un motor 810. En una realización preferida, el accionador 740 es un motor reversible. El motor reversible 740 acciona un husillo conductor 750, husillo conductor que está fijado en el primer extremo al motor reversible 740 y fijado de forma rotatoria en su extremo opuesto al primer fondo 720. Un lastre 760 está acoplado al husillo conductor 750 de tal forma que el giro del husillo conductor 750 en una primera dirección por medio del motor reversible 740 mueve el lastre 760 hacia un extremo del elemento de lastre 290. El giro del motor reversible 740 en la dirección opuesta moverá el lastre 760 hacia el extremo opuesto del elemento de lastre 290.

Por último, el carenado 260 puede incorporar una rejilla de retención que bloquee las interferencias de materiales no deseados con los álabes de turbina 226, 246. La reja de retención puede estar configurada en una diversidad cualquiera de formas, incluyendo la unión de cables extraíbles u otro tipo de estructura rígida o semirígida entre el carenado 260 o las aletas estabilizadoras 260 y un punto enfrente de los álabes de turbina 226, 246.

Esta invención no está limitada a lo que se ha mostrado y descrito en particular excepto cuando así se indique en las reivindicaciones adjuntas.

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Referencias citadas en la descripcion Este listado de referencias citadas por el solicitante tiene como único fin la conveniencia del lector. No forma parte del documento de la Patente Europea. Aunque se ha puesto gran cuidado en la compilación de las referencias, no pueden excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza cualquier responsabilidad en este sentido. Documentos de patentes citados en la descripción

\bullet US 3986787 A

\bullet FR 750402

Claims

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1. Un conjunto de lastre ajustable (290) para al menos una turbina (220, 240) que tiene un árbol de turbina (630) para su despliegue en la trayectoria del flujo de agua, comprendiendo dicho lastre ajustable:

\quad

un elemento alargado (710) en alineación general axial con el árbol de la turbina; y un lastre (760) adaptado para moverse con relación al elemento alargado, por el que el movimiento del lastre cambia el centro de gravedad de la turbina para cambiar el comportamiento de la turbina en la trayectoria de la corriente de agua.
2. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1 en donde el elemento alargado (710) es un tubo hueco.
3. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1 en donde el lastre (760) es un elemento ponderado.
4. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1 en donde el lastre (760) es un elemento flotante.
5. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1 en donde el elemento alargado determina un espacio vacío hermético que recibe el lastre (670) en su interior.
6. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 5 en donde en el interior del espacio vacío hay un árbol (750) para mover el lastre (760) que está dentro del espacio vacío del elemento alargado (710).
7. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 6 en donde dicho árbol (750) gira para mover el lastre (760) dentro del espacio vacío del elemento alargado (710).
8. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1 en donde un actuador (740) gira el árbol (750) para mover el lastre (760).
9. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 8 en donde el actuador (740) es un actuador reversible.
10. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 8 en donde el lastre (760) es un lastre cargado o un lastre flotante, y el elemento alargado (710) consta de un primer y un segundo extremo, en donde, o bien el movimiento del lastre cargado hacia el primer extremo cambia el centro de gravedad de la turbina para orientar la turbina en una primera dirección, o bien el movimiento del lastre flotante hacia el primer extremo cambia el centro de gravedad de la turbina para orientar la turbina en una segunda dirección.
11. El conjunto de lastre ajustable (290) de la Reivindicación 1, siendo el elemento alargado (710) un tubo alargado en alineación axial general con el árbol de la turbina (630), determinando el tubo alargado un espacio vacío en su interior;

estando adaptado el lastre (760) para moverse en el espacio vacío;

comprendiendo además el conjunto un actuador reversible (740) acoplado a un árbol giratorio (750) para mover el lastre en el espacio vacío, por el cual el movimiento del lastre dentro del espacio vacío cambia el centro de gravedad de la turbina para cambiar el comportamiento de la turbina en la trayectoria del flujo de agua.
12. Una unidad de turbina múltiple (210) para despliegue ajustable en una trayectoria del flujo de agua, que comprende:

a.

una pluralidad de turbinas (220, 240), teniendo cada turbina un conjunto rotor de turbina (222, 242), comprendiendo cada conjunto rotor de turbina:

una pluralidad de álabes de turbina (226, 246), un árbol de turbina (630) en alineación axial general con la trayectoria del flujo de agua, un cubo de turbina (224, 244) para instalar de forma fija la pluralidad de álabes de turbina radialmente hacia afuera con respecto al alineamiento axial del árbol de la turbina, y un generador (610) acoplado al árbol de la turbina para convertir energía cinética en energía eléctrica;

b.

un carenado (260) de turbina construido principalmente de al menos un material entre el grupo de materiales que incluye termoplásticos y fibra de vidrio, el carenado de turbina capturando la pluralidad de turbinas, el carenado de turbina teniendo un borde frontal (262) orientado al flujo de agua que se aproxima y un borde trasero (264) próximo a un punto de descarga de agua desde la unidad de turbina;

c.

un anillo de refuerzo (266) próximo e integrado al extremo trasero del carenado de turbina, el anillo de refuerzo extendiéndose radialmente hacia fuera con respecto a la alineación axial de los respectivos árboles de turbina; y

d.

un conjunto de lastre ajustable (290) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, integrado al carenado de turbina.
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13. La unidad de turbina dual (210) de la Reivindicación 12, en donde la unidad de turbina dual se mantiene dentro de la trayectoria del flujo de agua por medio de un amarre (292) que tiene un primer extremo de amarre y un segundo extremo de amarre, el primer extremo de amarre estando unido a la unidad de turbina dual y el segundo extremo de amarre estando unido a un ancla (296).
14. La unidad de turbina múltiple de la reivindicación 12 en la que cada generador (610) está acoplado a un respectivo árbol de turbina (630) a través de un respectivo incrementador de velocidad (650).
15. La unidad de turbina múltiple de la reivindicación 12 en la cual el elemento alargado (710) del conjunto de lastre (290) tiene un primer extremo y un segundo extremo, el primer extremo estando sellado de forma hermética por un primer fondo (720), el segundo extremo estando sellado de forma hermética por un segundo fondo (730), por lo que una pared interior del conjunto de lastre y sus respectivos fondos primero y segundo determinan un espacio vacío en el que el actuador reversible (740) está fijado de forma fija a la pared interior y se emplea para hacer girar un árbol (750) acoplado al lastre (760), en donde la rotación del árbol en una primera dirección mueve el lastre dentro del espacio vacío hacia el primer fondo y en donde la rotación del árbol en una segunda dirección mueve el lastre dentro del espacio vacío hacia el segundo fondo.