ES2425643B1

ES2425643B1 - Microturbina hidráulica modular tipo bulbo.

Info

Publication number: ES2425643B1
Application number: ES201200243A
Authority: ES
Inventors: Vicente RUIZ GÓMEZ; Joaquín ORTS PAREDES; José Carlos ORTS PAREDES; Jaime LLEDO LARA
Original assignee: Individual
Current assignee: Sunwa Ventures SL
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2014-11-11
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: ES2425643A2; ES2425643R1

Abstract

Microturbina hidráulica modular tipo bulbo que se caracteriza porque comprende una carcasa exterior (2) unida a las a las conducciones existentes (1) mediante unión embridada (3), y que internamente comprende un bulbo de entrada (5) unido a un rodete axial (6) asociado a un eje (11) soportado por dos rodamientos (9) encargados de transmitir el par de giro del rodete (6) a un generador eléctrico (13), y dicho eje (11) dispone de un acoplamiento mecánico (12) que lo unirá al generador (13) por un extremo, mientras que por el otro se dispone de un cierre hidráulico (7) seguido de un retén de seguridad (8) para garantizar la estanqueidad; y una tapa posterior (14) que sellará el alojamiento del generador (13) en su parte posterior, apoyando contra el soporte principal (10); y un bulbo de salida (5) unido a la tapa posterior (14) para mejorar las prestaciones hidrodinámicas de la turbina.

Description

MICROTURBINA HIDRÁULICA MODULAR TIPO BULBO

El objeto principal de la presente invención es una microturbina modular tipo bulbo, caracterizado esencialmente por ser un dispositivo compacto, diseñado para su implantación en redes hidráulicas de abastecimiento de agua, con el objeto de transformar la energía hidráulica sobrante en energía eléctrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad existen zonas de las redes de abastecimiento de agua, donde la presión existente es superior a la presión de servicio requerida para el funcionamiento de la infraestructura, y por tanto, se dispone de energía hidráulica sobrante que no es aprovechada.

Dicho exceso de presión, puede ocasionar daños en las conducciones, por lo que se convierte en habitual intercalar elementos de regulación en las susodichas conducciones. Los cuales, son capaces de adaptar los valores de presión del agua en diferentes puntos de la red, con el objetivo de disminuir el nivel de fugas o los índices de rotura, manteniendo siempre una presión mayor o igual a la presión mínima requerida para garantizar el servicio. Estos dispositivos presentan el inconveniente de que no son capaces de transformar dicha energía para su aprovechamiento, dado que ésta energía se disipa en forma de pérdidas por fricción del fluido.

Ejemplo de esto, es el caso de las válvulas reguladoras, las cuales son capaces de provocar una pérdida de presión por rozamiento para mantener una presión constante a la salida, independientemente del caudal demandado.

En numerosas ocasiones, se ha intentado utilizar turbinas hidráulicas para transformar la energía hidráulica sobrante procedente del exceso de presión de la red, y conseguir, un aprovechamiento eléctrico. Por ello pueden encontrarse numerosas instalaciones construidas en base a turbinas de tipo centrífugo montadas en serie con la conducción, o en paralelo a una válvula reguladora existente.

Al ser turbinas de tipo centrífugo, provocan un cambio de dirección de 90° en el fluido a su paso por la turbina, lo cual hace necesario la instalación de una serie de codos y piezas especiales para orientar de nuevo al flujo en la dirección de la conducción. Estos elementos, provocan una pérdida de presión que no puede ser recuperada por la turbina en forma de energía eléctrica.

Esta circunstancia tiene mucha importancia debido a que requiere de cierto espacio físico para la instalación, lo que supone una limitación sustancial ya que muchas ocasiones las turbinas, al igual que otros dispositivos como válvulas, ventosas, etc., se instalan en arquetas soterradas y ubicadas en entornos urbanos, donde el espacio físico necesario es un factor clave, tanto por el coste de la obra civil asociada así como por el impacto en el entorno.

Un caso típico de estas turbinas, lo constituyen las bombas usadas como turbinas, donde se utiliza una bomba centrífuga funcionando con flujo inverso, cuyo eje se encuentra unido solidariamente al eje de un generador eléctrico. Este tipo de turbinas presentan una baja eficiencia a la hora de transformar la energía hidráulica en energía eléctrica, por lo que en muchas ocasiones su instalación no resulta rentable.

De igual modo, el solicitante conoce de la existencia de ciertas turbinas hidráulicas cuya entrada y salida de agua se encuentran alineadas, y además tienen una alta eficiencia. Ejemplo de esto podría ser las turbinas de flujo axial, usadas en grandes aprovechamientos hidroeléctricos, como es el caso de las turbinas tipo Kaplan.

Estas turbinas, presentan el inconveniente de su gran tamaño y complejidad mecánica, máxime cuando se trata de instalarlas en redes de abastecimiento urbano, donde la energía hidráulica a aprovechar es mucho menor que en los aprovechamientos hidráulicos convencionales, ubicados en grandes embalses o pantanos.

Por otro lado, el solicitante conoce también la existencia de turbinas hidráulicas de flujo axial que cuentan con generador sumergido, unido solidariamente con el eje del rodete, y por tanto, más compactas que las turbinas Kaplan convencionales. Este es el caso de las turbinas tipo bulbo, las cuales pueden encontrarse en aprovechamientos hidroeléctricos donde se dispone de grandes caudales y poca presión hidráulica aprovechable, de manera que la tecnología empleada en estas turbinas no puede utilizarse en abastecimientos urbanos, por su elevado tamaño y por su rango de funcionamiento tanto en caudal como en presión aprovechable.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El problema técnico que resuelve la presente invención es disponer de un dispositivo compacto, de fácil instalación y que resulte rentable; dotado de la tecnología necesaria para su funcionamiento dentro de los rangos de caudal y de presión aprovechables en las redes de abastecimiento con exceso de presión, y que además tengan una alta eficiencia en la conversión de energía hidráulica en energía eléctrica.

5: Para la solución de este problema técnico se describe la microturbina hidráulica modular tipo bulbo, objeto de la presente invención, diseñada para su instalación en la línea de conducción, capaz de trabajar dentro de los rangos de caudal y de presión aprovechables en la redes de abastecimiento gracias a su diseño modular, y que en combinación con un sistema de control adecuado, proporcione una eficiencia suficientemente alta como para que su instalación en redes de abastecimiento resulte rentable.

1 O 15 20: La microturbina objeto de la presente invención, está prevista para unir su entrada y salida de caudal a la conducción de abastecimiento, sin necesidad de modificar la dirección del flujo antes o después de la misma, de manera que el caudal atraviese uno o varios módulos hidráulicos compuestos por rodete y difusor dispuestos en serie, unidos solidariamente al generador, al cual inducen un movimiento de rotación que posibilita la generación de energía eléctrica. Dicho generador dispondrá de un encapsulado y un cierre hidráulico en el eje que permita su montaje sumergido, de manera que el fluido discurrirá entre el encapsulado del generador y la carcasa exterior de la turbina, facilitando la evacuación de calor y evitando excesos de temperatura en el generador. Más concretamente, la microturbina hidráulica modular, está caracterizada esencialmente porque comprende uno o varios módulos hidráulicos y un módulo eléctrico, en donde dichos primeros módulos hidráulicos están conectados mecánicamente al módulo eléctrico, de tal forma que dichos primeros módulos hidráulicos transforman la energía hidráulica en energía mecánica, que será transmitida al módulo eléctrico que a su vez transformará dicha energía mecánica en energía eléctrica.

25: A lo largo de la descripción y las reivindicaciones, la palabra "comprende" y sus variantes no pretender excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FIGURAS

30: A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

35: FIG. 1 muestra una sección transversal de la microturbina hidráulica modular tipo bulbo, objeto de la presente invención.

40: FIG. 2 muestra un esquema del flujo que atraviesa la microturbina hidráulica modular tipo bulbo, objeto de la presente invención. REALIZACIÓN PREFRENTE DE LA INVENCIÓN

45: En las figuras adjuntas se muestra una realización preferida de la invención. Más concretamente la microturbina hidráulica modular tipo bulbo que está caracterizada esencialmente por comprender un bulbo de entrada (5) solidariamente unido a un rodete axial (6) que está asociado a un eje (11) soportado por dos rodamientos (9) encargados de transmitir el par de giro del rodete (6) a un generador eléctrico (13).

50: De forma contigua en un extremo del eje (11) se dispondrá de un acoplamiento mecánico (12) que unirá al eje (11) con el generador (13), mientras que en el otro extremo del eje (11) se dispone de un cierre hidráulico (7) seguido de un retén de seguridad (8) para garantizar la estanqueidad tanto de los rodamientos (9) como del generador (13), que en su parte trasera dispondrá de una tapa posterior (14) que sellará el alojamiento del generador (13), apoyando directamente contra el soporte principal (10).

55: Para dotar de unas mejores prestaciones hidrodinámicas a la microturbina hidráulica objeto de la presente invención, se dotará de un bulbo de salida (15) unido a la tapa posterior (14), de la misma manera, que el bulbo de entrada (5) se encuentra unido al rodete axial (6).

60: En una realización práctica no limitativa, a continuación del rodete axial (6) se instalará un difusor (4) para incrementar el rendimiento hidráulico del sistema, y así aumentar su capacidad de recuperar energía. Todos los componentes anteriormente descritos, estarán solidariamente unidos e incorporados bajo la protección de una carcasa exterior (2), de carácter desmontable, y que será unida a las conducciones existentes (1) mediante una unión embridada (3).

65: Gracias a su estructura modular, la microturbina hidráulica objeto de la presente invención, podrá permitir asociar en serie o en paralelo varios dispositivos, cubriendo una mayor gama de caudales y presiones aprovechables.

Claims

REIVINDICACIONES

5 1 O 15

1. Microturbina hidráulica modular tipo bulbo diseñada para su instalación en redes hidráulicas de abastecimiento de agua, que comprende una carcasa exterior (2), que está unida a las a las conducciones existentes (1) mediante una unión embridada (3), y que se caracteriza porque aloja en el interior de dicha carcasa (2) un bulbo de entrada (5) solidariamente unido a un rodete axial (6) que está asociado a un eje (11) soportado por dos rodamientos (9) configurados para la transmisión del par de giro del rodete (6) a un generador eléctrico (13}, y que de forma contigua en un extremo del eje (11) se dispone de un acoplamiento mecánico (12) que unirá al eje (11) con el generador (13), mientras que en el otro extremo del eje (11) se dispone de un cierre hidráulico (7) seguido de un retén de seguridad (8) configurado para que tanto los rodamientos (9), como el generador (13}, sean estancos; y donde en la parte trasera del generador se dispone de una tapa posterior (14) que sellará el alojamiento del generador (13), apoyando directamente contra el soporte principal (1 O); y en donde unido a dicha tapa posterior (14) se encuentra solidariamente unido un bulbo de salida (5) para mejorar las prestaciones hidrodinámicas de la turbina.
2. Turbina de acuerdo con la reivindicación 1 en donde a continuación del rodete axial (6) queda situado un difusor (4) configurado para incrementar el rendimiento hidráulico del sistema, y asi aumentar su capacidad de recuperar energía.

20

3. Turbina de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque la carcasa exterior (2) es desmontable.
4. Turbina de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, asociarse en serie o en paralelo con otras turbinas.

caracterizada porque comprende medios para