ES2629494T3 - Dispositivo destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte, en particular a un dispositivo acumulador de energía de inercia - Google Patents

Abstract

Dispositivo (10) destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte que comprende un alojamiento (12) que define una cámara (19), por lo menos un objeto que presenta una primera cara (34) y una segunda cara sustancialmente opuesta (32), montándose el objeto (28) en la cámara (19) mediante dicha estructura de soporte, de tal modo que puede desplazarse con respecto al alojamiento (12) dejando libre un espacio de separación (38) entre el perímetro exterior del objeto y el perímetro interior de la cámara, en el que se dispone un sello (46) en dicho espacio de separación (38) que separa una primera sección (70) de la cámara (19) y una segunda sección (72) de la cámara, unos medios de exposición (42, 92) destinados a exponer por lo menos la primera cara (34) del objeto (28) en la primera sección (70) a una presión del gas que, en comparación con la presión ejercida sobre la segunda cara sustancialmente opuesta (32) de la segunda sección (72), genera una fuerza de presión diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del objeto (28), caracterizado porque dicho sello (46) se soporta mediante una pieza móvil (44) del alojamiento (12) y el dispositivo comprende además unos medios de ajuste (48) destinados a ajustar la posición de por lo menos dicha pieza móvil (44) del alojamiento con respecto al objeto (28).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte, en particular a un dispositivo acumulador de energfa de inercia.

La presente invencion se refiere a un dispositivo destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte, tal como unos cojinetes, en particular la presente invencion se refiere a un dispositivo acumulador de energfa de inercia que permite, por ejemplo, absorber las fluctuaciones en la produccion y/o consumo de energfa asociado a una unidad destinada a producir energfa, tal como un motor electrico o turbina eolica. Se puede utilizar asimismo un dispositivo de este ultimo tipo para recuperar y, a continuacion restaurar o utilizar de algun otro modo una fuerza retardadora y/o ralentizadora. Se puede utilizar asimismo el dispositivo segun la presente invencion para estabilizar una velocidad de rotacion.

Se conocen diversos tipos de sistemas de almacenamiento de energfa. Un tipo se basa en volantes, es decir, en por lo menos una masa puesta en rotacion mediante la entrada de energfa, que continuara girando, por inercia, una vez haya cesado la entrada de energfa. La masa giratoria se encuentra conectada a un motor, que constituye un medio de entrada de energfa durante los periodos de almacenamiento de energfa, o un generador durante los periodos de recuperacion de energfa. Cuanto mas pesado sea el volante y mas apto sea para girar rapidamente con la menor friccion posible, mayor sera la cantidad de energfa que se pueda almacenar. Por lo tanto, resulta de vital importancia el montaje de los cojinetes del volante.

En algunos tipos de volante, los cojinetes se encuentran parcialmente liberados del peso del volante mediante la aplicacion de una fuerza electromagnetica.

Otro tipo de volante se describe en la solicitud PCT PCT/NL2009/000248. Este dispositivo de acumulacion de energfa inercial basado en un volante comprende un bastidor y por lo menos un volante montado de tal modo que pueda girar con respecto al bastidor alrededor de un eje de rotacion, asf como unos medios destinados a dejar expuesta por lo menos una cara del volante a una presion de gas que, en comparacion con la presion aplicada a una cara sustancialmente opuesta del volante, genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del volante, por ejemplo mediante los denominados medios de ralentizacion por flujo de gas (a los que en la presente solicitud se hara referencia como sello) que rodean la cara del volante que esta expuesta a la presion del gas. Se afirma que en este dispositivo no se encuentran liberados unicamente los cojinetes del volante al menos parcialmente del peso del volante, lo que aumenta su vida util, sino que el coste por kWh tambien se reduce considerablemente. Dichos medios de ralentizacion por flujo de gas permiten crear un descenso en la altura piezometrica del espacio de fuga. Se realizan normalmente entre el volante y una superficie que forma una pieza con el bastidor. En una forma de realizacion dichos medios de ralentizacion del flujo comprenden un sello labermtico. En un sello de este tipo, la trayectoria del flujo de gas comprende una serie de elementos especiales que generan gotas en la altura piezometrica ("gotas de cabeza"). Por ejemplo, la seccion transversal destinada al paso del gas se comprime y expande alternativamente.

Actualmente se conoce que en un modelo a escala piloto de un dispositivo segun dicha solicitud PCT, las perdidas totales de energfa son inesperadamente elevadas y, como resultado de ello, el penodo de tiempo durante el que el volante puede suministrar energfa, por ejemplo, para cargar uno o mas aparatos, es relativamente corto. Por lo tanto, el dispositivo no puede funcionar de un modo economicamente factible. Ademas, ha resultado complicada la fabricacion de dicho dispositivo debido a que las tolerancias inevitables de su construccion son superiores a las caractensticas del diseno.

En el documento WO 2011/155838 A1 se ha propuesto la utilizacion de un rotor que presenta una forma frustoconica invertida con un sello (semi) labermtico coincidente en el espacio entre las paredes verticales. Dicho diseno presenta un efecto autocentrante. Sin embargo, la estabilidad y la seguridad de este dispositivo dejan algo que desear. En general, la vulnerabilidad del sello es elevada. En caso de emergencia, es mas probable que se produzca, por ejemplo, un fallo, defecto, accidente y desperfectos graves similares de los elementos especiales, a menudo realizados a medida, del sello debido al contacto (friccion) entre el rotor y el sello. Se pueden producir desperfectos en el propio rotor. Ademas, el funcionamiento es complejo, en particular iniciar y mantener el tamano de separacion apropiado.

En lmeas generales, la presente invencion pretende reducir la carga de un objeto sobre su estructura de soporte.

La presente invencion pretende asimismo obtener mejoras adicionales de un dispositivo acumulador de energfa de inercia basado en un rotor, en particular reducir la carga del rotor sobre un cojinete.

Un objetivo adicional de la presente invencion comprende mejorar la seguridad de dicho dispositivo y/o reducir los desperfectos del sello y/u objeto tal como el rotor en caso de fallo.

Otro objetivo adicional de la presente invencion comprende permitir el posicionamiento del sello con precision, de tal modo que se pueda controlar la levitacion del objeto, tal como el rotor, principalmente mediante el flujo de gas.

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Segun la presente invencion, un dispositivo destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte comprende un alojamiento que define una camara, por lo menos un objeto que presenta una primera cara y una segunda cara sustancialmente opuesta, en el que el objeto se monta en la camara mediante dicha estructura de soporte, de tal modo que puede desplazarse con respecto al alojamiento dejando libre un espacio entre el perfmetro exterior del objeto y el perfmetro interior de la camara, en el que se dispone un sello en dicho espacio que separa una primera seccion de la camara y una segunda seccion de la camara, unos medios de exposicion destinados a exponer por lo menos la primera cara del objeto en la primera seccion a una presion del gas que, en comparacion con la presion ejercida sobre la segunda cara sustancialmente opuesta en la segunda seccion, genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del objeto, en el que dicho sello se soporta mediante una pieza movil del alojamiento y el dispositivo comprende ademas unos medios de ajuste destinados a ajustar la posicion de por lo menos dicha pieza movil del alojamiento con respecto al objeto.

En el dispositivo segun la presente invencion, el objeto se monta en una camara que define el alojamiento, mediante una estructura de soporte, por ejemplo, uno o mas cojinetes, como un cojinete de pivote (contracojinete). Se produce un espacio de separacion entre el perfmetro exterior del objeto y el perfmetro interior del alojamiento. Se dispone un sello permeable al gas (es decir, que permite la circulacion de gas) como medio para limitar la circulacion de gas en el espacio de separacion. Para reducir la carga sobre el cojinete se aplica una presion diferencial de gas sobre el objeto, lo que hace levitar el objeto. Para reducir al maximo el flujo de gas desde la primera seccion hasta la segunda seccion de la camara, la distancia entre el sello y el objeto y, por lo tanto, la altura de levitacion se mantiene con un valor pequeno, normalmente en aproximadamente decenas de micrometros. Sin embargo, una altura tan pequena determinada por la circulacion del gas resulta insuficiente para reducir la carga sobre un cojinete sustancialmente, donde el huelgo es normalmente de aproximadamente varias decimas de milfmetro. En el dispositivo segun la presente invencion, tras la levitacion, la posicion del sello que se soporta con los medios de ajuste con respecto a la estructura de soporte se ajusta utilizando los medios de ajuste de tal modo que la distancia del objeto desde su estructura de soporte aumenta hasta que la carga sobre la estructura de soporte se reduce sustancialmente, mientras que la distancia desde el sello al objeto levitado no cambia sustancialmente. En una forma de realizacion preferida, por lo menos un objeto puede girar con respecto al alojamiento alrededor de un eje de rotacion dejando libre un espacio de separacion entre el perfmetro del objeto exterior y el perfmetro interior de la camara, por ejemplo, un rotor, un volante, una centrifugadora, un torno y similares. En esta forma de realizacion, el objeto puede presentar un eje de rotacion horizontal, en el que la levitacion que reduce la carga sobre los cojinetes es un desplazamiento vertical. En una forma de realizacion mas preferida, el objeto giratorio presenta un eje de rotacion vertical, mientras que de nuevo la levitacion se realiza en la direccion vertical.

En una forma de realizacion adicional preferida, destinada en particular a acumular energfa de inercia, el dispositivo segun la presente invencion comprende un alojamiento que define una camara de rotor, siendo por lo menos un objeto por lo menos un rotor que presenta una cara del extremo inferior como primera cara y una cara del extremo superior sustancialmente opuesta como segunda cara, montandose el rotor en la camara del rotor, de tal modo que se pueda desplazar verticalmente con respecto al alojamiento y de tal modo que pueda girar con respecto al alojamiento alrededor de un eje de rotacion vertical dejando libre el espacio de separacion entre el perfmetro exterior del rotor y el perfmetro interior de la camara del rotor, en el que se dispone el sello en dicho espacio que separa una primera seccion de la camara del rotor y una segunda seccion de la camara del rotor y en el que los medios de exposicion son unos medios destinados a exponer por lo menos la cara del extremo inferior del rotor en la primera seccion a una cierta presion de gas, que, en comparacion con la presion ejercida sobre la cara del extremo superior sustancialmente opuesta en la segunda seccion, genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del rotor.

El dispositivo de acumulacion de energfa de inercia segun la presente invencion comprende un alojamiento que presenta unas paredes, por ejemplo, una pared inferior, una pared vertical (cilfndrica) y una pared superior, encontrandose el alojamiento generalmente sellado hermeticamente con respecto al entorno. El interior del alojamiento define una camara de rotor, en la que - separado de las paredes del alojamiento durante el funcionamiento mediante un espacio de separacion - se monta un rotor tal como un volante. El rotor puede girar alrededor de un eje vertical. Normalmente, un eje de rotacion se extiende desde ambas caras del extremo del rotor hacia unos cojinetes aptos que se disponen en la parte superior e inferior del alojamiento. En una forma de realizacion ventajosa, el eje de rotacion se extiende unicamente desde la cara del extremo inferior del rotor hacia un cojinete (de pivote) apto en el fondo del alojamiento. Se puede acoplar el rotor a unos medios destinados a introducir energfa, tales como un motor electrico o una turbina eolica durante los tiempos de almacenamiento, y a un generador durante los perfodos de descarga a fin de suministrar energfa a uno o mas aparatos. El rotor, que presenta un peso relativamente elevado tiene un perfmetro exterior, definido por la cara del extremo inferior, la cara del extremo superior opuesta y, por ejemplo, una(s) pared(es) vertical(es) que conecta(n) las dos caras de los extremos. Se dispone un sello permeable al gas (es decir, que permite la circulacion de gas) como medio para limitar la circulacion de gas en el espacio de separacion. Dicho sello divide la camara del rotor en una primera seccion (inferior) de la camara del rotor y una segunda seccion (superior) de la camara del rotor. La cara superior del rotor se encuentra en la seccion superior, mientras que la cara inferior se encuentra en la seccion

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inferior por lo menos parcialmente. El dispositivo comprende asimismo unos medios destinados a exponer por lo menos la cara del extremo inferior del rotor en la primera seccion a una presion de gas que, en comparacion con la presion ejercida sobre la cara del extremo superior sustancialmente opuesta de la seccion superior genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del rotor. Dicha diferencia de presion se genera principalmente mediante el sello. En lfneas generales, el gas se soplara - o se aspirara en funcionamiento subatmosferico - aproximadamente desde una o mas posiciones de la parte inferior del alojamiento centradas alrededor del eje de rotacion vertical, mientras que un sello concentrico se dispone concentricamente con el eje de rotacion vertical. Durante el funcionamiento, el rotor gira libremente por encima del fondo del alojamiento. Tal como se ha descrito anteriormente, el ajuste de la posicion del sello contribuye a reducir la carga sobre el cojinete de soporte. En caso de emergencia, existe asimismo el riesgo de que el rotor descienda y entre en contacto con el sello independientemente de la posicion del mismo. Para proteger el sello contra danos en dicha situacion, se pueden accionar los medios de ajuste para retraer el sello soportado por la pieza movil hacia la seccion correspondiente del alojamiento adyacente a la pieza movil, evitando de este modo el contacto y, por lo tanto, los desperfectos en un sello vulnerable y costoso. De este modo, dicho diseno del dispositivo segun la presente invencion permite un funcionamiento facil y seguro.

El presente solicitante tambien ha descubierto que preferentemente la anchura del espacio de separacion debe ser muy reducida para un funcionamiento economico, de aproximadamente decenas de micrometres a cientos de micrometres. Sin embargo, las tolerancias de la construccion superan facilmente dichas dimensiones reducidas, si el sello constituye una pieza fija del dispositivo. Una pieza movil que presenta el sello permite realizar dicho pequeno espacio de separacion. A continuacion, los medios de ajuste permiten una disposicion precisa de la pieza movil y, por lo tanto, del sello en la escala micrometrica. En vista de las consideraciones de eficiencia energetica, el flujo de gas hacia el espacio de separacion es preferentemente pequeno, pero suficiente para la levitacion del objeto. Esto requiere una cafda de presion suficiente sobre el sello entre las secciones primera y segunda. Se ha demostrado que resulta satisfactoria una anchura del espacio de separacion muy pequena en el sello, por ejemplo, inferior a 100 micrometros, tal como 50 micrometros.

La levitacion real del objeto durante el funcionamiento se controla principalmente ajustando el flujo de gas a las fluctuaciones del flujo. Un ajuste adicional de la pieza movil mediante los medios de ajuste puede contribuir a estabilizar la posicion del objeto con respecto al alojamiento. Este ultimo es una adaptacion lenta en comparacion con el control del flujo.

El sello del espacio de separacion entre las paredes interiores del alojamiento y las superficies del objeto permite un flujo restringido de gas desde la seccion inferior de la camara hasta la seccion superior de la misma. Ventajosamente, el sello soportado por la pieza movil es un sello laberfntico que comprende - tal como se puede observar en la direccion del flujo del gas suministrado o aspirado - diversos resaltes y/o ranuras que crean gotas en la altura piezometrica, en la cara del sello opuesto al rotor. Normalmente, la seccion transversal destinada al paso del gas en el espacio de separacion se reduce y se expande de un modo alternante. Normalmente, la cara que coopera del objeto es sustancialmente plana.

En otra forma de realizacion preferida, la pieza movil comprende un cuerpo concentricamente con el eje (vertical) del objeto. Ventajosamente, el sello es tambien concentrico con este eje. La pieza movil es preferentemente intercambiable.

El sello se puede disponer en la pared vertical del alojamiento, por ejemplo, tal como se describe en el documento WO 2011/155838 A1. En una forma de realizacion de este tipo, el sello, asf como su soporte movil, comprende ventajosamente por lo menos dos piezas que se pueden separar, de lo contrario, un sello anular cuyo diametro se haya de aumentar no podrfa retraerse en la cara del alojamiento.

Por lo tanto, en una forma de realizacion preferida, la pieza movil que soporta el cierre hermetico es una pieza movil en la vertical del fondo del alojamiento. Ventajosamente, en esta forma de realizacion preferida, la pieza movil se dispone a una distancia radial comprendida entre el 30% y el 70% del radio de una camara cilfndrica predominantemente determinada por un equilibrio entre la zona disponible para la levitacion y el volumen de la camara, por ejemplo, una camara de rotor en la que un rotor puede girar casi sin friccion.

De este modo, los medios de ajuste preferidos son unos medios destinados a ajustar la posicion en altura de la pieza movil en la vertical del fondo del alojamiento con respecto a la posicion en altura de la estructura de soporte.

Ventajosamente, el cierre hermetico comprende por lo menos un resalte anular y/o una entalladura anular en su cara opuesta al objeto, tal como un rotor que presenta un eje de rotacion vertical. Dicha entalladura se conecta ventajosamente a unos medios destinados a descargar gas, tales como una bomba de aspiracion, mediante los conductos correspondientes, provocando de este modo una cafda de presion suficiente sobre el sello. Preferentemente, la pieza movil comprende un cuerpo provisto de un canal de circulacion de gas que presenta un primer extremo en comunicacion fluida con dicha entalladura y que presenta un segundo extremo en comunicacion fluida con unos medios destinados a aspirar gas desde la entalladura.

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En otra forma de realizacion preferida de la misma, el sello comprende una pluralidad de entalladuras anulares, preferentemente dispuestos concentricamente alrededor del eje vertical del objeto, donde por lo menos dos entalladuras se encuentran conectadas a unos medios de aspiracion destinados a aspirar gas desde las entalladuras correspondientes. De este modo, se puede controlar individualmente la aspiracion en dichas entalladuras, lo que permite la reduccion gradual de la presion del gas desde la primera seccion a la segunda seccion sobre el sello. Por ejemplo, el sello puede comprender tres entalladuras, presentando cada una de las mismas sus propios puntos de aspiracion y cada una conectada a su propia bomba o elemento similar. El primero reduce la presion del gas de aproximadamente 500-100 mbar a 200-50 mbar, el segundo aun mas hasta 100-10 mbar y el tercero hasta 1-0,005 mbar. Se prefiere la reduccion gradual de la presion del gas sobre el sello teniendo en cuenta las perdidas de energfa por friccion y el consumo de energfa por parte de las bombas. De este modo, preferentemente, el sello comprende una pluralidad de entalladuras anulares, de las que por lo menos dos entalladuras se encuentran en comunicacion fluida con los primeros extremos de los canales de circulacion de gas correspondientes del cuerpo de la pieza movil que soporta el sello, y en las que los segundos extremos de las mismas se encuentran en comunicacion fluida con unos medios de aspiracion destinados a aspirar gas desde dichas entalladuras. Preferentemente, los medios de aspiracion se disenan de tal modo que la presion sobre el sello se reduzca radialmente hacia el exterior gradualmente.

El o cada uno de los medios de aspiracion puede(n) comprender por lo menos una bomba, cuyo lado de aspiracion se conecta con una entalladura y el lado de descarga se conecta con los medios de exposicion. De este modo se realiza un circuito sustancialmente cerrado para la circulacion del gas.

En una forma de realizacion ventajosa de un objeto giratorio, en particular un dispositivo de acumulacion de energfa que comprende un rotor que presenta un eje de rotacion vertical, los medios de exposicion se disenan de tal modo que la presion absoluta de gas en la primera seccion ejercida sobre la cara del extremo inferior del objeto (rotor) es inferior a la presion atmosferica, por ejemplo, en el intervalo de 100-500 mbar. Preferentemente la seccion segunda o superior se mantiene a una presion inferior a 10 mbar, mas preferentemente inferior a 5 mbar y aun mas preferentemente inferior a 2 mbar, por ejemplo, 1 mbar. De este modo, la friccion del objeto giratorio en una seccion superior casi vacfa es pequena.

Opcionalmente, el dispositivo segun la presente invencion comprende asimismo unos medios auxiliares destinados a reducir la presion en la segunda seccion superior ademas de los otros medios descritos anteriormente. Dichos medios, tales como una bomba, se accionan durante la puesta en funcionamiento y se crea un vacfo en la segunda seccion y "tira" efectivamente del rotor hasta un nivel mas elevado. Una vez el objeto se encuentra en posicion de funcionamiento, por ejemplo, con un movimiento de rotacion en el caso de un rotor, se puede detener la accion de dichos medios auxiliares.

Los medios de ajuste preferidos se seleccionan de entre el grupo que comprende conjuntos de piston y cilindro, motores, husillos, accionadores lineales, electroimanes. Los conjuntos neumaticos de piston y cilindro son los mas preferidos.

Ventajosamente, la anchura del espacio de separacion, en particular en el sello, se controla de un modo continuo. Tal como se ha comentado, el control de la anchura del espacio de separacion durante el funcionamiento se realiza predominantemente ajustando el flujo de gas para la levitacion. En caso de emergencia, por ejemplo, indicada por un cambio de la anchura del espacio de separacion mas alla de un nivel o rango predeterminado, los medios de control estan disenados para activar los medios de ajuste destinados a retraer el sello dentro de la seccion del alojamiento correspondiente.

El control de la anchura del espacio de separacion se realiza preferentemente utilizando unos medios de medicion de la distancia, por ejemplo unos medios laser, para determinar la distancia entre una parte del alojamiento, por ejemplo el sello, y por lo menos una parte opuesta del objeto, y utilizando unos medios de control destinados a accionar los medios de ajuste basandose en senales que representan la distancia determinada por los medios de medicion de la distancia, si se requiere, por ejemplo, si una desviacion de la distancia medida de una distancia ajustada supera un valor umbral.

En una forma de realizacion preferida adicional el dispositivo segun la presente invencion comprende asimismo unos medios destinados a determinar el desplazamiento del objeto con respecto a la estructura de soporte, mas preferentemente unos medios destinados a determinar el desplazamiento vertical de un rotor que presenta un eje de rotacion vertical con respecto a un cojinete de soporte (de pivote).

En una forma de realizacion ventajosa adicional los medios de ajuste en altura se disponen normalmente debajo de la pieza movil en la vertical en una entalladura del fondo del dispositivo. Para evitar fugas de la primera seccion a la segunda seccion que eludan el sello, se monta una membrana flexible impermeable a los gases, por ejemplo, una hoja metalica en forma de disco anular, entre la pieza movil y una pieza fija del alojamiento, preferentemente en el lado aguas arriba de la pieza movil, tal como se puede observar en la direccion del flujo del gas. La flexibilidad de la membrana permite que el borde de la misma, preferentemente el borde exterior, se

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monte en la pieza movil para seguir cualquier movimiento, mientras que el borde opuesto (preferentemente interior) mantiene el montaje de la membrana en una pieza fija.

El dispositivo puede comprender un intercambiador de calor entre el lado de la aspiracion del gas y el lado de suministro del gas para enfriar el gas. Durante su utilizacion, el gas se calienta debido a la compresion y/o friccion entre el gas y el rotor. A fin de evitar danos termicos al dispositivo, el intercambiador termico enfrfa el gas cuando no esta en contacto con el rotor.

Preferentemente, el gas aspirado y/o suministrado esta constituido predominantemente por aire, hidrogeno o helio, debido a sus bajos coeficientes de friccion y a sus bajas viscosidades. Generalmente se prefiere el helio debido a su estabilidad y su bajo coeficiente de friccion.

El objeto puede ser un rotor conico hueco, en el que se concentra la masa en las paredes y caras exteriores. Esto se puede aplicar en particular a las aplicaciones industriales. En una forma de realizacion preferida, por ejemplo, para aplicaciones domesticas relativamente pequenas, el objeto es solido, por ejemplo, realizado de hormigon armado o metal. Si es necesario, el objeto se puede reforzar con elementos de refuerzo tales como radios cruzados.

Un uso particular de un dispositivo acumulador de energfa de inercia segun la presente invencion tiene como objetivo absorber fluctuaciones en la produccion y/o consumo de energfa que se relacionan con una unidad para producir energfa, en particular energfa electrica, utilizando particularmente una turbina eolica.

Normalmente dicho dispositivo acumulador de energfa de inercia segun la presente invencion se conecta a una fuente motriz, tal como una turbina eolica, un motor accionado mediante energfa solar o un motor electrico para cargar el rotor. La descarga se realiza normalmente mediante un generador destinado a convertir la velocidad de rotacion del rotor en electricidad.

Los diversos aspectos de la presente invencion se ilustran adicionalmente mediante el dibujo adjunto, en el que:

La figura 1 una presentacion global esquematica de una forma de realizacion del dispositivo segun la

presente invencion;

La figura 2 una presentacion global esquematica de una forma de realizacion de la pieza inferior movil de

un dispositivo segun la presente invencion; y

La figura 3 una presentacion global esquematica de una forma de realizacion de la reduccion de la presion

en un sello de un dispositivo segun la presente invencion; y

En la siguiente descripcion detallada de las diversas formas de realizacion representadas en las figuras 1 a 3 las piezas similares se indican con las mismas referencias numericas.

Un dispositivo de acumulacion de energfa de inercia 10 segun la presente invencion comprende un alojamiento sustancialmente cilfndrico 12 que presenta una pared superior 14, por ejemplo, una placa de cubierta circular desmontable, una pared vertical cilfndrica 16 y un fondo 18. El interior del alojamiento 12 define una camara de rotor 19. El alojamiento 12 puede estar contenido en un deposito de tipo bandeja 20. La pared superior 14 se extiende hasta la pared vertical 22 del deposito 20. Entre la pared vertical 14 y 22, respectivamente, en esta forma de realizacion se encuentra una zona de absorcion de impactos 24 - representada esquematicamente por 3 placas anulares 26 - destinada a limitar los danos en caso de fallo. Un rotor en forma de disco 28 que presenta un diametro relativamente grande en comparacion con su espesor se monta en la camara de rotor 19, de tal modo que el rotor puede girar alrededor de su eje de rotacion vertical 30. El eje 30 se soporta en una estructura de soporte, en este caso unos cojinetes de pivote aptos 31 en el fondo y, opcionalmente, en la pared superior. El rotor 28 presenta una cara del extremo superior 32, una cara del extremo inferior 34 y una pared vertical cilfndrica 36 entre las caras de los extremos 32 y 34. El rotor puede ser grande. En el caso de un rotor que no se agrande, el peso se encontrara presente preferentemente en la periferia exterior del rotor. Entre el alojamiento 12 y el rotor 28 existe un pequeno espacio de separacion 38 (en aras de la claridad, la figura no se ha realizado a escala), excepto en la posicion del eje vertical 30. En la pared cilfndrica 16 del alojamiento 12 opuesta a la pared cilfndrica 36 del rotor 28, asf como en la proximidad de la periferia del rotor en la pared superior 14 y en el fondo 18, respectivamente, se disponen unos bloques amortiguadores 40. En el caso de una rotacion desequilibrada, el rotor 28 colisiona con dichos bloques 40, frenando de este modo el giro del rotor y limitando los desperfectos. La referencia numerica 42 indica unas entradas de gas, a traves de las que, mediante una bomba (no representada en la figura 1), el gas se sopla o se aspira desde la cara del extremo inferior 34, proporcionando de este modo una fuerza ascendente. En esta forma de realizacion, el fondo 18 comprende una pieza en forma de anillo anular 44, que se puede mover en direccion vertical. La cara superior de la pieza 44 presenta un sello 46, tal como se representa mas detalladamente en las figuras 2 y 3. Se disponen los cilindros neumaticos de piston 48 como medios para desplazar verticalmente la pieza inferior 44. Una conexion (electromagnetica) 50 conecta el eje 30 con un dispositivo 52 para introducir energfa en caso de almacenamiento de energfa o con un generador en caso de descarga.

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La figura 2 es un detalle de una forma de realizacion de un dispositivo segun la presente invencion que representa en seccion transversal la pieza inferior movil 44 con respecto a la cara extrema inferior sustancialmente plana 34 del rotor 28 y el fondo 18 del alojamiento 12. La pieza del fondo movil 44 comprende un cuerpo anular 60, cuya cara superior presenta un sello laberfntico 46 que comprende diversas entalladuras o ranuras concentricas 64. En la parte inferior dichas entalladuras 64 presentan unas salidas 65, preferentemente unas salidas en forma de ranura que continuan en canales en forma de campana 66 en el cuerpo 60, que en los otros extremos 67 se conecta a unas bombas 68 (vease la figura 3). Para evitar la fuga de gas desde la primera seccion 70 de la camara de rotor que presenta una presion aproximadamente de 300 mbar con respecto a la segunda seccion 72, en la que la presion es muy baja, se dispone un sello flexible impermeable a los gases 74 entre la pieza inferior 18a y la pieza 44. En la forma de realizacion representada, el sello 74, por ejemplo, una chapa fina anular, realizada por ejemplo de plastico u hoja metalica se sujeta entre el cuerpo 60 y un soporte 76 en el vastago de piston 78 del conjunto de cilindro de piston 48 en la circunferencia exterior y, de un modo similar, entre la pieza del fondo 18a y un anillo de fijacion inferior 80, por ejemplo, utilizando tornillos (no representados). De este modo, el gas introducido para elevar el rotor 28 circula desde la primera seccion 70 a traves del sello 46 en la direccion de la segunda seccion 72 que presenta una presion de, por ejemplo, 1 mbar, al mismo tiempo que se aspira el gas desde las entalladuras 64. De este modo se reduce la presion gradualmente, lo que resulta favorable en lo que se refiere a la economfa y la seguridad.

La figura 3 representa un ejemplo caracterfstico. Durante el funcionamiento, durante tanto la carga como la descarga del dispositivo, cuando se vacfa la seccion superior 72 del gas mediante la bomba de aspiracion 90, se mantiene una diferencia de presion apta a traves de la bomba 92 mediante las entradas 42 que obligan a subir al rotor giratorio 28 hasta que se equilibran la fuerza de elevacion y el peso del rotor. En la forma de realizacion de la figura 3, se reduce la presion desde la primera seccion 70 hasta una presion de, por ejemplo, 110 mbar mediante la bomba 68a en la primera entalladura 64a, mediante las bombas 68a y 68b a 30 mbar en la entalladura 64b y aun mas hasta a una presion de 1 mbar en la segunda seccion 72 utilizando las bombas 68a, 68b y 90. Normalmente, el caudal del gas es bajo en la entalladura 64b y elevado en 64a.

Volviendo a la figura 1, la distancia del rotor desde el sello 46 se determina en uno o mas dispositivos de medicion de la distancia 110, cuya salida se procesa en el controlador 112, que regula los conjuntos de cilindro de piston 48 para establecer el espacio de separacion entre el sello 46 y el fondo del rotor 34 al iniciarse el funcionamiento. El control principal de la anchura del espacio de separacion durante el funcionamiento se realiza regulando el flujo de gas. Si los datos del/de los dispositivo(s) de medicion de la distancia 110 como ejemplos de medios de monitorizacion procesados por los medios de control 112 indican una desviacion inaceptable con respecto a los valores predeterminados, los medios de control 112 activaran los medios de ajuste 48 para retraer la pieza movil de soporte del sello 44 y/o los medios de exposicion 42. Asimismo, en el caso de fugas o variaciones en el flujo de gas, el sistema de la presente invencion contribuye a mantener un rendimiento estable y seguro.

La referencia numerica 114 indica unos medios destinados a determinar el desplazamiento vertical del eje 30. El funcionamiento del dispositivo es el siguiente. En su posicion de reposo, se retraen los medios de ajuste en altura 48 que soportan la pieza del fondo 44 y el sello 46 y el rotor 28 se soporta mediante su estructura de soporte 31 y/o los bloques amortiguadores 40. A continuacion, se accionan los medios de ajuste en altura 48 y el obturador 46 entra en contacto con la cara del extremo inferior 34 del rotor 28. A continuacion se hacen funcionar las diversas bombas 90, 92 para hacer levitar el rotor 28 creando una fuerza de presion diferencial ascendente. El rotor 28 se soporta entonces mediante un amortiguador de gas. A continuacion, continua aumentando la posicion en altura del sello 46 con un flujo de gas constante, que eleva con ello aun mas el rotor 28 hasta que el eje del mismo 30 ya no se soporte sobre la estructura de soporte 31, por ejemplo, monitorizada utilizando los medios 114 y, de este modo, se reduce la carga sobre el cojinete 31.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Dispositivo (10) destinado a reducir la carga sobre una estructura de soporte que comprende un alojamiento (12) que define una camara (19), por lo menos un objeto que presenta una primera cara (34) y una segunda cara sustancialmente opuesta (32), montandose el objeto (28) en la camara (19) mediante dicha estructura de soporte, de tal modo que puede desplazarse con respecto al alojamiento (12) dejando libre un espacio de separacion (38) entre el perfmetro exterior del objeto y el perfmetro interior de la camara, en el que se dispone un sello (46) en dicho espacio de separacion (38) que separa una primera seccion (70) de la camara (19) y una segunda seccion (72) de la camara, unos medios de exposicion (42, 92) destinados a exponer por lo menos la primera cara (34) del objeto (28) en la primera seccion (70) a una presion del gas que, en comparacion con la presion ejercida sobre la segunda cara sustancialmente opuesta (32) de la segunda seccion (72), genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del objeto (28), caracterizado porque dicho sello (46) se soporta mediante una pieza movil (44) del alojamiento (12) y el dispositivo comprende ademas unos medios de ajuste (48) destinados a ajustar la posicion de por lo menos dicha pieza movil (44) del alojamiento con respecto al objeto (28).
2. 
   2. Dispositivo (10) segun la reivindicacion 1, en el que por lo menos un objeto puede girar con respecto al

   
   alojamiento (12) alrededor de un eje de rotacion (30) dejando libre un espacio de separacion (38) entre el

   perfmetro del objeto exterior y el perfmetro interior de la camara.
3. 3. Dispositivo (10) segun la reivindicacion 2, destinado en particular a acumular energfa de inercia, que

   
   comprende un alojamiento (12) que define una camara de rotor (19), siendo por lo menos un objeto por lo

   menos un rotor (28) que presenta una cara del extremo inferior (34) como primera cara y una cara del extremo superior sustancialmente opuesta (32) como segunda cara, montandose el rotor (28) en la camara del rotor (19), de tal modo que se pueda desplazar verticalmente con respecto al alojamiento (12) y de tal modo que pueda girar con respecto al alojamiento (12) alrededor de un eje de rotacion vertical (30) dejando libre el espacio de separacion (38) entre el perfmetro exterior del rotor y el perfmetro interior de la camara del rotor, en el que se dispone el sello (46) en dicho espacio (38) que separa una primera seccion (70) de la camara del rotor (19) y una segunda seccion (72) de la camara del rotor (19) y en el que los medios de exposicion son unos medios (42; 92) destinados a exponer por lo menos la cara del extremo inferior (34) del rotor (28) en la primera seccion (70) a una cierta presion de gas, que, en comparacion con la presion ejercida sobre la cara del extremo superior (32) sustancialmente opuesta en la segunda seccion (72), genera una fuerza de presion diferencial ascendente que compensa por lo menos parcialmente el peso del rotor (28).
4. 4. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pieza movil (44) es una pieza movil en la vertical del fondo (18) del alojamiento (12).
5. 5. Dispositivo segun la reivindicacion 4, en el que los medios de ajuste (48) son unos medios destinados a ajustar la posicion en altura de la pieza movil en la vertical (44) del fondo (18) del alojamiento (12) con respecto a la posicion en altura de la estructura de soporte.
6. 6. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el cierre hermetico (46) comprende por lo menos un resalte anular y/o una entalladura anular (64) en su cara opuesta al rotor (28).
7. 7. Dispositivo segun la reivindicacion 6, en el que la pieza movil (44) comprende un cuerpo (60) provisto de un canal (66) que presenta un primer extremo en comunicacion fluida con dicha entalladura (64) y que presenta un segundo extremo en comunicacion fluida con unos medios (68a, 68b) destinados a aspirar gas desde la entalladura (64).
8. 8. Dispositivo segun la reivindicacion 6, en el que el sello (46) comprende una pluralidad de entalladuras (64a, 64b, 64c), en el que por lo menos dos entalladuras (64a, 64b) se encuentran en comunicacion fluida con los primeros extremos (65) de canales de circulacion correspondientes (66) del cuerpo (60) de la pieza movil (44), encontrandose los segundos extremos (67) de las mismas en comunicacion fluida con unos medios (68a, 68b) destinados a aspirar gas desde dichas entalladuras (64a, 64b).
9. 9. Dispositivo segun la reivindicacion 8, en el que los medios de aspiracion (68a, 68b) estan disenados de tal modo que la presion sobre el sello (46) se reduzca radialmente hacia el exterior gradualmente.
10. 10. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios de aspiracion (68a) comprenden una bomba, cuyo lado de aspiracion se conecta con la entalladura correspondiente (64a) y el lado de descarga se conecta con los medios de exposicion (92, 42).
11. 11. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dichos medios de ajuste (48) se seleccionan de entre el grupo que comprende conjuntos de piston y cilindro, motores, husillos, accionadores lineales, electroimanes, preferentemente conjuntos de piston y cilindro.

    8
12. 12. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas unos medios de monitorizacion (110) destinados a monitorizar la posicion del rotor con respecto al sello, y unos medios de control (112) destinados a accionar los medios de ajuste basandose en las senales de los medios de

    5 monitorizacion (110).
13. 13. Dispositivo segun la reivindicacion 12, en el que los medios de monitorizacion (110) comprenden unos medios de medicion de la distancia destinados a determinar la distancia entre el sello y el rotor, en particular la cara superior del sello y la cara extrema inferior del rotor.

    10
14. 14. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende ademas unos medios (114) destinados a determinar el desplazamiento del objeto con respecto a la estructura de soporte.

    15
15. 15. Dispositivo segun la reivindicacion 14, en el que los medios destinados a determinar el desplazamiento (114) son unos medios destinados a determinar el desplazamiento vertical de un rotor que presenta un eje de rotacion vertical con respecto a un cojinete de soporte.