ES2641908B2 - Conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo y procedimiento de operación del mismo - Google Patents

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ES2641908B2 ES201600386A ES201600386A ES2641908B2 ES 2641908 B2 ES2641908 B2 ES 2641908B2 ES 201600386 A ES201600386 A ES 201600386A ES 201600386 A ES201600386 A ES 201600386A ES 2641908 B2 ES2641908 B2 ES 2641908B2
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    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G1/00—Hot gas positive-displacement engine plants
    • F02G1/04—Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/02—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member
    • F15B15/06—Mechanical layout characterised by the means for converting the movement of the fluid-actuated element into movement of the finally-operated member for mechanically converting rectilinear movement into non- rectilinear movement

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Abstract

La presente invención denominada "conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo y procedimiento de operación del mismo", consiste en un mecanismo destinado a capturar la fuerza alternativa discontinua desarrollada por un cilindro termo-mecánico (motriz o actuador) mediante dos cilindros hidráulicos intermedios conectados por su circuito hidráulico y un conversor de movimiento de traslación a movimiento de rotación continuo basado en biela-cigüeñal en el sistema cruceta-biela-cigüeñal, susceptible de ser aplicado a un receptor mecánico o a un generador eléctrico.

Description

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DESCRIPCIÓN
Conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo y procedimiento de operación del mismo.
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica a mecánica y/o eléctrica mediante una máquina térmica alternativa (MA) o un motor de combustión interna (MCI), los cuales transmiten la fuerza alternativa discontinua y la convierten a par rotativo continuo utilizando dos cilindros hidráulicos y acoplados a un sistema vástago-biela-cigüeñal.
Objetivo de la invención
El objetivo de la presente invención denominada "CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO", es el aprovechamiento de la energía térmica convertida a energía mecánica mediante un cilindro termo-mecánico convencional que opera con un ciclo térmico que incluye procesos cerrados a volumen constante durante los cuales el émbolo permanece en reposo, mientras el eje de suministro de potencia rota a velocidad continua. Entre el cilindro termo-mecánico y el eje de cigüeñales, se hallan instalados dos cilindros hidráulicos destinados, el primero a bloquear el movimiento del émbolo y vástago del cilindro termo-mecánico para conseguir procesos termo-mecánicos a volumen constante, mientras que el segundo está habilitado para conectar la fuerza proporcionada por el primer cilindro hidráulico con vástago-biela-cigüeñal para lograr un par de rotación.
Antecedentes de la invención
Las plantas de conversión de energía térmica a energía mecánica y/o energía eléctrica que operan con máquinas alternativas o motores alternativos de combustión interna convierten el movimiento alternativo a movimiento rotativo mediante biela-cigüeñal.
Las máquinas alternativas cuyo ciclo térmico contiene procesos durante los cuales el volumen del cilindro permanece constante (émbolo y vástago en reposo) darían lugar a movimiento discontinuo del cigüeñal, y por tal razón resultarían inútiles en la práctica.
La invención denominada CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO se diferencia de los citados mecanismos que convierten la fuerza y el movimiento alternativo a par y movimiento rotativo mediante biela-cigüeñal en que el CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO puede transferir la fuerza discontinua del émbolo de un cilindro actuador termo-mecánico a un eje rotativo por medio de dos cilindros hidráulicos intermedios conectados por su circuito hidráulico, donde el primero de los cuales (cilindro de bloqueo) es capaz de bloquear el movimiento del émbolo del cilindro actuador termomecánico para mantener su volumen constante en cada punto muerto de su carrera, mientras que el segundo (cilindro de acoplamiento y seguidor) se desconecta del primero y sigue al eje rotativo por medio de un mecanismo conversor de movimiento rectilíneo alternativo a rotativo continuo tal como el sistema biela-cigüeñal, para que éste eje se pueda mover libremente cuando el émbolo del cilindro actuador termo-mecánico permanece en reposo.
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En base al principio de operación del invento, no se conocen tecnologías de conversión de movimientos de alternativo discontinuo a rotativo continuo de esta naturaleza.
Breve descripción de la invención
El invento denominado CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO, consiste en un mecanismo destinado a capturar la fuerza desarrollada por un cilindro termo-mecánico (motriz o actuador) mediante dos cilindros hidráulicos y un conversor de movimiento de traslación a movimiento de rotación basado en biela-cigüeñal en el sistema cruceta-biela-cigüeñal.
El CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO transfiere la fuerza discontinua del émbolo de un cilindro actuador termo-mecánico a un eje rotativo por medio de dos cilindros hidráulicos intermedios conectados por su circuito hidráulico, donde el primero de los cuales (cilindro de bloqueo) es capaz de bloquear el movimiento del émbolo del cilindro actuador termo-mecánico para mantener su volumen constante en cada punto muerto de su carrera, mientras que el segundo (cilindro de acoplamiento de movimiento) se desconecta del primero y sigue al eje rotativo por medio de un mecanismo conversor de movimiento rectilíneo alternativo a rotativo continuo tal como el sistema biela-cigüeñal, para que este eje pueda rotar libremente cuando el émbolo del cilindro actuador termo-mecánico permanece bloqueado y en reposo.
Descripción de las figuras
En esta sección se describen a modo ilustrativo y no limitativo, los componentes que constituyen el CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO para facilitar la comprensión de la invención en donde se hace referencia a las siguientes figuras:
Figura 1, estructura mecánica del conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo destinado a capturar la fuerza desarrollada por un cilindro termo- mecánico (motriz o actuador) mediante dos cilindros hidráulicos y un conversor de movimiento de traslación a movimiento de rotación basado en cruceta-biela-cigüeñal:
10. cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto
11. émbolo
12. vástago
13. fuentes de calor o energía térmica
20. cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento del vástago y émbolo del cilindro actuador termo-mecánico (10)
21. émbolo del cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento del vástago (12) del cilindro actuador termo-mecánico (10)
22. válvula de intercomunicación entre las cámaras izquierdas de los cilindros hidráulicos de bloqueo de movimiento del vástago y émbolo (20) y el de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal (30)
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23. válvula de intercomunicación entre las cámaras derechas de los cilindros hidráulicos de bloqueo de movimiento del vástago y émbolo (20) y el de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal (30)
30. cilindro hidráulico de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal por medio del émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33)
31. émbolo del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela- cigüeñal
32. vástago del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela- cigüeñal
33. cruceta con patín y corredera del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal
34. válvula de intercomunicación entre las cámaras izquierda y derecha del cilindro de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal.
Descripción detallada de la invención
El CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO convierte la fuerza rectilínea alternativa y discontinua suministrada por un cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10) en par rotativo continuo por medio de un sistema de cruceta-biela- cigüeñal, para lo cual dispone al menos de los siguientes componentes mostrados en la figura 1:
- un cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10) dotado de intercambiadores de calor (13) en ambas cámaras del citado cilindro, y dotado del émbolo (11) y vástago (12)
- un cilindro hidráulico (20) de bloqueo de movimiento del émbolo (11) y vástago (12) del cilindro actuador termo-mecánico (10), donde el émbolo (21) del cilindro hidráulico
(20) está rígidamente conectado al vástago (12) del cilindro (10)
- un cilindro hidráulico (30) de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal por medio del émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33) conectado al cilindro hidráulico (20) por medio de las válvulas (22) y (23)
- una válvula (22) de acoplamiento de movimientos e intercomunicación entre las cámaras izquierdas del cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento (20) y del cilindro hidráulico de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
- una válvula (23) de acoplamiento de movimientos e intercomunicación entre las cámaras derechas del cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento (20) y del cilindro hidráulico de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
- un cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal por medio del émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33) con patín y corredera
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- émbolo (31) del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta- biela-cigüeñal
- vástago (32) del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta- biela-cigüeñal, que articula el émbolo (31) con la cruceta y patín (33)
- cruceta (33) con patín y corredera del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
- válvula (34) de intercomunicación entre las cámaras izquierda y derecha del cilindro de acoplamiento de movimientos y transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela- cigüeñal, destinada a permitir que cuando se halla abierta, pueda moverse libremente el émbolo-vástago y cruceta (31), (32) y (33) respectivamente, arrastrada por el movimiento rotativo del eje de cigüeñales.
Donde el procedimiento de operación del CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO consiste en que durante los procesos termo-mecánicos isocóricos (procesos térmicos cerrados a volumen constante en los puntos muertos de la carrera) del ciclo térmico que acciona el émbolo (11) y vástago (12) del cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10), el émbolo (11) y su vástago asociado (12) permanecen en reposo para satisfacer la condición de "proceso térmico a volumen constante" dentro del cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10),
donde para mantener el cilindro (10) a volumen constante (émbolos (11) y (21) unidos rígidamente por el vástago (12) en reposo), se mantienen las válvulas (22) y (23) de intercomunicación entre los cilindros (20) y (30) cerradas, mientras que la válvula (34) de intercomunicación entre las dos cámaras del cilindro (30) se mantiene abierta para permitir libertad de movimiento alternativo del conjunto formado por el émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33), al ser arrastrados por el eje de cigüeñales en su movimiento de rotación,
donde al abrir las válvulas (22) y (23) de intercomunicación entre los cilindros (20) y (30) y cerrar la válvula (34) de intercomunicación entre las dos cámaras del cilindro (30), se consigue transmitir la fuerza termo-mecánico desde el émbolo (11) al émbolo (21), e impulsar fluido hidráulico a través de las válvulas (22) y (23), accionando el émbolo (31) asociado al vástago (32) y cruceta (33) del cilindro hidráulico (30), dando lugar al par de rotación sobre el eje de cigüeñales por medio de un sistema convencional cruceta-biela- cigüeñal.
Descripción de realizaciones preferentes de la invención
La realización preferente de la invención denominada "CONVERSOR DE FUERZA ALTERNATIVA DISCONTINUA A PAR ROTATIVO CONTINUO Y PROCEDIMIENTO DE OPERACIÓN DEL MISMO" adopta la estructura geométrica mostrada en la figura 1, donde con objeto de reducir el tamaño longitudinal del sistema conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo, los cilindros hidráulicos (20) y (30) están dispuestos en paralelo de manera que los movimientos de desplazamiento de los respectivos émbolos (21) y (31) se realizan en sentidos contrarios entre sí, tal como se observa en la figura 1.

Claims (3)

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    REIVINDICACIONES
    1. Conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo, caracterizado por convertir la fuerza rectilínea alternativa y discontinua suministrada por un cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10) en par rotativo continuo por medio de un sistema de cruceta-biela-cigüeñal, para lo cual dispone al menos de los siguientes componentes:
    - un cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10) dotado de intercambiadores de calor (13) en ambas cámaras del citado cilindro, y dotado del émbolo (11) y vástago (12)
    - un cilindro hidráulico (20) de bloqueo de movimiento del émbolo (11) y vástago (12) del cilindro actuador termo-mecánico (10), donde el émbolo (21) del cilindro hidráulico (20) está rígidamente conectado al vástago (12) del cilindro (10)
    - un cilindro hidráulico (30) de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza al sistema cruceta-biela-cigüeñal por medio del émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33) conectado al cilindro hidráulico (20) por medio de las válvulas (22) y (23)
    - una válvula (22) de acoplamiento de movimientos e intercomunicación entre las cámaras izquierdas del cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento (20) y del cilindro hidráulico de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
    - una válvula (23) de acoplamiento de movimientos e intercomunicación entre las cámaras derechas del cilindro hidráulico de bloqueo de movimiento (20) y del cilindro hidráulico de acoplamiento de movimientos y de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
    - un cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal por medio del émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33) con patín y corredera
    - émbolo (31) del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta- biela-cigüeñal
    - vástago (32) del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta- biela-cigüeñal, que articula el émbolo (31) con la cruceta y patín (33)
    - cruceta (33) con patín y corredera del cilindro hidráulico de transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela-cigüeñal
    - válvula (34) de intercomunicación entre las cámaras izquierda y derecha del cilindro de acoplamiento de movimientos y transmisión de fuerza (30) al sistema cruceta-biela- cigüeñal.
  2. 2. Procedimiento de operación del conversor de la reivindicación primera caracterizado por el procedimiento de operación según el cual durante los procesos termo-mecánicos isocóricos (procesos térmicos cerrados a volumen constante en los puntos muertos de la carrera) del ciclo térmico que acciona el émbolo (11) y vástago (12) del cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10), el émbolo (11) y su vástago asociado (12) permanecen en reposo para satisfacer la condición de "proceso térmico a volumen constante" dentro del cilindro actuador termo-mecánico de doble efecto (10),
    donde para mantener el cilindro (10) a volumen constante (émbolos (11) y (21) unidos rígidamente por el vástago (12) en reposo), se mantienen las válvulas (22) y (23) de intercomunicación entre los cilindros (20) y (30) cerradas, mientras que la válvula (34) de intercomunicación entre las dos cámaras del cilindro (30) se mantiene abierta para 5 permitir libertad de movimiento alternativo del conjunto formado por el émbolo (31), vástago (32) y cruceta (33), al ser arrastrados por el eje de cigüeñales en su movimiento de rotación,
    donde al abrir las válvulas (22) y (23) de intercomunicación entre los cilindros (20) y (30) y 10 cerrar la válvula (34) de intercomunicación entre las dos cámaras del cilindro (30), se consigue transmitir la fuerza termo-mecánico desde el émbolo (11) al émbolo (21), e impulsar fluido hidráulico a través de las válvulas (22) y (23), accionando el émbolo (31) asociado al vástago (32) y cruceta (33) del cilindro hidráulico (30), dando lugar al par de rotación sobre el eje del cigüeñal por medio de un sistema convencional cruceta-biela- 15 cigüeñal.
  3. 3. Conversor de fuerza alternativa discontinua a par rotativo continuo, según reivindicación primera, caracterizado por adoptar una estructura geométrica donde con objeto de reducir el tamaño longitudinal del sistema conversor de fuerza alternativa 20 discontinua a par rotativo continuo, los cilindros hidráulicos (20) y (30) están geométricamente dispuestos en paralelo de manera que los movimientos de desplazamiento de los respectivos émbolos (21) y (31) se realizan en sentidos contrarios entre sí.
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