ES2819555T3 - Bomba o turbina apta para peces - Google Patents

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Abstract

Bomba apta para peces para bombear agua hacia arriba, que comprende una carcasa (1) y un impulsor axial que está dispuesto de manera giratoria en la carcasa (1), comprendiendo dicho impulsor al menos una pala (2), en donde la carcasa (1) está provista en una abertura de entrada (6) de la misma con un borde que se extiende hacia adentro (9), caracterizado por que la pala (2) está provista en el lado de presión de la misma con un borde vertical (14) en su zona de borde periférico exterior, en donde la altura (h) del borde vertical (14) disminuye cerca de una zona final anterior (16) y/o posterior (15) de la pala (2) como se ve en la dirección de rotación (3) del impulsor, y por ejemplo se vuelve cero.

Description

DESCRIPCIÓN
Bomba o turbina apta para peces
La invención se refiere a una bomba de bombeo de agua apta para peces, que comprende una carcasa y un impulsor dispuestos en la carcasa, comprendiendo el impulsor al menos una pala. El impulsor es en particular un impulsor abierto, más en particular un impulsor axial. La bomba según la invención es particularmente una bomba de motor de bombeo. La invención también se refiere a una turbina apta para los peces para generar energía a partir del agua, que comprende una carcasa y un impulsor dispuestos en la carcasa, comprendiendo el impulsor al menos una pala. La bomba y la turbina pueden ser opcionalmente el mismo dispositivo, es decir, una bomba de turbina, en la que el flujo a través del impulsor y la rotación del impulsor tendrán lugar en direcciones opuestas y el dispositivo puede funcionar como bomba o como turbina.
Se conocen tales bombas o turbinas provistas de tal impulsor. Las bombas se utilizan para llevar agua hacia arriba. Una bomba de este tipo para transportar agua hacia arriba también se denomina bomba de motor de bombeo. Las turbinas se utilizan para generar energía a partir del agua. Una turbina de este tipo también se denomina turbina de motor de bombeo. Durante el movimiento ascendente del agua en el caso de una bomba o durante el desplazamiento descendente del agua en el caso de una turbina, los peces presentes en el agua pueden ser arrastrados. Un pequeño espacio a través del cual se escapa el agua suele estar presente entre la pared periférica interna de la carcasa y el impulsor. Debido a la fuerza de succión de las fugas de agua, un pez arrastrado por el agua puede ser arrastrado hacia el espacio y, por lo tanto, el pez puede resultar herido o incluso morir. Este problema ocurre particularmente en el caso de las anguilas, ya que las anguilas son una especie de pez que tiende a nadar a lo largo de las paredes, es decir, en las proximidades del hueco.
Una solución conocida para este problema es conectar la(s) pala(s) del impulsor a la carcasa y hacer que la carcasa gire conjuntamente con el impulsor. Un inconveniente de esto es la pérdida de eficiencia debido a la fricción adicional de la carcasa cogiratoria.
Esta solución conocida se muestra, por ejemplo, en los documentos US 3,398,694 y US 4,193,737. El documento US 3,398,694 describe una bomba que tiene una carcasa más o menos cilíndrica unida a las palas del impulsor. El documento US 4,193,737 describe un rotor que tiene un revestimiento que se extiende por toda la longitud y la circunferencia completa del rotor.
El documento US 6,637,174 describe un transportador axial para transportar dispersiones de gas/líquido.
El documento WO98/25027 da a conocer una turbina hidráulica con palas helicoidales que reduce la mortalidad de los peces cuando los peces pasan por las centrales hidroeléctricas.
Es un objeto de la invención evitar al menos parcialmente el problema descrito anteriormente. Es un objeto particular de la invención proporcionar una bomba y una turbina al menos relativamente aptas para los peces, más particularmente con una pérdida de eficiencia nula o relativamente pequeña.
La bomba y la turbina aptas para peces se caracterizan por las porciones de caracterización de las reivindicaciones 1 y 11, respectivamente.
El flujo de fuga descrito anteriormente va desde el lado de presión al lado de succión de la pala en el caso de una bomba y una turbina. Al proporcionar a la cuchilla en el lado de presión de la misma un borde vertical en su zona de borde periférico exterior, el pez nadará contra el borde vertical y, por lo tanto, no será atraído hacia el espacio, o hay al menos una probabilidad reducida de ello, por lo que se puede prevenir o al menos reducir la lesión y/o la muerte de los peces. El flujo de fuga en el lado de presión puede reducirse mediante el borde vertical, por lo que la fuerza de succión del flujo de fuga puede disminuir. Esto reduce aún más la posibilidad de que un pez sea arrastrado por el flujo de fuga. Debido a que el borde vertical de corotación es relativamente pequeño en relación con una carcasa de corotación, la pérdida de eficiencia será menor que en el caso de la solución conocida descrita anteriormente.
El borde vertical puede extenderse sobre toda la longitud así como sobre una parte de la zona del borde periférico exterior.
El borde vertical puede tomar una forma continua además de tener una serie de interrupciones, en donde las interrupciones tienen una dimensión tal que son más pequeñas que un pez que se va a arrastrar.
El borde vertical tiene preferiblemente una altura seleccionada según el pez que se va a arrastrar durante el uso y/o una pérdida máxima permitida de eficiencia.
La altura se puede adaptar, por ejemplo, a una dimensión de sección transversal media de una anguila, ya que en vista de la escasez de anguilas, se desea especialmente evitar lesiones y la muerte de esta especie de pez. Al seleccionar una altura que sea igual a la dimensión transversal promedio de la anguila u otro pez, y preferiblemente mayor que la dimensión transversal promedio de la anguila u otro pez, el arrastre de la anguila u otro pez en el flujo de fuga puede ser prevenido o al menos reducido. Sin embargo, cuanto mayor sea la altura, mayor será la fricción y, por tanto, la pérdida de eficiencia. Por lo tanto, preferiblemente no se selecciona una altura innecesariamente grande, sino una según una pérdida máxima permisible de eficiencia. La pérdida máxima permitida de eficiencia y, por lo tanto, la altura del borde, se puede seleccionar como se desee. La altura eventual del borde es, por lo tanto, preferiblemente una compensación entre la dimensión de la sección transversal de los peces que se va a arrastrar durante el uso y una pérdida de eficiencia deseable o aceptable.
El borde vertical del lado de presión y/o del lado de succión tiene de manera práctica una altura de entre 2 cm y 25 cm, preferiblemente entre 3 cm y 10 cm, más preferiblemente entre 4 cm y 6 cm, aún más preferiblemente de aproximadamente 5 cm.
Una altura de 5 cm es adecuada, por ejemplo, para las anguilas, en las que la pérdida de eficacia puede considerarse aceptable. Dependiendo del pez, la altura se puede seleccionar según se desee y diferir de los valores indicados anteriormente.
La altura se selecciona particularmente de modo que el borde vertical no se extienda hasta una pala posterior opcional o una parte posterior de la misma pala vista en dirección axial.
La altura del borde vertical disminuye cerca de una zona extrema delantera y/o trasera de la pala como se ve en la dirección de rotación del impulsor, en donde por ejemplo se vuelve cero.
Cerca de la zona extrema anterior y/o posterior de la pala, el borde vertical no tiene función, o tiene una función reducida, por lo que es ventajoso que su altura disminuya para mantener la fricción impartida por el borde lo más baja posible. La altura del borde vertical puede disminuir de forma gradual o abrupta. El lado frontal del borde vertical puede quedar al mismo nivel y extenderse hacia adelante en relación con el borde frontal de la pala. La forma en la que disminuye la altura del borde vertical se puede seleccionar como se desee.
La altura del borde vertical es preferiblemente sustancialmente constante a lo largo de la longitud de la pala, si se desea, con la excepción de dichas zonas extremas delanteras y/o traseras de la pala.
El borde vertical se extiende preferiblemente sustancialmente paralelo a una superficie periférica interior de la carcasa. El ángulo entre la superficie del lado de presión de la pala y el borde vertical se adapta a esto y, por lo tanto, puede variar dependiendo del montaje de impulsor y carcasa. El ángulo entre la superficie del lado de presión de la pala y el borde vertical puede estar, por ejemplo, entre 60° y 150°. Como se ve en la sección transversal, el borde vertical puede tomar tanto una forma recta como una curva.
El borde vertical, y opcionalmente la pala, tiene una punta relativamente afilada cerca de su zona final anterior como se ve en la dirección de rotación. Esta punta se extiende cerca de la superficie periférica interior de la carcasa.
El borde vertical de la pala también tiene una función que imparte rigidez/resistencia. Esto se debe a que el borde vertical aumenta la rigidez y la resistencia de la punta de la pala más o menos en forma de hoz, por lo que la pala se vuelve más estable dimensionalmente.
Los peces que son arrastrados por la bomba, en particular las anguilas que, como ya se indicó anteriormente, tienden a nadar en las proximidades de la carcasa, pueden nadar contra la punta de la pala y/o la punta del borde vertical y, por lo tanto, lesionarse o incluso morir. Para evitar esto, o al menos reducir la posibilidad de ello, la carcasa está provista en una abertura de entrada de la misma, o en el caso de una turbina en una abertura de salida de la misma, con un borde que se extiende hacia dentro. Este borde que se extiende hacia adentro protege la punta afilada de la pala y/o el borde vertical, por lo que los peces no nadan contra él, o hay al menos menos posibilidades de que lo hagan. De este modo, la mortalidad de los peces y/o las lesiones a los peces se pueden reducir aún más con la bomba según la invención.
Se observa que un extremo axial de la carcasa define la abertura de entrada. Aquí la carcasa es la pared periférica de la abertura de entrada. También se observa que el otro extremo axial opuesto de la carcasa define la abertura de salida. Aquí la carcasa es la pared periférica de la abertura de salida. Esto proporciona una abertura de entrada y/o salida relativamente grande para el desplazamiento del agua hacia arriba o hacia abajo.
El borde que se extiende hacia dentro se extiende preferiblemente a lo largo de toda la longitud de la abertura de entrada o salida. Es decir, el borde que se extiende hacia dentro se extiende preferiblemente a lo largo de toda la longitud periférica de la abertura de entrada o de salida, y preferiblemente a lo largo de toda la longitud periférica de la carcasa. Durante la rotación del impulsor, la punta afilada de la pala puede situarse en cualquier lugar de toda la periferia de la abertura de entrada. Por tanto, es ventajoso que el borde que se extiende hacia dentro se extienda a lo largo de toda la longitud periférica de la abertura de entrada o de la abertura de salida.
El borde que se extiende hacia adentro puede tomar una forma continua además de tener una serie de interrupciones, en donde las interrupciones tienen una dimensión tal que son más pequeñas que un pez que se va a arrastrar.
El borde que se extiende hacia adentro de la carcasa tiene preferiblemente una anchura que es al menos igual al espesor del borde vertical del impulsor y una dimensión de un espacio entre el borde vertical del impulsor y la superficie periférica interior de la carcasa. Por la presente, la punta de la pala y/o el borde vertical quedan debidamente protegidos.
De manera práctica, el borde que se extiende hacia adentro de la carcasa tiene una anchura de entre 1 mm y 5 cm, preferiblemente entre 5 mm y 2 cm, más preferiblemente aproximadamente 1 cm. El ancho depende en parte del diámetro del impulsor. La anchura preferida de aproximadamente 1 cm se aplica a un impulsor con un diámetro de 1 m. Sin embargo, los valores pueden variar según el impulsor y se pueden seleccionar como se desee. A estos valores, el hueco tiene un espesor radial de entre 0,2 mm y 5 mm, dependiendo del diámetro del impulsor, y el borde vertical tiene un espesor de entre 2 mm y 4 cm, también en función del diámetro del impulsor.
El borde que se extiende hacia dentro puede tener, por ejemplo, una dimensión sustancialmente constante sobre la periferia de la abertura de entrada.
El ángulo entre la superficie periférica interior de la carcasa y el borde que se extiende hacia dentro puede seleccionarse según se desee de modo que la punta del impulsor esté debidamente protegida y haya una posibilidad reducida de que los peces naden contra ella. El ángulo puede estar, por ejemplo, entre 45° y 150°, más particularmente entre 60° y 120°, es todavía más particularmente aproximadamente 90°. El borde puede ser tanto recto como curvo como se ve en sección transversal. En particular, el borde puede adoptar cualquier forma deseada.
Como ya se ha aclarado anteriormente, en la bomba o turbina según la invención, la carcasa está dispuesta de manera sustancialmente fija y el impulsor está configurado para girar con respecto a la carcasa.
La invención se aclarará más con referencia a las figuras mostradas en un dibujo, en las que:
La figura 1 muestra esquemáticamente una bomba de la técnica anterior;
La figura 2 muestra esquemáticamente una bomba que no forma parte de la invención;
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la bomba de la figura 2;
Las figuras 4-7 muestran esquemáticamente una bomba según una realización de la invención, en donde la figura 5 muestra la bomba con carcasa parcialmente omitida, la figura 6 muestra la bomba en un ángulo desde arriba y la figura 7 muestra la bomba en un ángulo desde abajo.
Se observa que los mismos componentes se designan en las figuras con los mismos números de referencia. También se observa que, de la bomba, solo se muestra un conjunto de una carcasa y un impulsor. Los otros componentes de la bomba, que son generalmente conocidos por los expertos, se omiten por motivos de simplicidad.
La figura 1 muestra esquemáticamente una bomba de la técnica anterior. La bomba comprende una carcasa 1 y un impulsor con pala 2. El impulsor con pala 2 gira en la dirección 3 alrededor de un eje central 4, siendo este eje central la línea central de un cubo (no mostrado). Debido a la acción de bombeo de la bomba, el agua se aspira a través de una abertura de entrada 6 en la dirección 5. Un pez 7 presente en el agua nadará aquí en la dirección 5 del agua extraída y posteriormente será arrastrado por el impulsor. Entre el borde periférico interior de la carcasa 1 y el impulsor hay un espacio 10 a través del cual se escapa el agua en la dirección de las flechas 13. Debido a la fuerza de succión de las fugas de agua, un pez 7 arrastrado con el agua puede ser arrastrado al espacio 10, y este pez 7 puede resultar herido o incluso morir como resultado.
La Figura 2 muestra esquemáticamente una bomba ejemplar, en la que la pala 2 está provista en el lado de presión de la misma con un borde vertical 14 en su zona de borde periférico exterior. Este borde vertical 14 puede prevenir eficazmente, o reducir la posibilidad de que el pez sea atraído hacia el espacio 10, ya que el pez 7 nada contra el borde 14. Todavía hay un flujo de fuga 13, aunque este flujo de fuga es menor que en la bomba de la figura 1. Por lo tanto, se reduce aún más la posibilidad de que un pez 7 sea arrastrado hacia el espacio 10. El borde vertical 14 tiene una altura h, un espesor d y se extiende sustancialmente paralelo a la superficie periférica interior de la carcasa 1.
La figura 3 muestra una vista en perspectiva de la bomba de la figura 2. En la presente memoria se muestra claramente la pala 2 con el borde vertical 14 y montada en el cubo 11. A partir de aquí, será evidente que, cerca de la zona final anterior 16 y la zona final posterior 15 de la pala 2 en la dirección de rotación 3, el borde 14 disminuye gradualmente hasta cero.
Además de la función favorable a los peces especificada anteriormente del borde vertical 14, el borde vertical 14 también tiene una función que imparte rigidez/resistencia. Esto se debe a que el borde vertical 14 aumenta la rigidez y la resistencia de la punta más o menos similar a una hoz de la pala 2, por lo que la pala 2 se vuelve más estable dimensionalmente y más resistente a las vibraciones.
Además, será evidente a partir de la figura 3 que el impulsor comprende dos palas 2. Con vistas a que la bomba sea apta para los peces, es deseable proporcionar la menor cantidad posible de palas, por ejemplo, una o en este caso dos palas. El impulsor puede comprender alternativamente tres, cuatro o más palas, aunque de este modo se reduce el respeto con los peces de la bomba.
La forma de las palas 2 es más o menos similar a una hoz, que se ha encontrado que es una forma apta para los peces.
El impulsor gira preferiblemente a una velocidad de rotación relativamente baja, por ejemplo, 200 rpm para un impulsor con un diámetro de 1 m a un caudal de 1 m3/s y una altura de elevación de 2 m, lo que mejora aún más el respeto con los peces.
La figura 1 también muestra que el pez 7 que está presente en el agua y que nada en la dirección 5 del agua extraída puede nadar contra la pala 2 del impulsor. La pala puede tener una punta afilada 8 y/o el borde vertical puede tener una punta afilada 16 en sus zonas extremas delanteras como se ve en la dirección de rotación 3. Cuando el pez 7 nada contra la punta afilada 8 o la punta afilada 16, los peces 7 resultar heridos o incluso morir.
Para obviar este problema adicional de la bomba de la figura 1, la figura 4 muestra una realización de la bomba en donde la carcasa 1 está provista en su abertura de entrada 6 con un borde 9 que se extiende hacia adentro. El borde 9 tiene una anchura b que es ligeramente mayor que la suma de la dimensión a de un espacio 10 entre la pala 2 y la superficie periférica interior de la carcasa 1 y el espesor d del borde 14 de manera que el borde 9 protege la punta afilada 8 de la pala 2 y/o la punta afilada 16 del borde vertical 14 Esto previene efectivamente, o al menos puede reducir, la posibilidad de que los peces 7 naden contra la punta afilada 8.
Las figuras 5-7 muestran vistas en perspectiva de la bomba de la figura 4. Se puede ver fácilmente, por ejemplo, en la figura 6 que el borde 9 se extiende justo más allá de la punta 8 de la pala 2 y/o la punta afilada 16 del borde vertical 14, por lo que la punta 8 y/o la punta 16 está protegida por ello. La figura 6 muestra la carcasa 1 con el impulsor desde arriba, o en el lado de la abertura de salida 12 de la carcasa 1. La figura 7 muestra la carcasa 1 con el impulsor desde abajo, o desde la abertura de entrada 6 de la carcasa 1.
Se observa que la invención no se limita a la realización mostrada, sino que también se extiende a variantes dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
También se observa que la invención también se puede aplicar en turbinas. En turbinas, el flujo a través del impulsor y la rotación del impulsor se realizarán en direcciones opuestas. El lado de presión y el lado de succión de la pala son los mismos lados para una turbina y para una bomba, por lo que el flujo de fuga también está en la misma dirección tanto para una bomba como para una turbina. La abertura de entrada de la turbina es a la inversa la abertura de salida de la bomba y viceversa. Por tanto, en el caso de una turbina, se hace referencia a un borde que se extiende hacia dentro en la abertura de salida de la misma. La bomba y la turbina pueden ser el mismo dispositivo, siendo el dispositivo en ese caso una denominada turbina de bomba.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Bomba apta para peces para bombear agua hacia arriba, que comprende una carcasa (1) y un impulsor axial que está dispuesto de manera giratoria en la carcasa (1), comprendiendo dicho impulsor al menos una pala (2), en donde la carcasa (1) está provista en una abertura de entrada (6) de la misma con un borde que se extiende hacia adentro (9), caracterizado por que la pala (2) está provista en el lado de presión de la misma con un borde vertical (14) en su zona de borde periférico exterior,
en donde la altura (h) del borde vertical (14) disminuye cerca de una zona final anterior (16) y/o posterior (15) de la pala (2) como se ve en la dirección de rotación (3) del impulsor, y por ejemplo se vuelve cero.
2. Bomba apta para peces según la reivindicación 1, en donde el borde vertical (14) se extiende sustancialmente paralelo a una superficie periférica interior de la carcasa (1).
3. Bomba apta para peces según la reivindicación 1 o 2, en donde el borde (9) que se extiende hacia dentro tiene una anchura (b) que es al menos igual a un espesor (d) del borde vertical (14) del impulsor y una dimensión (a) de un espacio (10) entre el borde vertical (14) del impulsor y la superficie periférica interior de la carcasa (1).
4. Bomba apta para peces según la reivindicación 1, 2 o 3, en donde el borde (9) que se extiende hacia dentro tiene una anchura (b) de entre 1 mm y 5 cm, preferiblemente entre 5 mm y 2 cm, más preferiblemente aproximadamente 1 cm.
5. Bomba apta para peces según la reivindicación 1,2, 3 o 4, en donde el ángulo entre la superficie periférica interior de la carcasa (1) y el borde que se extiende hacia dentro (9) se encuentra entre 45° y 150°, más particularmente entre 60° y 120°, es todavía más particularmente de aproximadamente 90°.
6. Bomba apta para peces según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 anteriores, en donde la carcasa (1) está dispuesta de forma sustancialmente fija y el impulsor está configurado para girar con respecto a la carcasa (1).
7. Bomba apta para peces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde vertical (14) tiene una altura (h) seleccionada según un pez que se va a arrastrar durante el uso y/o una pérdida máxima permisible de eficiencia.
8. Bomba apta para peces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el borde vertical (14) tiene una altura (h) de entre 2 cm y 25 cm, preferiblemente entre 3 cm y 10 cm, más preferiblemente entre 4 cm y 6 cm, aún más preferiblemente de aproximadamente 5 cm.
9. Bomba apta para peces según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el ángulo entre la superficie del lado de presión de la pala (2) y el borde vertical (14) se encuentra entre 60° y 150°.
10. Uso de una bomba para bombear agua hacia arriba como una bomba apta para peces, comprendiendo dicha bomba una carcasa (1) y un impulsor axial que está dispuesto de manera giratoria en la carcasa (1), comprendiendo dicho impulsor al menos una pala (2), que la pala (2) está provista en el lado de presión de la misma con un borde vertical (14) en su zona de borde periférico exterior,
en donde la carcasa (1) está provista en una abertura de entrada (6) de la misma con un borde que se extiende hacia adentro (9), y en donde la altura (h) del borde vertical (14) disminuye cerca de una zona final anterior (16) y/o posterior (15) de la pala (2) como se ve en la dirección de rotación (3) del impulsor, y por ejemplo se vuelve cero.
11. Turbina apta para peces para generar energía a partir del agua, que comprende una carcasa (1) y un impulsor axial que está dispuesto de manera giratoria en la carcasa (1), comprendiendo dicho impulsor al menos una pala (2), en donde la carcasa (1) está provista en una abertura de salida (6) de la misma con un borde que se extiende hacia adentro (9), caracterizado por que la pala (2) está provista en el lado de presión de la misma con un borde vertical (14) en su zona de borde periférico exterior,
en donde la altura (h) del borde vertical (14) disminuye cerca de una zona final anterior (16) y/o posterior (15) de la pala (2) como se ve en la dirección de rotación (3) del impulsor, y por ejemplo se vuelve cero.
12. Turbina apta para peces según la reivindicación 11, en donde el borde vertical (14) se extiende sustancialmente paralelo a una superficie periférica interior de la carcasa (1).
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