ES2911109A1

ES2911109A1 - Turbina oblonga

Info

Publication number: ES2911109A1
Application number: ES202230064A
Authority: ES
Inventors: Montes Jose Fernandez
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-01-27
Filing date: 2022-01-27
Publication date: 2022-05-17
Anticipated expiration: 2042-01-27
Also published as: WO2023144427A1; ES2911109B2; CN118829776A; EP4455446A1

Abstract

Turbina oblonga, consistente en un compresor de flujo para motores de aviación con una carcasa (2) de palas (3) que describen una trayectoria (t) no circular con, al menos, un tramo rectilíneo (a), preferentemente en forma de cerco oblongo con dos tramos rectilíneos (a) paralelos y dos tramos semicirculares (b), comprendiendo: una carcasa (2) estátor que define internamente un raíl (21) que guía el movimiento de las palas (3) acopladas por un extremo distal o punta (31); un sistema de transmisión (4) mecánica que transmite movimiento a las palas (3); unos soportes (5) de nexo entre las palas (3) y el raíl (21), asegurando que siguen la trayectoria oblonga, que la distancia media entre palas (3) se mantiene constante y como interfaz con el sistema de transmisión (4); y una pluralidad de palas (3) idénticas y equidistantes que proporcionan el trabajo dinámico sobre el flujo de aire.

Description

DESCRIPCIÓN

TURBINA OBLONGA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a turbina oblonga que aporta, a la función a que se destina, ventajas y características, que se describen en detalle más adelante.

El objeto de la presente invención recae en una turbina o aparato compresor de aire cuyas palas, en lugar de describir un recorrido circular, describen un recorrido oblongo que tiene un tramo lineal en el que la velocidad es constante para toda la superficie de la pala, lo cual aporta ventajas como sistema alternativo al usado actualmente en los motores de aviación.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicado a la fabricación de motores, centrándose particularmente en el ámbito de los motores de turbina y más concretamente los destinados a la aviación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es sabido, tanto los compresores actuales como las hélices siguen un movimiento circular, teniendo cada pala un movimiento de rotación en torno a un centro de giro, esto acarrea los siguientes problemas:

- La distribución de velocidades es proporcional al radio, lo que provoca que, en las inmediaciones de la raíz, la velocidad tenga que estar limitada a la velocidad que no genere una entrada en pérdida de la punta.

- El área requerida para mover la cantidad de aire necesaria para propulsar un vehículo es igualmente circular, lo que hace difícil la integración de un grupo propulsor en un vehículo aéreo.

- La huella de calor de un vehículo depende del área frontal que ocupe un motor, por lo que al aumentar el área, aumenta la huella.

El objetivo de la presente invención es, pues, proporcionar una solución a dicha problemática mediante el desarrollo de un sistema de turbina oblonga gracias a lo cual, se permite a cada pala seguir una trayectoria que no es circular, sino que tiene un tramo lineal en el que la velocidad es constante para toda la superficie de la pala, consiguiendo aportar una serie de ventajas, en particular un mayor rendimiento en los motores de aviación en cuanto a la compresión del aire que efectúa la turbina previamente.

Por otra parte, y como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, al menos por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ninguna turbina oblonga, ni de ninguna otra invención de aplicación similar, que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas iguales o semejantes a las que presenta la que aquí se reivindica.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La turbina oblonga que la invención propone supone una mejora del estado actual de la técnica, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que la distinguen convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente descripción.

Concretamente, lo que la invención propone, como se ha apuntado anteriormente, es una turbina o compresor de aire para motores de aviación que se distingue, esencialmente, por el hecho de que las palas o álabes del mismo, en lugar de describir un recorrido circular alrededor de un eje central, describen un recorrido oblongo, es decir, un recorrido alargado con un tramo recto entre dos extremos semicirculares, lo cual proporciona importantes ventajas, especialmente en cuanto al rendimiento de la compresión del aire, que lo hacen especialmente idóneo como sistema alternativo al usado actualmente en los motores de aviación.

Para ello, y más concretamente, la turbina oblonga de la invención comprende las siguientes partes esenciales:

- Una carcasa externa o estátor que, de manera innovadora, se configura a modo de raíl y presenta una configuración en forma de cerco oblongo que guía el movimiento de desplazamiento de las palas, comprendiendo dos tramos rectos paralelos y dos tramos semicirculares que unen los respectivos extremos de los tramos rectos.

- Un sistema de transmisión mecánica, para proporcionar potencia al dispositivo.

- Una pluralidad de soportes que sirven de nexo entre cada pala y el raíl estátor con la misión de:

- asegurar la trayectoria mediante el uso de rodamientos sobre el raíl estátor,

- asegurar la distancia entre los soportes adyacentes,

- y servir de interfaz con la transmisión mecánica.

- Y una pluralidad de palas idénticas y equidistantes que, al moverse dentro del estátor, proporcionan el trabajo dinámico sobre el flujo, estando asociadas por un extremo al raíl que define dicho estátor a través de los soportes y, por el extremo opuesto, a un elemento de guía central.

Con ello, la turbina de la invención permite a cada pala seguir una trayectoria que, en lugar de ser circular, tiene un tramo lineal de ida y de vuelta en el que la velocidad es constante para toda la superficie de la pala.

Las ventajas de esta distribución de la trayectoria de las palas en la turbina de la invención son:

- La velocidad media respecto al aire de una pala es mayor, por lo que aumenta la compresión y disminuye el consumo del motor.

- La integración en la estructura de la aeronave será más sencilla.

- La velocidad de salida media del aire al pasar el compresor estará más próxima a la dirección que marca el eje del motor.

- Para la misma compresión y gasto másico del motor, el área se reduce, por lo que la huella térmica de calor también se reduce.

Es importante destacar que la descrita trayectoria que efectúan las palas en el raíl estator de la turbina compresor objeto de la presente invención debe cumplir los siguientes requisitos:

-Que exista una velocidad constante del punto más exterior de cada pala a lo largo de la trayectoria.

- Que se produzca una evolución continua del radio de giro de cada punto para evitar cambios bruscos que produzcan impulsiones a lo largo de la trayectoria que disminuyeran la vida útil del conjunto.

- Que sea una trayectoria cerrada.

- Y que la distancia medida a lo largo de la trayectoria entre palas se mantenga constante.

Esto se consigue generando un raíl por el que se mueve la punta de pala que entronca tres tipos de tramos:

- Tramo lineal

- Tramo de adaptación

- Tramo circunferencial de retorno de radio R

Eligiendo adecuadamente tanto la constante a, el radio R, y el punto de cambio de trayectoria de adaptación al tramo circunferencial se consiguen cumplir las tres primeras condiciones. Para cumplir la cuarta condición, es decir, mantener una distancia media constante entre las palas, se diseña un soporte para fijar la punta de pala al raíl que especialmente diseñado para que se cumpla dicha condición.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un plano en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

La figura número 1.- Muestra el perfil de la trayectoria que recorren las palas de la turbina oblonga, según la invención.

la figura número 2-A.- Muestra una vista esquemática en planta de un ejemplo de realización de la turbina oblonga objeto de la invención, apreciándose su configuración general y partes principales;

la figura número 2-B.- Muestra una vista esquemática en perspectiva del ejemplo de la turbina oblonga, según la invención, mostrada en la figura 1;

la figura número 3.- Muestra una vista esquemática en perspectiva de uno de los soportes que vinculan cada una de las palas al raíl interior de la carcasa que conforma el estátor de la turbina, visto desde la parte externa, apreciándose su configuración y los rodamientos que presenta;

la figuran número 4.- Muestra una vista esquemática en perspectiva de dos de los soportes que vinculan las palas al raíl de la carcasa estator, vistos desde la parte interna, apreciándose los distanciadores previstos entre los mismos para mantener la separación entre palas;

la figura número 5.- Muestra una vista esquemática en perspectiva un detalle de la turbina de la invención en que, además del acople de las palas a los soportes, se parecía el acople entre estos y la transmisión mecánica; y

las figuras número 6 y 7.- Muestran sendas vistas esquemáticas en alzado frontal de un ejemplo de avión con la turbina oblonga de la invención y un ejemplo de avión con una turbina circular convencional que representa el estado actual de la técnica.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización no limitativa de la turbina oblonga de la invención, la cual comprende lo que se describe en detalle a continuación.

Así, tal como se observa en dichas figuras, la turbina (1) de la invención consiste en un compresor de flujo aplicable, preferentemente, para motores de aviación que comprende, al menos, una carcasa (2) en que se integran una pluralidad de palas (3) que, movidas por la acción de un mecanismo para comprimir el flujo de aire que pasa a su través, describen una trayectoria (t) no circular con, al menos, un tramo rectilíneo (a).

De preferencia, la carcasa (2) externa que define un raíl (21) que presenta una configuración en forma de cerco oblongo que define la trayectoria (t) que siguen las palas (3) y que comprende dos tramos rectilíneos (a) paralelos y dos tramos semicirculares (b).

Más concretamente, en una forma de realización preferida, la turbina (1) comprende:

- una carcasa (2) externa que actúa de estátor que define internamente un raíl (21) que presenta una configuración en forma de cerco oblongo que guía el movimiento de desplazamiento de una pluralidad de palas (3) acopladas al mismo por un extremo distal o punta (31), donde la trayectoria que siguen las palas (3) en dicho raíl (21) contempla dos tramos rectilíneos (a) paralelos y dos tramos semicirculares (b) que unen los respectivos extremos de los tramos rectilíneos (a);

- un sistema de transmisión (4) mecánica que transmite movimiento a las palas (3) proporcionando potencia a la turbina (1);

- un pluralidad de soportes (5) que, acoplados al extremo distal o punta (31) de cada pala (3), sirven de nexo entre las palas (3) y el raíl (21) de la carcasa (2) estátor, asegurando que las palas (3) siguen la trayectoria oblonga del raíl (21), que la distancia media entre palas (3) se mantiene constante y actuando como interfaz con el sistema de transmisión (4); y

- una pluralidad de palas (3) idénticas y equidistantes que, al moverse dentro de la carcasa (2) estátor, proporcionan el trabajo dinámico sobre el flujo de aire, estando asociadas por un extremo (31) al raíl (21) que define dicho estátor a través de los soportes (5).

De preferencia, las palas (3) tienen una configuración rectangular de sección curva tal que, por un primer extremo distal o punta (31) se unen, mediante los soportes (5), al raíl (21) de la carcasa (2) estátor y por el extremo opuesto (32) se acoplan a un elemento de guiado central (6).

De preferencia, como se observa en las figuras 3 y 4, los soportes (5), para asegurar la trayectoria de las palas (3) en el raíl (21), además de vástagos (51) de unión con las mismas en su cara interna, comprenden unos rodamientos (52, 53) que contactan con la pared del raíl (3) que define la carcasa (2) estator, asegurando que las palas (3) siguen la trayectoria oblonga del raíl (21), y con unos elementos distanciadores (54) que aseguran que la distancia media entre palas (3) se mantiene constante.

En la forma de realización preferida, el raíl (21) tiene una configuración de sección en C y los soportes (5) cuentan con rodamientos cilíndricos (52) en sus laterales y con rodamientos esféricos (53) en sus respectivas bases superior e inferior, tal que unos y otros contactan con todas las paredes internas de dicho raíl (21).

Además, los soportes (5) también presentan unas protuberancias (55) en su cara externa en las que se traban los dientes (41) de la rueda dentada (4) que conforma el sistema de transmisión de la turbina, la cual, como se observa en la figura 5, se incorpora en un espacio lateral (22) previsto al efecto en la carcasa (2) quedando parcialmente insertada en una ranura (23) practicada en el raíl (21) tal que se acopla a los soportes (5) en dichas protuberancias (55) que actúan como interfaz procurando el movimiento continuo de los mismos y, a su vez, el de las palas (3).

Atendiendo las figuras 6 y 7 se observa, de manera esquemática, la posición que ocuparía la turbina (1) oblonga de la invención en una aeronave (v) (figura 6) y la diferencia con una turbina circular (1’) que constituye el estado actual de la técnica (figura 7), proporcionando las ventajas que se ha señalado en párrafos anteriores, es decir, que la velocidad media de las palas (3) sea mayor, aumentando la compresión y disminuyendo el consumo del motor, que la integración en la estructura de la aeronave (v) será más sencilla, que la velocidad de salida media del aire al pasar el compresor esté más próxima a la dirección que marca el eje del motor y que, para la misma compresión y gasto másico del motor, el área sea menor, por lo que la huella térmica de calor también sea menor.

Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Turbina oblonga que, consistente en un compresor de flujo, aplicable particularmente para motores de aviación, está caracterizada por comprender una carcasa (2) en que se integran una pluralidad de palas (3) que, movidas por la acción de un mecanismo para comprimir el flujo de aire que pasa a su través, describen una trayectoria (t) no circular con, al menos, un tramo rectilíneo (a).

2. - Turbina oblonga, según la reivindicación 1, caracterizada por comprender una carcasa (2) externa que define un raíl (21) que presenta una configuración en forma de cerco oblongo que define la trayectoria (t) que siguen las palas (3) y que comprende dos tramos rectilíneos (a) paralelos y dos tramos semicirculares (b).

3. - Turbina oblonga, según la reivindicación 2, caracterizada por comprender:

4. - Turbina oblonga, según la reivindicación 3, caracterizada porque las palas (3) tienen una configuración rectangular tal que, por un primer extremo distal o punta (31) se unen, mediante los soportes (5), al raíl (21) de la carcasa (2) estátor y por el extremo opuesto (32) se acoplan a un elemento de guiado central (6).

5. - Turbina oblonga, según la reivindicación 3 ó 4, caracterizada porque los soportes (5) comprenden vástagos (51) de unión con las palas (3).

6. - Turbina oblonga, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada porque los soportes (5) comprenden rodamientos (52, 53) que contactan con la pared del raíl (3) que define la carcasa (2) estator,

7. - Turbina oblonga, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada porque los soportes (5) comprenden elementos distanciadores (54) que aseguran que la distancia media entre palas (3) se mantiene constante.

8. - Turbina oblonga, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada porque el raíl (21) tiene una configuración de sección en C y los soportes (5) cuentan con rodamientos cilíndricos (52) en sus laterales y con rodamientos esféricos (53) en sus respectivas bases superior e inferior, tal que unos y otros contactan con todas las paredes internas de dicho raíl (21).

9.

- Turbina oblonga, según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, caracterizada porque los soportes (5) presentan unas protuberancias (55) en que se traban los dientes (41) de una rueda dentada (4) que conforma el sistema de transmisión de la turbina.

10.

- Turbina oblonga, según la reivindicación 9, caracterizada porque la rueda dentada (4) del sistema de transmisión se incorpora en un espacio lateral (22) previsto al efecto en la carcasa (2) quedando parcialmente insertada en una ranura (23) practicada en el raíl (21) tal que se acopla a los soportes (5) en las protuberancias (55).