MOTOR PARA RUEDA HIDRAULICA
Campo de la Invención La solución técnica se refiere al equipo para el cambio del potencial hidro-energético del flujo de agua a la energía mecánica con la posibilidad de transformación adicional de la energía en otra forma.
Antecedentes de la Invención En el presente existen muchos tipos de los equipos utilizados en el mundo para la transformación del potencial hidroenergético del flujo de agua a la energía mecánica con la posibilidad de transformarse esta energía en otra forma. Según su diseño y la manera de la transformación de energía se dividen en ruedas hidráulicas y turbinas hidráulicas. Las ruedas hidráulicas se accionan por impulse superior, medio e inferior. Las ruedas hidráulicas con impuso superior utilizan energía potencial del agua. Estas son de tipo cubeta, rotando entre el nivel superior e inferior del agua. El agua del nivel superior fluye en las cubetas y hace girar la rueda a través de gravedad de agua; el agua fluye fuera del nivel inferior. Las condiciones operativas de las ruedas hidráulicas con impulse superior son: diferencia de nivel de agua de 3 a 12 m, flujo de agua de 0.3 a 1.0 m^s"1 Las ruedas hidráulicas con impulso medio e inferior son del tipo de paletas, su eje de rotación están arriba del flujo inferior, creado por caudal que proviene del nivel superior. La rueda hidráulica con impulso medio usa parcialmente la energía potencial y parcialmente la energía cinética del caudal de agua entre las paletas de la rueda hidráulica aproximadamente al nivel del eje de rotación de la rueda hidráulica. La rueda hidráulica con impulso medio utiliza parcialmente la energía potencial y parcialmente la energía cinética del caudal de agua entre las paletas de la rueda hidráulica aproximadamente en el eje de rotación de la rueda. Estas se representan por las ruedas de Sagebien, Zuppinger y Piccard. Las ruedas hidráulicas con impulso inferior utilizan solamente energía cinética de flujo de agua entre las paletas en dirección tangencial en la parte inferior de la rueda hidráulica. La representante de este tipo de rueda es la rueda Poncelet . Las paletas de la rueda hidráulica son planas, o ligeramente inclinadas en el plano perpendicular al eje de rotación de la rueda hidráulica. Las condiciones de operación entre los niveles de agua de 0.5 a 4.0 m, las tasas de flujo de 0.5 a 4.0 m3. s"1. La eficiencia de las ruedas hidráulicas se mueve de 60 a 70 %. La ventaja de ruedas hidráulicas es su diseño sencillo y el precio bajo. Su desventaja es su eficiencia baja y un rango pequeño de condiciones de operación. La eficiencia baja es causada por la forma de la paleta y su resistencia entrando agua. El rango pequeño de resultados de condiciones de operación de la relación entre la dimensión de rueda hidráulica y la diferencia de niveles de agua. Las turbinas hidráulicas se clasifican de acuerdo con el tipo de energía hidráulica que utilizan, al tipo isobárico y de sobre presión y de acuerdo con la dirección de flujo de la turbina hidráulica hacia el radial axial, radial-axial , diagonal, tangencial con flujo oblicuo y doble flujo. Las turbinas isobáricas -Pelton y turbina de Banki, toman la energía cinética del agua . La turbina de Pelton es del tipo tangencial.
El agua se suministra a través de un tubo de presión con una boquilla en su extremo, donde su energía de presión se transforma en cinética y la corriente de agua es rociada en dirección tangencial sobre las paletas de turbina en forma de espacio a lo largo de la circunferencia del rotor de la turbina. El rotor de la turbina gira en el aire sobre el nivel más bajo de agua. El eje de rotación puede ser horizontal y vertical. Los rangos de operación son: La diferencia entre los niveles de agua de 30 a 900 m, las tasas de flujo de 0.02 a 1.0 ra3. s"1. La eficiencia se mueve hacia arriba hasta 91%. La turbina de Banki con el doble el flujo radial por la- rueda de paletas tiene un eje horizontal de rotación. Las paletas de la rueda toman la energía cinética del caudal de agua fuera de la aleta de regulación, localizado inmediatamente encima de la rueda de turbina. Las condiciones operativas son: La diferencia entre niveles de agua de 1.5 a 50 M, las tasas de flujo de 0.02 a 1.5 m3.s"1. La eficiencia se mueve hasta 85%. Los representantes de turbinas de sobrepresión de agua son: Turbina Kaplan, turbina Francisci, y sus modificaciones diferentes, por ejemplo la llamada turbina de propulsor o de succión. La turbina de Kaplan es del tipo axial . Las condiciones de operación son: La diferencia entre los niveles de agua de 1.5 a 75 m, las tasas de flujo de 0.2 a 20 m3.s_1. La eficiencia se mueve de 88 a 95%. La turbina de Francis es del tipo radial-axial. Los rangos de operación son: La diferencia entre los niveles de agua de 10 a 400 m, las tasas de flujo de 0.05 a 15 m3.s_1. La eficiencia se mueve de 88 a 95%. La ventaja de las turbinas hidráulicas tiene un amplio rango de condiciones de operación y una eficiencia más alta. Su desventaja es el equipo complicado y el precio alto.
Descripción de la Invención En la solución técnica propuesta las ventajas de rueda hidráulica, el diseño sencillo y el precio bajo, se combinan con las ventajas de turbina de agua; el motor de la rueda hidráulica, para uso energético del potencial hidroenergético del flujo de agua, consiste de un dispositivo de salida, un dispositivo de drenaje, la rueda y las paletas isobáricas fijadas a la rueda, que puede girar alrededor del eje de la rotación . La rueda con paletas isobáricas fijas gira alrededor de su eje de rotación y tiene tal posición, en la relación al dispositivo del drenaje, que todos los puntos de las paletas están en el plano de cero o a una distancia mayor sobre el plano, que es idéntico o más bajo y al mismo tiempo paralela al plano que limita el espacio de dispositivo de drenaje que contiene agua. El eje de rotación de la rueda con paletas isobáricas puede ser vertical, horizontal u oblicuo. El dispositivo de salida, gracias a su forma y posición del eje en relación con la rueda de paletas isobáricas, guía el caudal de agua, creado por el potencial de agua hidroenergético , hacia las paletas isobáricas fijas a la rueda. Las paletas isobáricas toman la energía cinética del caudal de agua en éstas y ejercer fuerza en ellas, y cambian esta energía a energía mecánica del movimiento rotatorio de la rueda. Las paletas isobáricas, debido a su forma, el tamaño, la posición en relación a la corriente de la agua, la dirección, la forma de su trayectoria y velocidad relativa de su movimiento contra la corriente de agua, determina la eficiencia de la transformación de energía cinética de agua a energía mecánica. El diseño de la rueda permite la transportación adicional de su energía de movimiento de rotación, obtenida por medio de las paletas isobáricas de la energía cinética del agua, hacia otros equipos técnicos . El caudal de agua, guiada por el equipo de salida sobre las paletas isobáricas de la rueda, después de darles su energía cinética, en la superficie del agua que es idéntica o inferior y al mismo tiempo paralela al plano limitando el espacio del dispositivo de drenaje que contiene agua, el cual se localiza debajo de la rueda. Descripción de los Dibujos Figura 1 - diagrama explicativo de la naturaleza de la solución técnica del motor de la rueda hidráulica Figura 2 - Pequeña planta de energía hidroeléctrica con canal de entrada, flecha de presión, motor de rueda hidráulica con eje de rotación horizontal . Figura 3 - pequeña planta de energía hidroeléctrica con canal de entrada, flecha de presión, y rueda de agua con eje de rotación vertical. Figura 4 - pequeña planta de energía hidroeléctrica con canal de entrada, deslizamiento de agua y motor de rueda hidráulica con e e de rotación horizontal. Figura 5 - pequeña planta de energía hidroeléctrica con nivel de agua levantado por un amortiguador de acero y con cuatro motores de rueda hidráulica independientes con eje de rotación horizontal.
Figura 6 - pequeña planta de energía hidroeléctrica en vertedero del flujo de agua con motor de rueda hidráulica con eje de rotación vertical. Figura 7 - pequeña planta de energía hidroeléctrica en el vertedero levantado con. motor de rueda hidráulica con eje de rotación horizontal. Figura 8 - pequeña planta de energía hidroeléctrica en el sobre flujo sobre el amortiguador de acero del flujo de agua con motor de rueda hidráulica y con eje de rotación horizontal. Ej emplos La solución técnica propuesta en la Figura 2 se utilizó para el ' diseño de una pequeña planta de energía hidroeléctrica de categoría de micro plantas, con el nivel de diferencia de 2.8 m, tasa de flujo de 0.125 a 1.0 m3. s"1 y con capacidad instalada de 22 kW. El equipo en la Figura 2 consiste de canal de entrada del nivel de agua superior 3, flecha de presión 12, dispositivo de regulador de salida 1, regulador de flotador 11 del equipo de salida 1, paletas isobáricas 4 fijas sobre la rueda 5 con eje de rotación horizontal 18, dispositivo de drenaje 6, transmisión de fricción 7, generador 8, partes eléctricas de la micro planta de energía eléctrica 9, estructura portadora del equipo El canal de entrada para el nivel superior 3 guía el agua en la flecha de presión 12, donde el agua, a través de actuar por presión hidrostatica de columna, roela a través del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5, que crea la torsión en la rueda 5 incrustada sobre el eje de rotación horizontal 18 en la estructura del equipo. La torsión se transmite desde la rueda 5 a través de la transmisión de fricción 7 al generador 8. El agua de las paletas 4 cae en la superficie del agua, que es idéntica al plano 21 y esta es idéntica con el plano 19 o está en posición más baja y al mismo tiempo está paralela con el plano 19 limitando el nivel superior del agua que contiene el dispositivo de drenaje 6. La parte eléctrica 9 de la micro planta de energía asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión del generador 8 en la red pública de electricidad. El regulador del flotador 11 mantiene, a través de regular el dispositivo de salida 1, el nivel constante superior de agua 3, ignorando el suministro de agua en el canal de entrada. La solución técnica propuesta en la Figura 3 se utilizó para el diseño de una pequeña planta de energía hidroeléctrica de categoría micro planta, con el nivel de diferencia de 2.0 m, tasa de flujo de 0.25 a 2.0 m3. s"1 y con capacidad instalada de 30 kW. El equipo en la Figura 3 consiste de un canal de entrada de nivel de agua superior 3, flecha de presión 12, dispositivo regulador de salida 1, regulador 11 del equipo de salida 1, con sensor opto-electrónico de nivel de agua, paletas isobáricas 4 fijas a la rueda 5 con eje de rotación vertical 18, dispositivo de drenaje 6, transmisión de fricción 7, generador 8, parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica 9, estructura portadora del equipo 10. El canal de entada para el nivel superior 3 guía el agua en la flecha de presión 12, donde el agua, a través de actuar la presión hidrostática de la columna de agua, roela por medio del dispositivo de salida 1 en dirección del eje 2 del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5, que crean la torsión en la rueda 5 incrustada en el eje de rotación vertical 18 en la estructura del equipo 10. La torsión se transmite desde la rueda 5 a través de la caja de engranes 7 hacia el generador 8. El agua de las paletas 4 cae en la superficie de agua, que es idéntica al plano 21 y éste es idéntico con el plano 19 o está en la posición inferior y al mismo tiempo está paralelo al plano 19 limitando el nivel superior del agua que contiene el dispositivo de drenaje 6. La parte eléctrica 9 de la micro planta de energía eléctrica asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión del generador 8 en la red pública de electricidad. El regulador 11 del dispositivo de salida 1 con sensor opto electrónico del nivel de agua mantiene, por medio de regulación del dispositivo de salida 1, constante el nivel de agua superior 3, ignorando el suministro de agua en el canal de entrada. La solución técnica propuesta en la Figura 4 se utilizó para el diseño de una pequeña planta de energía hidroeléctrica de la categoría de micro planta, con el nivel de diferencia de 4.0 m, tasa de flujo de 0.035 a 0.28 m3. s"1 y con capacidad instalada de 37 kW. El equipo está diseñado con respecto a la alta velocidad del agua lograda en la salida de la rueda de manera que las revoluciones de la rueda son idénticas a las revoluciones requeridas para el generador y es necesario el cambio de velocidad. El equipo en la Figura 4 consiste de un canal de entrada de nivel s de agua superior 3, un deslizador de agua 15, un dispositivo de salida 1, paletas isobáricas 4, fijas a la rueda 5 con eje de rotación horizontal 18, dispositivo de drenaje 6, generador 8, parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica 9, portando una estructura de canal 13 , estructura que porta el equipo 10. El canal de entrada del nivel superior 3 guia el agua del deslizador de agua 15, donde el potencial energético del agua, a través de actuar por fuerza de gravedad, se cambia en energía cinética, la cual hace que el agua se active a través del dispositivo de salida 1 en la dirección del eje 2 del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5 que crea la torsión en la rueda 5 incrustada en el eje de rotación horizontal 18 en la estructura del equipo 10. La torsión se transmite de la rueda 5 directamente al generador 8. El agua de las paletas 4 cae en la superficie del agua, que es idéntica al plano 21 y este es idéntico al plano 19 o está en posición más baja y al mismo tiempo paralela al plano 19 limitando el nivel superior del dispositivo de drenaje que contiene el agua 6. La parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión del generador 8 en la red pública de electricidad. La solución técnica propuesta en la Figura 5 se utilizó para el diseño de una pequeña planta de energía hidroeléctrica con la diferencia de nivel de 4.2 m, la tasa de flujo de 0.375 a 12.0 m3.s_:I y con la capacidad instalada de 380 kW . El equipo en la Figura 5 consiste de la presa que' levanta el flujo hacia el nivel superior 3, cuatro equipos de salida 1, regulador del equipo de salida 11 con sensor opto-electrónico de nivel de agua, cuatro ruedas 5 con paletas isobáricas fijas 4 y con eje de rotación horizontal 18, dispositivo de drenaje 6, cuatro transmisiones de fricción 7a, cuatro cajas de engranes 7b, cuatro generadores 8, la parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica 9 y de la estructura portadora del equipo 10. La presión hidrostática de la columna de agua, creada a través de levantar el nivel superior del agua 3, rocía el agua a través de los dispositivos de salida 1 en la dirección del eje 2 de los dispositivos de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de las ruedas 5, que crean la torsión en las ruedas 5 incrustadas en el eje de rotación horizontal 18 en la estructura portadora del equipo 10. La torsión se transmite de las ruedas 5 a través de la transmisión de fricción 7a y las cajas de engranaje 7b hacia los generadores 8. El agua de las paletas 4 cae en la superficie del agua, que es idéntica al plano 21 y esto es idéntico con el plano 19 o está en posición inferior y al mismo tiempo paralelo con el plano 19 limitando el nivel superior del dispositivo de drenaje que contiene agua 6. La parte eléctrica 9 de la micro planta de energía eléctrica asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión de los generadores 8 en la red pública de electricidad. El regulador 11 de los dispositivos de salida 1 con el sensor opto-electrónico del nivel de agua mantiene, a través de regular los dispositivos de salida 1, constante el nivel de agua superior 1, ignorando el suministro de agua hacia la presa de levantamiento de flujo. La solución técnica propuesta en la Figura 6 se utilizó para el diseño de una pequeña planta de energía hidroeléctrica en el vertedero con la diferencia de nivel de 3.1 m, tasa de flujo 0.06 a 0.5 rr^.s"1 y con capacidad instalada de 11 kW. El equipo en la Figura 4 consiste del deslizadora de agua de entrada 15, dispositivo de salida 1, paletas isobáricas 4 fijas en la rueda 5 con eje de rotación vertical 18, dispositivo de drenaje 6, caja de engranes 7, generador 8, parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica 9 y de la estructura portadora del equipo 10. El vertedero levanta el nivel de agua superior 3 y el agua corren sobre el borde superior del vertedero donde se cambia el potencial hidro energético del agua que cae en el deslizadora de agua 15, a través de la actuación de la fuerza de gravedad, en energía cinética, que hace que el agua se active a través del dispositivo de salida 1 en la dirección del eje 2 del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5, que crea la torsión en la rueda 5 incrustada en el eje de rotación vertical 18 en la estructura que porta el equipo 10. La torsión se transmite de la rueda 5 a través de la caja de engranes 7 hacia el generador 8. El agua desde las paletas 4 cae en la superficie del agua, que es idéntica al plano 21 y esto es idéntico al plano 19 o está en la posición inferior y al mismo tiempo está paralelo con el plano 19 limitando el nivel superior del agua que contiene el dispositivo de drenaje 6. La parte eléctrica 9 de la micro planta de energía eléctrica asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión del generador 8 en la red pública de electricidad. La solución técnica propuesta en la Figura 7 se utilizó para el diseño del equipo de irrigació ¦ en el fluido con diferencia de nivel de 2.2 m, tasa de flujo 2.2 m3.s_1, con altura de descarga de 30 m y capacidad de 100 litros/s. El equipo en la Figura 7 consiste de flecha de presión 12, dispositivo de salida 1 con regulador manual 11 del dispositivo de salida 1, paletas isobáricas 4 fijas en la rueda 5 con eje de rotación horizontal 18, dispositivo de drenaje 6, bomba centrífuga de agua 16 con caja de engranes 7, tubo de succión con colador 17, tubo de descarga 14, estructura portadora de equipo 10. Las elevaciones que levantan el nivel superior del agua 3, conectadas con la flecha de presión 12, donde el agua, a través de activar la presión hidrostática de la columna de agua, rocía a través del dispositivo de salida 1 en dirección del eje 2 del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5, que crea la torsión en la rueda 5 incrustada en el eje de rotación horizontal 18 en la estructura que porta el equipo 10. La torsión se transmite a través de la caja de engranes 1_ desde la rueda 5 en la bomba de agua centrífuga 16, que succiona el agua desde el espacio levantado de nivel de agua a través del tubo con colador 17 y la descarga a través del tubo de descarga 14 en el sistema de irrigación agrícola. El agua de las paletas 4 cae en la superficie del agua cae en la superficie del agua, que es idéntico al plano 21 y ésta es idéntica al plano 19 o está en posición inferior y al mismo tiempo está paralela al plano 19 limitando el nivel superior del dispositivo de drenaje 6 que contiene agua. La salida del equipo se controla a través de un regulador manual 11 del dispositivo de salida 1.
La solución técnica propuesta en la Figura 8 se utilizó para el diseño de una micro planta de energía eléctrica en el vertedero existente con diferencia de nivel de 3.0 m, tasa de flujo 0.125 a 1.0 m3. s_1 y con capacidad instalada de 22.5 kW. El equipo en la Figura 8 consiste de la guia del caudal de agua que funciona como el dispositivo de salida 1, paletas isobáricas 4 fijas en la rueda 5 con eje de rotación horizontal 18, dispositivo de drenaje 6, transmisión de banda 7, generador 8, parte eléctrica de la micro planta de energía eléctrica 9 y de la estructura portadora de equipo 10 móvil. El vertedero levanta el nivel superior del agua 3 y el agua corre sobre el borde superior del vertedero donde el agua que cae cambia el potencial hidroenergético en energía cinética, que hace que el agua activando la gula del caudal de agua, cumpliendo con la función del dispositivo de salida 1, en la dirección del eje 2 del dispositivo de salida 1 en las paletas isobáricas 4 de la rueda 5, que crean la torsión en la rueda 5 incrustada en el eje de rotación horizontal 18 en la estructura portadora de equipo 10 móvil. La torsión se transmite desde la rueda 5 por medio de transmisión de banda 7 hacia el generador 8. El agua de las paletas 4 cae en la superficie del agua, que es idéntica al plano 21 y ésta es idéntica al plano 19 o está en posición inferior y al mismo tiempo está paralela con el plano 19 limitando el nivel superior del dispositivo de drenaje 6 que contiene el agua. La parte eléctrica 9 de la micro planta de energía eléctrica asegura los parámetros técnicos requeridos para la conexión del generador 8 en la red pública de electricidad. El varillaje mecánico de la estructura del portador del equipo 10 móvil con el amortiguador asegura su posición mutua de manera que el agua que cae se dirige a la guía del caudal, cumpliendo la función del dispositivo de salida 1, sin importar cuál es la posición del amortiguador.
Utilidad Industrial La solución técnica propuesta, el motor de rueda hidráulico, puede utilizarse ara impulse mecánico de equipos en el sitio donde se tenga disponible el potencial hidroenergético , en el rango de condiciones de operación requeridas.