WO1999046481A1 - Turbina para gases y liquidos - Google Patents

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Francisco Martinez Angulo
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Francisco Martinez Angulo
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C1/00—Rotary-piston machines or engines
    • F01C1/08—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing
    • F01C1/12—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F01C1/14—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F01C1/20—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with dissimilar tooth forms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2/00—Rotary-piston machines or pumps
    • F04C2/08—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C2/12—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C2/14—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C2/20—Rotary-piston machines or pumps of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with dissimilar tooth forms

Definitions

  • the invention relates to a turbine for gases and liquids, whose obvious purpose is to provide the market and the general public with a means or system that can be operated interchangeably by circulating water or by gases, including air, to be able to move an alternator or any mechanical or electrical element, that is, the turbine that is recommended can be moved by a flow of water in motion and with pressure, for example from a hydraulic dam, so that if the turbine is connected to a generator, Electric power could be obtained for later and convenient industrial application.
  • the turbine of the invention is based on a rotor mounted inside a chamber with a liquid or gas inlet and a discharge outlet, a rotor that is provided with radial blades capable of influencing its rotation on concave channels axially provided to the effect on cylindrical elements in functions of shutters that make the entrance area of the chamber independent from the exit or discharge zone.
  • the aforementioned propellant described in said P9401057 comprises a rotor with two external radial blades, or more if necessary, which in its turn produce a vacuum and suck water from the sea that reaches them through an inlet conduit oriented in the direction of advance of the ship, so that the shovel, on its other side, pushes the water that the previous shovel had managed to introduce into a circular chamber or hollow, being that liquid driven towards an outlet or impulse conduit oriented in the opposite direction to the entrance, which will produce the advance of the ship or vessel.
  • the system or propeller itself was also complemented by a cylindrical configuration shutter, as a means to separate the suction or inlet area from the discharge or outlet area, thereby preventing a closed flow circuit from being produced together to the rotor that would significantly lower the performance of the propeller.
  • the said shutter rotates synchronously with the rotor so that the blades of the rotor impact (position) in the rotation on a longitudinal and concave groove of the shutter, allowing the rotation of the rotor without obstacles and maintaining the independence of the determined areas or
  • Synchronization is preferably achieved by means of a suitable gear set.
  • the turbine that is recommended, based on the aforementioned, presents the functional novelty that it can be moved by a flow of moving water, or by a flow of gas under pressure, or of air, etc., allowing In all cases, move the turbine and take advantage of the rotation of the turbine to move any element, from producing electrical energy before coupling a generator to the turbine outlet, to propel, vacuum, etc., gases and liquids for later use. industrial.
  • the turbine of the invention can be moved by a steam flow at any pressure, coming from a boiler, which being connected to a generator could produce electrical energy.
  • the turbine of the invention constructed with the appropriate materials, can be moved by wind force (wind) and connected to a generator to produce electrical energy.
  • the turbine can also be used as an air and smoke compressor, producing vacuum; the same would happen by moving pressurized oil flows, as a booster pump for industrial application in oil circuits, being able to move pistons, so that the same turbine receiving flow of pressurized oil will rotate and can move various industrial equipment and / or machinery.
  • the modification or improvement is basically that the shutter or shutters have a pair of longitudinal channels so that the rotor blades are positioned on them, in the rotation of the rotor.
  • the turbine may have two shutters and the rotor with four blades, without discarding other embodiments, provided that there are two channels in each shutter and also that the channels are communicated with each other to achieve a balance Optimum pressure.
  • FIG. 2 a a plan view is shown, according to a section on the horizontal plane II. II, of the same turbine, in which the arrangement of gears for synchronization of the rotor and the shutters is seen in detail.
  • the turbine for gases and liquids in a preferred embodiment, comprises a rotor (1) that rotates on an axis (2) inside a chamber or cavity (3) with a curved generatrix , with rectangular or other section, which acts as a curved cylinder, this curved chamber (3) being delimited by a housing (4) which is precisely what defines the aforementioned chamber (3).
  • a rotor (1) that rotates on an axis (2) inside a chamber or cavity (3) with a curved generatrix , with rectangular or other section, which acts as a curved cylinder, this curved chamber (3) being delimited by a housing (4) which is precisely what defines the aforementioned chamber (3).
  • four radial blades (5) are provided to perform the aspiration and / or discharge of the fluids, or to be pushed by the pressure of the gases and liquids.
  • the chamber (3) has a suction or inlet mouth (6), although it can also be a drive in case the rotor turns in the opposite direction, and also has a discharge mouth (7), which also It could be of aspiration in case the turn was the opposite.
  • the chamber (3) is also delimited by the housing part (8) comprised between the mouths (6) and (7), in which part (8) two concave seats are provided positioned by individual shutters (9) configuration cylindrical, which rotate synchronously with the rotor (1) and are affected, each of them, by a pair of cavities or longitudinal recesses (10), in diametral opposition, of a cap-shaped configuration and communicated with each other by a step or hole (11) diametral.
  • the shutters (9) rotate on corresponding axes (12) and the synchronization of the rotation with the rotor (1) is achieved by means of the gear formed by the crown (13) provided at the output of the shaft (2) of the rotor (1), and the pinions (14), one for each shutter (9), which engage simultaneously with said crown (13).
  • the rotor (1) is initially driven by an auxiliary motor (15).
  • each shutter As a result of the arrangement and characteristics of the two shutters (9), a greater volumetric efficiency of the turbine is achieved, since greater isolation is achieved between the inlet (6) and outlet (7), during the time that each blade (5) passes through the cavity or hole (10) of each shutter (9), so that the other shutter, synchronized with the first, when connected to the rotor (1) and to the cavity or curved chamber (3 ), the fluid passage to the evacuation zone will be completely closed.
  • the cavities or recesses (10) of each shutter are for the passage of each blade (5), thereby achieving a greater balance of the shutter material during its rotation, since the masses of the material are uniformly distributed, that is, equally, with respect to its axis of rotation, thereby avoiding vibrations when the speed of rotation is high.
  • the holes (11) for communicating the cavities (10) the pressures are balanced.
  • each shutter also having a single cavity (10) or more than two.
  • the blades (5) of the rotor (1) when moving as pistons inside the curved chamber (3), can receive on one of their faces the force of a steam, air or liquid under pressure, pushing them and causing the The rotor (1) rotates, so that through the axis (2) of the latter, the aforementioned rotation can be transmitted in the form of external energy to allow the coupling of an electric generator and thus obtain electrical energy for its most convenient industrial application.
  • the aforementioned rotation can be transmitted in the form of external energy to allow the coupling of an electric generator and thus obtain electrical energy for its most convenient industrial application.
  • on one of the faces of each blade if moving inside the chamber (3), it could produce vacuum and aspirate gases or liquids and on the other side push them with pressure, to compress air or liquids that in turn would serve to move other elements.
  • the shutters (9), which make two turns for each rotation of the rotor, by virtue of the gear system and its synchronization, in its continuous rotation allow its outer surface to be tangent and attached to the outer and convex surface of the rotor (1), preventing the conduits or inlets (6) and outlets (7) of gases or liquids from communicating with each other, all in such a way that said shutters (9) in their turn make isolation or isolation between the entrance and exit area, avoiding losses of flows.
  • the turbine or rather, the rotor (1) can rotate in both directions, depending on whether the gases enter through a mouth and Get out the other, and vice versa. That is to say, the turbine rotating in one direction can, for example, compress gases or liquids, while if it turns in the opposite direction it can aspirate them and produce the vacuum, allowing a better industrial use.

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Abstract

La turbina comprende un rotor giratorio (1) con palas (5) radiales y externas que barre, en su giro, una cámara curva (3) delimitada por una carcasa (4), contando tal cámara con una boca de aspiración (6) de gases o líquidos y una boca de impulsión (7), quedando ambas zonas separadas e incomunicadas por una pareja de obturadores (9) que giran sincronizadamente con el rotor (1) para que las palas (5) en sur giro se ubiquen en cavidades previstas, en numero de dos y en oposición diametral, en los obturadores (9). La turbina así constituida puede ser movida por un caudal de agua procedente, por ejemplo, de una prensa hidráulica, de manera que si tal turbina se conecta a un generador eléctrico se obtendría energía eléctrica para su uso industrial. La turbina puede también ser movida por un caudal de vapor a presión, procedente de una caldera, e incluso por gases u otros fluidos, para conseguir igualmente energía derivada del giro producido en aquella.

Description

TURBINA PARA GASES Y LÍQUIDOS
La invención se refiere a una turbina para gases y líquidos, cuya evidente finalidad es la de proporcionar al mercado y público en general un medio o sistema que puede ser accionado indistintamente mediante agua circulante o mediante gases, incluido el aire, para poder mover un alternador o cualquier elemento mecánico o eléctrico, es decir, la turbina que se preconiza puede ser movida por un caudal de agua en movimiento y con presión, procedente por ejemplo de una presa hidráulica, de manera que si la turbina se encuentra conectada a un generador, podría obtenerse energía eléctrica para su posterior y conveniente aplicación industrial. La turbina de la invención se basa en un rotor montado en el interior de una cámara con una entrada de líquido o gas y una salida de impulsión, rotor que está dotado de unas palas radiales susceptibles de incidir en su giro sobre canales cóncavos previstos axialmente al efecto en unos elementos cilindricos en funciones de obturadores que independizan la zona de entrada de la cámara respecto de la zona de salida o impulsión.
En la patente de invención española P9401057 del mismo solicitante, se describe un sistema propulsor para buques, basado en el principio de funcionamiento y estructura referidos, sistema propulsor que va montado en el interior del casco correspondiente a la zona central o de popa de la embarcación o buque. Estructuralmente, el mencionado propulsor descrito en dicha P9401057, comprende un rotor con dos palas radiales extemas, o más si fuese necesario, que en su giro producen un vacío y aspiran el agua del mar que les llega a través de un conducto de entrada orientado en el sentido de avance del buque, de manera que la pala, por su otra cara, empuja ai agua que la pala anterior había conseguido introducir en una cámara o hueco circular, siendo ese líquido impulsado hacía un conducto de salida o impulsión orientado en sentido contrario al de entrada, lo que producirá el avance del buque o embarcación.
El sistema o propulsor propiamente dicho, se complementaba además con un obturador de configuración cilindrica, como medio para independizar la zona de aspiración o de entrada respecto de la zona de impulsión o de salida , evitando con ello que se produzca un circuito cerrado de caudal junto al rotor que haría bajar considerablemente el rendimiento del propulsor. El referido obturador gira sincronizadamente con el rotor para que las palas de éste incidan (se posicionen) en el giro sobre una acanaladura longitudinal y cóncava del obturador, permitiendo el giro del rotor sin obstáculos y manteniéndose la independización de las zonas determinadas o
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) delimitadas por el obturador.
La sincronización se consigue preferentemente mediante un juego de engranajes adecuados.
Pues bien, dicho sistema se concibió como medio de propulsión de buques, es decir, en sustitución de las clásicas hélices y demás componentes de accionamiento de éstas, con numerosas y notables ventajas respecto de éstas, como se expone con detalle y claridad en dicha P9401057.
Tras numerosos ensayos y pruebas prácticas realizadas se ha comprobado que con unas mínimas variaciones, pero manteniendo el sistema descrito en sus principios fundamentales, se han obtenido resultados sorprendentes en una aplicación o utilización nueva del sistema, como turbina para gases y líquidos.
Mas concretamente, la turbina que se preconiza, basándose en lo referido con anterioridad, presenta la novedad funcional de que puede ser movida por un caudal de agua en movimiento, o bien por un flujo de gas a presión, o de aire, etc, permitiendo en todos los casos mover la turbina y aprovechar el giro de la misma para mover cualquier elemento, desde producir energía eléctrica previo acoplamiento de un generador a la salida de la turbina, hasta impulsar, aspirar, etc., gases y líquidos para su posterior utilización industrial.
Así, la turbina de la invención puede ser movida por un caudal de vapor a cualquier presión, procedente de una caldera, la cual estando conectada a un generador podría producir energía eléctrica.
De igual manera, la turbina de la invención, construida con los materiales adecuados, puede ser movida por la fuerza eólica (viento) y conectada a un generador para producir energía eléctrica. También puede utilizarse la turbina como compresor de aire y de humos, produciendo vacío; lo mismo ocurriría moviendo caudales de aceite a presión, como bomba impulsora para aplicación industrial en circuitos de aceite, pudiendo mover pistones, de manera que la misma turbina recibiendo caudal de aceite a presión girará y podrá mover aparatos y/o maquinarias diversas industriales. La modificación o mejora consiste básicamente en que el obturador u obturadores cuenten con una pareja de canales longitudinales para que sobre los mismos se vayan posicionando las palas del rotor, en el giro de éste. Concreta y preferentemente la turbina podrá contar con dos obturadores y el rotor con cuatro palas, sin descartar otras realizaciones, siempre que existan dos canales en cada obturador y que además ios canales estén comunicados entre sí para conseguir un equilibrio óptimo de presiones.
Evidentemente, y como se acaba de decir, la turbina podría funcionar correctamente con más o menos canales en cada obturador y con más o menos palas en el rotor, según la utilización industrial a la que se destine. Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se va a realizar una descripción detallada en base a un juego de dibujos que se acompaña a esta memoria descriptiva, formando parte integrante de la misma y en donde con carácter meramente orientativo y no limitativo se ha representado lo siguiente: En la figura 1a, se muestra un vista en alzado, según una sección por un plano vertical, de la turbina de la invención que podrá ser movida por gases y líquidos, así como para impulsarlos.
En la figura 2a, se muestra una vista en planta, según una sección por el plano horizontal II. II, de la misma turbina, en la que se ve con detalle la disposición de engranajes para la sincronización del rotor y de los obturadores.
En las referidas figuras se puede ver como la turbina para gases y líquidos, en una forma preferente de realización, comprende un rotor (1) que gira sobre un eje (2) en el interior de una cámara o cavidad (3) con generatriz curva, con sección rectangular u otra, que hace de cilindro curvo, estando delimitada esa cámara curva (3) por una carcasa (4) que es la que define precisamente la aludida cámara (3). En la periferia del rotor (1) se han previsto cuatro palas radiales (5) para efectuar la aspiración y/o impulsión de ios fluidos, o para ser empujados por la presión de los gases y líquidos. La cámara (3) cuenta con una boca de aspiración o de entrada (6), aunque puede ser también de impulsión en el caso de que el rotor girase en sentido contrario, y cuenta también con una boca de impulsión (7), que igualmente podría ser de aspiración en caso de que el giro fuese al contrario. La cámara (3) está delimitada también por la parte (8) de carcasa comprendida entre las bocas (6) y (7), en cuya parte (8) se han previsto dos asientos cóncavos de posicionado por sendos obturadores (9) de configuración cilindrica, los cuales giran síncronizadamente con el rotor (1) y están afectados, cada uno de ellos, de una pareja de cavidades o huecos longitudinales (10), en oposición diametral, de configuración en forma de casquete y comunicados entre sí mediante un paso u orificio (11) diametral.
Los obturadores (9) giran sobre correspondientes ejes (12) y la sincronización del giro con el rotor (1) se consigue mediante el engranaje que forman la corona (13) prevista a la salida del eje (2) del rotor (1 ), y los piñones (14), uno para cada obturador (9), que engranan simultáneamente con dicha corona (13). El rotor (1) es accionado inicialmente por un motor auxiliar (15).
Como consecuencia de la disposición y características de los dos obturadores (9) se consigue un mayor rendimiento volumétrico de la turbina, ya que se consigue un mayor aislamiento entre las bocas de entrada (6) y de salida (7), durante el tiempo que cada pala (5) atraviesa la cavidad o hueco (10) de cada obturador (9), de manera que el otro obturador , sincronizado con el primero, al estar conectado con el rotor (1) y con la cavidad o cámara curva (3), se cerrará completamente el paso del fluido hacia la zona de evacuación. Las cavidades o huecos (10) de cada obturador son para el paso de cada pala (5), consiguiéndose con ello un mayor equilibrio del material del obturador durante el giro de éste, ya que las masas del material están distribuidas uniformemente, es decir, por igual, respecto de su eje de giro, evitando con ello vibraciones cuando la velocidad de giro es elevada. En virtud de los orificios (11) de comunicación de las cavidades (10) se consigue equilibrar las presiones. Evidentemente la turbina podría funcionar correctamente con mayor o menor número de palas, pudiendo igualmente tener cada obturador una sola cavidad (10) o mas de dos.
Las palas (5) del rotor (1), al desplazarse como pistones por el interior de la cámara curva (3), pueden recibir por una de sus caras la fuerza de un vapor, aire o líquido a presión, empujándolas y haciendo que el rotor (1 ) gire, de manera que a través del eje (2) de éste el aludido giro puede ser transmitido en forma de energía externa para permitir el acoplamiento de un generador eléctrico y obtener así energía eléctrica para su aplicación industrial más conveniente. Igualmente, por una de las caras de cada pala, ai desplazarse dentro de la cámara (3), podría producir vacío y aspirar gases o líquidos y por la otra cara impulsarlos con presión, para comprimir aire o líquidos que a su vez servirían para mover otros elementos.
Por su parte, los obturadores (9), que realizan dos giros por cada giro del rotor, en virtud del sistema de engranajes y su sincronización, en su giro continuo permiten que su superficie exterior quede tangente y adosada a la superficie exterior y convexa del rotor (1), impidiendo que los conductos o bocas de entrada (6) y salida (7) de gases o líquidos se comuniquen entre sí, todo ello de manera tal que dichos obturadores (9) en su giro realizan el aislamiento o incomunicación entre la zona de entrada y la de salida, evitando pérdidas de caudales.
Finalmente, y como se ha indicado con anterioridad la turbina, o mejor dicho, el rotor (1) puede girar en ambos sentidos, según que los gases entren por un boca y salgan por la otra, y viceversa. Es decir, la turbina girando en un sentido puede, por ejemplo, comprimir gases o líquidos, mientras que si gira en sentido contrario puede aspirarlos y producir el vacío, posibilitando una mejor utilización industrial.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1a.- Turbina para gases y líquidos, constituyéndose a partir de un rotor (1) que gira sobre un eje
(2) en el interior de una cámara curva
(3) delimitada por una carcasa
(4) arqueada, contando aquella con una boca de entrada o aspiración (6) y una boca de salida o impulsión (7), y en donde el rotor (1) cuenta con unas palas radiales y externas
(5) que se desplazan en giro en el interior de la cámara (3), barriendo ésta; estando independizadas la entrada y salida mediante, al menos, un obturador (9) que gira sincronizadamente con el rotor (1), mediante un engranaje adecuado formado por una corona (13) prevista en el eje (2) del rotor (1), y un piñón (14) previsto en el eje de giro (12) del respectivo obturador (9), se caracteriza porque incluye dos obturadores (9) que cuenta con una pareja de cavidades o huecos longitudinales (10), de fondo cóncavo, dispuestos en oposición diametral para determinar medios de ubicación, en el giro del rotor, para las distintas palas (5) de éste, en orden a conseguir por un lado una aspiración de gases o líquidos que accediesen a través de una boca de entrada (6), así como un empuje o impulsión a presión de dichos gases o líquidos a través de una boca de salida (7), proporcionando un giro del rotor (1) para permitir el aprovechamiento de la energía en giro de su eje (2) para mover un generador eléctrico u otro elemento acopiado en aquel.
2a.- Turbina de gases y líquidos, de acuerdo con la reivindicación 1a, caracterizada porque el rotor (1) es susceptible de girar en ambos sentidos, convirtiéndose la boca de entrada o de aspiración (6) en boca de impulsión, y la boca de impulsión (7) en boca de entrada o aspiración y viceversa.
3a.- Turbina de gases y líquidos, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las dos cavidades o huecos longitudinales (10) de cada obturador (9) están comunicadas entre sí mediante un orificio transversal (11), para conseguir equilibrar las presiones en determinados momentos del giro de cada obturador (9).
4a.- Turbina de gases y líquidos, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las cavidades o huecos (10) de cada obturador (9), están realizadas en oposición diametral y son iguales para determinar un equilibro de las masas determinadas a uno y otro lado de dichas cavidades.
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