ES2766999B2 - ENERGY GENERATING TURBINE DRIVEN BY A CURRENT OF AIR AND A FLUID - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
TURBINA GENERADORA DE ENERGÍA ACCIONADA POR UNA CORRIENTE DE AIRE Y UN FLUIDOENERGY GENERATING TURBINE DRIVEN BY A CURRENT OF AIR AND A FLUID
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
Es objeto de la presente invención, tal y como el título de la invención establece, una turbina generadora de energía accionada por una corriente de aire y un fluido, donde la corriente de aire puede ser bien por aire a presión o por vacío desalojando un volumen de fluido para a continuación por acción de la fuerza de la gravedad de un fluido producir el giro de la turbina de forma continua, pudiéndose conectar el eje de la turbina a un generador eléctrico.It is the object of the present invention, as the title of the invention establishes, an energy generating turbine driven by an air stream and a fluid, where the air stream can be either by pressurized air or by vacuum dislodging a volume of fluid to then by action of the force of gravity of a fluid produce the rotation of the turbine continuously, being able to connect the turbine shaft to an electric generator.
Caracteriza a la presente invención la especial configuración y diseño de todas y cada una de las piezas que conforman la turbina y en particular por el hecho de ser una turbina de accionamiento mixto, aire bien a presión o vacío y un fluido de la densidad que se quiera, donde el aire o cualquier otro gas a presión introducido produce el desalojo del fluido y éste por acción de la fuerza de la gravedad producir un giro en la turbina.The present invention is characterized by the special configuration and design of each and every one of the parts that make up the turbine and in particular by the fact that it is a mixed drive turbine, air either under pressure or vacuum and a fluid of the density that is want, where the air or any other gas under pressure introduced produces the evacuation of the fluid and this by action of the force of gravity produces a rotation in the turbine.
Por lo tanto, la presente invención se circunscribe dentro del ámbito de las turbinas generadoras de energía, su diseño y configuración.Therefore, the present invention is circumscribed within the field of power generating turbines, their design and configuration.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Una turbina hidráulica es una turbomáquina motora hidráulica, que aprovecha la energía de un fluido que pasa a través de ella para producir un movimiento de rotación que, transferido mediante un eje, mueve directamente una máquina o bien un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en eléctrica, así son el órgano fundamental de una central hidroeléctrica.A hydraulic turbine is a hydraulic motor turbomachine that takes advantage of the energy of a fluid that passes through it to produce a rotational movement that, transferred through a shaft, directly moves a machine or an electrical generator that transforms mechanical energy into This is how they are the fundamental organ of a hydroelectric plant.
Una turbina de gas, es una turbomáquina motora, cuyo fluido de trabajo es un gas. Como la compresibilidad de los gases no puede ser despreciada, las turbinas de gas son turbomáquinas térmicas. Comúnmente se habla de las turbinas de gas por separado de las turbinas ya que, aunque funcionan con sustancias en estado gaseoso, sus características de diseño son diferentes, y, cuando en estos términos se habla de gases, no se espera un posible cambio de fase, en cambio cuando se habla de vapores sí. A gas turbine is a motor turbine, whose working fluid is a gas. As the compressibility of gases cannot be neglected, gas turbines are thermal turbomachines. Gas turbines are commonly spoken of separately from turbines since, although they work with substances in the gaseous state, their design characteristics are different, and, when in these terms we speak of gases, a possible phase change is not expected. On the other hand, when it comes to vapors, yes.
Por otro lado, en algunas industrias por el tipo de equipamiento que tienen compresores, grupos de vacío, etcétera se generan sobrantes tanto de aire a baja presión como de vacío que no son utilizados energéticamente hablando para la generación de energía.On the other hand, in some industries, due to the type of equipment that have compressors, vacuum groups, etc., surpluses of both low pressure air and vacuum are generated that are not used energetically speaking for the generation of energy.
Por lo tanto, es objeto de la presente invención desarrollar una turbina que permite el aprovechamiento del aire expulsado o vacío generado en la admisión y no aprovechado por las máquinas tales como compresores para la generación de energía eléctrica, desarrollando una turbina como la que a continuación se describe y queda recogida en su esencialidad en la reivindicación primera.Therefore, it is the object of the present invention to develop a turbine that allows the use of the expelled air or vacuum generated in the intake and not used by machines such as compressors for the generation of electrical energy, developing a turbine like the one below It is described and is collected in its essentiality in the first claim.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Es objeto de la presente invención una turbina generadora de energía accionada por una corriente de aire y por un fluido.The object of the present invention is an energy generating turbine driven by a stream of air and by a fluid.
La corriente de aire puede ser cualquier aire con cualquier presión, siendo solamente necesario que cuente con la energía latente suficiente como para vencer la presión que ejerce la columna del fluido empleado.The air stream can be any air with any pressure, being only necessary that it has enough latent energy to overcome the pressure exerted by the column of fluid used.
El fluido, es un fluido líquido preferentemente que puede ser de baja densidad como el agua, o de muy alta densidad como el mercurio, incrementando su rendimiento a mayor densidad del líquido, y, por tanto, pudiéndose reducir su tamaño (el diámetro de la propia turbina) según se incrementa la densidad del líquido para generar iguales potencias.The fluid is preferably a liquid fluid that can be of low density such as water, or of very high density such as mercury, increasing its performance at a higher density of the liquid, and, therefore, being able to reduce its size (the diameter of the own turbine) as the density of the liquid increases to generate equal powers.
La turbina comprende una carcasa exterior en forma de cilindro con el eje en disposición horizontal con relación al terreno en cuyo interior hay montado un rodete giratorio cilíndrico y montado axialmente respecto de la carcasa exterior de manera que se define un volumen en forma corona cilíndrica por cuyo interior giran unos álabes o aspas que emergen radialmente del rodete giratorio y en cuyo interior en una mitad aproximada actúa el aire por la presión que es inyectado y en la otra mitad aproximada hay un fluido que actúa sobre los álabes o aspas por acción de la fuerza de la gravedad, también cuenta con un conducto de entrada de aire que está en conexión con una pieza de acoplamiento montada sobre el eje del rodete giratorio pudiendo girar el rodete giratorio respecto de la pieza de acoplamiento, donde la pieza de acoplamiento es hueca en al menos de parte de la longitud de su eje y está provista de un conducto radial inclinado respecto de la vertical, donde el rodete giratorio cuenta con una serie de conductos de conexión que enfrentados durante su giro con el conducto radial inclinado permiten el paso del aire desde el conducto de entrada a través del conducto radial inclinado y del conducto de conexión enfrentado en ese momento hasta el volumen en forma de corona cilindrica, por otro lado, la carcasa exterior cuenta con una abertura inferior y otra abertura superior conectadas mediante un conducto de recirculación que permiten la salida y elevación del fluido hacia la parte superior de la turbina.The turbine comprises an outer casing in the shape of a cylinder with the axis in a horizontal arrangement in relation to the ground, inside which a cylindrical rotating impeller is mounted and mounted axially with respect to the outer casing in such a way that a cylindrical crown-shaped volume is defined by which Inside some blades or blades that emerge radially from the rotating impeller rotate and inside of which the air acts in an approximate half by the pressure that is injected and in the other approximate half there is a fluid that acts on the blades or blades by force action of gravity, it also has an air inlet duct that is in connection with a coupling piece mounted on the axis of the rotating impeller, the rotating impeller being able to rotate with respect to the coupling piece, where the coupling piece is hollow at the same time. less than part of the length of its axis and is provided with a radial duct inclined with respect to the vertical, where the rotating impeller cue nta with a series of connection ducts that face each other during their rotation with the inclined radial duct they allow the passage of air from the inlet duct through the inclined radial duct and the connecting duct facing at that time to the cylindrical crown-shaped volume, on the other hand, the outer casing has an opening lower and another upper opening connected by a recirculation duct that allow the exit and elevation of the fluid towards the upper part of the turbine.
El aire o cualquier otro gas a presión se dispone en una mitad del volumen en forma de corona cilíndrica y es necesario para desalojar el fluido ocupando el espacio desalojado, y tras el desalojo del fluido por acción del aire a presión, el resto del fluido por la acción de la fuerza de la gravedad produce un giro por el par ejercido por la el fluido sobre los álabes.The air or any other gas under pressure is arranged in one half of the volume in the shape of a cylindrical crown and is necessary to dislodge the fluid by occupying the dislodged space, and after the fluid is dislodged by the action of pressurized air, the rest of the fluid by the action of the force of gravity produces a rotation due to the torque exerted by the fluid on the blades.
Entre el rodete y la pieza de acoplamiento se puede disponer una pieza intermedia giratoria también provista con una serie de conductos intermedios. Esta pieza intermedia giratoria serviría para poder extraer el movimiento giratorio a través del eje, quedando esta pieza intermedia giratoria unida al rodete giratorio y los conductos intermedios están en número y ubicación tal que quedan enfrentados a los conductos de conexión del rodete giratorio.Between the impeller and the coupling piece a rotatable intermediate piece can be arranged also provided with a series of intermediate conduits. This rotating intermediate piece would serve to be able to extract the rotating movement through the shaft, this rotating intermediate piece being attached to the rotating impeller and the intermediate conduits are in number and location such that they are facing the connecting conduits of the rotating impeller.
El número y disposición de los conductos de conexión y en su caso si los hubiera de los conductos intermedios es igual al número de álabes o aspas y están ubicados en el espacio intermedio comprendido entre dos aspas adyacentes.The number and arrangement of the connection ducts and, if applicable, intermediate ducts, is equal to the number of blades or blades and they are located in the intermediate space between two adjacent blades.
Se pueden disponer varias turbinas concatenadas en serie de manera que el conducto de salida del aire se convierta en conducto de entrada de la siguiente turbina montada aguas abajo con objeto de poder aprovechar toda la energía latente del aire.Several turbines can be arranged in series so that the air outlet duct becomes the inlet duct of the next turbine mounted downstream in order to be able to take advantage of all the latent energy of the air.
La turbina generadora de energía objeto de la invención puede tener varios usos:The power generating turbine object of the invention can have several uses:
- Puede servir en la transformación de energías almacenadas en forma de aire comprimido.- It can be used to transform stored energy in the form of compressed air.
- Permite aprovechar las presiones sobrantes de aire o vapor después de haber pasado por las turbinas existentes en la actualidad- It allows to take advantage of the excess pressures of air or steam after having passed through the turbines that currently exist
- Permite transformar la energía almacenada en aire líquido al pasar del estado líquido a gaseoso a poca presión.- Allows the energy stored in liquid air to be transformed by going from a liquid to a gaseous state at low pressure.
- Permite aprovechar las presiones en el circuito de retorno de fábricas que utilicen aire comprimido. - It allows to take advantage of the pressures in the return circuit of factories that use compressed air.
Salvo que se indique lo contrario, todos los elementos técnicos y científicos usados en la presente memoria poseen el significado que habitualmente entiende un experto normal en la técnica a la que pertenece esta invención. En la práctica de la presente invención se pueden usar procedimientos y materiales similares o equivalentes a los descritos en la memoria.Unless otherwise indicated, all technical and scientific elements used herein have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains. Methods and materials similar or equivalent to those described herein can be used in the practice of the present invention.
A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones la palabra "comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención.Throughout the description and the claims, the word "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics, additives, components or steps. For those skilled in the art, other objects, advantages and characteristics of the invention will emerge in part of the description and part of the practice of the invention.
EXPLICACION DE LAS FIGURASEXPLANATION OF THE FIGURES
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente.To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of a practical embodiment thereof, a set of drawings is attached as an integral part of said description. where by way of illustration and not limitation, the following has been represented.
En la figura 1, podemos observar una vista frontal del interior de la turbina objeto de la invención.In figure 1, we can see a front view of the inside of the turbine object of the invention.
En la figura 2, podemos observar una sección transversal realizado por un plano vertical que corta diametralmente la turbina objeto de la invención.In figure 2, we can see a cross section made by a vertical plane that diametrically cuts the turbine object of the invention.
En la figura 3 se muestra en detalle el interior de la turbina donde tiene lugar la transmisión del aire desde el exterior hacia los álabes de la turbina.Figure 3 shows in detail the inside of the turbine where the air is transmitted from the outside to the turbine blades.
En la figura 4 se muestra otra representación que ejemplifica el principio de funcionamiento.Figure 4 shows another representation that exemplifies the principle of operation.
En la figura 5 se muestra la disposición concatenada de varias turbinas donde se aprovecha el aire de salida de cada turbina hacia la siguiente con objeto de lograr un aprovechamiento máximo.Figure 5 shows the concatenated arrangement of several turbines where the outlet air of each turbine is used towards the next in order to achieve maximum use.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN.PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION.
A la vista de las figuras se describe seguidamente un modo de realización preferente de la invención propuesta.In view of the figures, a preferred embodiment of the proposed invention.
En las figuras 1 ó 2 ó 3 podemos observar el interior de la turbina generadora de energía accionada por una corriente de aire o por un fluido, donde la turbina comprende una carcasa exterior (1) cilíndrica cuyo eje está en disposición horizontal con relación al terreno en cuyo interior hay montado un rodete giratorio (2) también cilíndrico y montado axialmente respecto de la carcasa exterior (1) de manera que se define un volumen en forma corona cilíndrica (4) por cuyo interior giran unos álabes o aspas (3) que emergen radialmente del rodete giratorio (2).In Figures 1 or 2 or 3 we can see the interior of the energy-generating turbine driven by an air stream or by a fluid, where the turbine comprises a cylindrical outer casing (1) whose axis is horizontal in relation to the ground. inside which there is mounted a rotating impeller (2), also cylindrical and mounted axially with respect to the outer casing (1) in such a way as to define a volume in the form of a cylindrical crown (4) through which blades or blades (3) rotate that emerge radially from the rotating impeller (2).
La turbina generadora de energía cuenta con un conducto de entrada (5) a través del cual se inyecta o se hace pasar el aire accionador de los álabes o aspas (3). Dicho conducto de entrada (5) está en conexión con una pieza fija o pieza de acoplamiento (6) montada en el eje de la turbina, donde dicha pieza de acoplamiento (6) a lo largo de parte de la longitud de su eje y está provista de un conducto radial inclinado (7) respecto de la vertical. Dicha pieza de acoplamiento (6) está montada axialmente respecto de una pieza intermedia giratoria (8) y a través de la cual se puede extraer el movimiento giratorio hacia el exterior. Dicha pieza intermedia giratoria (8) está provista de una serie de conductos de conexión intermedios (9) que permiten la conducción del aire accionador desde el conducto radial inclinado (7) hacia los conductos de conexión (10) con los que cuenta el rodete giratorio (2) y a través de los cuales se permite la llegada del aire hacia el volumen en forma de corona cilíndrica (4)The power generating turbine has an inlet duct (5) through which the air driving the blades or blades (3) is injected or passed. Said inlet duct (5) is in connection with a fixed part or coupling part (6) mounted on the turbine shaft, where said coupling part (6) along part of the length of its axis and is provided with an inclined radial duct (7) with respect to the vertical. Said coupling part (6) is mounted axially with respect to a rotating intermediate part (8) and through which the outward rotary movement can be extracted. Said rotating intermediate piece (8) is provided with a series of intermediate connection ducts (9) that allow the driving air from the inclined radial duct (7) to the connection ducts (10) with which the rotating impeller has (2) and through which the air is allowed to reach the volume in the form of a cylindrical crown (4)
Sobre la pieza intermedia giratoria (8) está montado el rodete giratorio (2) de manera solidaria de modo que ambos giran conjuntamente.On the rotating intermediate piece (8) the rotating impeller (2) is mounted integrally so that both rotate together.
La denominada pieza intermedia giratoria (8) y el rodete giratorio (2) pueden conformarse en pieza única debidamente diseñados, por lo tanto podríamos hablar que sobre la pieza de acoplamiento (6) se monta de forma un conjunto giratorio provisto de una serie de conductos que ponen en comunicación el volumen en forma de corona cilíndrica (4) con el conducto radial inclinado (7), lo que permite el paso del aire desde el conducto de entrada (5) a través del conducto radial inclinado (7) de la pieza de acoplamiento (6) hacia el volumen en forma de corona cilíndrica (4) y en consecuencia desalojar el fluido existente entre álabes o aspas, donde el fluido en su avance y por acción de la fuerza de la gravedad produce el giro de la turbina de forma continua y con tan solo la colaboración de un gas a presión.The so-called rotating intermediate piece (8) and the rotating impeller (2) can be formed into a properly designed single piece, therefore we could speak that a rotating assembly provided with a series of ducts is mounted on the coupling piece (6). that put the volume in the form of a cylindrical crown (4) in communication with the inclined radial duct (7), which allows the passage of air from the inlet duct (5) through the inclined radial duct (7) of the part of coupling (6) towards the volume in the form of a cylindrical crown (4) and consequently dislodge the fluid existing between blades or blades, where the fluid in its advance and by action of the force of gravity produces the rotation of the turbine of continuously and with only the collaboration of a pressurized gas.
El número de conductos que ponen en comunicación el conducto radial inclinado (7) de la pieza de acoplamiento (6) y por ende el conducto de entrada (5) con el volumen en forma cilindrica es igual al número de álabes o aspas (3) y su disposición es tal que quedan montados en el espacio intermedio entre dos álabes o aspas (3) consecutivas.The number of ducts connecting the inclined radial duct (7) of the coupling piece (6) and therefore the inlet duct (5) with the volume in cylindrical shape is equal to the number of blades or blades (3) and their arrangement is such that they are mounted in the intermediate space between two blades or blades (3) consecutive.
Los álabes o aspas (3) cuentan con una curvatura para favorecer en el intercambio aire agua en un volumen de intercambio (13) muy importante para el rendimiento hacer el intercambio lo antes posibleThe blades or blades (3) have a curvature to favor the exchange of air-water in an exchange volume (13) very important for the performance, make the exchange as soon as possible
En la figuras 3, 4 y 5 puede observarse cómo el volumen en forma de corona cilíndrica (4) en su parte izquierda está ocupado por aire (11) inyectado en dicho volumen por la parte inferior mientras que la parte derecha del volumen en forma de corona cilíndrica (4) está ocupado por un fluido (12) que por acción de la fuerza de la gravedad produce un par de giro al accionar los álabes o aspas (3).In Figures 3, 4 and 5 it can be seen how the volume in the form of a cylindrical crown (4) in its left part is occupied by air (11) injected into said volume from the lower part while the right part of the volume in the form of The cylindrical crown (4) is occupied by a fluid (12) which, by the action of the force of gravity, produces a torque when driving the blades or blades (3).
En la figura 2 se puede observar cómo la carcasa exterior (1) cilíndrica está conformada por dos paredes circulares o tapas circulares (1.1) en disposición enfrentada y unidas por un cierre perimetral (1.2) sobre el que en su parte superior hay realizada una abertura superior (1.3) mientras que en la parte inferior del cierre perimetral (1.2) hay realizada una abertura inferior (1.4).In figure 2 it can be seen how the cylindrical outer casing (1) is made up of two circular walls or circular covers (1.1) facing each other and joined by a perimeter closure (1.2) on which an opening is made in its upper part upper (1.3) while in the lower part of the perimeter closure (1.2) there is a lower opening (1.4).
Sobre la abertura superior, tal y como se muestra en la figura 1, hay colocado un volumen de intercambio (13) provisto de una conducto de salida superior (14) a través del cual sale el aire previamente circulado por la turbina.Above the upper opening, as shown in figure 1, there is placed an exchange volume (13) provided with an upper outlet duct (14) through which the air previously circulated by the turbine exits.
La abertura inferior (1.4) y la abertura superior (1.3) de la carcasa exterior (1) cilíndrica quedan conectados por un conducto de recirculación (15) de manera que el fluido que sale a través de la abertura inferior (1.4) es elevado por el aire a presión inyectado a través del conducto de entrada (5) y conducido de nuevo hacia la abertura superior (1.3) con un caudal y velocidad variable, según presión y caudal de aire inyectado en la posición (5) generando un empuje adicional al álabe o aspas (3) de la parte superior para continuar su proceso de generación de energía.The lower opening (1.4) and the upper opening (1.3) of the cylindrical outer casing (1) are connected by a recirculation conduit (15) so that the fluid exiting through the lower opening (1.4) is raised by the pressurized air injected through the inlet duct (5) and led back to the upper opening (1.3) with a variable flow and speed, according to pressure and flow of air injected in position (5) generating an additional thrust to the blade or blades (3) from the upper part to continue its power generation process.
En la figura 5 se observa la disposición concatenada de varias turbinas como la que es objeto de la invención de manera que el conducto de salida (14) de una primera turbina se convierte en el conducto de entrada (5) de la turbina dispuesta a continuación de manera que se aprovecha toda la energía latente el aire inyectado inicialmente hasta que no sea posible extraer energía alguna.Figure 5 shows the concatenated arrangement of several turbines such as the one that is the object of the invention so that the outlet conduit (14) of a first turbine becomes the inlet conduit (5) of the turbine arranged below in such a way that all the latent energy is used in the air initially injected until it is not possible to extract any energy.
Gracias a las características constructivas descritas se puede extraer la energía latente del aire expulsado por máquinas industriales aunque sea aire a baja presión, pudiendo incluso servir para acoplamiento de máquinas de vacío y poder aprovechar la energía resultante del desplazamiento del aire.Thanks to the construction characteristics described, the latent energy can be extracted from the air expelled by industrial machines, even if it is air at low pressure, and can even be used for coupling vacuum machines and be able to take advantage of the energy resulting from the displacement of the air.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba, siempre que no altere, cambie o modifique su principio fundamental. Having sufficiently described the nature of the present invention, as well as the manner of putting it into practice, it is stated that, within its essentiality, it may be carried out in other embodiments that differ in detail from that indicated by way of example. , and to which the protection sought will also be achieved, provided that it does not alter, change or modify its fundamental principle.
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2018
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