WO2011107816A1

WO2011107816A1 - Variable-speed tube turbine

Info

Publication number: WO2011107816A1
Application number: PCT/IB2010/000452
Authority: WO
Inventors: Crescencio Di Iorio
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2011-09-09
Anticipated expiration: 2012-09-05
Also published as: GB2491536B; GB201217614D0; GB2491536A

Abstract

The invention relates to a variable-speed tube turbine which includes: a stationary main conduit (3) receiving a mass of fluid coupled to a secondary conduit (1) for outputting a mass of fluid, and a mobile conduit (4) secured to a radial-flow rotor (12), both of which are arranged coaxially to one another by means of an assembly unit made up of a cover (5), sealing gaskets (6), bearings (7), an attachment ring (8), spacers (9, 10) and a locknut (11); an outer frame (17) and a flange (2) adjacent to the stationary main conduit (3); a bucket (13) and a deflector (14) directing the flow of fluid inside the rotor (12) towards vanes (15) having an aerodynamic profile, said fluid means being ejected by an ejector means (16) such as to rotate the rotor (12); a power intake shaft (20) secured to the rotor (12) and connected by a coupling (21) to the driven shaft (22) of a generator (23).

Description

TURBINA DE TUBOS DE VELOCIDAD VARIABLE VARIABLE SPEED PIPE TURBINE

MEMORIA DESCRIPTIVA DESCRIPTIVE MEMORY

1) CAMPO DE APLICACIÓN 1) APPLICATION FIELD

La invención consiste en una "Turbina de tubos de velocidad variable" para convertir una energía de un fluido en una energía mecánica" constituido por una combinación de elementos estructurales vinculados operativamente entre sí con el fin de obtener un alto rendimiento en la generación de fuerza motriz tanto eléctrica como mecánica. The invention consists of a "variable speed tube turbine" for converting an energy of a fluid into a mechanical energy "constituted by a combination of structural elements operatively linked to each other in order to obtain a high performance in the generation of driving force. both electrical and mechanical.

2) ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN 2) BACKGROUND OF THE INVENTION

Existen en el estado de la técnica diversos Aparatos, mecanismos, dispositivos, publicados en documentos de patentes que merecen ser comentadas por su importancia para la generación de fuerza motriz, entre los cuales podemos citar: There are various apparatus, mechanisms, devices in the state of the art, published in patent documents that deserve to be commented on because of their importance for the generation of driving force, among which we can mention:

* La publicación americana US 6,365,985 B1, divulga un conjunto de turbina y generador de electricidad dispuesto a la salida de un equipo de aire acondicionado, aprovechando el flujo de masa de aire para el accionamiento del conjunto y producir energía. * The American publication US 6,365,985 B1, discloses a turbine and electricity generator set arranged at the exit of an air conditioning unit, taking advantage of the mass air flow to drive the assembly and produce energy.

*La publicación inglesa GB 2173260, divulga un conjunto de turbina de flujo radial y elementos asociados aplicados en la salida de ios gases de escape emitidos en los motores de combustión interna vehiculares e industriales. * English publication GB 2173260 discloses a set of radial flow turbine and associated elements applied at the outlet of the exhaust gases emitted in the internal combustion engines of vehicles and industrial vehicles.

^*La publicación española ES 2100363, divulga un aparato para la conversión de energía de columna de agua oscilante usando una turbina de características particulares de diseño para la generación de fuerza motriz. ^* The Spanish publication ES 2100363 discloses an apparatus for converting oscillating water column energy using a turbine of particular design characteristics for the generation of motive force.

^*La publicación europea EP 1108890, divulga un generador eólico de energía para automóviles, constituido por una pluralidad de cuerpos giratorios provistos de paletas radiales o álabes solidarios de un único eje transversal a un conducto ^* European publication EP 1108890, discloses a wind power generator for cars, consisting of a plurality of rotating bodies provided with radial vanes or integral blades of a single axis transverse to a duct

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VERSION CORREGIDA ancho y achatado ubicado longitudinalmente entre las ruedas laterales de un automóvil y debajo de su carrocería, estando dicho eje montado giratoriamente en rodamientos coplanares con la cara superior del conducto, de manera que la mitad superior de los cuerpos giratorios con sus respectivas paletas se asoman para arriba de la misma cara superior atravesando una ventana horizontal provista en ella, en condiciones tales que al transitar el automóvil, se produce debajo de su carrocería de aire orientada por dicho conducto hacia atrás y hace rotar a los cuerpos giratorios para hacer funcionar un transformador de energía mecánica en eléctrica. CORRECTED VERSION wide and flat longitudinally located between the side wheels of a car and under its body, said shaft being rotatably mounted on coplanar bearings with the upper face of the duct, so that the upper half of the rotating bodies with their respective vanes are shown to above the same upper face through a horizontal window provided therein, in conditions such that when the car is traveling, it is produced under its air body oriented by said duct backwards and rotates the rotating bodies to operate a transformer of mechanical energy in electrical.

Citaremos otros documentos publicados que merecen ser comentados por su importancia en el arte previo US 4,660,390, US 4,892,138, US 4,996,850, US 5,512,788, US 6,097,104, ES 2000521, divulgan diversas modalidades con características técnicas de gran importancia de dispositivos /aparatos/ mecanismos para convertir una energía de un fluido en trabajo o energía mecánica. We will cite other published documents that deserve to be commented on because of their importance in the prior art US 4,660,390, US 4,892,138, US 4,996,850, US 5,512,788, US 6,097,104, ES 2000521, disclose various modalities with very important technical characteristics of devices / devices / mechanisms to convert an energy of a working fluid or mechanical energy.

3) BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS En la figura 1, se ilustra una vista de un corte longitudinal del objeto de la invención, según el eje representativo geométrico axial (X-X). 3) BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows a view of a longitudinal section of the object of the invention, along the axial geometric representative axis (X-X).

En la figura 2, se ilustra una vista esquemática de la sección longitudinal del conjunto móvil compuesto por el conducto y rotor de flujo radial. In figure 2, a schematic view of the longitudinal section of the mobile assembly consisting of the radial flow duct and rotor is illustrated.

En la figura 3, se ilustra una vista esquemática lateral del conjunto móvil (conducto-rotor de flujo radial). A schematic side view of the mobile assembly (radial flow duct-rotor) is illustrated in Figure 3.

En la figura 4, se ilustra una vista esquemática del rotor de flujo radial en sentido de giro. A schematic view of the radial flow rotor in the direction of rotation is illustrated in Figure 4.

En la figura 5, se ilustra una vista esquemática de una modalidad de la invención, utilizando una polea de transmisión como elemento de accionamiento ó acople a otros medios. In figure 5, a schematic view of an embodiment of the invention is illustrated, using a transmission pulley as drive element or coupling to other media.

4) DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN 4) DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

En las figuras 1 a 5 se reflejan los elementos característicos que conforman a la "Turbina de tubos de velocidad variable", para convertir una energía de un fluido en una energía mecánica, y ellos son: Figures 1 to 5 show the characteristic elements that make up the "Variable Speed Tube Turbine", to convert an energy of a fluid into a mechanical energy, and they are:

1) Conducto secundario de salida de masa de fluido, tanto líquido como gaseoso (ilustrado en forma punteada) 1) Secondary fluid mass outflow duct, both liquid and gas (illustrated in dotted form)

2) Brida de montaje 2) Mounting flange

3) Conducto principal fijo, receptor de masa de fluido 3) Fixed main duct, fluid mass receiver

4) Conducto móvil 4) Mobile duct

5) Tapa 5) Cover

6) Juntas de estanqueidad (sellos) 6) Seals (seals)

7) Rodamientos 7) Bearings

8) Anillo de fijación 8) Fixing ring

9) Distanciador 9) Spacer

10) Distanciador 10) Spacer

11 ) Tuerca con seguro 11) Nut with insurance

12) Rotor de flujo radial 12) Radial flow rotor

13) Cubo del rotor 13) Rotor hub

14) Deflector director de flujo de fluido 14) Fluid flow director deflector

15) Alabes del rotor de perfil aerodinámico 15) Aerodynamic profile rotor blades

16) Tubos eyectores de fluido 16) Fluid ejector tubes

17) Bastidor 17) Frame

18,19) Bridas del bastidor 18.19) Frame flanges

20) Eje de toma de fuerza solidario al rotor 20) PTO shaft attached to the rotor

21) Acoplamiento 21) Coupling

22) Eje conducido 22) Driven shaft

23) Generador eléctrico. 23) Electric generator.

24) Polea 24) Pulley

25) Chaveta 26) Tuercas de fijación 25) Key 26) Fixing nuts

X-X) Eje geométrico axial X-X) Axial geometric axis

Mf) Masa de fluido Mf) Mass of fluid

S1) Salida de flujo de fluido S1) Fluid flow outlet

En todas las figuras, los mismos números de referencia indican elementos iguales ó correspondientes. In all figures, the same reference numbers indicate the same or corresponding elements.

De acuerdo con la fig. 1, correspondiente a una primera modalidad de realización, dicha turbina comprende un conducto principal fijo (3) montado sobre un conducto secundario (1) de salida de masa fluida (Mf) (dibujado en línea de trazos) por medio de una brida de montaje (2) cooperante con otra similar en el conducto secundario (1) y unidas ambas por sujetadores roscados pudiendo utilizarse otros medios equivalentes para conexión de conductos. According to fig. 1, corresponding to a first embodiment, said turbine comprises a fixed main duct (3) mounted on a secondary duct (1) of fluid mass outlet (Mf) (drawn in dashed line) by means of a mounting flange (2) cooperating with a similar one in the secondary conduit (1) and joined both by threaded fasteners and other equivalent means can be used for conduit connection.

Sobre dicho conducto fijo (3) va montado en forma rotativa el conducto móvil (4) sustentado por medio de rodamientos (7) dispuestos sobre dicho conducto fijo (3) por medio de un anillo de fijación (8) , distanciador (9) y tuerca con seguro (11) fijándose axiaimente en posición por medio de la tapa (5) y distanciador (11). La estanqueidad del montaje se logra por medio de las juntas de estanqueidad (6) que operan sobre áreas correspondientes en el conducto (4).Como se entenderá el tipo de rodamientos, de distanciadores, de sellos así como los ajustes y terminaciones superficiales de las partes cooperantes puede variar dentro de las reglas de diseño conocidas del arte para el montaje de rodamientos sin alterar su función. On said fixed duct (3) the mobile duct (4) supported by means of bearings (7) arranged on said fixed duct (3) is rotatably mounted by means of a fixing ring (8), spacer (9) and nut with lock (11) being fixed axially in position by means of the cover (5) and spacer (11). The tightness of the assembly is achieved by means of the seals (6) that operate on corresponding areas in the conduit (4). How will be understood the type of bearings, spacers, seals as well as the adjustments and superficial terminations of the Cooperating parts may vary within the known design rules of the art for mounting bearings without altering their function.

El conducto móvil (4), ver además figura 2, se prolonga formando el rotor de flujo radial (12) compuesto por su parte central o cubo (13) del cual se proyectan una pluralidad de álabes de perfil aerodinámico (15) angularmente equidistantes. En el interior del cubo (13) se dispone un deflector director del flujo de fluido (14), presentando dichos álabes salidas de fluido igualmente orientadas en ios eyectores (16) en sus extremos libres, ver figura 4. En su aspecto operativo, la masa de fluido ( f) proveniente del conducto de fuente de suministro de fluido circula y es recepcionado en el interior del conducto principal fijo (3) cuya energía se desea aprovechar y luego se desplaza a través del elemento deflector y guiador de flujo (14) de fluido empujándolo al mismo hacia en interior de las paredes de los álabes (15) de perfil aerodinámicos y con salida en sus extremos de tubos eyectores (16),con una dirección de salida S1 para el máximo aprovechamiento de la energía del fluido que circula a través del rotor. Vinculado en forma externa al cubo del rotor (13) y orientado axialmente con el eje X-X, se proyecta el eje de toma de fuerza (20) cuya cooperación con los medios receptores de energía se explicará más adelante. The mobile duct (4), see also figure 2, is extended forming the radial flow rotor (12) composed of its central part or hub (13) from which a plurality of angularly equidistant aerodynamic profile blades (15) are projected. Inside the hub (13) there is a direct fluid flow deflector (14), said fluid outlets having equally oriented ejectors (16) at their free ends, see figure 4. In its operative aspect, the mass of fluid (f) coming from the fluid supply source conduit circulates and is received inside the fixed main conduit (3) whose energy it is desired to take advantage of and then travels through the deflector element and fluid flow guide (14) by pushing it into the walls of the aerodynamic profile blades (15) and with outlet at its ends of ejector tubes (16), with an exit direction S1 for maximum use of the energy of the fluid circulating through the rotor. Linked externally to the rotor hub (13) and axially oriented with the XX axis, the PTO shaft (20) is projected whose cooperation with the energy receiving means will be explained later.

La turbina se complementa en esta modalidad de realización con un bastidor portante (17) separable en partes por medio de bridas intermedias (18) para facilitar el montaje del conjunto .Dicho bastidor es solidario en un extremo a la brida de montaje (2), presenta bridas intermedias (18) y culmina en su extremo opuesto en otra brida (19) para el montaje de un medio receptor de la energía rotativa disponible, por ejemplo un generador eléctrico (23). The turbine is complemented in this embodiment with a supporting frame (17) separable into parts by means of intermediate flanges (18) to facilitate assembly of the assembly. Said frame is integral at one end to the mounting flange (2), It has intermediate flanges (18) and culminates at its opposite end in another flange (19) for the assembly of a means for receiving the available rotary energy, for example an electric generator (23).

Constructivamente el bastidor puede conformarse por brazos vinculantes de las bridas o por sendas cubiertas que admiten aberturas para la salida del fluido o una combinación de cubiertas y brazos de acuerdo con particulares características del diseño. Constructively, the frame can be formed by binding arms of the flanges or by covered paths that allow openings for the exit of the fluid or a combination of covers and arms according to particular design features.

El eje de toma de fuerza (20), se vincula a un eje conducido (22) de un medio receptor de la energía tal como un generador eléctrico (23) por medio de un acoplamiento representado esquemáticamente por la referencia (21) siendo el mismo preferentemente del tipo elástico , aunque no limitativo. The power take-off shaft (20) is linked to a driven shaft (22) of an energy receiving means such as an electric generator (23) by means of a coupling schematically represented by the reference (21) being the same preferably of the elastic type, although not limiting.

La figura 5 muestra una segunda modalidad de realización en la cual puede prescindirse de una parte del bastidor o de su totalidad y el eje de toma de fuerza es perfilado en su extremo libre para recibir una polea (24) fijada por medio de P T/IB2010/000452 una chaveta (25) y tuercas de fijación (26). Figure 5 shows a second embodiment in which a part of the frame or its entirety can be dispensed with and the power take-off shaft is profiled at its free end to receive a pulley (24) fixed by means of PT / IB2010 / 000452 a key (25) and fixing nuts (26).

El rotor debido a su constitución presenta un óptimo aprovechamiento de la energía cinética de fluido y puede funcionar con pequeñas potencias y reducidas velocidades. The rotor due to its constitution has an optimal use of kinetic fluid energy and can operate with small powers and reduced speeds.

De acuerdo con todo lo precedente expuesto e ilustrado, resulta fácil comprender las ventajas de orden práctico que ofrece dicha "Turbina de tubos de velocidad variable", para convertir una energía de un fluido en una energía mecánica, por lo tanto las reivindicaciones anexas cubren el alcance de la invención. In accordance with the foregoing and illustrated above, it is easy to understand the practical advantages offered by said "Variable Speed Tube Turbine", to convert an energy of a fluid into a mechanical energy, therefore the appended claims cover the scope of the invention.

Claims

Having described and determined the nature of the present invention and how to put it into practice, it is claimed to claim as property and exclusive right:

1) Variable speed tube turbine, to convert an energy of a fluid into a mechanical energy, coupled to a secondary duct (1) of fluid mass outlet (Mf) either in a liquid or gaseous state, characterized in that it is constituted by a fixed main conduit (3) fluid mass receiver (Mf) and a mobile conduit (4) integral with a radial flow rotor (12) arranged coaxially with each other and associated through a structure composed of an external frame ( 17) and a flange (2) attached to said fixed conduit (3); and both ducts (2,4) are supported by a mounting assembly consisting of: a cover (5), gaskets (6), bearings (7), fixing ring (8), spacers (9,10), and a nut with lock (1); inside the rotor (12) there is a hub (13) and a fluid flow director deflector (14) from which said fluid is circulated through the blades of aerodynamic profile (15) and out through ejector tube means ( 16) fluid outlet (S1) producing the rotation of the rotor and integral with it, there is a power take-off shaft (20) linked to a coupling (21), and to a driven shaft (22) of an electric generator ( 2. 3).

2) Variable speed tube turbine, to convert an energy of a fluid into a mechanical energy, according to claim No. 1, characterized in that the deflector (14) has an upward curvilinear flow director profile inside the walls of the rotor blades (15) (12).

3) Variable speed tube turbine, to convert an energy of a fluid into a mechanical energy, characterized in that a part of the frame or its entirety is dispensed with and the PTO shaft is profiled at its free end to receive a pulley (24) fixed by means of a key (25) and fixing nuts (26).