ES1308744U - DOUBLE-ACTING HYDROSTATIC CYLINDER (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
DOUBLE-ACTING HYDROSTATIC CYLINDER (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) Download PDFInfo
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
CILINDRO HIDROSTÁTICO DE DOBLE EFECTODOUBLE-ACTING HYDROSTATIC CYLINDER
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNIQUE SECTOR
La presente invención se enmarca dentro del sector de la técnica relacionado con los elementos mecánicos. The present invention is part of the technical sector related to mechanical elements.
Presenta un cilindro de doble efecto accionado por la presión hidrostática que presenta el agua a las entradas de las cámaras anterior o posterior debido a la profundidad con respecto al nivel superior de la acumulación a la que se ha instalado el cilindro. It has a double-acting cylinder activated by the hydrostatic pressure that water presents to the entrances of the anterior or posterior chambers due to the depth with respect to the upper level of the accumulation to which the cylinder has been installed.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Los cilindros de doble efecto existentes en el mercado son accionados por la entrada forzada por medio de bombas de algún tipo de fluido, llámese aire, agua o aceite. The double-acting cylinders on the market are activated by the forced entry through pumps of some type of fluid, be it air, water or oil.
La presente invención propone un cilindro de doble efecto que aprovecha la presión hidrostática del agua cuando se presenta en las tuberías de entradas del cilindro debido a la profundidad a la que se encuentra el mismo con respecto al nivel en superficie. The present invention proposes a double-acting cylinder that takes advantage of the hydrostatic pressure of water when it occurs in the cylinder inlet pipes due to the depth at which it is located with respect to the surface level.
Por tanto, no necesita ninguna bomba auxiliar que fuerce la entrada y la salida de agua para desplazar el émbolo y realizar su trabajo. Therefore, it does not need any auxiliary pump to force water in and out to move the plunger and do its job.
A mayor profundidad que se instale el cilindro, mayor será la presión de entrada y por tanto, mayor será el trabajo que pueda desarrollar. The deeper the cylinder is installed, the greater the inlet pressure and therefore the greater the work it can perform.
El cilindro no está sumergido en el agua sino que se instala en terreno seco a una determinada profundidad desde donde se instalan tuberías por donde circula el agua a presión hasta las entradas al cilindro. The cylinder is not submerged in water but is installed in dry ground at a certain depth from where pipes are installed through which pressurized water circulates to the inlets of the cylinder.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
El cilindro hidrostático de doble efecto tiene al menos 4 entradas de agua con sus respectivas válvulas de control y al menos dos salidas con sus respectivas válvulas de control. The double-acting hydrostatic cylinder has at least 4 water inlets with their respective control valves and at least two outlets with their respective control valves.
El ciclo del cilindro hidrostático sería el siguiente: The hydrostatic cylinder cycle would be as follows:
a) Las válvulas de entrada de agua de la cámara anterior se abren, la válvula de salida de la cámara anterior se cierra, las válvulas de entrada de la cámara posterior se cierran y la válvula de salida de la cámara posterior se abre. El agua con presión hidrostática comienza a entrar en la cámara anterior haciendo desplazar el émbolo mientras el agua en la cámara posterior es forzada a salir. a) The anterior chamber water inlet valves open, the anterior chamber outlet valve closes, the posterior chamber inlet valves close, and the posterior chamber outlet valve opens. Water with hydrostatic pressure begins to enter the anterior chamber, moving the plunger while water in the posterior chamber is forced out.
b) Al finalizar el émbolo su recorrido, la cámara anterior está llena de agua a presión y la cámara posterior está vacía. b) At the end of the piston's stroke, the anterior chamber is filled with pressurized water and the posterior chamber is empty.
c) Ahora el proceso se invierte. Las válvulas de entrada de agua de la cámara anterior se cierran, la válvula de salida de la cámara anterior se abre, las válvulas de entrada de la cámara posterior se abren y la válvula de salida de la cámara posterior se cierra. El agua con presión hidrostática comienza a entrar en la cámara posterior haciendo desplazar el émbolo en sentido contrario mientras el agua en la cámara anterior es forzada a salir. c) Now the process is reversed. The anterior chamber water inlet valves close, the anterior chamber outlet valve opens, the posterior chamber inlet valves open, and the posterior chamber outlet valve closes. Water with hydrostatic pressure begins to enter the posterior chamber, moving the piston in the opposite direction while the water in the anterior chamber is forced out.
d) Al finalizar el émbolo su recorrido, la cámara posterior está llena de agua a presión y la cámara anterior está vacía de agua y el ciclo vuelve a repetirse. d) At the end of the piston's stroke, the posterior chamber is filled with pressurized water and the anterior chamber is empty of water and the cycle is repeated.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña 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, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where, with an illustrative and non-limiting nature, the following has been represented. following:
(FIG. 1). Muestra el detalle de un cilindro hidrostático con cuatro entradas de agua y dos de salida. Se detallan las cámaras anterior (6) y posterior (5) del cilindro, las entrada de agua a la cámara anterior (1a) (1b) y sus respectivas válvulas de control (1) (1c), la salida de agua de la cámara anterior (3a) y su válvula de control (3), las entradas de agua a la cámara posterior (2a) (2b) y sus respectivas válvulas de control (2) (2c), la salida de agua de la cámara posterior (4a) y su válvula de control (4), el émbolo (7), el pistón (10), el radio del cilindro hidrostático (8), la carrera del cilindro (8a), el diámetro de las tuberías de entrada de agua (9), el diámetro de las tuberías de salida (9a), las tuberías de entrada de agua (11) (12) y la tubería de salida de agua (13). (FIG. 1). Shows the detail of a hydrostatic cylinder with four water inlets and two outlets. The anterior (6) and posterior (5) chambers of the cylinder are detailed, the water inlet to the anterior chamber (1a) (1b) and their respective control valves (1) (1c), the water outlet of the chamber front (3a) and its control valve (3), the water inlets to the rear chamber (2a) (2b) and their respective control valves (2) (2c), the water outlet of the rear chamber (4a ) and its control valve (4), the plunger (7), the piston (10), the radius of the hydrostatic cylinder (8), the cylinder stroke (8a), the diameter of the water inlet pipes (9 ), the diameter of the outlet pipes (9a), the water inlet pipes (11) (12) and the water outlet pipe (13).
(FIG. 2). Muestra el detalle de un cilindro hidrostático acoplado a un mecanismo piñóncremallera que sirve de ayuda para entender mejor la aplicación de la invención a la generación de energía eléctrica. Se detallan la cremallera (14) acoplada al pistón (10), el piñón (15) con su soporte (18) engranado a la cremallera que se desliza sobre unas guías (17), el eje (16), la longitud de la cremallera (19) y las tuberías de entrada (11) (12) y de salida de agua (13). (FIG. 2). It shows the detail of a hydrostatic cylinder coupled to a rack-and-pinion mechanism that helps to better understand the application of the invention to the generation of electrical energy. The rack (14) coupled to the piston (10), the pinion (15) with its support (18) geared to the rack that slides on guides (17), the shaft (16), the length of the rack are detailed. (19) and the inlet pipes (11) (12) and water outlet (13).
(FIG. 3). Muestra el esquema de una central eléctrica reversible y que sirve de ayuda para entender mejor la aplicación de la invención a la generación de energía eléctrica. En esta figura se detallan las tuberías de entrada de agua (11) (12) situadas a una determinada profundidad (20), la tubería de salida de agua (13) sobre el nivel de agua en superficie y un cilindro hidrostático acoplado al mecanismo piñón-cremallera con las tuberías de entrada y salida (11) (12) (13) y un generador (21) acoplado al piñón (15). (FIG. 3). It shows the diagram of a reversible power plant and helps to better understand the application of the invention to the generation of electrical energy. This figure details the water inlet pipes (11) (12) located at a certain depth (20), the water outlet pipe (13) above the surface water level and a hydrostatic cylinder coupled to the pinion mechanism. -rack with inlet and outlet pipes (11) (12) (13) and a generator (21) coupled to the pinion (15).
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION
Para demostrar la viabilidad teórica del uso de la presente invención se muestra a continuación su aplicación a la generación de energía eléctrica de forma reversible en un embalse. To demonstrate the theoretical viability of the use of the present invention, its application to the reversible generation of electrical energy in a reservoir is shown below.
En particular se presenta la construcción de un cilindro hidrostático con las características que a continuación se detallan acoplado a un mecanismo piñóncremallera (14) (15) para demostrar que puede generar una potencia teórica de alrededor de 34 MW en cada sentido de recorrido del émbolo: In particular, the construction of a hydrostatic cylinder with the characteristics detailed below coupled to a rack-and-pinion mechanism (14) (15) is presented to demonstrate that it can generate a theoretical power of around 34 MW in each direction of piston travel:
a) Cuatro entradas y dos salidas de agua: dos entradas (11) (12) y una salida (13) en cada cámara del cilindro: anterior (6) y posterior (5) a) Four inlets and two water outlets: two inlets (11) (12) and one outlet (13) in each chamber of the cylinder: front (6) and rear (5)
b) Profundidad de la instalación (20): H = 10 m b) Depth of the installation (20): H = 10 m
c) Diámetro del cilindro hidrostático (8): 4 m c) Diameter of the hydrostatic cylinder (8): 4 m
d) Carrera del cilindro hidrostático (8a): C = 5 m d) Stroke of the hydrostatic cylinder (8a): C = 5 m
e) Profundidad de las tuberías de entrada de agua (11) (12): 10 m e) Depth of water inlet pipes (11) (12): 10 m
f) Salida de la tubería de desagüe (13) sobre el nivel máximo del embalse: 1 m f) Exit of the drainage pipe (13) above the maximum level of the reservoir: 1 m
g) Diámetro de las tuberías de entrada de agua al cilindro (9) (1a) (1b) (2a) (2b): 0,2 m g) Diameter of the water inlet pipes to the cylinder (9) (1a) (1b) (2a) (2b): 0.2 m
h) Diámetro de las tuberías de salida de agua del cilindro (9a) (3a) (4a): 0,2 m h) Diameter of the cylinder water outlet pipes (9a) (3a) (4a): 0.2 m
Las entradas de agua a las cámaras anterior (1a) (1b) y posterior (2a) (2b) hacen desplazarse el pistón (10) con la cremallera acoplada (14) describiendo un movimiento lineal alternativo que se convierte en circular en el piñón (15). The water inlets into the anterior (1a) (1b) and posterior (2a) (2b) chambers cause the piston (10) to move with the attached rack (14) describing an alternative linear movement that becomes circular in the pinion ( fifteen).
Las salidas de agua del cilindro se realizan de forma forzada cuando tras abrir las válvulas de salida (3) (4), el émbolo (7) fuerza al agua a salir por la tubería de desagüe (13). El agua sale a través de esta tubería a 1 metro sobre el nivel máximo de agua del embalse para ser reutilizada. The water outlets from the cylinder are forced when, after opening the outlet valves (3) (4), the plunger (7) forces the water to come out through the drain pipe (13). The water leaves through this pipe at 1 meter above the maximum water level of the reservoir to be reused.
El piñón (15) está finalmente acoplado o directamente al eje del generador eléctrico (16), o a éste, a través de algún mecanismo de transformación de velocidad angular para ajustarla a los parámetros del generador. The pinion (15) is finally coupled either directly to the shaft of the electric generator (16), or to it, through some angular velocity transformation mechanism to adjust it to the parameters of the generator.
Con estos parámetros, la presión de agua en atmósferas en cada una de las entradas según la profundidad de la instalación, H, sería: With these parameters, the water pressure in atmospheres in each of the inlets depending on the depth of the installation, H, would be:
P=(0,1H)+1 =( 0,1 -10 m) 1= 2atmP=(0.1H)+1 =( 0.1 -10 m) 1= 2atm
La superficie del émbolo (7) sería: The surface of the plunger (7) would be:
Por tanto, la fuerza que las dos entradas de agua ejercen en el émbolo en la cámara posterior (5) sería: Therefore, the force that the two water inlets exert on the piston in the posterior chamber (5) would be:
Según el teorema de Torricelli, la velocidad del agua por las tuberías de entrada al cilindro (11) (12) sería: According to Torricelli's theorem, the velocity of the water through the inlet pipes to the cylinder (11) (12) would be:
Por otro lado, la fuerza máxima que ejerce la columna de agua presente en la tubería de salida (13) sobre el émbolo (7) en la cámara anterior (6) cuando se abre su válvula de salida (3) sería: On the other hand, the maximum force exerted by the column of water present in the outlet pipe (13) on the piston (7) in the anterior chamber (6) when its outlet valve (3) is opened would be:
De esta forma, la potencia teórica que el cilindro hidrostático puede generar en la cámara posterior (5) sería: In this way, the theoretical power that the hydrostatic cylinder can generate in the rear chamber (5) would be:
La potencia teórica que se genera cuando entra el agua a la cámara anterior (6) será algo inferior puesto que habrá que descontar la superficie del pistón de la superficie del émbolo. The theoretical power that is generated when the water enters the anterior chamber (6) will be somewhat lower since the surface of the piston will have to be deducted from the surface of the piston.
La carrera del cilindro hidrostático (8a) y la longitud de la cremallera (19) deben ser iguales. Cuanto mayor sea la carrera del cilindro, mayor será el tiempo que la instalación está generando a la misma potencia teórica antes de volver a repetir el ciclo en sentido inverso. Con los parámetros anteriores, el tiempo de recorrido que es el mismo que el tiempo de llenado, sería: The stroke of the hydrostatic cylinder (8a) and the length of the rack (19) must be equal. The greater the cylinder stroke, the longer the time that the installation is generating at the same theoretical power before repeating the cycle in reverse. With the previous parameters, the travel time, which is the same as the filling time, would be:
Se podría mejorar la potencia teórica: The theoretical power could be improved:
a) Instalando y sincronizando más de un cilindro hidrostático a) Installing and synchronizing more than one hydrostatic cylinder
b) Aumentando la profundidad de la instalación (20) b) Increasing the depth of the installation (20)
c) Aumentando el radio del cilindro hidrostático (8) c) Increasing the radius of the hydrostatic cylinder (8)
d) Aumentando el número de entradas de agua al cilindro d) Increasing the number of water inlets to the cylinder
El cálculo anterior muestra el rendimiento teórico de la instalación, no se han tenido en cuenta las pérdidas en el sistema, pero la potencia teórica generada parece lo suficientemente elevada como para hacer pensar que una vez se calcule el rendimiento real, sea viable el uso de la presente invención aplicada a la generación eléctrica. The previous calculation shows the theoretical performance of the installation, the losses in the system have not been taken into account, but the theoretical power generated seems high enough to suggest that once the real performance is calculated, the use of the present invention applied to electrical generation.
Qué ventajas aportaría el uso de la presente invención frente a la tecnología usada en una central hidroeléctrica reversible convencional: What advantages would the use of the present invention provide compared to the technology used in a conventional reversible hydroelectric plant:
a) No requeriría salto de agua para generar energía eléctrica a) It would not require a waterfall to generate electrical energy
b) No requeriría bombas para reutilizar el agua b) It would not require pumps to reuse water
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