ES2236342T5 - Accionamiento de regulación para una hélice de dirección accionada eléctricamente de un buque de alta mar - Google Patents

Accionamiento de regulación para una hélice de dirección accionada eléctricamente de un buque de alta mar Download PDF

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Abstract

Accionamiento de regulación para una hélice de dirección, en particular accionada eléctricamente, de un buque de alta mar, que está dispuesta en la zona de la popa en una caña giratoria (1) debajo del fondo del buque, en el que la caña (1) de la hélice de dirección es giratoria a través de al menos dos servo-motores eléctricos (8), que están configurados de tal manera que actúan a través de piñones (6) sobre una corona dentada (5), que está en conexión con la parte superior de la caña, de una manera preferida sobre una corona dentada que está dispuesta en el interior de la parte superior de la caña y a cuyo fin se pueden controlar y regular de forma conjunta, y en el que los servo-motores (8) están configurados de tal forma que con ellos se puede aplicar un par motor permanente, y en el que el par motor permanente de los al menos dos servo-motores (8) se puede aplicar de tal manera que se puede contrarrestar la deformación de la corona dentada.

Description

Accionamiento de regulaci6n para una helice de direcci6n accionada electricamente de un buque de alta mar
La invenci6n se refiere a un accionamiento de regulaci6n para una helice de direcci6n, en particular accionada electricamente, de un buque de alta mar, que esta dispuesta en la zona de la popa en una caja giratoria debajo del 5 fondo del buque.�
Las helices de direcci6n de los buques grandes son movidas por servomotores, que estan configurados, en general, como motores hidraulicos. Los motores hidraulicos tienen el inconveniente de que se pueden producir fugas en los puntos de transici6n desde los conductos hidraulicos hacia los motores, especialmente en el caso de solicitaci6n a vibraci6n de larga duraci6n, como existe en las helices de direcci6n. La instalaci6n hidraulica necesaria (bombas y
10 motores) tiene un peso relativamente alto y una necesidad de espacio considerable.
Para evitar los inconvenientes anteriores ha se han propuesto servomotores electricos, tal como, por ejemplo, en el documento WO 00/15495 en el modelo de un motor. Una forma de realizaci6n de un servomotor electrico para una helice de direcci6n mecanica grande ya ha sido suministrada tambien por la Firma Solicitante en 1998 a la compania KAMEWA. En este caso, se trata de un servomotor electrico con un accionamiento helicoidal para la corona dentada
15 de la cana de la helice de direcci6n. Tales accionamientos helicoidales son del tipo de retenci6n automatica y permiten una relaci6n de multiplicaci6n grande.
Se conoce, ademas, a partir del documento WO 89/05262 una helice de direcci6n con dos motores de accionamiento, que hacen gira, de la misma manera que se describe en la publicaci6n anterior y en el suministro anterior la helice de direcci6n por medio de un disco con dentado exterior, presentando en este caso el
20 accionamiento, que se muestra en el documento WO 89/05262 y que puede tener opcionalmente motores hidraulicos o electricos, dos motores de accionamiento.
Una construcci6n similar se muestra tambien en el documento WO 00/44617 para motores hidraulicos como servomotores.
Un accionamiento de regulaci6n con un motor electrico para la rotaci6n de la cana de una helice de direcci6n se 25 conoce, ademas, a partir del documento WO-A-0037308.
Se conoce a partir del documento US 4 634 389 (D2) un accionamiento de regulaci6n para una helice de direcci6n accionada electricamente de un buque. La helice de direcci6n esta prevista en una cana giratoria debajo del fondo del buque y puede estar dispuesta en la zona de la popa del buque. Para la rotaci6n de la cana estan previstos dos servomotores, pudiendo tratarse en este caso de servo motores electricos. Los servomotores actuan a traves de
30 pinones sobre una corona dentada que esta en conexi6n con la parte superior de la cana.
El cometido de la presente invenci6n es mejorar un accionamiento de regulaci6n electrico de este tipo para la rotaci6n del la caja de una helice de direcci6n, de tal manera que se posibilita una fijaci6n eficiente de la caja de la helice de direcci6n.
El cometido se soluciona porque la cana de la helice de direcci6n es giratoria a traves de al menos dos
35 servomotores electricos, que estan configurados de tal manera que actuan a traves de pinones sobre una corona dentada, que esta en conexi6n con la parte superior de la cana y esta dispuesta en el interior de la parte superior de la cana y a tal fin se pueden controlar y regular conjuntamente, y en el que los servomotores estan configurado y activados de tal forma que con ellos se aplica un par motor permanente y en el que el par motor permanente de los al menos dos servomotores se aplica de tal manera que se contrarrestan para evitar la deformaci6n de la corona
40 dentada.
De esta manera, se suprime un freno de detenci6n adicional para la cana y se puede realizar incluso a traves de una activaci6n electrica adecuada, una amortiguaci6n de la caja. A traves del muelle de compresi6n, que parte desde las helices, se obtiene una excitaci6n permanente de la caja, especialmente en las helices de direcci6n electricas con una helice de tracci6n, puesto que las helices de direcci6n electricas requieren una cana con secci6n
45 transversal grande. En este caso, se puede evitar con seguridad por medio de la retenci6n mutua de los al menos dos servomotores un impacto de los pinones y se puede suprimir un freno.
De esta manera, resulta una forma de realizaci6n configurada especialmente economizadora de espacio de un accionamiento de regulaci6n para helices de direcci6n grandes, en la que se puede prescindir totalmente de elementos hidraulicos. Se pueden evitar las dificultades unidas con una instalaci6n hidraulica con respecto a la
50 hermeticidad del entubado, a la regulaci6n del aceite hidraulico y a la necesidad grande de espacio. El personal de reparaci6n de un buque equipado con el accionamiento de regulaci6n segun la invenci6n no tiene que estar instruido para la manipulaci6n y el mantenimiento de componentes hidraulicos, es suficiente el conocimiento del manejo de motores electricos.
En una configuraci6n de la invenci6n esta previsto que los servomotores esten configurados como motores electricos (PEM) excitados de forma permanente, que estan conectados a traves de pinones con una corona dentada. Los motores electricos excitados de forma permanente tienen la ventaja de que pueden ceder un par motor alto tambien con numeros de revoluciones bajos. De esta manera, es posible de forma muy ventajosa la utilizaci6n de motores relativamente pequenos, que ahorran espacio. Se conocen, por ejemplo, a partir de la construcci6n de maquinas herramientas motores electricos correspondientes, excitados de forma permanente.
En otra configuraci6n de la invenci6n esta previsto que los servomotores esten configurados como motores de transmisi6n, en los que la transmisi6n presenta un pin6n de salida. Se pueden emplear de una manera ventajosa motores de corriente trifasica convencionales, en los que la necesidad de espacio adicional no es muy significativa. Tanto en el caso de utilizaci6n de motores electricos excitados de forma permanente como tambien de motores de corriente trifasica habituales con transmisiones embridadas, los servomotores electricos son tan pequenos que se pueden disponer sin mayores dificultades en la parte superior de la cana. De esta manera, se obtiene una reducci6n mas considerable de la altura de construcci6n del accionamiento de regulaci6n, de manera que se puede aprovechar el espacio de carga por encima de la helice de direcci6n mejor que hasta ahora.
Es especialmente ventajoso que los servomotores se puedan controlar y regular de acuerdo con curvas caracteristicas. De esta manera, se puede conseguir un arranque suave para los servomotores durante la realizaci6n de movimientos de ajuste, siendo accionado, por ejemplo, uno de los servomotores y siendo frenado el otro -naturalmente con par motor reducido-. A traves de la utilizaci6n de una regulaci6n de curvas caracteristicas es posible en este caso de una manera especialmente ventajosa intervenir sobre las propiedades dinamicas especialmente de helices de direcci6n electricas con dos helices, que necesitan de una manera especial durante la rotaci6n, debido a la diferente corriente de salida en diferentes zonas de la bocana del barco, segun la posici6n fuerzas de regulaci6n de diferente magnitud para la realizaci6n de un movimiento giratorio uniforme.
Los servomotores presentan de una manera ventajosa aparatos de medici6n del numero de revoluciones y de medici6n del sentido de giro. De esta manera, se puede establecer la posici6n exacta de la cana a traves de contadores sencillos y se puede suprimir una instalaci6n sensora adicional de la posici6n de giro.
De una manera ventajosa, el accionamiento de regulaci6n esta conectado con la instalaci6n de propulsi6n del buque que trabaja electrica / electr6nicamente. De esta manera es posible conseguir una influencia directa del accionamiento de regulaci6n a traves de la instalaci6n de propulsi6n del buque. La instalaci6n de propulsi6n del buque contiene en este caso de una manera ventajosa memorizas con curvas 6ptimas, dado el caso tambien curvas limite, con las que se tienen en cuenta la dependencia de la velocidad de giro de las helices de direcci6n respecto de la velocidad del buque y/o de la instalaci6n de par de la helice de direcci6n. De esta manera, se pueden evitar ajustes demasiado rapidos, que conducirian a maniobras no estan adaptadas a la velocidad del buque. Se conoce proveer las helices de direcci6n electricas con un modo de puerto y un modo de propulsi6n libre. Entre estos dos estados de funcionamiento resultan, sin embargo, todavia una pluralidad de otros estados de funcionamiento, que deben dominarse igualmente con seguridad. Esto es posible a traves de la curva caracteristica predeterminada segun la invenci6n.
Ademas, esta previsto que las unidades de alimentaci6n de energia, que son necesarias para el funcionamiento de los servomotores, presenten una alimentaci6n de corriente ininterrumpida (USV). De esta manera, se proporciona en cualquier momento un accionamiento seguro de los accionamientos de ajuste. Los servomotores son alimentados con energia de una manera ventajosa a traves de convertidores de circuito intermedio, presentando los circuitos intermedios una resistencia de freno. De esta manera, es posible realizar de una manera rapida y controlada no s6lo el comienzo de la rotaci6n de la cana a traves del accionamiento de regulaci6n, sino tambien su terminaci6n.
El accionamiento de regulaci6n segun la invenci6n despliega sus ventajas especialmente durante el accionamiento de una helice de direcci6n, que esta equipada con dos helices individuales en los extremos. Un accionamiento de este tipo es especialmente critico en su control, por lo que el accionamiento directo electrico propuesto segun la invenci6n repercute de una manera especialmente favorable con las posibilidades para el control y regulaci6n directos a traves de curvas caracteristicas. Ademas, se puede influir todavia de una manera favorable sobre el comportamiento oscilante de la helice de direcci6n.
A continuaci6n se explica en detalle la invenci6n con la ayuda de dibujos, a partir de los cuales se pueden deducir otros detalles que son tambien esenciales de la invenci6n. En particular:
La figura 1 muestra una helice de direcci6n con sus instalaciones de alimentaci6n de energia en una vista esquematica.
La figura 2 muestra el circuito electrico de cuatro servomotores en una forma de realizaci6n especialmente favorable.
La figura 3 muestra una curva caracteristica lineal de la curva de par y
La figura 4 muestra otra curva caracteristica del par motor.
En la figura 1 se designa con 1 la cana de la helice de direcci6n y con 2 la carcasa de un motor electrico, que esta instalado en la parte inferior de la cana 1 de la helice de direcci6n. �on 3 se designa una helice, que es accionada por el motor en la carcasa 2 y con 4 se designa una segunda helice, que es accionada igualmente por el motor en la carcasa 2. Entre las dos helices 3 y 4 se encuentra un arbol de motor con preferencia continuo no representado en detalle. En el lugar de la carcasa 2 para un motor electrico puede estar dispuesta tambien la carcasa de una transmisi6n para una helice de direcci6n accionada mecanicamente, encontrandose entonces en el centro de la cana 1 el arbol de accionamiento para la helice de direcci6n accionada mecanicamente y pudiendo estar realizada la cana 1 de una manera correspondientemente mas esbelta.
En la parte superior de la cana 1 se encuentra una corona dentada 5 que esta configurada de una manera ventajosa con un dentado interior, que es accionado por medio de pin6n 6 a traves de la transmisi6n 7 desde los motores electricos 8. En el caso de utilizaci6n de motores electricos de par motor especialmente fuerte, por ejemplo motores PEM, se puede suprimir, dado el caso, la transmisi6n. Entonces es especialmente sencillo disponer los motores 8 dentro de la parte superior de la cana 1. Los motores 8 presentan contadores del numero de revoluciones y contadores del sentido de giro 9, a traves de los cuales se puede detectar la posici6n del tim6n.
El accionamiento de regulaci6n esta conectado en la red de a bordo, que presenta de una manera opcional 400 V / 50 �z o 450 V / 60 �z. A traves de un elemento de conmutaci6n 15 se alimenta energia a un convertidor de circuito intermedio con una parte de entrada 10 y con una parte de salida 11 asi como con el circuito intermedio 12 desde la red de a bordo de tensi6n media. En el circuito intermedio 12 esta dispuesta de una manera ventajosa una resistencia de freno 13. Para el caso de un fallo de la red de a bordo esta prevista una alimentaci6n de corriente ininterrumpida 14, que esta conectada de una manera ventajosa con el circuito intermedio de corriente continua 12. De esta manera se asegura que sea posible una aplicaci6n del tim6n tambien en el caso de fallo de la red de a bordo.
En la figura 2, que muestra un accionamiento de regulaci6n con cuatro motores, se pueden prever, sin embargo, con la misma estructura de circuito tambien seis, ocho o incluso todavia mas motores para el accionamiento de regulaci6n, siendo esto una funci6n del tamano del buque y de los cometidos del buque, donde los numeros 16, 17, 18, 19 designan los cuatro motores. Estos motores actuan sobre pinones 20, 21, 22, 23, que estan configurados en la forma de realizaci6n mostrada como pin6n dentado normal. �o obstante, se pueden utilizar de la misma manera pinones helicoidales u otros elementos mecanicos. Los motores son alimentados con energia en cada caso en grupos de dos desde convertidores 24, 25 y 26, 27. Los motores pueden ser accionados en particular o en grupos de una manera no representada, de manera que son posibles una sujeci6n mutua de pinones individuales, un engrane sucesivo en el caso de movimientos giratorios y la aplicaci6n de un par previamente determinado. Los convertidores presentan circuitos intermedios 28 y 29 y son alimentados con energia electrica en caso de emergencia a traves de unidades 30 y 31 de alimentaciones interrumpidas de corriente. En lugar de la alimentaci6n ininterrumpida de corriente para los grupos individuales se puede utilizar tambien una alimentaci6n de corriente 34 ininterrumpida comun 34, como existe, por ejemplo, para el funcionamiento del puente. Los grupos individuales estan conectados a traves de conmutadores de potencia 32 y 33 con la red de a bordo, de una manera preferida con una red de a bordo en realizaci6n redundante.
La figura 3 muestra una curva caracteristica en una forma muy sencilla, en la que la zona � muestra el par permanente aplicado, que impide que pueda tener lugar un impacto del pin6n respectivo. �on �� se designa la aceleraci6n con una elevaci6n constante del par motor y con ��� se designa el par de accionamiento cuando el motor electrico ha alcanzado su numero nominal de revoluciones.
En la figura 4 se muestra una curva caracteristica modificada, que provoca una aceleraci6n especialmente suave del accionamiento. En la secci6n �V de la figura 4 esta previsto un retraso constante de la elevaci6n del par motor hasta que se ha alcanzado el par nominal.
Las curvas caracteristicas en las figuras 3 y 4 solamente deben entenderse como ejemplos y se entiende que estas curvas estan configuradas de una manera especifica del buque y son superpuestas por otras curvas caracteristicas, que estan alineadas sobre la dependencia del angulo de giro del par motor a aplicar. De esta manera se tienen en cuenta las diferentes relaciones de ataque de la corriente durante el movimiento giratorio de la helice de direcci6n. Esto es especialmente necesario cuando debajo del buque estan dispuestos cuerpos de guia de la circulaci6n, que provocan en sus estelas de la circulaci6n un ataque lento de la corriente en la helice de direcci6n. Entonces, durante el movimiento giratorio de la helice de direcci6n se producen modificaciones con respecto a la demanda de fuerza giratoria, que son dependientes de la velocidad y que son contrarrestadas de una manera ventajosa por medio de modificaciones del par motor de los motores.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Accionamiento de regulaci6n para una helice de direcci6n, en particular accionada electricamente, de un buque de alta mar, que esta dispuesta en la zona de la popa en una cana giratoria (1) debajo del fondo del buque, en el que la cana (1) de a helice de direcci6n es giratoria a traves de al menos dos servomotores electricos (8), que estan configurados de tal manera que actuan a traves de pinones (6) sobre una corona dentada (5), que esta en conexi6n con la parte superior de la cana y esta dispuesta en el interior de la parte superior de la cana y a tal fin se pueden controlar y regular conjuntamente, y en el que los servomotores (8) estan configurados y activados de tal forma que con ellos se aplica un par motor permanente y en el que el par motor permanente de los al menos dos servomotores
    (8) se aplica de tal manera que se contrarrestan para evitar la deformaci6n de la corona dentada.
  2. 2.- Accionamiento de regulaci6n segun la reivindicaci6n 1, caracterizado porque los servomotores (8) estan configurados como motores electricos (PEM) excitados de forma permanente, que estan conectados con la corona dentada (5) a traves de pinones (6).
  3. 3.- Accionamiento de regulaci6n segun la reivindicaci6n 1 6 2, caracterizado porque los servomotores (8) estan configurados como motores de transmisi6n, en los que la transmisi6n presenta un pin6n de salida.
  4. 4.- Accionamiento de regulaci6n segun la reivindicaci6n 1, 2 6 3, caracterizado porque los servomotores (8) estan dispuestos en la parte superior de la cana.
  5. 5.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los servomotores (8) se pueden controlar y regular de acuerdo con curvas caracteristicas.
  6. 6.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los servomotores (8) presentan aparatos de medici6n del numero de revoluciones y de medici6n del sentido de giro (9).
  7. 7.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los servomotores (8) presentan instalaciones de conmutaci6n (15), aparatos de control y reguladores, que estan conectados con una instalaci6n de propulsi6n del buque que trabaja electrica / electr6nicamente.
  8. 8.- Accionamiento de regulaci6n segun la reivindicaci6n 7, caracterizado porque para los servomotores estan memorizados datos del accionamiento de regulaci6n, de una manera preferida en funci6n de la velocidad del buque y del angulo de giro previsto del buque, especialmente en una memoria no volatil.
  9. 9.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las unidades de alimentaci6n de energia, que son necesarias para el funcionamiento de los servomotores (8), presentan una alimentaci6n de corriente (14) ininterrumpida.
  10. 10.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los servomotores (8) se pueden alimentar con energia a traves de rectificadores de circuitos intermedios de la tensi6n (10, 11) y presentan de una manera preferida una resistencia de freno (13).
  11. 11.- Accionamiento de regulaci6n segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la helice de direcci6n giratoria esta configurada de forma esencialmente cilindrica y presenta una helice respectiva (3 y 4) en sus extremos, estando optimizadas las curvas caracteristicas de regulaci6n para esta forma.
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