ES2292138T3 - Conjunto de propulsion para navio, que comprende una barquilla destinada a instalarse bajo la carena del navio. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto (1, 1'', 1") de propulsión para navío, que comprende: - al menos una barquilla (2) unida mecánicamente a una pata (3, 3'', 3") de apoyo prevista para montarse bajo la carena (10) de un navío, - una hélice (4) situada en la parte posterior de la barquilla, que comprende al menos dos palas (14) y es solidaria en rotación con un árbol (11) de transmisión unido a un motor (8), caracterizado porque comprende - una disposición de al menos tres alerones (50 a 55, 3''A) orientadores de flujo que están fijados a la barquilla (2), formando dicha disposición una corona (5) sensiblemente perpendicular al eje (X) longitudinal de la barquilla (2), - una tobera (6) que rodea al menos en parte la hélice (4) y dicha corona (5) de alerones, porque dichas palas (14) presentan cada una un extremo con un borde (7) que está a nivel con la pared interior de la tobera (6) para que la hélice (4) constituya el rotor de una bomba hélice, y porque dicha corona (5) está comprendida en una zona (Zx) situada entre la parte central de dicha pata (3, 3'', 3") de apoyo y la hélice.
Description
Conjunto de propulsión para navío, que comprende
una barquilla destinada a instalarse bajo la carena del navío.
La invención se refiere a un conjunto de
propulsión para navío, que comprende:
- una barquilla mecánicamente unida a una pata
de apoyo prevista para montarse bajo la carena de un navío,
- una hélice situada en la parte posterior de la
barquilla, que comprende al menos dos palas y es solidaria en
rotación de un árbol de transmisión unido a un motor,
- una disposición de al menos tres alerones
orientadores de flujo que están fijados a la barquilla, formando
dicha disposición una corona sensiblemente perpendicular al eje
longitudinal de la barquilla.
Más particularmente, la invención se refiere a
un conjunto de propulsión de tipo POD (propulsion oriented drive
-
impulsión orientada por propulsión) compacto, en el que la pata de apoyo está prevista para montarse de manera pivotante bajo la carena del navío. Las partes denominadas respectivamente anterior y posterior de la barquilla se definen con respecto a la proa y la popa del navío, es decir, que la parte anterior de la barquilla apunta hacia la proa del navío al menos cuando el conjunto de propulsión garantiza el desplazamiento hacia adelante del navío. En la mayoría de los conjuntos de propulsión de tipo POD, tal como por ejemplo el descrito en el documento de patente WO9914113, la hélice está situada en la parte anterior de la barquilla, al contrario que un conjunto de propulsión según
la invención.
impulsión orientada por propulsión) compacto, en el que la pata de apoyo está prevista para montarse de manera pivotante bajo la carena del navío. Las partes denominadas respectivamente anterior y posterior de la barquilla se definen con respecto a la proa y la popa del navío, es decir, que la parte anterior de la barquilla apunta hacia la proa del navío al menos cuando el conjunto de propulsión garantiza el desplazamiento hacia adelante del navío. En la mayoría de los conjuntos de propulsión de tipo POD, tal como por ejemplo el descrito en el documento de patente WO9914113, la hélice está situada en la parte anterior de la barquilla, al contrario que un conjunto de propulsión según
la invención.
Generalmente, los conjuntos convencionales de
propulsión de tipo POD para navío no están destinados a funcionar
en la estela del navío y presentan, por el contrario, una pata de
apoyo suficientemente alta para que la hélice esté situada fuera de
la capa límite de la estela. Por tanto, estos conjuntos
convencionales de propulsión de tipo POD son generalmente
voluminosos al menos debido al gran espacio necesario entre el casco
del navío y la hélice. Además, tales conjuntos de propulsión están
generalmente sujetos a fenómenos de vibración y de cavitación,
estando la cavitación particularmente presente cuando el conjunto de
propulsión está girando. La cavitación es un fenómeno que libera
burbujas de vapor de agua crepitantes en el extremo de las palas de
una hélice. En la hidrodinámica naval, la cavitación altera el
rendimiento de los sistemas de propulsión, induce vibraciones,
provoca la erosión de las partes giratorias y emite ruido que afecta
a la discreción acústica de un barco.
Se conoce a partir de ciertas realizaciones del
estado de la técnica, y en particular del documento de patente
EP1270404, un conjunto de propulsión tal como se definió
anteriormente en el presente documento, en el que una hélice de un
propulsor auxiliar de tipo POD compacto está situada en la parte
posterior de la barquilla. Esta hélice está además destinada a
funcionar en la estela de otra hélice denominada hélice principal
que está montada sobre un árbol fijo dispuesto bajo la carena del
navío. La hélice principal está prevista para proporcionar la mayor
parte de la potencia de propulsión, por ejemplo gracias a un motor
diésel instalado en el navío, mientras que la hélice auxiliar del
propulsor POD está prevista para proporcionar o bien una potencia
de propulsión adicional o bien una potencia de dirección si este
propulsor se hace pivotar para gobernar el navío. Según los modos
de realización con una disposición de alerones alrededor de la
barquilla, esta disposición está situada o bien en la parte
anterior de la barquilla, o bien más en la parte posterior, pero
únicamente hasta el nivel de la parte central de la pata de apoyo.
De hecho, la función de estos alerones es mejorar el rendimiento de
propulsión recuperando la componente axial de la energía de rotación
del flujo de remolino creado por la hélice principal, y por tanto
deben estar relativamente cerca de la hélice principal. Puede
preverse una pequeña inclinación de los alerones con respecto al eje
de la barquilla con el fin de aumentar la recuperación de
energía.
Aunque un propulsor de tipo POD de este tipo es
particularmente compacto, el conjunto global de propulsión,
incluyendo la hélice principal, sigue siendo voluminoso y necesita
un calado relativamente importante bajo la carena al igual que para
los conjuntos de propulsión de tipo POD convencionales.
La invención pretende permitir reducir el calado
bajo la carena de un navío que presenta al menos un propulsor con
una hélice montada sobre una barquilla, con respecto a las
soluciones convencionales. Para ello, la invención pretende
procurar un conjunto de propulsión que puede acercarse a la carena,
y más particularmente un conjunto de tipo POD compacto. Con el fin
de mejorar la compacidad vertical del conjunto de propulsión, la
invención pretende reducir la altura de la pata de apoyo de la
barquilla para acercar la hélice lo más posible a la carena, al
tiempo que se evitan los fenómenos de cavitación. Finalmente, la
invención pretende también aumentar el rendimiento del conjunto de
propulsión y reducir el coste al menos de la parte motora de este
conjunto.
Con el fin de realizar estos objetivos, la
invención propone un conjunto compacto de propulsión que funciona
basándose en el principio de una bomba hélice, es decir, que
garantiza la propulsión del navío gracias al desplazamiento forzado
del agua en la tobera. La tecnología de bomba hélice está inspirada
en los reactores de avión, especialmente en lo que se refiere al
control del flujo entrante, y utiliza un sistema que actúa sobre el
reflujo del agua para evitar los fenómenos de cavitación. Una bomba
hélice funciona en caudal de líquido, mientras que una hélice
clásica funciona en empuje de líquido. Obsérvese que, en sí mismo,
el principio de propulsión mediante bomba hélice se aplica desde
hace mucho tiempo a sistemas de propulsión de submarinos, y que la
colocación de una bomba hélice en la estela de un submarino permite
obtener un buen rendimiento al tiempo que se reducen las
perturbaciones acústicas. Además se conocen, especialmente a partir
del documento de patente US 4 600 394, aplicaciones de la
tecnología de bomba hélice a motores fueraborda e interiores para
embarcaciones.
Se entiende que no es suficiente rodear una
hélice clásica con un carenado en forma de tobera para realizar una
bomba hélice. Se conoce bien a partir del estado de la técnica, tal
como por ejemplo del documento de patente US 6 062 925, que la
fuerza de propulsión de una hélice montada sobre una barquilla puede
incrementarse a baja velocidad mediante la instalación de un
carenado en forma de tobera alrededor de la hélice. Sin embargo,
una instalación de este tipo no permite realizar una bomba hélice,
ya que especialmente la forma de las palas en una bomba hélice es
específica a esta tecnología y se diferencia notablemente de las
formas utilizadas para hélices clásicas.
Finalmente, se conoce a partir del documento de
patente DE 101 58320 un conjunto de propulsión de tipo POD para
navío, que pone en práctica una bomba hélice cuya hélice rotor está
dispuesta alrededor del estator del motor eléctrico de la bomba. El
motor está de este modo completamente rodeado por la tobera de la
bomba, tobera que está fijada a la pata de apoyo del conjunto POD.
Con una arquitectura de este tipo, el diámetro de la hélice rotor
aumenta necesariamente con el tamaño del motor y por tanto con su
potencia. Para un motor eléctrico de fuerte potencia (por ejemplo
del orden de 10 MW), el dimensionamiento resultante para la hélice
rotor implica un diámetro relativamente elevado para la tobera con
el fin de disponer una sección suficiente para el caudal de agua en
la
bomba.
bomba.
De esta arquitectura resulta una resistencia
hidrodinámica relativamente elevada para el conjunto de propulsión
y por tanto un rendimiento de propulsión no muy bueno, lo que
constituye un inconveniente principal. Además, el enfriamiento del
motor eléctrico, en particular para un motor de fuerte potencia, es
ciertamente más difícil de realizar que en el caso de un conjunto
POD convencional para el que el motor está instalado en una
barquilla a distancia de la hélice. De hecho, en un conjunto POD
convencional, se conoce enfriar el motor mediante una circulación
de aire forzado llevado a la barquilla desde el navío a través del
interior de la pata de apoyo.
Por tanto, aunque un conjunto POD de este tipo
con bomba hélice permite realizar ciertos objetivos previstos en la
presente invención, como especialmente la supresión de los fenómenos
de cavitación, no permite obtener un conjunto de propulsión y en
particular un conjunto de fuerte potencia que tenga un diámetro
relativamente compacto y que presente un rendimiento de propulsión
al menos igual al de un conjunto POD convencional de igual
potencia. La presente invención pretende también remediar los
inconvenientes de una arquitectura de este tipo del conjunto POD
con bomba hélice.
Para ello, la invención tiene por objeto un
conjunto de propulsión tal como se define en el preámbulo,
caracterizado porque comprende una tobera que rodea al menos en
parte a la hélice y dicha corona de alerones, porque las palas
presentan cada una un extremo con un borde que está a nivel con la
pared interior de la tobera para que la hélice constituya el rotor
de una bomba hélice, y porque la corona de alerones está comprendida
en una zona situada entre la parte central de dicha pata de apoyo y
la hélice.
La disposición formada por los alerones y la
tobera constituye el estator de la bomba hélice. Una bomba hélice
gira generalmente de un 50% a un 100% más rápido que una hélice
clásica con potencia equivalente, lo que permite reducir del 50% al
100% el par del motor de accionamiento de la hélice y permite de
este modo una reducción del 20% al 40% del diámetro del motor (para
un motor eléctrico) con respecto a un conjunto POD convencional. En
un conjunto de propulsión según la invención, la reducción del
diámetro del motor permite reducir el diámetro de la barquilla y la
masa del conjunto para las realizaciones en las que el motor está
alojado en la barquilla. La reducción del diámetro de la barquilla
permite reducir la resistencia hidrodinámica del conjunto de
propulsión y por tanto aumentar el rendimiento de propulsión.
Por otra parte, el motor y la parte esencial del
volumen de la barquilla están situados aguas arriba de la bomba
hélice con respecto al flujo de agua. Esto permite que la hélice
tenga un cubo relativamente compacto, y de este modo puede
obtenerse una sección suficiente para la hélice de la bomba sin que
sea necesario comprometer la corriente hidrodinámica aumentando de
manera exagerada el diámetro de la tobera. Normalmente, con un motor
eléctrico de una potencia superior a 10 MW alojado en la barquilla,
un conjunto de propulsión según la invención puede realizarse con
una tobera cuyo diámetro interno, es decir, sensiblemente el
diámetro de la hélice, es del orden de dos veces el diámetro de la
barquilla. Esto permite tener una sección suficiente de la hélice
para garantizar un buen caudal de agua en la bomba al tiempo que se
tiene una resistencia hidrodinámica relativamente débil para el
conjunto de propulsión en comparación con el dispositivo de la
patente DE 101 58320.
Finalmente, la posibilidad de que la bomba
hélice trabaje en la estela del navío sin fenómeno de cavitación
permite reducir la altura de la pata de apoyo, lo que también
contribuye a hacer que el conjunto sea más compacto. De hecho, la
bomba hélice puede acercarse a la carena del navío ya que no
transmite pulsaciones de presión generadoras de vibración a bordo
del navío. Esto se explica en primer lugar debido al hecho de que el
flujo de agua está organizado por el estator de la bomba hélice, lo
que permite que la velocidad de llegada del agua al nivel del rotor
se homogenice en la cámara que separa el rotor del estator. En
consecuencia, las pulsaciones restantes de presión generadas por la
bomba hélice son relativamente débiles. Por otra parte, estas
pulsaciones restantes se atenúan al nivel de la tobera de la bomba,
y su repercusión sobre la carena del navío es suficientemente débil
para no generar vibración a bordo del navío.
Por tanto puede preverse el calado bajo la
carena menor que con un conjunto POD convencional, lo que permite
mayor flexibilidad en el diseño de las formas posteriores del navío.
Por otra parte, el hecho de colocar la bomba hélice en el interior
de la capa límite de la estela del navío ofrece la ventaja de
aumentar el rendimiento de propulsión con respecto a una
disposición fuera de esta capa límite. De hecho, en el interior de
esta capa límite, la velocidad del agua a la entrada de la bomba
hélice se reduce con respecto a una disposición de la bomba fuera
de esta capa, lo que aumenta el diferencial entre las velocidades,
respectivamente, a la salida de la tobera y a la entrada de la
bomba y aumenta de este modo el empuje producido por el rotor de la
bomba. Debe saberse que el espesor de la capa límite aumenta con la
velocidad y el tamaño del navío. A la velocidad de crucero del
navío, la estela es más importante, y el rendimiento de propulsión
aumenta por tanto con respecto a velocidades inferiores.
En un conjunto compacto de propulsión según la
invención, los alerones constituyen orientadores de flujo para la
bomba hélice. La disposición de alerones en corona está comprendida
en una zona situada longitudinalmente detrás de la parte central de
la pata de apoyo, con el fin de estar lo suficientemente cerca de la
hélice. En la presente invención se define la parte central de una
pata de apoyo como la parte que comprende una cavidad que se
comunica con el interior de la carena del navío.
Un conjunto de propulsión según la invención
está particularmente destinado a un navío en el que la pata de
apoyo de la barquilla está prevista para montarse de manera
pivotante bajo la carena del navío, con el fin de que el conjunto
de propulsión sea de tipo POD. En un navío equipado con varios
conjuntos de propulsión según la invención, es posible tener al
menos un conjunto de tipo POD pivotante sobre 360º y situado en la
parte posterior del navío en su estela, con el fin de garantizar el
gobierno del navío y, dado el caso, un empuje de frenado sin
invertir el sentido de rotación del rotor de este conjunto.
La invención, sus características y sus
ventajas, se precisan en la descripción siguiente con respecto a las
figuras siguientes.
La figura 1 representa esquemáticamente una
vista en corte de un conjunto de propulsión según la invención y de
tipo POD, según un plano vertical que contiene el eje longitudinal
de la barquilla.
La figura 2 representa esquemáticamente una
vista en perspectiva del conjunto de propulsión de la figura 1.
La figura 3 representa esquemáticamente una
vista desde abajo de otro conjunto de propulsión según la invención,
en el que el extremo posterior de la pata de apoyo constituye un
alerón orientador de flujo.
La figura 4 representa esquemáticamente una
vista frontal de otro conjunto de propulsión según la invención y
de tipo POD, que comprende dos propulsores idénticos dispuestos uno
al lado del otro.
En la figura 1, el conjunto 1 de propulsión
según la invención se observa lateralmente en corte longitudinal
según el plano formado por el eje X longitudinal de la barquilla 2 y
el eje Y de pivotado del conjunto 1. Este conjunto 1 está instalado
bajo la carena 10 de un navío, estando la barquilla 2 unida de
manera clásica a una pata 3 de apoyo montada de manera pivotante
sobre un cojinete 9 estanco que atraviesa el casco del navío. En el
modo de realización preferido con respecto a la figura, la barquilla
2 está dimensionada para contener un motor 8 eléctrico cuyo rotor
(no representado) es solidario en rotación con el árbol 11 de
accionamiento de la hélice 4. El árbol 11 se mantiene según el eje
X gracias a cojinetes 12. De manera conocida, la barquilla así como
la pata 3 de apoyo están perfiladas de manera que se optimiza la
corriente hidrodinámica del flujo de agua representado por las
flechas F.
Tal como se conoce en el estado de la técnica,
también puede considerarse otro modo de realización en el que el
motor está dispuesto en el interior del casco del navío, estando
entonces previsto un sistema de transmisión mecánica de engranaje
angular para transmitir la rotación del motor al árbol de
accionamiento de la hélice. Además, en un conjunto de propulsión
según la invención, no es indispensable que la pata que soporta la
barquilla esté montada de manera pivotante con respecto a la carena
del navío. En el caso de una realización con una pata de apoyo
fija, puede considerarse tener al menos otra pata de unión fija para
unir directamente la tobera a la carena y reforzar la unión
mecánica entre el conjunto de propulsión y la carena. Esta otra pata
puede ser de pequeña dimensión, ya que la tobera está
preferiblemente muy cerca de la carena. Entonces puede garantizarse
la orientación del navío mediante medios direccionales específicos
disociados del conjunto de propulsión, o incluso según el principio
mostrado en la patente EP 1 270 404 que pone en práctica un conjunto
de propulsión auxiliar orientable de tipo POD compacto.
En el modo de realización con respecto a la
figura 1, el cojinete 9 estanco está previsto para permitir que la
pata 3 de apoyo pivote con el fin de garantizar la función de
gobierno del navío. El pivotado de la pata 3 de apoyo puede
preverse especialmente hasta 180º con respecto a la posición de
propulsión normal representada en la figura, para llegar a una
posición de propulsión en modo de "frenado" con un empuje que
se opone al avance del navío. No obstante, un modo de
"frenado" de este tipo también puede obtenerse en el caso de
una pata 3 de apoyo no pivotante o poco pivotante, mediante un
empuje sustancial marcha atrás invirtiendo el sentido de rotación
de la hélice 4.
Para realizar la bomba hélice, el conjunto de
propulsión comprende una disposición de alerones orientadores de
flujo tales como 52 y 53 que están fijados a la barquilla 2,
formando esta disposición una corona 5 sensiblemente perpendicular
al eje X de la barquilla y comprendida en una zona Zx situada
longitudinalmente entre la pata 3 de apoyo y la hélice 4. De manera
general, en un conjunto de propulsión según la invención, esta zona
Zx se sitúa entre la parte central de la pata de apoyo y la hélice,
tal como se explica más adelante con referencia a la figura 3.
Preferiblemente, la corona 5 está formada por al menos cinco
alerones, y la hélice 4 comprende al menos tres palas 14. Estos
alerones orientadores de flujo deben estar dispuestos lo
suficientemente cerca de la hélice para orientar en direcciones
apropiadas las líneas de flujo de agua que llegan sobre la hélice.
No son necesariamente idénticos.
Por otra parte, una tobera 6 rodea la hélice 4 y
la corona 5 de alerones. Tal como se describe más adelante con
respecto a la figura 2, el perfil de entrada de la tobera 6 así como
la orientación de cada alerón están preferiblemente adaptados al
mapa de estela del navío a su velocidad de crucero. Debe observarse
que la tobera participa en el empuje total por su propia
sustentación. La hélice comprende un cubo 13 solidario en rotación
con el árbol 11, cubo sobre el cual están montadas las palas 14.
Cada pala 14 presenta un extremo con un borde 7 a nivel con la
pared interior de la tobera. De este modo, la corona 5 y la tobera 6
constituyen el estator de la bomba hélice, constituyendo la hélice
4 en sí misma el rotor de la bomba.
Ventajosamente, la tobera presenta una sección
que disminuye progresivamente hacia la parte posterior y presenta
formas de convergencia o de divergencia adaptadas en función de la
velocidad de crucero prevista para el navío, con el fin de aumentar
el rendimiento de propulsión. Por otra parte, de manera clásica, los
alerones presentan un perfil inclinado para reducir su resistencia
hidrodinámica. Debido a ello, tal como puede observarse en la
figura 1, no es necesario que la parte anterior de la tobera se
prolongue sobre la totalidad de la zona Zx longitudinal de
colocación de la corona 5. El límite anterior de esta zona está
representado por un trazado discontinuo en la misma abscisa según
el eje X que el extremo anterior de los alerones. Además, resulta
totalmente concebible utilizar alerones aún más perfilados y
aumentar de ese modo sustancialmente la profundidad longitudinal de
la zona Zx de colocación de la corona 5 de alerones.
Se utilizan al menos tres alerones orientadores
de flujo, y preferiblemente todos los alerones de la corona 5, para
garantizar una buena fijación de la tobera 6 a la barquilla 2. El
eje de simetría de la tobera coincide sensiblemente con el eje
longitudinal X de la barquilla, lo que permite tener poca holgura
entre los bordes 7 de los extremos de las palas 14 de la hélice y
la pared interior de la tobera. En el modo de realización con
respecto a la figura 1, las palas 14 son todas idénticas, y el borde
7 de extremo de una pala que está a nivel con la tobera está
delimitado por dos aristas vivas de manera que se maximiza la
longitud curvilínea a nivel con la tobera con respecto a la
longitud total del contorno de la pala. De hecho, se sabe que una
forma angulosa de este tipo de los bordes de los extremos de las
palas es ventajosa para la tecnología de las bombas hélices. El
rotor de bomba constituido por la hélice 4 comprende al menos dos
palas 14. Las simulaciones mediante cálculo muestran que no es
interesante tener un rotor formado por una única pala torcida según
el principio de realización dado a conocer por la patente US 4 600
394.
Ventajosamente, la distancia D_{Y} entre la
tobera 6 de la bomba hélice y la carena 10 del navío está definida
para que la hélice 4 funcione de manera óptima en la estela del
navío. De hecho, resulta ventajoso disponer el conjunto de
propulsión en la estela del navío al tiempo que se evita
preferiblemente la estela denominada viscosa que presenta una
reducción demasiado importante de la velocidad de corriente del agua
con respecto al navío. De manera ventajosa, se prefiere una
colocación en la parte de la estela que presenta una reducción
media de la velocidad de la corriente del orden del 15%. Además de
la ventaja de permitir una reducción de la altura de la pata 3 de
apoyo, una colocación de este tipo de la bomba hélice permite así
aumentar de manera óptima el rendimiento de propulsión con respecto
a una colocación fuera de la capa límite de la estela.
En la figura 2, el conjunto 1 de propulsión
según la invención se observa en perspectiva para visualizar mejor
las estructuras respectivas de la corona 5 de alerones orientadores
de flujo y de la hélice 4. La corona 5 comprende en este caso seis
alerones 50 a 55 para orientar el flujo de agua que entra en la
bomba hélice de manera que se facilita a este flujo un par de
rotación sensiblemente igual al del rotor pero girando en sentido
inverso, estando entonces el flujo de agua desprovisto de energía de
rotación a la salida del rotor, lo que tiene la ventaja de aumentar
el rendimiento de la bomba hélice. El alerón 55 está tapado por la
parte posterior de la barquilla 2 en esta representación.
Todos los alerones presentan una superficie al
menos aproximadamente plana que tiene una orientación determinada
con respecto al eje X de la barquilla. El ángulo \alpha_{n} de
orientación de un alerón está definido como el ángulo formado entre
el plano del alerón y el eje X. Todos los alerones, tales como 52 ó
54, están fijados en la parte posterior de la barquilla con un
ángulo de orientación que es propio al mismo, tal como
\alpha_{2} o \alpha_{4}. Preferiblemente, todos los ángulos
\alpha_{n} se determinan a partir del mapa de estela del navío
a su velocidad de crucero, de este modo todos los ángulos
\alpha_{n} están adaptados en función del flujo de agua que
entra, de manera que se orienta la llegada de agua al rotor y se
evitan los fenómenos de cavitación. Se tiene en cuenta la influencia
de la pata 3 de apoyo sobre los chorros de agua que entran en la
tobera, particularmente para el ángulo \alpha_{2} de orientación
del alerón 52 que está situado detrás de la pata 3. El perfil de
entrada de la tobera también se determina preferiblemente a partir
del mapa de estela del navío a su velocidad de crucero.
Además, al girar más rápido que una hélice
clásica, el rotor del conjunto de propulsión según la invención
desarrolla un par reducido, y de este modo la desviación de la
corriente en el estator debe seguir siendo moderada para
corresponder a este par. Se deduce que los ángulos de orientaciones
de los alerones son relativamente pequeños y que, por tanto, es
posible un paso de agua en el sentido inverso. Todos los ángulos
\alpha_{n} de orientación pueden determinarse entre por ejemplo
3º y 15º, lo que permite obtener un empuje suficiente marcha atrás
invirtiendo el sentido de rotación de la hélice 4, sin que entonces
la corriente de agua producida por la hélice se vea especialmente
perturbada por los alerones. Por otro lado, un rotor cuyas palas son
cada una de generatriz recta puede aceptar todo el par nominal en
rotación invertida del rotor, al contrario que una hélice clásica
de tipo "skew" ("sesgado") tal como se describe, por
ejemplo, en el documento de patente US 6 371 726, y ello gracias a
la buena distribución de las tensiones mecánicas sobre la superficie
de las palas que tiene el efecto de mejorar el empuje de frenado.
Se entiende que un objeto de generatriz recta se forma mediante la
traslación de un contorno en dos dimensiones según una recta que
corta el plano del contorno.
Las palas 14 de la hélice 4 se representan con
una ligera torsión visible en la figura y por tanto tienen
generatrices ligeramente curvilíneas, pero se entiende que pueden
preferirse palas de generatrices rigurosamente rectas para mejorar
aún más el empuje de frenado. Además, puede observarse que el borde
7 de extremo de una pala 14 que está a nivel con la pared interior
de la tobera 6 es curvilíneo. Además, al igual que en la figura 1,
puede observarse que la forma de la tobera es ligeramente
convergente hacia atrás. Puede observarse finalmente que el eje Y
de pivotado del conjunto 1 de propulsión no corresponde
necesariamente al eje de simetría de la pata 3 de apoyo, y puede
estar por ejemplo desplazado hacia delante, como en la posición
representada por el eje Y' en la figura.
Las simulaciones mediante cálculo realizadas por
el solicitante han permitido establecer una comparación entre, por
una parte, un conjunto de propulsión de tipo POD convencional con
una hélice situada en la parte anterior de la barquilla y, por otra
parte, un conjunto de propulsión según la invención y que también es
de tipo POD con un motor eléctrico alojado en la barquilla. A
título de ejemplo, un conjunto de propulsión de este tipo según la
invención tiene una barquilla 2 de un diámetro del orden de dos
metros y una tobera 6 de aproximadamente cuatro metros de diámetro,
para una potencia motor del orden de 13 MW. La corona 5 comprende
siete alerones orientadores, y la hélice 4 rotor comprende cinco
palas 14. El número de giros por minuto del rotor es superior a
doscientos. A igual potencia de motor, resulta que la invención
permite reducir la masa del motor en más de un 50%, y reducir en
más de un 25% el diámetro de la hélice así como el diámetro de la
barquilla. Por otro lado, la reducción obtenida para el calado es
del orden de 3 metros, y el rendimiento del conjunto POD con bomba
hélice es superior en más de un 5% al rendimiento del conjunto POD
convencional. Por tanto es evidente que, globalmente, las ventajas
proporcionadas por la invención con respecto al estado de la técnica
conocido de los conjuntos POD convencionales y de los propulsores
con bomba hélice para navíos son considerables.
En la figura 3 se representa esquemáticamente
otro conjunto 1' de propulsión según la invención visto desde
arriba. La barquilla 2 y la bomba hélice se representan en corte
según un plano horizontal que contiene el eje X longitudinal de la
barquilla, mientras que la pata 3' de apoyo está representada en
corte según otro plano horizontal situado por encima de la
barquilla. La parte 3'A de extremo posterior de la pata 3' de apoyo
constituye un alerón orientador de flujo, presentando esta parte una
superficie sensiblemente plana que tiene una orientación \alpha'
determinada con respecto al eje X de la barquilla. La corona 5
comprende al menos dos alerones orientadores similares a los
alerones 50 a 55 con referencia a las figuras 1 y 2, y comprende
por tanto un alerón particular constituido por la parte 3'A.
De manera general, en un conjunto de propulsión
según la invención, la zona Zx en la que está comprendida la corona
de alerones perpendicularmente al eje X longitudinal de la barquilla
se sitúa entre la parte central de la pata de apoyo y la hélice,
comprendiendo dicha parte central una cavidad dispuesta en la pata y
que se comunica con el interior del navío. En el modo de
realización correspondiente a la figura 3, la parte C central de la
pata 3' de apoyo se sitúa sensiblemente por encima del motor 8
instalado en la barquilla, y está prevista una circulación de aire
forzado entra la barquilla y el interior del navío en esta parte
central con un caudal suficiente para el enfriamiento del
motor.
La parte 3'A de extremo posterior de la pata de
apoyo puede disponerse para subir hasta estar a nivel con el casco
del navío sobrepasando la parte superior de la tobera 6, debiendo
preverse entonces un hueco en esta parte 3'A con el fin de permitir
la inserción de la parte superior de la tobera con su sujeción por
la parte 3'A. Este modo de realización permite en cierta medida
reducir la resistencia hidrodinámica del conjunto de propulsión con
respecto a la realización que puede observarse en las figuras 1 y
2.
En la figura 4 se representa muy
esquemáticamente otro conjunto 1'' de propulsión según la invención
visto de frente y mirando hacia la parte posterior del navío. Este
conjunto es de tipo POD, y comprende dos propulsores idénticos o
casi idénticos dispuestos uno al lado del otro. Cada propulsor es en
este caso idéntico al del conjunto 1 ó 1' de propulsión descrito
anteriormente. Los dos propulsores están unidos mecánicamente a una
única pata 3'' de apoyo pivotante montada bajo la carena 10 del
navío. Esta pata 3'' de apoyo tiene la forma de una estrella con
tres brazos, y su eje Y'' de pivotado corresponde al eje del brazo
más grande. La potencia de un conjunto 1 ó 1' de propulsión tal
como puede observarse en las figuras 1 a 3 puede prácticamente
doblarse de este modo sin tener que desarrollar una bomba hélice
más potente, sin tener que aumentar el calado y conservando la
ventaja de tener un único cojinete 9 estanco pivotante que atraviesa
el casco del navío.
Claims (11)
1. Un conjunto (1, 1', 1'') de propulsión para
navío, que comprende:
- -
- al menos una barquilla (2) unida mecánicamente a una pata (3, 3', 3'') de apoyo prevista para montarse bajo la carena (10) de un navío,
- -
- una hélice (4) situada en la parte posterior de la barquilla, que comprende al menos dos palas (14) y es solidaria en rotación con un árbol (11) de transmisión unido a un motor (8),
caracterizado porque comprende
- -
- una disposición de al menos tres alerones (50 a 55, 3'A) orientadores de flujo que están fijados a la barquilla (2), formando dicha disposición una corona (5) sensiblemente perpendicular al eje (X) longitudinal de la barquilla (2),
- -
- una tobera (6) que rodea al menos en parte la hélice (4) y dicha corona (5) de alerones,
porque dichas palas (14) presentan cada una un
extremo con un borde (7) que está a nivel con la pared interior de
la tobera (6) para que la hélice (4) constituya el rotor de una
bomba hélice, y
porque dicha corona (5) está comprendida en una
zona (Zx) situada entre la parte central de dicha pata (3, 3', 3'')
de apoyo y la hélice.
2. El conjunto de propulsión según la
reivindicación 1, en el que dicha tobera (6) esta fijada a la
barquilla (2) por medio de al menos cinco alerones (50 a 55, 3'A),
y dicha hélice (4) comprende al menos tres palas (14).
3. El conjunto de propulsión según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada alerón
(50 a 55, 3'A) de dicha corona (5) presenta una superficie al menos
aproximadamente plana que tiene una orientación
(\alpha_{0},..., \alpha_{5}, \alpha') determinada con
respecto al eje (X) de dicha barquilla (2).
4. El conjunto de propulsión según la
reivindicación 3, en el que el perfil de entrada de dicha tobera (6)
y la orientación (\alpha_{0},..., \alpha_{5}, \alpha') de
cada alerón están adaptados al mapa de estela del navío.
5. El conjunto de propulsión según la
reivindicación 3 ó 4, en el que la orientación (\alpha_{0},...,
\alpha_{5}, \alpha') determinada de cada alerón está
comprendida entre 3º y 15º.
6. El conjunto de propulsión según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sentido
de rotación de la hélice (4) puede invertirse para producir un
empuje de frenado del navío.
7. El conjunto de propulsión según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las palas
(14) del rotor de la bomba hélice son cada una de generatriz
recta.
8. El conjunto de propulsión según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el extremo
(3'A) posterior de dicha pata (3') de apoyo constituye uno de dichos
alerones de dicha corona (5).
9. Un navío equipado con al menos un conjunto
(1, 1', 1'') de propulsión según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pata (3, 3', 3'') de
apoyo de dicho conjunto está prevista para montarse de manera fija
bajo la carena (10) del navío.
10. Un navío equipado con al menos un conjunto
(1, 1', 1'') de propulsión según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8, en el que la pata (3, 3', 3'') de apoyo de
dicho conjunto está prevista para montarse de manera pivotante bajo
la carena (10) del navío, para que dicho conjunto de propulsión sea
de tipo POD.
11. El navío según la reivindicación 9 ó 10, en
el que la distancia (Dr) entre dicha tobera (6) y la carena (10)
del navío está definida para que la hélice (4) funcione de manera
óptima en la estela del navío.
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