PT935553E

PT935553E - Accionamento de helice duplo para embarcacoes

Info

Publication number: PT935553E
Application number: PT97950145T
Authority: PT
Inventors: Reinhold Reuter; Kaul Dipl Ing Stefan
Original assignee: Schottel Gmbh & Co Kg
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 2002-03-28
Also published as: CA2271034A1; NO992215D0; EP0935553B1; HK1023971A1; JP3214568B2; NO992215L; NO324212B1; CA2271034C; JP2000515095A; ES2163204T3; KR100306261B1; KR20000053042A; CN1080677C; CN1236347A; EP0935553A1; DK0935553T3; WO1998019907A1

Description

DESCRIÇÃO "ACCIONAMENTO DE HÉLICE DUPLO PARA EMBARCAÇÕES" A presente invenção refere-se a um accionamento por jacto de água com uma máquina de accionamento e um hélice duplo accionado pela máquina de accionamento.

Accionamentos deste tipo são conhecidos sob a forma de construção em que a máquina de accionamento é especialmente um motor Diesel montado no interior do casco de um navio e em que, fazendo também parte da máquina se encontra uma caixa de engrenagens montada numa gôndola, situada abaixo do casco do navio, da qual saem, nas extremidades opostas, veios ligados à caixa de engrenagens e que nas suas extremidades situadas fora da gôndola têm montados, de forma travada à rotação, em cada um deles um dos dois hélices com um desenho igual. Uma solução deste tipo está descrita na patente DE 44 40 738 Al na qual, como caracteristica principal, se prevê, montado entre os dois hélices, um aparelho de direcção que elimina a componente helicoidal do fluxo da água à saida do hélice dianteiro ("dianteiro" no sentido da deslocação), de modo a que esse fluxo de água atinja o hélice traseiro ("traseiro" no sentido da deslocação) , com maior energia assim como sem a componente helicoidal do fluxo, tal como acontece no hélice dianteiro. 0 aparelho de direcção é constituído por pás directrizes e por uma coluna que liga a gôndola ou a carcaça submersa ao casco do navio. Um accionamento deste género está descrito, com algumas outras informações adicionais, descrito na revista " THE M0T0RSHIP" Outubro de 1966, Pags.47, 48 "Double the props: haf de problem" |duplique os hélices: reduza o problema a metade|. Nestas informações adicionais e3tá incluído um dado que refere ter a carcaça submersa ou a gôndola uma forma hidrodinâmica optimizada sem se darem mais pormenores, sobre o que isso significa, em particular. De qualquer modo entende-se, genericamente, que a gôndola com a sua forma hidrodinâmica serve de suporte ao aparelho de direcção e não, pelo contrário, que faça parte do aparelho de direcção, o que significa que não são fornecidos dados dos quais se possa concluir que a gôndola tenha um efeito auxiliar funcional do aparelho de direcção. A pesar das informações relativamente pormenorizadas sobre o accionamento, continuam ainda a não ser fornecidos quaisquer dados sobre a configuração das pás do segundo hélice, no sentido da deslocação do navio, no que diz respeito à invenção em apreço. Quanto aos dados adicionais, pertinentes, consta apenas a informação de que, pelo facto de as dimensões dos hélices serem iguais, é possível um melhoramento da eficiência porquanto foi desenvolvida uma geometria especial para o hélice traseiro sem, no entanto, haver qualquer referência sobre a razão porque essa geometria especial se destaca. Accionamentos deste tipo são também conhecidos numa forma de construção em que a totalidade do accionamento se encontra instalada na gôndola anteriormente referida. Nesta solução encontra-se indicada como máquina de accionamento um motor eléctrico para accionamento dos hélices montados um em cada uma das extremidades da gôndola, sendo a energia de alimentação do motor gerada numa instalação geradora montada no interior do casco. Uma solução deste tipo está descrita na patente EP 0 590 867 Al.

No accionamento do tipo de construção, referido em primeiro lugar, há um veio entre o motor de accionamento, montado no interior do casco, e a caixa de engrenagens instalada na gôndola, e no accionamento do tipo de construção referido em segundo lugar, os condutores eléctricos entre a instalação geradora de energia, montada no interior do navio e o motor eléctrico instalado na gôndola, estão envolvidos por um tubo. Esse tubo é a coluna anteriormente referida que conjuntamente com Q3 pdo dircctrizco forma o aparelho dc 2

"7 / guiamento. Se o tubo estiver na extremidade superior ligado ao casco de modo a poder rodar em torno do seu eixo longitudinal e pela sua extremidade inferior à gôndola, de modo travado à rotação, pode-se associar ao tubo um motor de posicionamento que faça rodar o tubo, com a gôndola e os motores associados a esta, em torno do eixo do tubo, de modo que a direcção do fluxo, da saida do hélice traseiro para a água livre, varie, constituindo-se assim uma instalação de hélice duplo-leme. Além disso, na forma de construção referida em primeiro lugar, o tubo é construído como parte do sistema de direcção. Perante estes casos do estado actual da técnica que, no entanto, quanto à presente invenção não contribuem com quaisquer outros elementos, constituí objectivo da presente invenção optimizar o accionamento de um navio com hélice duplo que, em comparação com os conhecimentos actuais, apresente um rendimento óptimo e tenha um custo de construção e de montagem não muito superior ao que se verifica nos casos correspondentes ao estado actual da técnica. 0 objectivo da presente invenção atinge-se pela combinação das soluções adequadas para problemas específicos, não só para conjugar mas sim para potenciar as vantagens individuais reconhecidas anteriormente, reunindo-as num conceito global óptimo.

Por consequência o accionamento para um navio de acordo com a presente invenção refere-se a um accionamento por jacto de água com dois hélices que saem das extremidades de uma gôndola situada fora do casco do navio, um accionamento montado no interior da gôndola ao qual é fornecida energia a partir do interior do navio e passa por um tubo que tem uma extremidade ligada ao casco do navio e a outra extremidade ligada à gôndola, fazendo o tubo parte de um aparelho de guiamento por meio do qual o hélice dianteiro ("dianteiro" em relação ao sentido de deslocação do navio), montado numa extremidade de um veio e da gôndola produz, à saída um jacto dc água com energia mais concentrada e sem componente 3

helicoidal do jacto e a energia do jacto de água que sai do hélice dianteiro com energia mais concentrada e sem componente helicoidal é fornecida ao hélice traseiro, para o que ambos os hélices são accionados, no mesmo sentido de rotação, pelo accionamento montado no interior da gôndola e na zona da secção transversal do jacto, e têm uma mesma configuração. No accionamento de navio deste tipo, a carcaça ou gôndola submersa tem uma forma optimizada e, no sentido de deslocação do navio, o hélice traseiro do conjunto dos dois hélices tem uma geometria especial de acordo com o artigo publicado na revista "Motorship volume 77, N°915,Outubro de 1996, Pags.47, 48 intitulado Double the propsthalf de problem |duplique o n° de hélices: reduza os problemas a metade|"

No accionamento de acordo com a presente invenção ambos os hélices têm essencialmente o mesmo diâmetro de modo que o hélice dianteiro ("dianteiro" no sentido da deslocação do navio), em toda a zona abrangida pelo seu diâmetro e o hélice traseiro ("traseiro" no sentido da deslocação do navio), em toda a zona abrangida pelo seu diâmetro que é determinada pela contracção do jacto ao abandonar o hélice dianteiro, têm configurações diferentes, enquanto no sentido de deslocação do navio o hélice dianteiro e o hélice traseiro numa zona anelar fora do diâmetro determinado pela contracção do jacto têm a mesma configuração das pás.

Esta e outras características da presente invenção tornar-se-ão claras a partir da descrição de vários exemplos de formas de realização da invenção feita, a seguir, em correlação com os desenhos e decisivamente com as reivindicações.

Os desenhos mostram: a Fig. 1, um primeiro exemplo de forma de realização de um accionamento por jacto de água de acordo com a invenção com um hélice em cada extremidade de uma carcaça submersa, 4

configurada como uma gôndola de forma hidrodinâmica que, por meio de uma coluna da carcaça ou pé, disposto no lado de baixo do navio, e aloja um motor eléctrico, em cujo veio ou em cada extremidade do mesmo está montado um hélice; a Fig. 2, um segundo exemplo de forma de realização com uma concepção conveniente em relação à representada na Fig. 1; a Fig. 3, um terceiro exemplo de forma de realização em que no interior da carcaça submersa está instalada uma transmissão em ângulo por meio da qual a energia de accionamento é transmitida do motor, não representado, montado dentro do navio, através de um tubo ou coluna da carcaça, não representado, podendo o motor ser um motor de combustão interna vulgar, um motor eléctrico ou uma máquina equivalente; as figs, 4 a 6 são representações, semelhantes às anteriores, de uma outra forma de realização em três variantes, com um motor eléctrico instalado numa carcaça submersa ao qual é fornecida energia produzida por um gerador de corrente instalado a bordo, por meio de cabos que passam através da coluna da carcaça e a Fig.7 representa uma forma de construção de um hélice duplo especialmente vantajosa e representa, ainda, uma disposição do duplo hélice como objecto da presente invenção, que pode ser empregue em todas as formas de realização anteriormente referidas.

Descrição da forma de realização apresentada na Fig.l. 0 accionamento compõe-se essencialmente de um motor eléctrico lv montado numa carcaça 2V, fora do casco do navio e, em particular, abaixo deste e por dois hélices 3V, 4V accionados pelo motor eléctrico lv. Ambos os hélices são, em regra, de construção diferente se bem que a circunferência das pontas 5V tenha o mesmo diâmetro, assim como podem ter uma 5

geometria das pás semelhante. Têm o mesmo sentido de rotação e o masmo número de rotações e são percorridas pelo mesmo fluxo de água, no sentido assinalado pela seta Av. 0 motor eléctrico lv está montado, isolado da água, na gôndola submersa 2V. Do motor sai, de cada lado, o veio de saida 7V e lateralmente em relação ao motor em cada extremidade encontram-se rolamentos 8V, 9V montados na carcaça 2V onde se vai apoiar o veio do motor. Para a vedação prevêm-se vedantes 10v, llv colocados ao lado dos rolamentos 8V, 9V entre o veio 7V e as paredes de topo 2av, 2bv com configurações adequadas aos requisitos de superfícies de topo para efeitos de vedação por labirinto. Fora da carcaça 2V encontram-se pontas de veio aflanjadas 12v 13v em cada uma das quais está montado de forma travada à rotação um dos hélices 3V, 4V . Aos topos da carcaça 2V estão ligadas capas de cubo 14v, 15v conseguindo-se desse modo um contorno exterior sem descontinuidades entre a cabeça 14v da zona do hélice dianteiro 3V, a parte média da carcaça 2V e a extremidade 15v na zona do hélice traseiro 4V. As paredes de topo 14av e 15av das capas de cubo 14v, 15v são as segundas peças das vedações por labirinto 16v, 17v cujas primeiras peças são as já referidas superfícies de topo 2av, 2bv. A carcaça 2V está suportada no casco do navio por meio de um pé 18v, oco, cujo contorno exterior se integra no aparelho de direcção 19v entre os hélices 3V, 4V que além disso compreende, associados à carcaça 2V, pás, das quais uma pá, assinalada pela referência, está numa posição diametralmente oposta ao pé 18v. Genericamente, as pás do aparelho de direcção 19v estão distribuídas regularmente em torno do eixo longitudinal do veio 7V e rigidamente fixadas na carcaça 2V.

Na generalidade, os hélices 3V, 4V estão construídos de modo que o nível de trabalho de saída do segundo hélice 4V seja aproximadamente o nível final de trabalho do primeiro hélice 3V e em conjungaçâo com o aparelho de direcção 19v o fluxo de saída helicoidal do primeiro hélice 3V assim como o 6 fluxo helicoidal de entrada do segundo hélice 4V seja adequadamente influenciado na paooagcm do fluido do primeiro para o segundo hélice de modo que, em qualquer caso, na passagem do fluido do primeiro para o segundo hélice, se verifique uma perda de energia diminuta. A alimentação de energia para o motor eléctrico faz-se por meio de condutores 21v que são passados pelo interior do pé 18v e da carcaça 2V até ao motor, pelo que os espaços interiores do pé 18v e da carcaça 2V ficam em comunicação um com o outro. A fim de o accionamento não ser apenas utilizado para provocar um impulso na direcção longitudinal do navio (eixo longitudinal do veio de accionamento) mas possa ser também utilizado para direccionar o navio, na sua totalidade, está para o efeito previsto um mecanismo de rotação, do tipo bem conhecido, que pode fazer rodar o sistema de accionamento, por meio de um mecanismo de rotação, em torno de um eixo vertical 22v situado a meia distância dos dois hélices, podendo eventualmente a rotação abranger 360°, pelo que o eixo de rotação 22v intercepta perpendicularmente o eixo de rotação do veio 23v.

Descrição da forma de realização representada na Fig. 2 O accionamento é composto essencialmente por um motor eléctrico í" montado numa carcaça 2", fora do casco do navio e, em particular, abaixo deste e por dois hélices 3", accionados pelo motor eléctrico l". Ambos os hélices são, em regra, de construção diferente se bem que a circunferência das pontas dos hélices 5'' tenha o mesmo diâmetro assim como podem ter uma geometria das pás semelhante. Têm o mesmo sentido de rotação e o mesmo número de rotações e são percorridas pelo mesmo fluxo de água, no sentido assinalado pela seta A”. O motor eléctrico 1' ' está montado, isolado da água, na carcaça submersa 2''. Do motor sai de cada um dos lados o veio de accionamento Ί'' que, de cada lado do motor fica apoiado, de modo a poder rodar, num dos dois rolamentos 8'', 9’' da carcaça 2’' . Para a vedação cotão previstos doio empanqueo 7 10'', 11'' montados ao lado das rolamentos 8'', 9'', entre o vcio7"e as paredes de topo da carcaça 2a'', 2b'', que, em conjunto com a forma das superfícies de topo da carcaça, funcionam como peças de labirintos de vedação. Do lado de fora da carcaça 2'' encontram-se aflanjados ao veio 7", pontas de veio 12'', 13'' que suportam, qualquer delas, um hélice 3'', 4", travado à rotação. Os topos da carcaça estão tapados por capas dos cubos 14'', 15''que formam junto do hélice dianteiro 3''e junto do hélice traseiro 4'', em conjunto com a zona média da carcaça 2'', perfis hidrodinâmicos. Na parede de topo 14a'' e na parede de topo 15a'' das capas de cubo 14'', 15'', voltadas para a carcaça 2'', encontram-se formadas as segundas peças dos labirintos de vedação 16'', 17'' cujas primeiras partes se encontram formadas nas superfícies de topo 2a'', 2b'' anteriormente referidas . A carcaça 2''está suportada pelo casco por meio de um pé oco 18''cujo contorno exterior faz parte do aparelho de direcção 19'', entre os hélices 3'', 4'', que apresenta também outras pás associadas à carcaça 2'' das quais uma delas está assinalada pela referência 20'' e está disposta numa posição díametralmente oposta ao pé 18". Genericamente, as pás do aparelho de direcção estão distribuídas regularmente em torno do eixo longitudinal 7'' e rigidamente fixadas à carcaça 2".

Genericamente, os hélices 3", 4" estão construídos de tal forma que o nível de trabalho à sadia do segundo hélice 4" seja aproximadamente o nível de trabalho final do primeiro hélice 3"e, em conjunto com o aparelho de direcção 19", o percurso helicoidal de saída do primeiro hélice 3" seja, também, igual ao percurso helicoidal de entrada do segundo hélice 4", sendo assim influenciados de forma adequada a que, em todos os casos, as perdas de energia ao dar-se a passagem do fluido do primeiro para o segundo hélice, sejam diminutas. A alimentação de energia para o motor eléctrico faz-se por intermédio de condutores 21" que são levados até ao motor, passando pelo interior do pé 18" e da carcaça 2", "7 razão por que os espaços interiores do pé 18" e da carcaça 2' ' se encontram em comunicação. A fim de o accionamento não ser apenas usado para gerar um impulso segundo o eixo longitudinal do navio (eixo longitudinal do veio de accionamento) mas também possa ser usado para comandar a direcção de deslocação do navio, o accionamento, globalmente, por acçâo de uma disposição adequada no navio e por intermédio de um mecanismo de rotação adequado, de tipo em si bem conhecido, pode ser rodado em torno do eixo vertical 22'' que passa a meio da distância entre os dois hélices, podendo mesmo, eventualmente rodar de 360°, sendo o eixo 22'' perpendicular ao eixo 23'' de rotação do veio. 0 motor 1' ' está construído como um motor síncrono de excitação permanente e constitui assim uma máquina eléctrica com uma grande concentração de potência. Por meio da tecnologia de um motor deste tipo torna-se possível dar à carcaça 2'' , entre os dois hélices, uma configuração hidrodinâmica que permite que se atinja um rendimento elevado.

Com esta tecnologia é possível dar ao pé 18'' a configuração de uma coluna que tenha uma forma hidrodinâmica optimizada. A coluna 18' ' está configurada na sua parte inferior, próxima da carcaça 2'', de modo que, em conjunto com uma segunda barbatana de direcção 20'', diametralmente oposta, constitua um par de barbatanas de direcção, formando-se assim um aparelho de direcção, de modo que se torna possível criar um fluxo optimizado de entrada da água com a direcção A'' , no segundo hélice 4''. As barbatanas de direcção terminam ao nível em que se encontram as circunferências das pontas 5' ' dos dois hélices 3'', 4''. 9

Pela combinação de um motor síncrono de excitação permanente, de alta concentração de potência num pequeno diâmetro, com o dispositivo optimizado de direcção (par de barbatanas de direcção ou aparelho de direcção 20'') assim como os dois hélices 3", 4'' consegue-se constituir uma instalação de accionamento que se destaca por um elevado melhoramento do rendimento tanto eléctrico como hidrodinâmico. A construção do motor 1'’ como motor síncrono de excitação permanente dá lugar, em comparação com outros motores conhecidos, a uma diminuição do diâmetro da carcaça de até cerca de 20%. As vantagens são óbvias, mencionando-se apenas as dimensões mais reduzidas e as condições mais convenientes dos fluxos ou a menor resistência à passagem de fluxos.

Uma outra forma de realização da invenção refere-se ao apoio do rotor do motor de excitação permanente que inclui também o apoio do veio do hélice. A fim de reduzir ou eliminar, a distorção do posicionamento e a deformação, assim como as solicitações dinâmicas incidentes sobre os hélices, a ligação entre o rotor, ou portanto o veio de accionamento 1'', e as pontas de veio onde se encontram montados os hélices 12'', 13'' é feita por meio de acoplamentos de membrana 23'', 24''. Deste modo é possível manter uma folga mínima entre o estator e rotor o que significa uma melhoria adicional, considerável, do rendimento.

Descrição do exemplo de forma de realização de acordo com a Fig. 3. A fig. 3 mostra um accionamento de um navio concebido como leme/duplo hélice com uma máquina de accionamento montada no interior do casco, com um veio vertical de accionamento 1' e hélices de propulsão colocados fora do casco do navio. Normalmente, e por esse motivo não representado na Fig. 3, actua sobre a extremidade superior do veio vertical de 10 7

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accionamento 1' , uma máquina de accionamento constituída por um motor, uma transmissão e uma caixa de engrenagens a fim de accionar o veio de accionamento com um número variável de rotações em torno do seu eixo longitudinal. Na extremidade inferior do veio de accionamento 1' está montada, travada à rotação, uma engrenagem cónica de entrada 3' de uma transmissão angular 3', 4' que constitui a união efectiva com a engrenagem cónica de saída 4' da transmissão angular 3', 4'. A engrenagem cónica 4' está ligada, travada à rotação, nos dois sentidos, a um veio horizontal de saída 5' em cujos extremos livres se encontram montados, travados à rotação, respectivamente os hélices 6' e 7' . Em regra os hélices são de construção diferente embora as circunferências descritas pelas pontas tenham o mesmo diâmetro assim como as geometrias das pás possam ser iguais. Estas têm, pela sua associação com o veio 5', o mesmo sentido de rotação e o mesmo número de rotações e são banhadas pelo fluxo de fuido segundo a mesma direcção e sentido, por exemplo a assinalada pela seta A'. A transmissão angular 3', 4’ está envolvida por uma carcaça 9' na qual o veio de saída 5' se encontra apoiado em dois rolamentos 10', 11', de forma a poder rodar. A carcaça 9' está suportada por uma carcaça tubular 9a' , vertical que envolve o veio de accionamento vertical 1' , concêntrico com ela e que, para o efeito de funcionamento como leme, pode rodar em torno do eixo longitudinal da carcaça tubular 9a'. A parte submersa do sistema de accionamento pode estar disposta no interior de uma tubeira 12'. O hélice dianteiro 6' cria, no seu fluxo de saída, um componente helicoidal que é representativo da energia perdida. O hélice 7' , com a mesma rotação, montado a jusante, é atingido pelo fluxo de saída do hélice dianteiro. Sem um dispositivo de guiamento entre os dois hélices 6', 7', o fluxo de saída inconveniente, anteriormente referido, daria lugar a um aumento de cavitação e a uma maior perda de energia. 11

A fim de contrariar esta perda de energia, entre os dois hélice3 6' , 7' cotá previsto um sistema dc condução do fluxo 8' por meio do qual a deslocação helicoidal, após a passagem pelo hélice dianteiro 6', passa a linear. Nestas circunstâncias, a energia perdida é recuperada na medida em que o fluxo que percorre o sistema de condução do fluxo gera um esforço de avanço. Além disso gera-se um pré-percurco helicoidal para o hélice 7', instalado a jusante daquele, a fim de este poder transformar uma queda maior de energia potencial. Tendo em conta este critério, o segundo hélice 7' tem, com vantagem, uma concepção de construção diferente da do primeiro hélice 6'. 0 dispositivo de direcção 8', de acordo com a Fig. 3 é constituído por duas pás directrizes 8a' , 8b' , sendo a pá directriz 8a' formada pela carcaça tubular 9a' que envolve o veio de accionamento vertical 1' . A segunda pá directriz 8b' encontra-se no lado de baixo 9b' da carcaça 9' que envolve o veio horizontal de saída 5' ou seja, numa posição rodada de 180° em relação à primeira pá directriz. Ambas as pás directrizes 6', 7' formam uma única unidade de montagem com a carcaça global 9',9a'.

Descrição da forma de realização de acordo com as Figs 4 a 6. O accionamento é constituído essencialmente por um motor eléctrico 1 montado numa carcaça 2 situada fora do casco do navio, em especial debaixo deste, e dois hélices 3, 4 accionados pelo motor eléctrico 1. Os dois hélices são, em regra, de construção diferente se bem que a circunferência 5 das pontas das pás dos hélices tenham o mesmo diâmetro assim como podem ter uma geometria semelhante das pás. Podem ter o mesmo sentido de rotação e o mesmo número de rotações e são banhadas num mesmo sentido pelo fluxo de fluido, assinalado pela seta A na Fig. 1. 12

0 motor eléctrico 1 está montado na carcaça submersa 2, isolado da água. Do motor oai dc cada um dos lados o veio de accionamento 7 que, de cada lado do motor fica apoiado, de modo a poder rodar, nos dois rolamentos 8, 9 da carcaça 2. Para a vedação estão previstos dois empanques 10, 11 montados ao lado das rolamentos 8, 9, entre o veio 7 e as paredes de topo da carcaça 2a, 2b que, em conjunto com a forma das superfícies de topo da carcaça, funcionam como peças de labirintos de vedação. Do lado de fora da carcaça 2 encontram-se, aflanjadas ao veio 7, pontas de veio 12, 13 que suportam, qualquer delas, hélices 3, 4, travados à rotação. Os topos da carcaça 2 estão tapados por capas dos cubos 14, 15 que formam junto do hélice dianteiro 3 e junto do hélice traseiro 4, em conjunto com a zona média da carcaça 2, perfis hidrodinâmicos. Na parede de topo 14a e na parede de topo 15a das capas de cubo 14, 15, voltadas para a carcaça 2, encontram-se formadas as segundas peças dos labirintos de vedação 16, 17 cujas primeiras partes se encontram formadas nas superfícies de topo 2a, 2b anteriormente referidas. A carcaça 2 está suportada pelo casco por meio de um pé oco 18 cujo contorno exterior faz parte do aparelho de direcção 19, entre os hélices 3, 4, que apresenta também outras pás associadas à carcaça 2 das quais uma delas assinalada pela referência 20 está disposta numa posição diametralmente oposta ao pé 18. Genericamente, as pás do aparelho de direcção estão distribuídas regularmente em torno do eixo longitudinal 7 e rigidamente fixadas à carcaça 2.

Genericamente, os hélices 3, 4 estão construídos de tal forma que o nível de trabalho à saída do segundo hélice 4 seja aproximadamente o nível de trabalho final do primeiro hélice 3 e, em conjunto com o aparelho de direcção 19,consegue-se que o percurso helicoidal de saída do primeiro hélice 3 seja também igual ao percurso helicoidal de entrada do segundo hélice 4, sendo influenciados de forma adequada a que, em todos os casos, as perdas de energia, ao dar-se a passagem do fluido do primeiro para o segundo hélice, sejam diminutas. 13

η A alimentação de energia para o motor eléctrico faz-se por intermédio de condutores 21 que são levados até ao motor, passando pelo interior do pé 18 e da carcaça 2, razão por que os espaços interiores do pé 18 e da carcaça 2 se encontram em comunicação. A fim de o accionamento não ser apenas usado para gerar um impulso segundo o eixo longitudinal do navio (eixo longitudinal do veio de accionamento) mas também possa ser usado para comandar a direcção de deslocação do navio, o accionamento, globalmente, por acção de uma disposição adequada no navio e por intermédio de um mecanismo de rotação adequado, de tipo em si bem conhecido, pode ser rodado em torno do eixo vertical 22 que passa a meio da distância entre os dois hélices, podendo mesmo, eventualmente, rodar de 360°, sendo o eixo 22 perpendicular ao eixo 23 de rotação do veio. A seguir será descrita, em correlação com as Figs. 2 e 3, uma forma particularmente vantajosa do accionamento de acordo com a invenção. Neste caso, o motor eléctrico 1 é um motor síncrono de excitação permanente com um rotor de magneto permanente 25 e um estator de pacote de chapas 26. Em si, estes motores são bem conhecidos, razão pela qual o motor síncrono de excitação permanente não tem que ser aqui descrito em pormenor. A utilização de um motor deste tipo na carcaça 2, em forma de gôndola, disposta por baixo do casco 24 do navio, abaixo da superfície da água, motor esse destinado accionar os dois hélices com o mesmo número de rotações e a mesma direcção de impulso A dos hélices 3, 4 tem várias vantagens específicas de aplicação, em especial no que respeita ao rendimento eléctrico da máquina e a permitir a omissão de dispositivos de refrigeração forçada. Adicionalmente, torna-se possível utilizar um motor com um volume menor que, em consequência, torna possível utilizar uma carcaça submersa com um diâmetro máximo, reduzido. 14

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Um motor síncrono de excitação permanente 1 como este, dadoo ainda os melhoramentos introduzidos na sua concepção, está montado na carcaça 2, em forma de gôndola, de modo a que o veio dos hélices 12, 13 que se estende de extremo a extremo e o rotor 25 tenham apoios comuns representados pelos dois rolamentos 8, 9. Em particular, isto está pensado de modo que o rotor de excitação permanente 25 fique assente sobre um tubo de suporte 27, que envolve de forma concêntrica, o qual na proximidade das duas extremidades, a cada uma delas, fique associado um dos acoplamentos de membrana 28, 29, ligados ao veio dos hélices 12, 13 de forma travada à rotação, encontrando-se, nas duas extremidades do veio, o acoplamento de membrana 28 ou 29, assim como os respectivos rolamentos próximos uns dos outros. Deste modo, dado que o veio dos hélices e o tubo associado ao motor eléctrico têm um apoio comum, consegue-se uma minimização do número de peças de montagem e uma maior fiabilidade do conjunto. Através da utilização de acoplamentos de membrana montados mesmo junto dos respectivos apoios radiais consegue-se uma centragem muito rigorosa do rotor no interior do estator independentemente da flexão do veio dos hélices. Este pormenor confere grandes vantagens no que respeita ao comportamento dinâmico do rotor em relação à máquina como um todo (por exemplo, a indução de harmónicas sonoras sobre os corpos em presença é minimizada).

Do mesmo modo, em consequência da forma de construção do motor eléctrico como motor síncrono de excitação permanente 1 (Figs. 2 e 3),é possível fazer-se uma integração da carcaça submersa 18 (designada por "pé" em relação à descrição da Fig. 2) no accionamento, de uma forma especialmente vantajosa. Esta carcaça em forma de coluna pode ser feita com uma grande esbetez ficando, deste modo, a resistência hidrodinâmica da instalação diminuída de forma considerável. A referida esbeltez da carcaça em forma de coluna 18, submersa, tem um perfil de secção transversal tal que, em conjunto com um par de barbatanas direccionais laterais, cada uma rodada de 90° (não representadas) c ao contra-barbatanas 20, rodadas de 15 180,° conseguem produzir um desenrolamento adicional do fluxo helicoidal dc caída do hclice dianteiro 3 o que significa um melhoramento do rendimento, do qual deverá resultar a validade do conceito em que se baseia o accionamento com os dois hélices essencialmente com rotações iguais (número de rotações e sentido de rotação).

Um freio de paragem para manter imobilizado o veio dos hélices 12, 13 e por conseguinte o conjunto de montagem constituído pelo veio dos hélices, está instalado na gôndola submersa 2 e encontra-se assinalado pela referência 23. A forma de construção de acordo com as Figs. 2, 3 pode, enfim, proporcionar uma simplificação importante do trabalho de montagem das partes submersas.

Os hélices direccionáveis montáveis e desmontáveis com o navio em flutuação são oferecidos por vários fabricantes de hélices direccionáveis. A correspondente despesa de montagem é, ainda assim, muito elevada. A presente invenção, em especial na forma de realização de acordo com as Figs. 2, 3 proporciona montagens e desmontagens debaixo de água muito facilitada, feita na zona de separação coluna da carcaça submersa/cone de suporte. A coluna da carcaça submersa encontra-se, também assinalado na Fig. 3 pela referência 18, a sua extremidade superior está ao nível 24 da parte exterior do casco e encontra-se ligada ao cone de suporte 30. Na extremidade superior, o cone de suporte está apoiado num rolamento de direcção 31 incluído na estrutura de suporte do navio. Este rolamento de direcção 31 tem um anel interior 31a com uma coroa dentada interior 31b e este anel interior 31a do rolamento está ligado rigidamente ao cone de suporte 30. 0 anel exterior 31c trabalha em conjunto com o anel interior, por intermédio dos corpos de rolamento e está integrado rigidamente na estrutura de suporte do navio. Na coroa dentada interior formada no anel interior do rolamento de direcção engrena o carreto (não reprcocntado) dc um accionamento (não 16

\κ_ΛΛ/· kzl ? representado ) de forma que o accionamento, na sua globalidade, pode ser rodado dc 360° cm torno do eixo longitudinal 22 a fim de direccionar o navio. A ligação desmontável entre a coluna da carcaça 18 e o cone de suporte 30 está representada por uma ligação aflanjada 32.

Todas as formas de realização têm em comum a combinação de caracteristicas enunciadas na reivindicação 1 que põe a tónica no facto de se estar a tratar de um accionamento por jacto de água para embarcações, em especial para navios que incluem uma máquina de accionamento e dois hélices accionados por ela, os quais se encontram montados nas duas extremidades, uma carcaça de configuração hidrodinâmica em forma de gôndola submersa, ficando os hélices fora da referida carcaça e accionados por um meio de accionamento disposto no interior da carcaça submersa que actua sobre veio comum aos dois hélices, aumentando o primeiro hélice significativamente a energia do fluxo do meio fluido e conduzindo este meio fluido com um elevado teor energético, depois de eliminado o inevitável componente helicoidal do fluxo à saída num dispositivo de encaminhamento do fluxo para o segundo hélice o qual, no que respeita às suas pás se diferencia do primeiro hélice pelo facto de a energia relativamente pequena do fluxo ser aumentada de forma optimizada no primeiro hélice enquanto no segundo hélice a energia relativamente grande do fluxo é novamente aumentada; numa forma especial de realização, descrita a seguir em correlação com a Fig. 2, o segundo hélice apresenta uma parte central que se diferencia da descrita para o primeiro hélice conforme se descreveu e é essencialmente igual ao primeiro hélice no que respeita à parte periférica e à forma como é banhado pelo fluxo de fluido.

Descrição da forma de realização de acordo com a Fig. 7. 0 hélice dianteiro 3, do lado de onde procede o fluxo no senLido A, tem uma configuração optimizada para aumentar a 17 energia do fluido em escoamento. 0 hélice traseiro 4, em relação ao 3cntido do fluxo Λ, tom essencialmente a mesma configuração das pás na zona periférica. Esta zona periférica envolve uma zona central onde as pás são diferentes em relação às do hélice 3, como já repetidas vezes se referiu, ou seja que aumenta ainda mais a energia, já aumentada pelo hélice dianteiro, a partir desse nível de energia, após o que o meio fluido no fluxo que sai do primeiro hélice 3 sob a forma de um rasto com um componente helicoidal é "destorcido" no aparelho de direcção 19 e a perda de energia causada pela formação do rasto com um componente helicoidal é compensada. As zonas do núcleo e periférica estão separadas uma da outra pela superfície de contracção 100, ou seja, a superfície do manto que o fluido em escoamento envolve, depois de este ter abandonado o primeiro hélice 3, e delimita perifericamente um corte transversal que é claramente inferior ao corte transversal do fluxo de entrada. Na zona periférica, consequentemente, o segundo hélice é atingido por fluxos de fluido B da mesma forma que o primeiro hélice é atingido por fluxos de fluido que foram assinalados pela referência A.

Lisboa, 7 de Dezembro de 2001

/AGENTE OFICIAL DA PROPRIFXJADIi INDUSTRIAL 18

Claims

REIVINDICAÇÕES

Accionamento por jacto de água para navios, com dois hélices com o mesmo eixo de rotação (3, 4) , com o mesmo diâmetro, situados fora das extremidades de uma carcaça submersa (2) semelhante a uma gôndola com uma forma hidrodinâmica, montada sob o casco do navio com um meio de accionamento para os dois hélices (3, 4), disposto de forma optimizada no interior da carcaça submersa em que a energia para o meio de accionamento provém do exterior do casco do navio através de uma coluna (18) da carcaça, uma extremidade da qual se encontra ligada ao casco do navio e a outra extremidade se encontra ligada à carcaça submersa (2) , na qual se encontra previsto um aparelho de direcção (20) através do qual o jacto de água saido com energia acrescida do hélice dianteiro (3) ("dianteiro" no sentido da deslocação do navio) segue, com um mínimo de perda de energia e com uma eliminação optimizada da componente helicoidal do jacto, para o hélice traseiro (4) ("traseiro" no sentido do navio) com uma geometria especial, que se encontra disposto na outra extremidade da carcaça submersa, caracterizado por: a forma optimizada da carcaça submersa (2) assim como da coluna (18) e as pás directrizes fazerem parte do aparelho de direcção (20) por meio do qual, na sua globalidade constituído por pás directrizes, carcaça submersa (2) e coluna (18), através do qual o jacto de água saído com energia acrescida do hélice dianteiro (3) ("dianteiro" no sentido da deslocação do navio) segue, com um mínimo de perda de energia e com uma eliminação optimizada da componente helicoidal do jacto, para o hélice traseiro (4) montado na outra extremidade da carcaça submersa e 1 r“ a geometria especial do hélice traseiro ("traseiro" no contido da corrente), do par de hélices (3, 4), com o mesmo sentido de rotação e o mesmo diâmetro, consistir em que, na zona do núcleo, ou seja na zona da secção transversal do jacto à saída do hélice dianteiro este hélice traseiro tenha a mesma configuração de entrada do hélice dianteiro, de modo que nas zonas de entrada de ambos os hélices (3, 4) seja aproveitada ao máximo a energia do fluxo, verificando-se que na zona marginal que se segue à zona do núcleo não exista componente helicoidal, tal como se não existe no hélice dianteiro e a composição das suas pás corresponda à do hélice dianteiro (3) .
2. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 1 para o qual se faz reporte às reivindicações 1 e 2 caracterizado por o passo das pás do conjunto de pás do hélice traseiro (4), ("traseiro" no sentido da deslocação do navio), na zona correspondente à contracção do jacto, ser 1,04 a 1,52 vezes o passo das pás do conjunto de pás do hélice dianteiro (3), ("traseiro" no sentido da deslocação do navio).
3. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por os conjuntos de pás dos dois hélices (3, 4) serem iguais e na globalidade das zonas da secção transversal do hélice dianteiro (3), ("dianteiro" no sentido da deslocação do navio), e na zona exterior, anelar, do hélice traseiro (4), ("traseiro" no sentido da deslocação do navio), se poder admitir uma variação de +/- 5%.
4. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 2 caracterizado por os conjuntos de pás diferentes dos dois hélices (3, 4), além das diferenças dos passos das pás dos conjuntos de pás, terem também relevos diferentes, cncontrando-se o intervalo de variação 2 5. 5.

\ referido na reivindicação 5 dos diferentes passos das pás entre 0,9 -1,6. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 4 caracterizado por os conjuntos de pás diferentes dos dois hélices (3, 4), em vez de apresentarem diferentes passos das pás, apresentarem diferentes relevos das pás.
6. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 11 caracterizado por as pás directrizes (20} se situarem numa gama de relações relevo-comprimento de 0,0 a 0,2 e disporem de um campo de regulação entre -7o e + 7o, quando a parte importante do aparelho de direcção for o conjunto das pás directrizes.
7. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 6 caracterizado por o aparelho de direcção ter duas pás directrizes com rotações simétricas em torno do eixo comum do hélice.
8. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado por o meio de accionamento montado no interior da carcaça submersa (2) ser constituído por uma caixa de engrenagens (4', 5') com duas pontas de veio de saída, situadas nas extremidades da carcaça submersa, para accionamento dos dois hélices (3, 4) e por a transmissão mecânica de força (2') de um motor montado no interior do casco do navio, de preferência um motor de combustão interna ou um motor hidráulico, ser feita por um veio de ligação que passa através da coluna da carcaça.
9. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado por o meio de accionamento montado na carcaça submersa (2) ser um motor eléctrico com duas ponta3 dc vcío (13, 14) : o veio de 3 r\ „ o·» \ .../ Γ/ ’ _ \£ C< ...... ' -;rv' V-Λ*- "7 accionamento para os dois hélices (3, 4) nas extremidades da carcaça 3ubiueraa, c a alimentação dc energia proveniente de um gerador de corrente instalado no interior do casco do navio por meio de condutores que são passados através da coluna (18) da carcaça.
10. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 7 caracterizado por o meio de accionamento montado na carcaça submersa (2) ser um motor hidráulico com duas pontas de veio de saida (12, 13) uma para cada hélice (3, 4) montadas na extremidade respectiva da carcaça submersa, e por um dispositivo de alimentação de energia proveniente de um meio de motorização hidráulico com elementos que passam através da coluna da carcaça.
11. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 9 caracterizado por a evacuação do calor libertado pelo motor (1) se fazer através da parede da carcaça submersa (2) à qual estão ligadas peças condutoras do calor gerado pelo motor (1) .
12. Accionamento por jacto de água de acordo com as reivindicações 1 a 10 caracterizado por o hélice dianteiro (3) dianteiro no sentido de deslocação do navio, estar envolvido por uma tubeira aceleradora cuja secção transversal diminui da entrada até ao plano do hélice.
13. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 10 caracterizado por cada um dos hélices (3, 4) estar envolvido por uma tubeira de desaceleração cuja secção transversal aumenta da entrada da tubeira até ao plano de entrada do primeiro hélice (3).
14. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das ocr reivindicações 1 a 13 caracterizado por a ligação da coluna vertical (10) da carcaça ao ca3Co do navio 4 ( c\ w v> feita de modo que aquela juntamente com a carcaça submersa na sua extremidade inferior, possa rodar em torno do seu eixo longitudinal.
15. Accionamento de acordo com a reivindicação ? caracterizado por a possibilidade de a rotação da coluna 18 da carcaça em torno do seu eixo longitudinal atinja 360°, com o auxilio de um motor de posicionamento.
16. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 9 caracterizado por a fixação de cada hélice (3, 4) ao veio (7) ou de cada ponta de veio (12, 17) estar envolvida por um cubo (14, 15) e por a forma optimizada da carcaça submersa (2), por efeito dos cubos (14, 15), proporcionar um perfil de escoamento hidrodinâmico, sendo o nariz do hélice (14) do hélice (3) que, nesta zona, se apresenta como hélice dianteiro,(dianteiro em relação ao sentido do fluxo (A)) do perfil do fluxo, enquanto a cauda (15) do perfil do fluxo, nesta zona se apresenta como o hélice traseiro (4) (traseiro no sentido de deslocação do navio)..
17. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 9 e/ou 16 caracterizado por o motor eléctrico (1) ser um motor síncrono de excitação permanente. 18. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 17 caracterizado por o rotor (25) do motor (1) assumir uma posição concêntrica com o estator (26) . 19. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 10 caracterizado por o rotor (25) , por meio de acoplamentos de membrana (28, 29), se encontrar ligado concentricamente e de forma travada à rotação, ao veio do hélice (7 ou 12, 13) que atravessa o rotor e tem montadas nas sua3 extremidades oo hélices (3, 4). 5
20. Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 19 caracterizado por, fora do rotor (25), na vizinhança imediata de cada acoplamento de membrana (28, 29) se encontrar instalado um rolamento (8, 9) e por meio destes rolamentos ficar apoiado na carcaça submersa (2) o grupo de montagem constituído pelo rotor (25)e veio do hélice (12, 13) de accionamento do navio.
21. Accionamento por jacto de água de acordo com as reivindicações 16 a 21 caracterizado por o rotor 25 estar acoplado ao veio do hélice (12, 13) por intermédio de um tubo de suporte (27). 22. Accionamento por jacto de água de acordo com as reivindicações 16 a 21 caracterizado por a carcaça submersa (2) estar ligada a um cone de suporte (30) por meio da coluna (18) da carcaça com vista a poder fazer rodar o veio do hélice (12, 13) de 360° em torno de um eixo (22) perpendicular ao eixo do hélice (23).

Accionamento por jacto de água de acordo com a reivindicação 22 caracterizado por a coluna (18) da carcaça e o cone de suporte (30) , ao nível da parede do casco (24) se encontrarem ligados de forma desmontável (ligação aflanjada).
24. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 22 e 23 caracterizado por a secção transversal mais pequena estar voltada para a coluna (18) da carcaça e o cone de suporte, na zona de secção transversal superior, de maiores dimensões, estar montado na embarcação de modo a poder rodar (rolamento 31) em torno do um eixo vertical (22) que intercepta perpendicularmente o eixo longitudinal (23) das hélices (12, 13) . 6
25. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 16 a 24 caracterizado por a coluna 18 da carcaça ser formada por várias pás directrizes (18, 20), iguais, pertencentes ao aparelho de direcção (19), entre os dois hélices (3, 4) que se encontram distribuídas a espaços iguais da carcaça (2).
26. Accionamento por jacto de água de acordo com as reivindicações 1 a 10 caracterizado por o hélice dianteiro (3) , no sentido da deslocação do navio, estar envolvido por uma tubeira de desaceleraçâo cuja secção transversal se alarga da entrada para o plano do hélice.
27. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 10 caracterizado por cada hélice estar envolvido por uma tubeira aceleradora cuja secção transversal se estreita da entrada para o plano do hélice ou estar envolvido por uma tubeira de desaceleraçâo cuja secção transversal se alarga da entrada para o plano do hélice.
28. Accionamento por jacto de água de acordo com uma das reivindicações 1 a 10 caracterizado por ambos os hélices estarem envolvidos por uma mesma tubeira, do tipo tubeira de aceleração, cuja secção transversal se estreita da entrada da tubeira até ao plano de hélice ou ser do tipo tubeira de desaceleraçâo cuja secção transversal se alarga da entrada da tubeira até ao plano da hélice do primeiro hélice. Lisboa, 7 de Dezembro de 2001 /acentf. oficial da propriedade industrial

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