BR102014019724A2 - BOAT TO WATER JET - Google Patents
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Abstract
barco a jato de água - a invenção se refere ao desenvolvimento de um barco a jato de água com turbo dupla hélice no qual a dupla hélice funciona dentro de uma câmara cilíndrica, sendo que a primeira hélice está solidaria ao eixo e este eixo está ligado a um motor, fazendo com que essa primeira hélice gire no mesmo sentido do giro do motor e com sua geometria capte o máximo de água para dentro do sistema; e a segunda hélice não está solidaria ao eixo e quando a água passa da primeira hélice para a segunda hélice, que tem no formato de suas pás uma geometria que a força girar em sentido contrário a primeira hélice, o máximo de água é expulsa para fora desta câmara cilíndrica no sentido do fluxo de água da direita para esquerda.Water jet boat - The invention relates to the development of a double propeller turbo water jet boat in which the double propeller operates within a cylindrical chamber, with the first propeller being integral with the shaft and this shaft is connected to a motor, causing this first propeller to rotate in the same direction as the engine's rotation and its geometry to draw maximum water into the system; and the second propeller is not attached to the shaft, and when water passes from the first propeller to the second propeller, which has the shape of its blades a geometry that forces the counterclockwise force to rotate, the maximum water is expelled outward. this cylindrical chamber in the direction of water flow from right to left.
Description
"BARCO A JATO DE ÁGUA" CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF WATER JET FIELD OF THE INVENTION
[1] A presente invenção se insere no çampo de aplicação da engenharia mecânica, mais especificamente, na área de engenharia naval, uma vez que se refere ao desenvolvimento de um barco a jato de água com sistema turbo dupla hélice.[1] The present invention is part of the scope of mechanical engineering, more specifically in the field of marine engineering, as it relates to the development of a twin-turbocharged waterjet boat.
ESTADO DA TÉCNICATECHNICAL STATE
[2] 0 barco a jato de água foi originalmente proposto para operação em rios rasos, especificamente para superar o problema de hélices nas rochas.[2] The water jet boat was originally proposed for shallow river operation, specifically to overcome the problem of rock propellers.
[3] 0 jato de água mostrou-se a solução ideal para a necessidade específica de um sistema de propulsão para operar em águas muito rasas.[3] The water jet has proved to be the ideal solution for the specific need for a propulsion system to operate in very shallow water.
[4] A partir desta popularidade da unidade do jato, o barco a jato de água aumentou rapidamente e, através desta evolução, verificou-se que oferecia várias outras vantagens sobre as hélices, para diferentes tipos de navios. ■ [5] Atualmente são empregados para muitas embarcações de alta velocidade, incluindo as de passageiros (ferry boats), de salvamento, barcos de patrulha marítima e de abastecimento de navios.[4] From this popularity of the jet unit, the waterjet increased rapidly, and through these developments it was found to offer several other advantages over propellers for different types of ships. ■ [5] They are currently used for many high-speed vessels, including passenger boats, rescue boats, maritime patrol boats and supply vessels.
[6] Barcos jet são altamente manobráveis, não havendo limites da engenharia para o tamanho do jato dos barcos, embora a validade da sua utilização dependa muito do tipo de aplicação.[6] Jet boats are highly manoeuvrable, with no engineering limits to the size of jet boats, although the validity of their use depends largely on the type of application.
[7] Classic pop-drives são geralmente mais eficientes e econômicos a baixas velocidades, até cerca de 20 nós. Além disso, a resistência do casco extra, gerada pela estrutura, lemes, eixos hidrojatos etc., é mais eficiente no barco de 20 a 50 nós. Somado a estes fatos, em situações em que são necessárias grandes hélices, girando em velocidades lentas (como rebocadores barcos), o jato de água de tamanho equivalente seria demasiado grande para ser prático.[7] Classic pop-drives are generally more efficient and economical at low speeds, up to about 20 knots. In addition, the extra hull strength generated by the structure, rudders, waterjet axes, etc. is more efficient on the 20 to 50 knot boat. Added to these facts, in situations where large propellers are needed, rotating at slow speeds (such as boat tugs), the water jet of equivalent size would be too large to be practical.
[8] Por estas razões, a grande maioria de unidades de jato de água é instalada em navios de alta velocidade e em situações especiais, onde calado, maneabilidade e flexibilidade de carga são as principais preocupações.[8] For these reasons, the vast majority of waterjet units are installed on high-speed vessels and in special situations where draft, maneuverability and loading flexibility are the main concerns.
[9] Os maiores navios do jet driven são encontrados em uso militar ou de passageiros de alta velocidade. No sul da África, fragatas da classe Valour, com aproximadamente 120 metros de comprimento, são os maiores navios de propulsão a jato conhecidos até o momento.[9] The largest jet driven ships are found in military or high speed passenger use. In southern Africa, the Class 120 frigates, approximately 120 meters long, are the largest jet propulsion vessels known to date.
[10] Com as recentes aplicações e constatações a respeito das necessidades de navegar em águas rasas, torna-se muito relevante desenvolver um barco que possa realizar esta ação, principalmente em locais de difícil acesso.[10] With recent applications and findings regarding the need for shallow water sailing, it is very important to develop a boat that can perform this action, especially in hard to reach places.
[11] 0 barco a jato de água com sistema turbo dupla hélice é movido por um jato de água ejetada na parte de trás da embarcação. Ao contrário de uma lancha ou barco a motor, que se utiliza de uma hélice na água abaixo ou atrás, o barco a jato de água com turbo dupla hélice succiona a água sob o barco em uma bomba de dentro dele, depois a expulsa por meio de um bico na popa, que é a parte traseira da embarcação.[11] The twin-propelled turboprop water jet boat is powered by a water jet ejected from the rear of the vessel. Unlike a speedboat or motorboat, which uses a propeller in the water below or behind it, the twin-propelled turboprop water jet boat sucks the water under the boat into a pump inside it, then expels it through a nipple on the stern, which is the rear of the vessel.
Documentos do estado da técnica [12] O pedido de patente US2003186598 refere-se a um barco de propulsão a jato de água, que possui casco moldado com plástico, e é operado por meio de uma hélice perpendicular. A unidade de alimentação pode ser ativada para operar a hélice, criando uma pressão dentro da câmara, forçando a saida de água por meio de uma abertura, cuja reação propulsiona o barco. 0 barco proposto pela presente invenção se diferencia por ter duas hélices e ser acoplado diretamente no casco da embarcação.State of the art documents [12] US2003186598 relates to a waterjet propulsion boat which has a plastic molded hull and is operated by means of a perpendicular propeller. The power unit can be activated to operate the propeller, creating pressure inside the chamber, forcing water out through an opening whose reaction propels the boat. The boat proposed by the present invention is differentiated by having two propellers and being coupled directly to the hull of the vessel.
[13] 0 pedido de patente US2003186598 descreve um sistema de propulsão a jato de água para embarcações destinadas a águas pouco profundas. Uma roda de turbina semi-axial, laminada, com um eixo vertical de rotação, está disposta de modo que possa rodar numa caixa de pressão. Dentro da caixa de pressão, o mecanismo de acionamento para a roda da turbina é introduzido a partir de cima, por meio de uma placa de cobertura. A presente invenção não entra em conflito com este pedido, pois requer um barco que se diferencia por ter um eixo horizontal acoplado em um motor e sistema turbo é acionado através do giro do motor, contemplando em seu sistema duas hélices.[13] US2003186598 describes a water jet propulsion system for shallow water vessels. A rolled semi-axial turbine wheel with a vertical axis of rotation is arranged so that it can rotate in a pressure box. Inside the pressure box, the drive mechanism for the turbine wheel is introduced from above by a cover plate. The present invention does not conflict with this application, as it requires a boat that is differentiated by having a horizontal axis coupled to an engine and turbo system is driven by the rotation of the engine, contemplating in its system two propellers.
[14] O pedido de patente GB1130378 refere-se a um aparelho de jato de propulsão para uma embarcação que compreende um invólucro cilíndrico situado no casco, junto à proa, contendo um impulsor rotativo que impulsiona a água de flutuação por meio de um bocal de condutos de admissão, localizado abaixo da linha de água, ligado a um eixo rotativo e axialmente móvel de modo a ser orientado em qualquer direção e/ou deslocados para baixo, quando está em águas profundas. Quando o bocal está na posição retraída, a sua extremidade de saída pode ser dirigida para uma das duas metades de uma conduta, ou ainda, para um túnel, transversalmente orientado, através do qual o jato produzido pelo bico pode emitir, de modo a manobrar a embarcação numa direção lateral, enquanto ele está em águas rasas. 0 bocal inclui uma pluralidade de condutas ou passagens de configuração. Tal pedido não entra em conflito com a presente invenção, pois a mesma possui dois impulsos rotativos.[14] Patent application GB1130378 relates to a vessel propulsion jet apparatus comprising a cylindrical hull located near the bow, containing a rotary impeller that drives buoyancy water by means of a nozzle. Inlet ducts, located below the waterline, connected to a rotary axis and axially movable so as to be oriented in either direction and / or displaced downwards when in deep water. When the nozzle is in the retracted position, its outlet end may be directed to one of the two halves of a conduit, or to a transversely oriented tunnel through which the jet produced by the nozzle may emit so as to maneuver. the boat in a lateral direction while it is in shallow water. The nozzle includes a plurality of conduits or configuration passages. Such an application does not conflict with the present invention as it has two rotary pulses.
Objetivos e vantagens da invenção [15] A presente invenção refere-se ao desenvolvimento de um barco a jato de água com sistema turbo dupla hélice, cujo objetivo é adequação desta embarcação às particularidades das águas rasas, a partir de um sistema que possibilita a diminuição da resistência da água com sua estrutura, permitindo o acesso às águas rasas, contemplando no sistema, hélices diferenciadas e inéditas para a propulsão do barco. Possui um design arrojado que comporta três passageiros e um tripulante, totalizando assim, quatro pessoas.OBJECTS AND ADVANTAGES OF THE INVENTION [15] The present invention relates to the development of a twin-propeller turbo water jet boat, the purpose of which is to adapt this vessel to the shallow water particularities, from a system that enables the reduction of of water resistance with its structure, allowing access to shallow water, contemplating in the system, different and unprecedented propellers for the propulsion of the boat. It has a bold design that holds three passengers and one crew, totaling four people.
[16] Devido suas características construtivas, o projeto do barco possui um design que permite que somente uma pequena parte do casco esteja submersa e sua propulsão turbo dupla hélice a jato de água o permite navegar em lugares de pouca profundidade de água. Assim sendo, torna-se possível acessar lugares que outras embarcações convencionais, com propulsão de motor de popa, não conseguem navegar.[16] Due to its constructive characteristics, the boat design has a design that allows only a small portion of the hull to be submerged, and its twin-turbo propelled waterjet propeller allows it to navigate in shallow water depths. This makes it possible to access places that other conventional outboard-powered boats cannot navigate.
[17] Além das pescas esportivas, esta embarcação pode ser utilizada em resgate de pessoas em enchentes, fiscalização em geral, pesquisas biológicas, esportes aquáticos e lazer. Ela não agride o meio ambiente, pois seu mecanismo não entra em contato com animais e plantas aquáticas.[17] In addition to sport fishing, this vessel can be used for flood rescue, general surveillance, biological research, water sports and leisure. It does not harm the environment because its mechanism does not come into contact with animals and aquatic plants.
[18] Outro beneficio é o custo do produto, inferior se comparado com um similar importado. Possui ainda boa navegabilidade e é de fácil transporte devido a suas dimensões.[18] Another benefit is the lower cost of the product compared to an imported one. It also has good navigability and is easy to transport due to its dimensions.
[19] Esta embarcação inova no sentido de abranger maiores áreas navegáveis e, muitas vezes, em condições adversas, como em marés baixas nos oceanos, para alcançar manguezais, em época de seca nos rios, lagoas etc. Apresenta novidades também, no sentido de alcançar altas velocidades.[19] This vessel innovates to cover larger navigable areas and often under adverse conditions, such as low tides in the oceans, to reach mangroves, in times of drought in rivers, lagoons, etc. It also introduces news in order to reach high speeds.
BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
[20] A invenção se refere ao desenvolvimento de um barco a jato de água com sistema turbo dupla hélice no qual a dupla hélice funciona dentro de uma câmara cilíndrica, sendo que a primeira hélice está solidaria ao eixo e este eixo está ligado a um motor, fazendo com que essa primeira hélice gire no mesmo sentido do giro do eixo do motor e com sua geometria capte o máximo de água para dentro do sistema; e a segunda hélice não está solidaria ao eixo e quando a água passa da primeira hélice para a segunda hélice, que tem no formato de suas pás uma geometria que a força girar em sentido contrário ou a favor dependendo da sua geometria a primeira hélice, o máximo de água é expulsa para fora desta câmara cilíndrica no sentido do fluxo de água da sucção para propulsão.[20] The invention relates to the development of a twin-propeller turbo water jet boat in which the double propeller operates within a cylindrical chamber, the first propeller being integral with the shaft and this shaft being connected to an engine. , causing this first propeller to rotate in the same direction as the motor shaft rotation and with its geometry captures the maximum water into the system; and the second propeller is not attached to the shaft and when water passes from the first propeller to the second propeller, which has in the shape of its blades a geometry that the force rotates in the opposite direction or in favor depending on its geometry the first propeller, the Maximum water is expelled out of this cylindrical chamber in the direction of water flow from the suction for propulsion.
[21] A câmara cilíndrica foi confeccionada em aço dando ao sistema robustez e precisão na usinagem para ajustar perf eitamente suas duas hélices. A flange de entrada que se ajusta a câmara cilíndrica foi desenvolvida com material apropriado e a flange de saída que se ajusta a câmara cilíndrica também foi construída com material apropriado. Este sistema pode ser utilizado tanto nas embarcações de pequeno porte e também como bomba de sucção de diversos fins.[21] The cylindrical chamber is made of steel giving the system robustness and precision machining to perfectly adjust its two propellers. The inlet flange that fits the cylindrical chamber has been developed with suitable material and the outlet flange that fits the cylindrical chamber has also been constructed with appropriate material. This system can be used both on small boats and also as a multipurpose suction pump.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
[22] A Figura 1 mostra a ilustração esquemática do sistema turbo dupla hélice a jato de água.[22] Figure 1 shows the schematic illustration of the waterjet double propeller turbo system.
[23] A Figura 2 mostra uma ilustração esquemática do barco.[23] Figure 2 shows a schematic illustration of the boat.
[24] A Figura 3 mostra a turbina do barco.[24] Figure 3 shows the boat turbine.
[25] A Figura 4 mostra o sistema de navegação acoplado à turbina.[25] Figure 4 shows the turbine-coupled navigation system.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃODETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[26] A invenção se refere ao desenvolvimento de um barco a jato de água com sistema turbo dupla hélice, conforme mostrado na Figura 1, que compreende: eixo principal (12), chaveta (22), rolamento (2), base do tubo de entrada (11), retentor (20), mancai de entrada (7), tubo de entrada (8), retentor (18), flange de entrada (5), flange intermediaria, mancai intermediário (4), câmara cilíndrica (9), chaveta (22), anel espaçador (14), anel de trava (3), segunda hélice (42), retentor (17), mancai de saída (1), flange de saída (5), rolamento (2), spiner de saída (10), tubo cônico de saída (25), tubo reto de saída (26), pino de trava (28), braço articulado (24), parafuso (6), tubo articulado de saída (7), pino de trava (23), bucha da articulação (31), arruela (34), porca (32), prisioneiro (33), corpo da segunda hélice (13), corpo da primeira hélice (21), primeira hélice (40).[26] The invention relates to the development of a twin-propeller turboprop water jet boat as shown in Figure 1, comprising: mainshaft (12), key (22), bearing (2), tube base (11), retainer (20), inlet bearing (7), inlet tube (8), retainer (18), inlet flange (5), intermediate flange, intermediate bearing (4), cylindrical chamber (9 ), key (22), spacer ring (14), locking ring (3), second propeller (42), retainer (17), output bearing (1), output flange (5), bearing (2), outlet spiner (10), tapered outlet pipe (25), straight outlet pipe (26), lock pin (28), pivot arm (24), screw (6), pivot outlet pipe (7), pin locking gear (23), pivot bushing (31), washer (34), nut (32), stud (33), second propeller body (13), first propeller body (21), first propeller (40).
[27] O conjunto do sistema turbo dupla hélice a jato de água, funciona da seguinte maneira: o eixo principal (12), que está apoiado nos mancais de entrada, intermediário e saída (7), (4) e (1), recebe torque do motor e está solidário com o conjunto da primeira hélice (40) , (21) e (22) que com suas pás forma uma sucção, trazendo água dos tubos de entrada (8) e (11) , formando uma pressão entre o conjunto da primeira hélice (40), (21) e (22) com a segunda hélice (42) e (13) que não está solidária ao eixo (12), esta segunda hélice (42) e (13) tem uma geometria oposta ao do conjunto da primeira hélice (40), (21) e (22) causando amplificação do fluxo de água, levando esta água a uma câmera de compressão (25) e (26) causando assim impulso necessário para toda embarcação.[27] The waterjet twin propeller turbo system assembly operates as follows: the mainshaft (12), which is supported by the input, intermediate and output bearings (7), (4) and (1), receives torque from the engine and is integral with the first propeller assembly (40), (21) and (22) which with their blades forms a suction, bringing water from the inlet tubes (8) and (11), forming a pressure between the first propeller assembly (40), (21) and (22) with the second propeller (42) and (13) not being integral with the axis (12), this second propeller (42) and (13) has a geometry opposite that of the first propeller assembly (40), (21) and (22) causing amplification of the water flow, leading this water to a compression chamber (25) and (26) thus causing necessary thrust for every vessel.
[28] As dimensões da embarcação são de 2 a 3 metros de comprimento, 0,6 a 1,5 metros de largura e 0,6 a 1,5 metros de altura. O barco foi projetado através da utilização de ferramenta CAD, com material apropriado. Toda união dos cortes da estrutura da embarcação, dependendo da necessidade, pode ser construída por união permanente e não permanente.[28] The vessel is 2 to 3 meters long, 0.6 to 1.5 meters wide and 0.6 to 1.5 meters high. The boat was designed using a CAD tool with appropriate material. Any joining of the vessel structure cuts, depending on the need, can be constructed by permanent and non-permanent joining.
[29] A Figura 2 mostra as dimensões máximas, mínimas e a localização do motor que possui uma potência apropriada e conjunto do sistema turbo dupla hélice a jato de água.[29] Figure 2 shows the maximum, minimum dimensions, and location of the engine that has the appropriate power and waterjet twin propeller turbo system assembly.
[30] Para realizar a propulsão do barco podem ser utilizados vários tipos de propulsores tais como: motor a explosão gasolina, etanol, diesel e motor elétrico. Tendo varias opções de motores propulsores no mercado, optou-se por utilizar na presente invenção um motor estacionário 4 tempos, de 6,5cv á 3500rpm, devido ao baixo custo.[30] Several types of propellers may be used to propel the boat, such as: gasoline, ethanol, diesel and electric motor. Having a number of powertrain options on the market, it was decided to use a 4-stroke stationary engine of 6.5cv at 3500rpm in the present invention because of the low cost.
Desenvolvimento do conjunto da turbina dupla hélice [31] 0 sistema de turbina dupla hélice a jato de água foi elaborado através da escolha do motor de 6,5cv á 3600 rpm. O conjunto da hélice, solidária, ao eixo forma um raio de captação da água dentro da câmara de entrada do sistema de turbina, conduzindo esta água ao encontro da segunda hélice que não esta solidária ao eixo, formando uma pressão inicial capaz de girar esta hélice no sentido contraria a hélice solidária ao eixo, conduzindo-a até a câmara de saída, cujo fluido passa por um afunilamento dando pressão a este fluxo, impulsionando o barco para frente. A Figura 3 mostra a turbina do barco.Development of the Double Propeller Turbine Assembly [31] The waterjet double propeller turbine system was designed by choosing the 6.5 hp engine at 3600 rpm. The propeller assembly, integral with the shaft, forms a radius of water uptake within the turbine system inlet chamber, leading this water to the second propeller that is not integral with the shaft, forming an initial pressure capable of rotating this propeller it counteracts the propeller in solidarity with the shaft, leading it to the outlet chamber, whose fluid passes through a taper giving pressure to this flow, propelling the boat forward. Figure 3 shows the boat turbine.
Sistema de navegação [32] Na saída do fluxo de água, conforme mostrado na Figura 4, tem um tubo articulado com um grau de liberdade, movimentando o barco para a esquerda e para a direita, com um sistema de cabos que, por sua vez, está ligado ao volante do barco. Tal sistema de navegação tem acoplado a ele um dispositivo de ré, que funciona também como freio de velocidade.Navigation System [32] At the outlet of the water flow, as shown in Figure 4, there is a hinged tube with a degree of freedom, moving the boat left and right with a cable system which in turn , is attached to the steering wheel of the boat. Such navigation system has coupled to it a reverse device, which also acts as a speed brake.
[33] Ainda, ressalta-se que o barco descrito nesta invenção não se limita às aplicações aqui mencionadas.[33] It is further noted that the boat described in this invention is not limited to the applications mentioned herein.
Assim, é óbvio para aqueles versados na técnica que alterações e modificações podem ser implementadas visando o aprimoramento do projeto, sem que tais alterações não estejam cobertas pelo escopo da presente invenção.Thus, it is obvious to those skilled in the art that changes and modifications may be implemented to improve the design without such changes being covered by the scope of the present invention.
REIVINDICAÇÕES
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