BR112013019336A2 - conjunto para controle e fornecimento de energia de propulsão para sistema de propulsão - Google Patents

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Abstract

"conjunto para controle e fornecimento de energia de propulsão para sistema de propulsão". a presente invenção refere-se a um conjunto para o controle e fornecimento de energia de propulsão a um sistema de propulsão de hélices de contrarrotação (crp) em uma embarcação marítima, conjunto esse que compreende uma primeira hélice (44) acionada por uma unidade giratória de geração de energia (40) e uma segunda hélice (48) acionada por um motor de ca (50), por meio do qual a segunda hélice (48) é girada na direção oposta a primeira hélice (44), e um gerador de ca (42) acoplado ao eixo de saída mecânica da unidade de energia (40) e acionado por uma unidade giratória de geração de energia, por meio da qual o gerador de ca (42) é eletricamente conectado ao motor de ca (50). de acordo com o conjunto o motor de ca (50) e o gerador de ca (42) que possuem a mesma frequência elétrica, outra fonte de energia elétrica (60, 61,62) é eletricamente conectável ao motor de ca (50) e paralela ao gerador de ca (42), o eixo (47) da segunda hélice estando montado de maneira giratória em uma escora de suporte (16,24) a qual está fixada a um casco da embarcação marítima (2), e um leme (10), o qual é suportado de um modo que permite o movimento pivotal do leme (10) em relação à escora de suporte (16,24).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para CONJUNTO PARA CONTROLE E FORNECIMENTO DE ENERGIA DE PROPULSÃO PARA SISTEMA DE PROPULSÃO’'»
Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um conjunto para o controle e fornecimento de energia de propulsão para um sistema de propulsão de hélices de contrarrotação (CRP) em uma embarcação marítima, Antecedentes da invenção
A energia de propulsão dos grandes navios ou embarcações marítimas é gerada peía unidade giratória de geração de energia, cuja fonte de energia é o óleo, gás, energia nuclear, A unidade giratória de geração de energia pode ser urn motor a diesel uma turbina a gás ou uma turbina giratória com reator de energia nuclear, O eixo de saída mecânica é acoplado diretamente ou através de uma engrenagem ac ei,xo da hélice ou a unidade giratória de geração de energia aciona um gerador, o qual fornece energia elétrica para os motores de propulsão do navio. Além disso, várias combinações diferentes desses dois modos para acionar a hélice têm sido utilizadas.
A eficiência de potência e energia da embarcação marítima necessita que a energia de propulsão seja gerada o mais economicamente possível em diferentes modos de operação. O consumo total de energia deve ser, portanto, aprimorado. O que significa que a energia elétrica deve ser gerada usando-se o sistema de produção de energia mais econômico que se encontra disponível a bordo e que a energia elétrica é utilizada do modo mais eficiente possível durante o fornecimento da energia elétrica, para os dispositivos e motores usando-se a energia elétrica.
Como são bem conhecidos na técnica, os dispositivos de propulsão consomem a maioria da energia gasta nas embarcações marítimas, Além disso, a força propulsora ou empuxo é gerado usando-se tipos simultaneamente diferentes de motores ou motores. Portanto, é importante que esses cooperem para que durante a produção e controle da energia propulsora requerida, o seu consumo de energia seja o mais baixe
2/7 possível Ao mesmo tempo, o consumo total de energia e a geração de eletricidade devam ser o mais eficiente possível Embora seja importante que a energia total da embarcação seja gerada efetivamente e que a energia elétrica seja fornecida e usada em todos cs dispositivos consumidores de energia elétrica efetivamente e em diferentes situações operacionais, a eficiência da unidade de propulsão é de extrema importância, visto que a maior parte da energia é usada durante o avançado em condições constantes.
A Publicação WO 02/072418 suggere um conjunto de hélice CRP onde uma hélice é acionada por um motor principal e outra hélice è acionada por um motor elétrico. Os eixos da primeira e da segunda hélices são coaxiais, e o eixo da primeira hélice está disposto no eixo côncavo da segunda hélice. O motor principal aciona a primeira hélice acoplada ao eixo do motor principal e o gerador disposto no eixo do motor principal fornece energia elétrica para um motor que aciona a segunda hélice. Além disso, existem outros motores que giram os geradores que fornecem energia para o motor.
Sumário da Invenção
O objetivo da invenção é a criação de um conjunto novo e econômico para fornecer energia elétrica em um navio ou embarcação marítima. Este conjunto de acordo com a invenção é caracterizado pelos aspectos da reivindicação 1. As modalidades preferidas da invenção são definidas nas reivindicações dependentes.
O conjunto para o controle e fornecimento de energia de propulsão para um sistema de propulsão de hélices de contrarrotaçãc (CRP) em uma embarcação marítima compreende uma primeira hélice acionada por uma unidade giratória de geração de energia e uma segunda hélice acionada por um motor de CA por meio do qual a segunda hélice é girada na direção oposta a primeira hélice, e um gerador de CA acoplado ao eixo de saída mecânica da unidade de energia e acionado por uma unidade giratória de geração de energia, por meio da qual o gerador de CA é eletricamente conectado ao motor de CA. O conjunto que compreende (i) o motor de CA e
3/7 o gerador de CA possui a mesma frequência elétrica, (ii) outra fonte de energia elétrica é eletricamente conectável ao motor de CA paralelo ao gerador de CA. (iii) o eixo da segunda hélice está montado de maneira giratória em uma escura de suporte, a qual està fixada a um casco da embarcação marítima, e (iv) um leme, o qual é suportado de um modo que possui movimento pivotal do leme em relação à escora de suporte.
De acordo com uma modalidade da invenção e leme é suportado no casco da embarcação marítima.
De acorda com uma modalidade da invenção esses cubos da primeira hélice e da segunda hélice compõem um formato continuo e aerodinâmico.
Durante o uso do conjunto da invenção, há mais liberdade para o conjunto gerai do navio e o modelo do casco. Os geradores de energia elétrica podem ser posicionados de um modo mais vantajoso e a eficiência hidrodinâmica da embarcação é desse modo aprimorada.
A energia é gerada da forma mais eficiente em diferentes situações de operação e durante o atendimento da demanda variante de energia da embarcação. Desse modo, as perdas elétricas da embarcação marítima também são minimizadas em comparação ao sistemas convencionais de propulsão elétrica.
Breve descrição dos Desenhos
A presente invenção sera descrita em mais detalhes a seguir com referência às figuras em anexo, nas quais:
- A Figura 1 mostra uma modalidade da invenção.
Descricão da Invenção .·................. ................................................................................................................................................................
A Figura 1 mostra um diagrama esquemático de uma modalidade da invenção. Um conjunto de propulsão CRP (hélices de contrarrotação) 4 está instalado na porção de popa da embarcação marítima 2. O conjunto de propulsão CRP compreende uma hélice dianteira 44 e urna hélice de popa 48 que são dispostas para girar am direções opostas, o que é bem conhecido por aqueles versados na técnica. A unidade giratória principal de geração de energia 40 que é, por exemplo, um motor a diesel de
4/7 dois tempos, aciona um gerador de energia de propulsão de CA 42, cujo rotor está preso a um eixo de saida da unidade giratória de geração de energia 40. A principal hélice 44 da embarcação está presa sobre o outro eixo de saída 46 da unidade giratória de geração de energia 40, Embora o gerador 42 e a hélice 44 estejarn ern lados opostos da unidade giratória de geração de energia 40 na modalidade mostrada na figura 1, o gerador também pode estar do mesmo lado que a unidade giratória de geração de energia 40 como a hélice 44, Oposta à hélice principal 44 está disposta uma segunda hélice 46 a qual é fixada ao eixo de saída 47 de um motor de CA 50 e acionada pelo motor de CA 50. A hélice principal ou a hélice dianteira 44 esta encaixada cem mancais (não mostrados) no casco da embarcação. A segunda hélice ou a hélice de popa 48 que é suportada com o motor de CA 50 está instalada em um alojamento do tipo bolsa 24 que é apoiado no casco da embarcação por um braço de suporte ou escora 16. Q gerador de propulsão de CA 42 é conectado ao motor de CA 50 por uma conexão de energia elétrica 52. Desse modo, a corrente de CA gerada pelo gerador de CA 42 é díretamente fornecida ao motor de CA 50. Um disjuntor 54 está disposto sobre a conexão de energia elétrica 52, por meio do qual a conexão entre o motor de CA 50 e o gerador de propulsão de CA 42 pode ser ligada e desligada. Quando o disjuntor 54 é ligado, o motor de CA 50 e o gerador de propulsão de CA 42 possuem a mesma frequência.
Um leme 10 está disposto na popa da embarcação 2. O leme é suportada através de um eixo do leme 14, do casco da embarcação 2 e do eixo do teme 18 no alojamento 24. O eixo do leme 14 é suportada através de mancais .20 que permitem o movimento pivotal da teme na casco. O eixo do leme 18 està na mesma linha vertical axial 22 que o eixa do leme 14 e é permitido que o leme 16 efetue um movimento pivotal no alojamento 24 e na escora de suporte 16. O eixo do teme está fixado ao alojamento 24 e o teme é suportado no mesmo através de um mancai 12. O leme é girado em torno da linha vertical axial por uma unidade de controle hem conhecida na técnica.
As hélices 44 e 48 foram projetadas para ter uma alta eficiência
5/7 em um modo CRP. O cubo 45 da hélice 44 e o cuba 49 da hélice 48 são formados para ter um formato aerodinâmico, A.s hélices estão dispostas na linha axial e a sua superfície externa compartilhada formam um conjunto aerodinâmico. O alojamento do tipo bolsa 24, a escura de suporte 16 e o 5 leme 10 também compõem um formato aerodinâmico.
Três unidades auxiliares, giratórias e geradoras de energia 56, 57 e 58 estão acopladas a três geradores 60, 61 e 62, os quais estão conectados, através de conexões de energia elétrica, a urn painel principal de comutação ou ac barramento principal 64 do navio, O painel de 10 comutação 64 está conectado à rede de distribuição elétrica da embarcação e os geradores 60, 81 e 62 fornecem energia elétrica para os consumidores. As unidades auxiliares, giratórias e geradoras de energia 56, 56 e 58 sãu preforidamente motores a diesel de quatro tempos que possuem energia mais baixa do que a unidade giratória de geração de energia 46. Elas 15 também podem ser turbinas a gás ou, por exemplo, sistemas de recuperação de calor residual. As unidades auxiliares, giratórias e geradoras de energia 56, 57 e 58 podem ser dispostas em um espaço adequado no casco da embarcação e elas não precisam estar posicionadas perto das hélices 44 ou 48 da embarcação ou perto de outros consumidores de 2.0 energia elétrica. Um conversor de frequência 66 estã acoplado entre c painel principal de comutação 64 e a junção 68 da conexão de energia elétrica 52 através de uma conexão de energia elétrica 70 e através de uma conexão de energia elétrica 72 respectivamente. Existe um segundo disjuntor 74 entre o painel principal de comutação 64 e o conversor de frequência 66 e 25 um terceiro disjuntor 76 entre o conversor de frequência 66 e a junção 68.
O sistema de propulsão mostrado na figura 1 pode ser operado e controlado de várias maneiras diferentes dependendo do modo de operação mede.
Em um modo, a energia de propulsão é gerada pela unidade 36 giratória principal de geração de energia 40, A unidade giratória principal de geração de energia 40 está funcionando com energia total e o gerador de CA 42 está diretamente conectado ac motor de CA 50. O disjuntor 54 está
6/7 ligado, os disjuntores 74 e 76 também estão ligados e o conversor de frequência 66 esta conectado entre o painel principal de comutação 64 e a junção 68 da linha 62. O motor de CA 50 ê totalmente abastecido a partir do gerador de CA 42 através da conexão de energia elétrica 52. Visto que o 5 gerador de CA 42 está diretamente conectado ao motor de CA 50 através da conexão de energia elétrica 52, o gerador de CA 42 e o motor de CA tem a mesma frequência. Quando o gerador de CA 42 e o motor de CA 50 tem a mesma número de polos, eles giram essencialmente na mesma velocidade rotacíonai, no caso de máquinas sincrônicas, a velocidade é a mesma e no 10 caso de máquinas assincrõnicas, q velocidade difere na quantidade de deslizamento. Quando o gerador de CA 42 e o motor de CA 50 têm números diferentes de polo, as velocidades rotacionaís deles diferem umas das outras com base números de polo das máquinas. De modo correspondente, as velocidades rotacionaís das hélices de popa e das hélices dianteiras diferem 15 do mesmo modo, visto que elas estão presas aos eixos das máquinas.
Em um segundo modo, a energia de propulsão é gerada pelas unidades auxiliares, giratórias e geradoras de energia 56. 57 e 58 e pela unidade giratória principal de geração de energia 40. O motor de CA è abastecido tanto a partir do gerador de CAs 50 quanto do gerador de CAs 20 60, 61 e 62 através do conversor de frequência 66 e a partir do gerador de
CA 42 através da conexão de energia elétrica 52. Os disjuntores 74 e 76 estão ligados e a energia elétrica é fornecida ao motor de CA 50 através do conversor de frequência 66 e através do painel principal de comutação a partir dos geradores 60, 61 e 62. A potência e a frequência que fornecem 25 energia elétrica a partir dos geradores 60, 61 e 62 para o motor de CA 50 são controladas pelo conversor de frequência 66. Dependendo da demanda de energia do sistema de propulsão e da demanda de energia dos outros usuários de energia elétrica na embarcação, o conversor de frequência também pode fornecer energia elétrica para o painel principal de comutação 30 64 através do conversor de frequência 66.
A energia de propulsão das embarcações marítimas, de acordo com a invenção, é gerada pela unidade giratória de geração de energia, cuja
7/7 fonte de energia é óleo, gás, energia nuclear. A unidade giratória de geração de energia pode ser um motor a diesel, uma turbina a gás ou uma turbina giratória com reator de energia nuclear. Além disso, um sistema de recuperação de calor residual pode ser usado, o qual utiliza os gases de 5 exaustão dos motores principais através de turbocompressores.
O gerador de CA também pode ser conectado ao eixo do motor principal através de uma engrenagem. Entre a segunda hélice e o motor de CA que gira a hélice, pode haver tipos diferentes de conjuntos de engrenagem. Essas modificações permitem inúmeras variantes, as quais 10 fazem parte do escopo da invenção.

Claims (2)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Conjunto para o controle e fornecimento de energia de propulsão para um sistema de propulsão de hélices de contrarrotaçãc (CRP) em uma embarcação marítima, conjunto esse que compreende uma primeira
    5 hélice (44) acionada por uma unidade giratória de geração de energia (40) e uma segunda hélice (48) acionada por um motor de CA (50), por meie do qual a segunda hélice (48) é girada na direção oposta a primeira hélice (44), e um gerador de CA (42) acoplado ao eixo de saída mecânica da unidade da energia (40) e acionado por uma unidade giratória de geração de energia, 10 por meio da qual a gerador de CA (42) é conectado eletricamente ao motor de CA (50), caracterizado pelo fato de que o conjunto compreende:
    - (i) o motor de CA (50) e o gerador de CA (42) com a mesma frequência elétrica,
    - (ü) outra fonte de energia elétrica (60, 61,62) que é 15 eletricamente coneetável ao motor de CA (50) e paralela ao gerador de CA (42),
    - (iii) o eixo (47) da segunda hélice està montado de maneira giratória em uma escora de suporte (16,24) a qual está fixada a um casco da embarcação marítima (2), e,
    20 - (iv) um leme (10), o qual é suportado de um modo que permite o movimento pivotal do leme (10) em relação à escora de suporte (16,24).
  2. 2. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o leme (10) està apoiado sobre o casco da embarcação marítima (2).
    25 3. Conjunto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os cubos (45,49) da primeira hélice (44) e da segunda hélice (48) compõem um formato contínuo e aerodinâmico.
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