BR112014022514B1 - Unidade de propulsão - Google Patents
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Abstract
unidade de propulsão unidade de propulsão (11) para propulsão e manobra de um embarcação marítima que inclui um bocal (12) no qual uma seção de hélice (13, 13a) é arranjada, cuja seção de hélice (13, 13a) é acionada eletricamente ou hidraulicamente, cuja unidade de propulsão (11) inclui um dispositivo de fixação (16) arranjado para arranjo ao casco da embarcação ou a um dispositivo de direção arranjado para dirigir e/ou movimentar a unidade de propulsão (11). o dispositivo de fixação (16) é formado por duas hastes (17a-b) que se estendem em paralelo ou invertidas lateralmente ao redor de um eixo geométrico central vertical a partir de uma superfície superior do bocal (12) da unidade de propulsão, cujas hastes (17a-b) terminam em um flange de fixação (18), para com isto fornecer uma abertura (19) que proporciona à unidade de propulsão (11) um desempenho hidrodinâmico melhorado.
Description
[0001] A presente invenção refere-se a uma unidade de propulsão para propulsão e manobra de uma embarcação de acordo com o preâmbulo de acordo com a reivindicação 1.
[0002] São conhecidas unidades de propulsão que incluem uma seção de hélice que é fixada em uma parte circundante do rotor, na periferia da qual são arranjados ímãs permanentes ou enrolamentos para proporcionar campo magnético. A parte do rotor constitui o rotor de um motor elétrico e é posicionada dentro de uma parte do estator circundante, cuja parte do estator é dotada de dispositivos magnéticos ou enrolamentos para gerar um campo magnético para provocar rotação da seção de hélice.
[0003] A US 5.220.231 divulga tal unidade de propulsão para uma embarcação marítima. A unidade de propulsão tem uma seção de hélice suportada de maneira centralizada e um anel posicionado radialmente exterior que gira com uma pequena distância radial da parte do estator.
[0004] É comum para as presentes soluções que estes tipos de unidades de propulsão sejam arranjados no casco da embarcação ou a um dispositivo de direção por meio de uma haste. Soluções como estas são entre outras conhecidas das US 6.837.757, DE 2.744.913 A1 e US 3.708.251.
[0005] Existem diversas desvantagens em utilizar apenas uma haste que se estende entre a parte superior do bocal da hélice e o casco ou um dispositivo de direção. Entre outras coisas, estará em conexão com esta haste ser criado arraste, algo que irá resultar em escoamento turbulento no topo do bocal. O escoamento turbulento irá resultar em mudança de direção de escoamento que é conduzido para o interior das hélices, o que resulta em as lâminas da hélice serem expostas a variação em pressão e velocidade do fluxo de água que entra, e isto resulta em rendimento mais baixo e ruído e vibração aumentados.
[0006] Uma solução que resolve isto parcialmente está descrita na RU 2.096.254 C2. Na RU 2.096.254 C2 está descrito uma hélice de embarcação arranjado em um bocal. O bocal é fixado ao casco da embarcação por meio de duas partes estruturas separadas, por meio da utilização de dispositivo de amortecimento de vibração. As duas partes estrutura são fixadas separadamente ao casco, e esta solução pode assim não ser girada. Uma solução similar está também descrita na US 6.837.757 onde duas hastes se estendem com uma forma em V a partir do bocal da hélice até o casco, para estabilidade de fixação aumentada e comprimento curto da corda da haste. Esta solução não pode ser girada quando é fixada diretamente à embarcação.
[0007] Existe um foco crescente na redução do requisito de energia para utilização de todas as unidades de propulsão para propulsão e manobra de embarcações. Continuamente são estabelecidas demandas restritivas para emissão de gases prejudicais ao meio ambiente e os custos de combustível estão crescendo de maneira contínua, algo que conduziu a uma focalização aumentada no desenvolvimento de soluções inovadoras, entre outras, otimização de lâminas de hélice e desenvolvimento de sistemas híbridos para propulsão das embarcações.
[0008] Assim, existe uma necessidade por fornecer uma unidade de propulsão que proporcione geração reduzida de turbulência, rendimento melhorado e ruído de vibração reduzido, comparado à técnica precedente.
[0009] Existe também uma necessidade por fornecer uma unidade de propulsão que tenha peso mais baixo, porém ao mesmo tempo resistência suficiente.
[00010] O objetivo principal da presente invenção é fornecer uma unidade de propulsão para propulsão e manobra de uma embarcação que solucione as desvantagens mencionadas acima da técnica precedente.
[00011] É ainda um objetivo da presente invenção fornecer uma unidade de propulsão que forneça geração reduzida de turbulência, rendimento melhorado da hélice, e redução de ruído e vibração comparada à técnica precedente.
[00012] É ainda um objetivo da presente invenção fornecer uma unidade de propulsão que tenha peso mais baixo com a mesma resistência comparada à técnica precedente.
[00013] É também um objetivo da presente invenção fornecer uma unidade de propulsão que seja dotada de um dispositivo de fixação para arranjo da unidade de propulsão ao casco da embarcação ou um dispositivo de direção, cujo dispositivo de fixação inclua duas arestas que se estendem invertidas lateralmente ou em paralelo ao redor de um eixo geométrico vertical a partir de uma superfície superior do bocal da unidade de propulsão, terminando em um flange de fixação, para com isto fornecer uma abertura que dote a unidade de propulsão com desempenho hidrodinâmico melhorado, de modo que os objetivos mencionados acima sejam alcançados.
[00014] Uma unidade de propulsão de acordo com a presente invenção está descrita na reivindicação 1. Aspectos preferíveis da unidade de propulsão estão descritos nas reivindicações restantes.
[00015] Na presente invenção é fornecida uma unidade de propulsão para propulsão e manobra de embarcações marítimas, cuja unidade de propulsão é adaptada para arranjo ao casco da embarcação ou um dispositivo de direção arranjado para girar a unidade de propulsão de 0 a 360 graus, um número limitado de graus, movimento pivotante da unidade de propulsão, oscilação da unidade de propulsão para fora e para dentro do casco da embarcação, ou similar.
[00016] A unidade de propulsão inclui um bocal no qual uma seção de hélice, que é eletricamente ou hidraulicamente acionada, para propulsão e manobra da embarcação.
[00017] A presente invenção busca melhorar as condições operacionais da hélice de modo que uma operação mais otimizada possa ser alcançada, isto é, rendimento mais elevado.
[00018] De acordo com a invenção, é fornecida uma unidade de propulsão que é fixada ao casco da embarcação ou um dispositivo de direção por meio de um dispositivo de fixação especialmente conformado.
[00019] O dispositivo de fixação inclui duas hastes que se estendem invertidas lateralmente ou em paralelo ao redor de um eixo geométrico central vertical a partir de uma superfície superior do bocal da unidade de propulsão, terminando em um flange de fixação, para com isto fornecer uma abertura que dota a unidade de propulsão com desempenho hidrodinâmico melhorado.
[00020] É conseguido com isto geração reduzida de turbulência, rendimento melhorado da hélice e ruído e vibração reduzidos comparado à técnica precedente.
[00021] Em adição a isto, a unidade de propulsão descrita de acordo com a invenção terá peso mais baixo comparado com a técnica precedente, mas ainda tendo a resistência necessária.
[00022] As hastes mencionadas serão também utilizadas para alimentação através de cabos para suprimento de energia e controle, mangueiras hidráulicas ou tubos.
[00023] Outros aspectos e detalhes preferíveis da presente invenção irão aparecer da descrição de exemplo a seguir.
[00024] A presente invenção será descrita agora em detalhe com referência aos desenhos anexos, onde:
[00025] A figura 1 mostra uma vista em perspectiva de uma unidade de propulsão para propulsão de manobra de uma embarcação marítima de acordo com a invenção,
[00026] A figura 2 mostra uma vista frontal da unidade de propulsão na figura 1,
[00027] A figura 3 mostra uma vista em seção transversal da unidade de propulsão nas figuras 1 e 2 ao longo da linha A-A na figura 2,
[00028] A figura 4 mostra uma vista em seção transversal da unidade de propulsão nas figuras 1 e 2 ao longo da linha B-B na figura 2, e
[00029] A figura 5 mostra detalhes da alimentação através de cabos nas hastes.
[00030] É feita referência agora à figura 1 que mostra um exemplo de uma unidade de propulsão 11 de acordo com a invenção, para propulsão e manobra de uma embarcação marítima para arranjo ao casco da embarcação ou um dispositivo de direção arranjado para girar a unidade de propulsão por 0 a 360 graus, movimento inclinável, oscilar a unidade de propulsão para dentro e para fora do casco da embarcação, ou similar. A unidade de propulsão 11 inclui um bocal tubular 12 que tem uma seção de hélice 13 que tem um cubo central 14 arranjado de maneira rotativa no bocal 12 por meio de estais (não mostrado) que são fixados ao bocal 12.
[00031] Agora é feita referência à figura 2 que mostra uma unidade de propulsão 11 na figura 1, vista a partir da frente, ao longo do eixo geométrico longitudinal da unidade de propulsão 11. Como pode ser visto na figura 2, a seção de hélice 13 inclui seis lâminas de hélice 13a, porém, naturalmente, pode incluir mais ou menos lâminas de hélice. As lâminas de hélice 13a se estendem principalmente radialmente entre o cubo central 14 e uma parte do rotor anelar 15 (figura 3) que circunda a seção de hélice 13, e à qual as lâminas de hélice 13a são fixadas. Isto aparece em uma maneira melhor observando a figura 3 que mostra uma vista em seção transversal da unidade de propulsão 11 ao longo da linha de interseção A-A na figura 2. O motor anelar 15 é arranjado de maneira rotativa dentro de uma parte do estator (não mostrado), preferivelmente em um recesso no bocal 12, de modo que a parte do rotor 15 é posicionada fora do escoamento de água através do bocal 12. Um número de ímãs permanentes são arranjados à periferia exterior da parte do rotor 15. Os ímãs permanentes são posicionados a uma curta distância de uma pluralidade de enrolamentos fixados à parte do estator de tal maneira que campos magnéticos para aplicação de força sobre os ímãs podem ser gerados fornecendo corrente elétrica nos enrolamentos para rotação controlável e regulada da parte do rotor 15 e daí também para a seção de hélice 13. Entre a superfície exterior da parte do rotor 15 e uma superfície interior oposta da parta estator haverá um espaço que será preenchido com água quando a unidade de propulsão 11 é submersa em água. Também existem soluções que utilizam gás para substituir a água no espaço, para conseguir perda reduzida no espaço. Estes aspectos são bem conhecidos dentro da técnica.
[00032] A presente invenção busca solucionar problemas relacionados à turbulência ao redor do bocal da unidade de propulsão, rendimento melhorado para a unidade de propulsão e ruído e vibração reduzidos comparado à técnica precedente. A invenção ainda busca fornecer uma unidade de propulsão que tenha peso mais baixo com a mesma resistência, comparada com soluções da técnica precedente.
[00033] Para isto, a presente invenção inclui um dispositivo de fixação 16 para arranjo da unidade de propulsão 11 ao casco da embarcação ou dispositivo de direção, como mencionado acima. O dispositivo de fixação 16 de uma unidade de propulsão 11 de acordo com a invenção inclui duas hastes 17a-b, arranjadas a uma superfície superior do bocal 12 por meio de dispositivos de fixação adequados (não mostrado), cujas hastes 17a-b se estendem lateralmente invertidas ou em paralelo ao redor de um eixo geométrico central vertical (coincidente com o eixo geométrico de seção transversal A-A indicado na figura 2) para cima a partir do bocal 12 e terminando em um flange de fixação 18.
[00034] As duas hastes 17a-b têm um projeto que corresponde a uma forma de asa ou leme, de modo que elas são utilizadas hidraulicamente de modo que elas não resultam em turbulência desnecessária, ruído ou vibrações. As hastes são ainda preferivelmente mais longas do que são espessas, preferivelmente tão esbeltas quanto possível, enquanto resistência suficiente é assegurada.
[00035] As hastes 17a-b ainda têm, preferivelmente, uma forma que resulta em que elas estejam se estendendo com um perfil encurvado em direção da frente do bocal para mover o centro de gravidade, isto é, de modo que o ponto central através do flange se torna posicionado na frente da hélice, para com isto reduzir o momento de direção que é necessário para girar a unidade de propulsão. Isto irá resultar em menos forças laterais em conexão com rotação, isto é, a unidade de propulsão pode ser dimensionada para momento de direção mais baixo. Mais baixo o momento de direção que a unidade de propulsão deva ser dimensionada para a menor unidade de propulsão, algo que irá resultar em uma unidade de propulsão mais barata.
[00036] As hastes 17a-b e o flange de fixação 18 formam desta maneira uma abertura 19 sobre o bocal 12 para permitir escoamento de água que passa para o exterior do bocal 12.
[00037] A distância entre as hastes 17a-b, o comprimento das hastes 17a-b e a dimensão da abertura 19 é um equilíbrio entre resistência requerida e projeto para alcançar desempenho hidrodinâmico o melhor possível.
[00038] Se a distância entre as hastes, por exemplo, é muito longa, isto irá resultar em que as hastes 17a-b serão tão longas que elas irão necessitar se estender mais para baixo no bocal, algo que irá resultar em mais arraste. No caso oposto, se a distância é muito curta, isto irá fornecer resistência mais baixa.
[00039] Em adição a isto, as hastes e a abertura serão dimensionadas em relação à dimensão/efeito da unidade de propulsão, isto é, que a unidade de propulsão que tem maior efeito/maior dimensão terá uma abertura maior/distância mais longa entre as hastes do que uma unidade de propulsão com efeito menor/dimensão menor. É ainda preferível que as arestas 17a-b sejam arranjadas a uma distância da frente do bocal. Por meio disto, as hastes 17a-b são arranjadas a uma distância da frente do bocal e isto irá resultar em que a água que passa para o exterior do bocal não encontre uma frente e seja conduzida de volta para o interior do bocal. Quanto mais para trás no bocal as hastes são arranjadas, isto é, maior distância a partir da frente do bocal, menor efeito isto terá sobre o hélice, algo que irá aumentar o rendimento da unidade de propulsão. Utilizando uma haste, esta será maciça para fornecer resistência suficiente ao mesmo tempo em que irá necessitar se estender mais para trás e para frente sobre o bocal, algo que irá resultar em que a água que escoa para o exterior do bocal irá encontrar a frente da haste e assim ser conduzida de volta para o interior do bocal, algo que irá resultar em baixo rendimento da hélice.
[00040] Em outras palavras, será vantajoso que as hastes 17a-b sejam arranjadas bastante para trás no bocal e que elas apresentem uma forma encurvada de modo que o flange 18 seja posicionado tanto quanto possível para frente. Com duas hastes estas podem ser trazidas para trás e apresentarem a resistência necessária, algo que não será possível com uma haste.
[00041] Existem diversas vantagens com um dispositivo de fixação 16 como este. O fato que duas hastes 17a-b que terminam em um flange de fixação 18 são utilizadas, de modo que uma abertura hidrodinâmica 19 é formada, irá reduzir de maneira considerável a geração de escoamento de entrada turbulento no topo do bocal 12. Desta maneira, a unidade de propulsão 11 terá condições operacionais melhoradas e, devido a isto, a seção de hélice 13 irá alcançar rendimento consideravelmente melhorado. Isto irá resultar em requisitos de energia consideravelmente reduzidos para energizar a unidade de propulsão 11.
[00042] Com duas hastes 17a-b também será capaz de se conseguir peso reduzido da unidade de propulsão 11 porque serão duas hastes que irão acomodar forças e vibrações, de modo que não será necessária uma haste maciça e estas hastes juntamente com o flange de fixação 18 irão fornecer uma construção rígida. Com apenas uma haste, esta irá necessitar ser dimensionada para todas as forças e vibrações, algo que assim irá resultar em uma unidade de propulsão mais pesada.
[00043] Por meio disto consegue-se desempenho hidrodinâmicomelhorado e também poder-se-á reduzir ruído e vibrações.
[00044] Mesmo embora na descrição acima esteja mostrado umexemplo de uma unidade de propulsão, é óbvio que a unidade de propulsão pode incluir uma seção de hélice suportado na periferia, ou uma seção de hélice suportada de maneira centralizada.
[00045] Agora é feita referência à figura 5 que mostra detalhes da alimentação através para os cabos de suprimento de energia e de controle para uma unidade de propulsão de acordo com a invenção. De acordo com a invenção os cabos são arranjados a partir do estator através das hastes 17a-b e através de recessos 20 arranjados em uma área central do flange 18 para conexão a uma unidade de controle externa para controlar a unidade de propulsão. Os cabos estão nos recessos preferivelmente adaptados com um acoplamento de liberação rápida, ou acoplamento convencional tal como o bloco de terminação 21, adaptado para conexão ou terminação até um bloco de terminação correspondente (não mostrado) arranjado em um ponto de fixação no casco da embarcação ou arranjado no ponto de fixação de um dispositivo de direção arranjado para dirigir e movimentar a unidade de propulsão. O número de cabos pode naturalmente variar e pode-se, por exemplo, utilizar uma haste para arranjo de sinais de controle e uma haste para arranjo de suprimento de energia.
[00046] Se ela é uma unidade de propulsão hidráulica, uma haste pode, por exemplo, ser utilizada para suprimento de fluido hidráulico, e uma haste para retorno de fluido hidráulico. Em casos de acionamento hidráulico pode- se, por exemplo, arranjar um acoplamento de liberação rápida para tubos ou mangueiras hidráulicas nos recessos 20.
[00047] Desta maneira, a alimentação através de cabos, mangueiras hidráulicas ou tubos, ou similar, a partir da embarcação é arranjada escondida, de modo que elas não são expostas a dano, e que os recessos resultam em que conexões podem ser adaptadas de modo que o ponto de fixação seja construído tão pequeno quanto possível.
[00048] O flange de fixação preferivelmente apresenta uma forma arredondada tal como uma forma de elipse ou uma forma principalmente circular, de modo que não apresente arestas que podem resultar em turbulência, ruído ou vibrações.
Claims (8)
1. Unidade de propulsão rotatória (11) para propulsão e manobra de uma embarcação marítima que inclui um bocal (12) no qual uma seção de hélice (13, 13a) é arranjada, cuja seção de hélice é eletricamente ou hidraulicamente acionada, cuja unidade de propulsão (11) inclui um dispositivo de fixação (16) arranjado para arranjo a um dispositivo de direção arranjado para dirigir e/ou movimentar a unidade de propulsão (11), em que o dispositivo de fixação (16) é formado por duas hastes (17a-b) que se estendem em paralelo ou lateralmente invertidas ao redor de um eixo geométrico central vertical a partir de uma superfície superior do bocal (12) da unidade de propulsão cujas hastes (17a-b) se estendem com igual ou menor distância da superfície superior do bocal (12) e terminam em um flange de fixação (18) para fornecer um único ponto de conexão para arranjar o dispositivo de direção e um ponto de conexão de junção para cabos para fornecimento de energia e controle, mangueiras hidráulicas ou tubos, cujas hastes, a superfície superior do bocal (12) e o flange de fixação fornecem uma abertura (19) que adota a unidade de propulsão com desempenho hidrodinâmico melhorado, caracterizada pelo fato de que as hastes (17 a-b) são arranjadas com uma distância da entrada do bocal (12) sendo distante do bocal (12) e se estendendo com um perfil curvado em uma direção de entrada do bocal (12) para mover o centro de gravidade de modo que um ponto central através do flange de fixação (18) é posicionado na frente da seção de hélice (13, 13a) da unidade de propulsão para desta forma reduzir o momento de direção o qual é necessário para a rotação da unidade de propulsão.
2. Unidade de propulsão de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as hastes (17a-b) exibem uma forma de asa ou leme.
3. Unidade de propulsão de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que as hastes (17a-b) são mais longas do que são grossas.
4. Unidade de propulsão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de a unidade de propulsão incluir uma seção de hélice suportada de maneira periférica (13, 13a).
5. Unidade de propulsão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a unidade de propulsão inclui uma seção de hélice suportada centralmente (13, 13a).
6. Unidade de propulsão de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que as hastes (17 a-b) são arranjadas para alimentação através dos cabos, mangueiras hidráulicas ou tubos.
7. Unidade de propulsão de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de o flange de fixação (18) ser dotado de recessos (20) em uma sua parte central para alimentação através de cabos, mangueiras hidráulicas ou tubos, entre as hastes (17a-b) e um ponto de fixação para o dispositivo de direção para dirigir e/ou movimentar a unidade de propulsão (11).
8. Unidade de propulsão de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de os recessos (20) no flange de fixação (18) serem adaptados para arranjo de acoplamentos para cabos, mangueiras hidráulicas ou tubos.
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