ES2232070T3 - Aparato de helice acimutal y barco equipado con dicho aparato. - Google Patents
Aparato de helice acimutal y barco equipado con dicho aparato.Info
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Abstract
Un aparato (4) de hélice acimutal, caracterizado porque comprende: - un eje giratorio (13, 19) conectable a la popa de un barco y que comprende un talón (51) de quilla que sobresale desde la popa del barco y que tiene - una muesca (511) en una parte del borde para permitir el paso de la hélice (21) que se hace girar alrededor del eje (13); - una placa (53) de timón asegurada al eje (13) configurada para controlar el rumbo del barco; - una góndola (15) de carenado montada en la parte central de la placa (53) de timón; - una hélice (21) que tiene un eje (19) de hélice conectado a un extremo de la góndola (15) de carenado; y - un accionador dispuesto en la góndola (15) de carenado para accionar el eje (19) de la hélice.
Description
Aparato de hélice acimutal y barco equipado con
dicho aparato.
La presente invención se refiere a un aparato de
hélice acimutal y a un barco equipado con el aparato de hélice
acimutal.
En general, los barcos están equipados con una
hélice. La hélice se hace girar, propulsando el barco en una
dirección controlada por un timón.
La Fig. 1 muestra un barco convencional típico
80. La Fig. 2 es una vista ampliada de la popa del barco 80,
ilustrando un timón 82 del barco 80.
Tal como se muestra en las Figs. 1 y 2, en la
popa se dispone una hélice 81 junto con el timón 82. La hélice 81 es
accionada por la maquinaria principal 84 instalada en el casco del
barco 80 al mismo nivel. La maquinaria principal 84 tiene su eje
alineado axialmente con la hélice 81. El timón 82 está fijado a la
popa por un cuerno 83 de apoyo del timón.
Cuando la maquinaria principal 84 acciona la
hélice 81, el barco 80 es propulsado. La dirección en la que se
propulsa el barco 80 se controla girando el timón 82 sobre el cuerno
83 de apoyo del timón.
En los últimos años, se han propuesto barcos
presentando cada uno de ellos una hélice acimutal en la popa. La
hélice acimutal se puede hacer girar alrededor de un eje vertical.
La hélice acimutal propulsa el barco a medida que es accionada
alrededor de la horizontal, y gobierna el barco cuando gira
alrededor del eje vertical.
La Fig. 3 representa gráficamente un barco 90 con
un aparato 91 de hélice acimutal convencional. La Fig. 4 es una
vista ampliada de la popa del barco 90, que muestra el aparato 91 de
hélice acimutal convencional.
Tal como se muestra en las Figs. 3 y 4, el
aparato 91 de hélice acimutal comprende un arbotante 92, una góndola
93 de carenado y una hélice 94. El arbotante 92 está conectado con
la popa del barco 90 y puede girar alrededor de un eje vertical. La
góndola 93 de carenado está asegurada al arbotante 92. La hélice 94
está sujeta a la góndola 93 de carenado.
En la popa se dispone un generador/motor (G/E),
situado sobre el arbotante 92. El generador/motor acciona un
generador (no mostrado) que produce energía eléctrica. La energía
eléctrica es suministrada al motor dispuesto en la góndola 93 de
carenado. Puesto en funcionamiento con la energía eléctrica, el
motor acciona la hélice 94.
La Fig. 5 es una gráfica que representa las
diversas relaciones entre el ángulo del timón y la fuerza lateral,
observadas con diversos barcos. En la Fig. 5, la curva D indica la
relación ángulo-fuerza observada cuando la hélice 81
y el timón 82 (ambos mostrados en la Fig. 2) son usados propulsando
y gobernando el barco 80 mostrado en la Fig. 1 a una velocidad baja
de 18 nudos. La curva E muestra la relación
ángulo-fuerza observada cuando se usa el aparato 91
de hélice acimutal (mostrado en la Fig. 4), propulsando y gobernando
el barco 90 mostrado en la Fig. 3 a una velocidad baja de 18 nudos.
La curva C indica la relación ángulo-fuerza
observada cuando el barco 80 es propulsado y gobernado a una
velocidad elevada de 25 nudos.
Tal y como puede entenderse a partir de la curva
C, el barco 80 puede recibir una fuerza lateral suficiente mientras
es propulsado a una velocidad relativamente elevada, como en la
navegación en alta mar. De este modo, el barco 80 se puede gobernar
adecuadamente durante la navegación en alta mar. No obstante, cuando
el barco 80 es propulsado a una baja velocidad como cuando se le
hace navegar por un puerto, cuando se amarra en el muelle, o cuando
abandona el muelle, su gobernabilidad se reduce notablemente como
manifiesta la curva D de la Fig. 5.
Tal y como se ha descrito anteriormente, el barco
90 mostrado en la Fig. 3 tiene el aparato 91 de hélice acimutal
mostrado en la Fig. 4. Cuando el arbotante 92 del aparato 91 se hace
girar, una fuerza lateral es aplicada sobre el barco 90. La fuerza
lateral es menor que la fuerza lateral aplicada al barco 80 (Fig. 1)
a medida que se hace girar el timón 82. De este modo, la mayor parte
de la fuerza lateral, que se aplica al barco 90 cuando dicho barco
90 es propulsado a una velocidad baja, es una componente lateral de
la fuerza propulsora que la hélice 94 aplica al barco 90.
La componente lateral de la fuerza propulsora
aplicada al barco 90 a una baja velocidad de 18 nudos es pequeña
como se indica en la curva E de la Fig. 5. En otras palabras, la
gobernabilidad del barco 90 equipado con el aparato 91 de hélice
acimutal también resulta insuficiente durante la navegación a baja
velocidad.
Para comunicar una gobernabilidad suficiente al
barco 91, se debe aplicar a dicho barco 91 una fuerza lateral
suficientemente grande, no solamente cuando el barco 91 es
propulsado a baja velocidad, sino también cuando el viento es fuerte
o las olas son grandes.
Si se impone un impuesto sobre la emisión de
carbono para evitar el recalentamiento del globo terráqueo, será
necesario que los barcos naveguen a una velocidad baja para ahorrar
energía. No obstante, cuando los barcos navegan a una baja
velocidad, la fuerza del timón disminuye. Por lo tanto, la
gobernabilidad de un barco disminuye particularmente cuando va baja
velocidad.
Por esta razón no existe sólo la necesidad de que
un barco con un aparato de hélice acimutal mantenga una
gobernabilidad suficiente incluso cuando navega a una velocidad
baja, sino también la de que se mejore la eficacia propulsora de los
aparatos de hélices acimutales.
El documento GB 1 203 560 describe un mecanismo
de gobierno y propulsión para barcos y se refiere a un mecanismo
accionador de propulsión marina en lugar de a un aparato de hélice
acimutal en forma de alerón y dispuesto en la parte posterior de un
talón de quilla que sobresale desde la popa de un barco, y que por
lo tanto tiene un timón que se adapta al talón de quilla en cuanto a
la forma.
La presente invención se ha realizado para
resolver los problemas descritos anteriormente. Un objetivo de la
invención es proporcionar un aparato de hélice acimutal que pueda
aumentar la gobernabilidad de los barcos durante la navegación a
baja velocidad y que pueda propulsar barcos con una eficacia
elevada. Otro objetivo de la invención es proporcionar un barco que
esté equipado con este aparato de hélice acimutal.
Según la invención, se proporciona un aparato de
hélice acimutal que comprende: un eje giratorio conectable a la popa
de un barco y que comprende un talón de quilla que sobresale desde
la popa del barco y que tiene una muesca en una parte del borde para
permitir el paso de la hélice que se hace girar con respecto al eje;
una placa de timón asegurada al eje configurada para controlar el
rumbo del barco, una góndola de carenado montada en la parte central
de la placa de timón; una hélice que tiene un eje de hélice
conectado a un extremo de la góndola de carenado; y un accionador
dispuesto en la góndola de carenado, para accionar el eje de la
hélice. Según una forma de realización referida, la placa de timón
incluye una placa de timón superior asegurada a la parte superior
del eje que está situada sobre la góndola de carenado y configurada
para controlar el rumbo del barco, y una placa de timón inferior
asegurada a la parte inferior del eje que está situada debajo de la
góndola de carenado y configurada para controlar el rumbo del
barco.
barco.
Según la presente invención, se proporciona
también un barco que comprende el aparato de hélice acimutal
mencionado anteriormente.
En otra forma de realización preferida, una aleta
de reacción está conectada a la góndola de carenado y está situada
en la zona del flujo anterior de la hélice, haciendo girar en forma
de remolino al agua en una dirección opuesta a una dirección de giro
de la hélice.
En las reivindicaciones dependientes se describen
otras formas de realización preferidas.
La invención se puede entender mejor a partir de
la siguiente descripción detallada al considerarla conjuntamente con
los dibujos adjuntos en los que:
la Fig. 1 es una vista lateral que muestra un
barco que tiene una hélice convencional y un timón convencional;
la Fig. 2 es una vista ampliada de la popa del
barco mostrado en la Fig. 1;
la Fig. 3 es una vista lateral de un barco
equipado con un aparato convencional de hélice acimutal;
la Fig. 4 es una vista ampliada de la popa del
barco mostrado en la Fig.3;
la Fig. 5 es una gráfica que representa las
diversas relaciones entre el ángulo del timón y la fuerza lateral
observadas con diversos barcos;
la Fig. 6 es una gráfica que ilustra la relación
que tiene el intersticio entre el casco y el timón de un barco y la
fuerza lateral aplicada al timón cuando el ángulo del timón es
35º;
la Fig. 7 es una vista lateral de la popa de un
barco según la invención, la cual está equipada con un aparato de
hélice acimutal de un tipo diferente;
la Fig. 8 es una vista lateral para explicar el
funcionamiento de la forma de realización de la Fig. 7;
la Fig. 9 es una vista lateral de la popa de un
barco equipado con una modificación del aparato de hélice acimutal
según una forma de realización preferida, la cual tiene una aleta de
reacción en la zona de la corriente anterior de la hélice;
A continuación se describirán las formas de
realización de la invención, haciendo referencia a los dibujos
adjuntos.
La Fig. 5 es una gráfica que representa las
diversas relaciones entre el ángulo del timón y la fuerza lateral,
observadas con diversos barcos. La curva D indica la relación
ángulo-fuerza observada cuando se usan la hélice 81
y el timón 82 (ambos mostrados en la Fig. 2), propulsando y
gobernando el barco 80 mostrado en la Fig. 1 a una velocidad baja de
18 nudos. La curva E muestra la relación
ángulo-fuerza observada cuando se usa el aparato 91
de hélice acimutal (mostrado en la Fig. 4), impulsando y gobernando
el barco 90 mostrado en la Fig. 3 a una velocidad baja de 18 nudos.
La curva A indica la relación ángulo-fuerza
observada cuando se usa el aparato 1 de hélice acimutal (mostrado en
la Fig. 4), propulsando y gobernando un barco a una velocidad baja
de 18 nudos.
Tal y como puede observarse a partir de la curva
A, la fuerza lateral es casi igual a la suma de la fuerza lateral
aplicada al casco cuando se usan la hélice 81 y el timón 82 (Fig. 2)
y la fuerza lateral aplicada al casco cuando se usa el aparato 91 de
hélice acimutal (Fig. 4). Evidentemente, el barco con el aparato 91
de hélice acimutal según la invención (forma de realización 4) puede
adquirir una fuerza lateral mayor que el barco 80 con la hélice 81 y
el timón 82 y que el barco 90 con el aparato convencional 91 de
hélice
acimutal.
acimutal.
La curva B de la Fig. 5 indica la relación entre
el ángulo del timón y la fuerza lateral, relación
ángulo-fuerza observada cuando el barco de acuerdo
con la segunda realización es propulsado y gobernado a una velocidad
baja de 18 nudos. Tal y como puede demostrarse comparando la curva B
con la curva A, la fuerza lateral es mayor que la fuerza lateral
aplicada al barco según la primera forma de realización.
Por otra parte, la curva C de la Fig. 5 indica la
relación ángulo-fuerza observada cuando el barco 80
es propulsado y gobernado a una velocidad alta de 25 nudos. Como
puede observarse a partir de la comparación entre la curva C y la
curva B, una fuerza lateral, comparable a la fuerza lateral aplicada
al barco 80 que navega a 25 nudos, se puede aplicar al barco, de
acuerdo con la segunda realización, aunque el barco se haga navegar
a una velocidad baja de 18 nudos.
El aparato de hélice acimutal según esta
invención está caracterizado en dos sentidos. Primero, el
intersticio entre la placa de timón y el casco es estrecho,
aumentando la gobernabilidad del barco. Segundo, el aparato de
hélice acimutal se hace girar 180º con respecto a la posición normal
para propulsar el barco hacia atrás.
La Fig. 7 es una vista lateral de la popa del
barco según la forma de realización. Haciendo referencia a la Fig. 7
se describirán el aparato 4 de hélice acimutal y el talón 51 de la
quilla de la forma de realización.
El aparato 4 de hélice acimutal tiene una placa
53 de timón. La placa 53 de timón es una modificación de la placa 23
de timón mostrada en las Figs. 5 y 9. La placa 53 de timón tiene una
proyección 531 en el borde frontal y puede girar 360º. La placa 53
de timón es idéntica a la placa 23 de timón de los aparatos 1 y 2 de
hélices acimutales en cuanto a la forma de su sección transversal,
como se indica por medio de las líneas 531 de dos puntos y trazos de
la Fig.
7.
7.
El talón 51 de quilla tiene una muesca 511 en
forma de U en el borde posterior. Es en la muesca 511 en la que se
sitúa la proyección 531 de la placa 53 de timón mientras la placa 53
de timón permanece en la posición normal. De este modo el
intersticio entre la placa 53 y el casco es mucho más estrecho que
en el caso de los barcos convencionales.
Para propulsar el barco hacia atrás, basta con
hacer girar 180º el eje 20, fijando de este modo la placa 53 de
timón en la posición mostrada en la Fig. 8. A continuación la hélice
21 se sitúa en la muesca 511 del talón 51 de quilla. Al hacer girar
la hélice 21 en la muesca 511, se aplica al casco una fuerza de
propulsión inversa.
La Fig. 9 muestra una modificación del aparato 4
de hélice acimutal que tiene una aleta 50 de reacción en la zona de
la corriente anterior de la hélice 21.
El uso de la aleta 50 de reacción puede ayudar a
aumentar la eficacia propulsora del barco.
Claims (7)
1. Un aparato (4) de hélice acimutal,
caracterizado porque comprende:
- un eje giratorio (13, 19) conectable a la popa de un barco y que comprende un talón (51) de quilla que sobresale desde la popa del barco y que tiene una muesca (511) en una parte del borde para permitir el paso de la hélice (21) que se hace girar alrededor del eje (13);
- una placa (53) de timón asegurada al eje (13) configurada para controlar el rumbo del barco;
- una góndola (15) de carenado montada en la parte central de la placa (53) de timón;
- una hélice (21) que tiene un eje (19) de hélice conectado a un extremo de la góndola (15) de carenado; y
- un accionador dispuesto en la góndola (15) de carenado para accionar el eje (19) de la hélice.
2. Un aparato (4) de hélice acimutal según la
reivindicación 1, caracterizado porque:
- la placa (53) de timón incluye:
- una placa (53) de timón superior asegurada a la parte superior del eje (19) que está situada sobre la góndola (15) de carenado y configurada para controlar el rumbo del barco, y una placa (53) de timón inferior asegurada a la parte inferior de la góndola (15) de carenado y configurada para controlar el rumbo del barco.
3. Un aparato (4) de hélice acimutal según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque además
comprende:
- una aleta de reacción que está conectada a la góndola (15) de carenado y situada en la zona del flujo anterior de la hélice (21), y que hace girar en forma de remolino al agua en una dirección opuesta a una dirección de giro de la hélice (21).
4. Un aparato (4) de hélice acimutal según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque comprende:
- una aleta de estátor que está conectada a la góndola (15) de carenado y situada en la zona posterior del flujo de la hélice (21) y que hace girar en forma de remolino al agua en una dirección opuesta a la dirección de giro de la hélice (21).
5. Un barco, caracterizado porque
comprende el aparato (4) de hélice acimutal según las
reivindicaciones 1 a 4.
6. Un barco según la reivindicación 5,
caracterizado porque el talón (51) de quilla está situado
delante del aparato (4) de hélice acimutal.
7. Un barco según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el talón (51) de quilla tiene medios de
soporte que sostienen el eje (13).
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