ES2248217T3 - Metodo para reducir la emision de ruidos de las helices. - Google Patents

Abstract

Utilización de una capa de amortiguación (4) de un material amortiguador o de una estructura amortiguadora sobre la superficie y/o en la estructura de la pala de una hélice, formada por un núcleo (1) y palas de hélice (2) para un vehículo submarino o de superficie, caracterizada por el hecho de que la capa de amortiguación (4) está dispuesta en la zona de la raíz de por lo menos una pala de hélice (2) para reducir las vibraciones.

Description

Método para reducir la emisión de ruidos de las hélices.

El invento hace referencia a la aplicación de una capa amortiguadora para reducir las radiaciones acústicas y vibraciones de las palas de hélices y de rotores, respectivamente.

Se conoce que, mediante la aportación de amortiguación artificial, puede influirse en el comportamiento de las propiedades de las palas de las hélices y/o de rotores (por ejemplo en hélices de barco, hélices aéreas, aspas de molinos de viento, palas de rotor, etc.) de manera que se reduce notablemente la radiación sonora. Los efectos de las vibraciones de las palas de hélice son especialmente conocidos en la navegación y de modo particular en los vehículos militares. Lo crítico en tal caso es que debido a la muy reducida amortiguación del material se consigue toda la amortiguación a través del agua del entorno. Esto no suele bastar para reducir las resonancias no deseadas.

Como contramedida, ocasionalmente se intenta conseguir una reducción mediante la especial elección de un material muy amortiguador, por ejemplo un bronce con alto contenido de manganeso - conocido bajo la denominación "Sonoston". Según la patente US-6.059.533 también pueden utilizarse los denominados amortiguadores de vibraciones, adaptados a las propias frecuencias de la hélice.

Asimismo, la mecanización de los cantos de salida descrita en la patente EP-0.375.296 A1 sirve para conseguir formas especiales de perfiles. Sin embargo, no existe ninguna manera segura de previsión que garantice un resultado. La medida se aplica según el principio de "prueba y error". El objetivo de esta medida más bien es el "canto de la hélice", mientras siguen sin tenerse en cuenta las más bajas frecuencias de vibración.

En la patente RU-2.130.403 O1 se describe una medida especial en los cantos de salida de las palas de hélice para reducir el canto de la hélice.

En la patente DE-3.420.259 A1 se propone una hélice de barco, de cavitación reducida, para proteger la hélice contra la erosión producida por la cavitación. Ninguna de las medidas antes citadas no lleva hasta ahora a una segura reducción o a una total eliminación de la problemática de vibraciones y con ello la supresión de radiaciones sonoras. El motivo de ello es que ninguna medida aporta el valor necesario para la amortiguación en el sistema vibratorio que sobrepasa la amortiguación del medio que oscila con el mismo.

Por consiguiente, el presente invento tiene por objeto proponer una nueva aplicación de una capa amortiguadora, que mejora las soluciones conocidas en el citado estado actual de la técnica, y por tanto reduce la radiación acústica de las palas de hélice o de rotor, respectivamente.

De acuerdo con el invento dicho objeto se consigue mediante las características que figuran en la reivindicación 1. En las correspondientes reivindicaciones adicionales se indican ventajosas formas de realización del invento.

Por consiguiente, el invento contempla el uso de una capa amortiguadora para reducir la radiación acústica de hélices, formadas por cubo y palas de hélice, en que por lo menos una de las palas de la hélice está provista, en la zona de la raíz, con una capa amortiguadora de un material amortiguador o de una estructura amortiguadora. La capa amortiguadora puede aplicarse sobre la superficie de la pala de la hélice y/o estar integrada en la estructura de la pala de la hélice. Para ello, se integra o aplica un material de elevadas propiedades amortiguadoras en la hélice, que por su parte consiste de material de baja capacidad amortiguadora. De este modo se aumenta en grado suficiente la amortiguación, de manera que puede garantizarse una eficaz reducción del nivel o una total eliminación de las resonancias. Resultan especialmente eficaces las palas de materiales de elastómero o compuestos.

También es posible tomar medidas, basadas en el presente invento, en hélices ya existentes. En tal caso, las posibilidades de disposición del material se utilizan de manera que incluyan el comportamiento de conformación de las palas de la hélice en el sentido de reducir la excitación.

Según una ventajosa característica del invento se cubre por un costado la superficie de la pala de la hélice con una capa amortiguadora de un material elástico viscoso. También es posible aplicar una capa en un costado de la pala de la hélice, con un recubrimiento elástico/viscoso, en cuyo caso se trata de un material especial unido a la placa de cobertura.

Según otra característica, el recubrimiento se realiza mediante placas adhesivas. El recubrimiento se aplica con espátula, en forma de un material de dos componentes basado en poliuretano. De acuerdo con una ventajosa característica, la capa amortiguadora es aportada en el material amortiguador o en la estructura, respectivamente, dentro del material básico de la pala de la hélice.

Con la aportación del material pueden conseguirse amortiguaciones esencialmente mayores, pero en todo caso la conformación de la placa de la hélice es más difícil. Esto se debe a que el material debe aportarse en zonas de mayor deformación del empuje, donde por otro lado pueden existir efectos no deseados sobre la conformación bajo carga (y por tanto el comportamiento hidrodinámico). La conformación más favorable, teniendo en cuenta todas los requisitos, es posible con el empleo de materiales compuestos con fibras para las palas de la hélice. De esta manera puede utilizarse la alta amortiguación también en combinación con las medidas deseadas de reducción de impulso. A continuación se explicará el invento con mayor detalle utilizando ejemplos de formas de realización representados en los dibujos.

En los dibujos:

La figura 1a muestra la sección transversal radial a través de una hélice con recubrimiento por una cara;

La figura 1b es una vista de la forma de realización de la figura 1a;

La figura 2a muestra una sección transversal radial a través de una hélice con recubrimiento por una cara y placa de cobertura;

La figura 2b es una vista de la forma de realización de la figura 2a; y

La figura 2c muestra el detalle "Y" de la figura 2a.

La hélice comprende un cubo 1 y las palas 2, de las cuales tan solo se ha dibujado una. La forma de la pala se obtiene en función de los requisitos de la impulsión, de la aerodinámica y de los límites de resistencia.

La forma de realización más sencilla de la utilización de acuerdo con la aplicación consiste en el recubrimiento por una cara 4, por ejemplo en la zona de la raíz, según las figuras 1a y 1b. El recubrimiento por una cara se aplica con espátula y se adhiere por sí mismo al material básico. Alternativamente, puede aplicarse una placa terminada de material amortiguador sobre la estructura a amortiguar.

Los valores de amortiguación así conseguidos son pequeños, por lo menos en hélices de barco de metal, dado que el espesor necesario de la capa debe ser parecida al espesor local de la placa, lo cual generalmente no sería sostenible hidrodinámicamente.

Puede conseguirse un claro incremento con la realización del invento según las figuras 2a, 2b y 2c, usando el principio de "capa empotrada" de una fina capa amortiguadora con placas de cobertura (5). Esto último no influiría en la rigidez y resistencia de la pala y no debe consistir necesariamente del material básico (3) de la pala, sino que puede consistir en un material de refuerzo. En todo caso la capa se aplica a espátula y se adhiere por sí misma sobre el material básico. Alternativamente puede aplicarse una placa terminada o una película de material amortiguador sobre la estructura a amortiguar. En ambas alternativas se adhiere además una placa de cobertura.

En un complejo cálculo, recurriendo al método de los elementos finitos, se determina la estructura con un posible sistema de amortiguación y se optimiza teniendo en cuenta la resistencia, la rigidez y la amortiguación.

En una hélice metálica la capa elástico/viscosa se aplica posteriormente en ranuras existentes en la estructura de la pala o bien se elige la forma básica de la hélice de manera que tan solo después de la posterior aportación de las partes estructurases, que va acopladas total o parcialmente en la estructura básica sobre una capa amortiguadora, se consigue la forma hidrodinámica definitiva.

En las hélices compuestas de fibras, la estructura amortiguadora puede utilizarse igual como en las hélices metálicas o laminarse en las palas, según cálculos, al fabricar la hélice.

Claims (6)

1. Utilización de una capa de amortiguación (4) de un material amortiguador o de una estructura amortiguadora sobre la superficie y/o en la estructura de la pala de una hélice, formada por un núcleo (1) y palas de hélice (2) para un vehículo submarino o de superficie, caracterizada por el hecho de que la capa de amortiguación (4) está dispuesta en la zona de la raíz de por lo menos una pala de hélice (2) para reducir las vibraciones.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la capa amortiguadora (4) de material amortiguador y/o la estructura amortiguadora está dispuesta en al material básico (3) de la pala de la hélice (2).

3. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por el hecho de que la superficie de la pala de la hélice (2) está recubierta por una cara con la capa amortiguadora (4).

4. Utilización de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que el recubrimiento sobre una cara de la pala de la hélice (2) está compuesto por una capa elástico/viscosa con una placa de cobertura.

5. Utilización de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que el recubrimiento está compuesto por un material de dos componentes basado en poliuretano, que puede ser aplicado con espátula.

6. Utilización de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada por el hecho de que el recubrimiento está compuesto de placas o películas encoladas.