ES2274087T3 - Maquina marina electrica resistente a los choques, por ejemplo motor o generador. - Google Patents

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Abstract

Máquina marina eléctrica resistente al impacto, por ejemplo un motor o generador, para un buque de la Marina o bien de la Armada, que presenta un estator (5) y un rotor (4) en una carcasa (12), en la que el rotor (4) está conectado con un árbol de accionamiento (1) y en la que el estator (5) y el rotor (4) están conectados de una manera móvil giratoria entre sí y radial/axial con juego limitado, de tal manera que forman una unidad de construcción móvil con relación a la carcasa (12), que tiene capacidad de desviación con relación a la carcasa (12) y en la que el rotor (4) está constituido por un cuerpo de soporte (7) del tipo de tubo y por una parte activa (6) colocada sobre el cuerpo de soporte (7), en la que el cuerpo de soporte (7) está apoyado de forma elástica sobre el árbol de accionamiento (1), y porque el estator (5) está alojado sobre el cuerpo de soporte (7) del rotor y se apoya elásticamente en la carcasa (12).

Description

Máquina marina eléctrica resistente a los choques, por ejemplo motor o generador.
La invención se refiere a una máquina marina eléctrica resistente a los choques, por ejemplo un motor o generador, para un buque marino (de la armada), que presenta un estator y un rotor en una carcasa, estando conectado el rotor con un árbol de accionamiento.
Se conocen máquinas marinas eléctricas amortiguadas en las vibraciones, por ejemplo motores, tal como a partir del documento WO 02/30742 A1. Para la amortiguación de las vibraciones, los motores conocidos presentan un soporte mutuo del rotor y del estator a través de elementos de resorte amortiguados en las vibraciones en la carcasa del motor.
La construcción conocida proporciona ya un desacoplamiento de la carcasa y de la unidad de rotor y estator, que no es suficiente, sin embargo, para buques marinos (de la armada) en caso de impacto. Aquí deben poder absorberse y desintegrarse no sólo una vibración sino también las altas aceleraciones de choque, de tal manera que se permita una desviación de la unidad formada por el estator y el rotor en unos límites esencialmente mayores que la que se consigue con los elementos de amortiguación de la vibración conocidos.
Se conoce a partir del documento DE 19648417 A1 una máquina marina eléctrica, que presenta un estator y un rotor en una carcasa, estando conectado el rotor con un árbol de accionamiento. El estator está conectado en este caso sin elementos intermedios elásticos con la carcasa y está alojado sobre el árbol de accionamiento. El rotor está constituido por un cuerpo de soporte del tipo de tubo y por una parte activa colocada sobre el cuerpo de soporte, estando apoyado el cuerpo de soporte elásticamente sobre el árbol de accionamiento. Por lo tanto, en general, el rotor es móvil con respecto a la carcasa y el estator, con lo que se consigue un centrado del rotor dentro del estator de una manera independiente de la flexión del árbol de accionamiento, lo que implica ventajas con respecto al comportamiento dinámico del rotor dentro de la máquina (por ejemplo, reducción al mínimo de las emisiones de sonido corporal). En el caso de cargas de impacto, sin embargo, el rotor se puede apoyar en el estator.
Partiendo de aquí, la presente invención tiene el cometido de indicar una máquina marina eléctrica, en la que las aceleraciones de impacto no conducen a un apoyo del rotor en el estator.
Este cometido se soluciona a través de una máquina marina eléctrica con las características de la reivindicación 1 de la patente.
A través de las medidas propuestas se pueden soportar aceleraciones de impacto de la carcasa o de otras partes del buque por encima de 100 g y no conducen a un choque del rotor y del estator en el funcionamiento. Este choque es crítico en el caso de una aceleración de impacto; los componentes resisten por sí mismos aceleraciones superiores a 100 g. Para la eliminación de las aceleraciones de impacto son necesarias y se consiguen vías de desviación de varios milímetros, en el caso extremo de algunos centímetros.
En una configuración de la máquina marina eléctrica resistente al impacto, está previsto especialmente que el motor esté dispuesto en el lado inferior de un casco del buque en una carcasa configurada en forma de góndola de una manera favorable para la circulación, está acoplada al menos una hélice en el árbol de accionamiento conectado con el rotor, y estando fijado el estator sobre cojinetes giratorios en el rotor, y que la unidad estructural formada por el estator y el rotor se apoye elásticamente tanto en la carcasa como también en el árbol de accionamiento y esté configurado entre el rotor y el estator un intersticio de aire de hasta 50 mm aproximadamente.
Una máquina marina eléctrica en una hélice de timón eléctrica está expuesta a aceleraciones de impacto especialmente altas, puesto que, en determinadas circunstancias, una mina o un torpedo pueden explotar directamente debajo de la hélice de timón eléctrica. También para este caso, en el que las aceleraciones claramente superiores a 100 g tienen importancia para la carcasa de la hélice de timón, el accionamiento del buque eléctrico resistente al impacto debe permanecer en servicio, lo que se consigue a través de las medidas indicadas anteriormente en combinación con la conexión elástica prevista de la hélice de timón y la popa del buque.
En otra configuración de la invención, está previsto que la carcasa esté dispuesta en el interior del buque sobre un bastidor de base colocado elásticamente, en el que el árbol de accionamiento presenta un acoplamiento elástico con el árbol de la hélice o con un árbol de hélice de chorro de agua. De esta manera, resulta una configuración de una máquina marina, que se monta también en el interior del buque, y que puede resistir, por ejemplo, una explosión de minas o la penetración de un proyectil que provoca vibraciones fuertes en el buque. De esta manera no se produce un fallo del generador, en el caso de que la máquina marina eléctrica resistente al impacto esté configurada como generador. Por lo tanto, se consigue, tanto para la máquina marina eléctrica configurada en el interior como también para la máquina marina dispuesta en una hélice de timón eléctrica frente al casco del buque una elasticidad duplicada. En el caso de la hélice de timón eléctrica, esto se consigue a través de un árbol de hélice de timón elástico con capacidad de desviación y en el caso de la máquina montada en el interior del buque se consigue a través del bastidor de base elástico. En todos los casos, se consigue una construcción de una máquina marina eléctrica resistencia al impacto, que soporta sin más tanto ondas de choque grandes como también resiliencia de choque.
A través de la división del rotor en un cuerpo de soporte del tipo de tubo y una parte activa colocada sobre el cuerpo de soporte, que se apoya elásticamente sobre el árbol de accionamiento, estando alojado el estator sobre el cuerpo de soporte del rotor y apoyándose elásticamente en la carcasa, se consigue la unidad estructural importante de acuerdo con la invención. Esta unidad permite el movimiento de desviación común esencial del rotor y del estator bajo aceleración de choque.
El apoyo del rotor sobre el árbol de accionamiento se realiza de forma blanda en dirección axial y radial y de forma resistente al par de torsión en la dirección circunferencial. Los cojinetes están configurados de acuerdo con la demanda como rodamientos o como cojinetes de fricción. De esta manera resulta una construcción rígida acorde con la invención, siendo utilizados cojinetes de fricción cuando hay que contar con aceleraciones de choque especialmente altas.
El motor o generador eléctrico de acuerdo con la invención está bien amortiguado en cuanto al sonido estructural a través de su disposición o colocación elástica flexible, sin embargo resulta todavía una oportunidad de localización por fuerzas enemigas a través de radiación infrarroja. Para reducirla y también para conseguir que el motor tenga una alta capacidad de carga, a pesar de la sección transversal pequeña, está previsto que el motor esté configurado refrigerado por líquido. La refrigeración por agua está prevista en este caso de una manera ventajosa con una refrigeración de retorno habitual.
Para la refrigeración por agua del motor resistente al impacto se configura de una manera ventajosa el estator como dispositivo de refrigeración, circulando la corriente de agua de refrigeración a través del estator sobre canales de refrigeración. Los canales de refrigeración pueden estar configurados como canales radiales, de manera que se obtiene una refrigeración especialmente efectiva, pero también como canales periféricos, que se extienden en forma de meandro sobre la periferia del estator, una solución especialmente sencilla, y también como canales axiales, que atraviesa el estator en la dirección longitudinal. También aquí la refrigeración es especialmente efectiva. En general, se consigue una reducción esencial de la radiación IR, que es especialmente importante para la máquina de accionamiento de la hélice del timón, como también una capacidad de carga elevada con un tamaño de construcción pequeño en comparación con la refrigeración más sencilla más sencilla.
De acuerdo con la invención, está previsto que los canales de refrigeración presenten al menos una cámara de agua, que actúa como distribuidor. Así, por ejemplo, los canales de refrigeración individuales pueden ser alimentados con agua de refrigeración, sin que deba estar presente una pluralidad de conexiones individuales en el motor o generador.
En otra configuración de la invención, está previsto que el estator presente un arrollamiento con cabezas de arrollamiento, que son rodeadas por la circulación de aire de refrigeración. Así, por ejemplo, de una manera muy ventajosa, se refrigera también la parte del estator, que no es detectada en cuanto a la técnica de refrigeración por canales de refrigeración. En concreto, también son posibles para las cabezas de arrollamiento canales de refrigeración, que atraviesan las cabezas de arrollamiento o que rodean la cabeza de arrollamiento, pero aquí las dificultades de construcción son grandes, especialmente para una máquina amortiguada en el impacto, de manera que se establece, en general, una distancia con respecto a ella. Por lo tanto, se ofrece como refrigeración una circulación circular de aire de las cabezas de arrollamiento, que está en comunicación con un refrigerador de retorno en el buque o en la cubierta. Debido a la refrigeración por aire del arrollamiento, no debe modificarse de una manera ventajosa el tamaño de la construcción de la máquina, estando presente espacio libre en la zona de la cabeza de arrollamiento.
Se consigue una configuración especialmente ventajosa de la máquina eléctrica resistente al impacto cuando esta máquina está configurada como máquina excitada de forma permanente. Entonces se consigue una máquina de una estructura especialmente sencilla, cuyo rotor no presenta anillos de fricción, etc. El rotor y el estator se pueden configurar de una manera muy sencilla como unidades compactas en sí, relativamente distanciadas entre sí, pudiendo estar configurado el estator como arrollamiento de intersticio de are. En general, resulta una configuración especialmente robusta, resistente al impacto, especialmente para un motor de hélice de timón eléctrico.
Para motores eléctricos de este tipo de construcción, que están instalados en el buque, está previsto de una manera ventajosa que el estator esté configurado de una manera giratoria sobre corredera en la carcasa, por ejemplo por medio de un yugo de estator móvil giratorio. De esta manera, se pueden llevar a cabo en determinadas circunstantes las reparaciones necesarias, por ejemplo en el sistema de refrigeración, sin tener que desmontar totalmente la máquina, sin que deba desmontarse y desintegrarse la máquina en conjunto. Esto es especialmente ventajoso para una máquina marina eléctrica resistente al impacto para un buque de la Marina (Armada), puesto que de esta manera se pueden evitar tiempos de estancia en los astilleros. Los trabajos en el estator no requieren ningún desmontaje de la máquina.
La invención se explica en detalle con la ayuda de dibujos, a partir de los cuales, lo mismo que a partir de las reivindicaciones dependientes, se pueden deducir también otras ventajas de la invención.
En particular:
La figura 1 muestra una instalación de accionamiento en representación esquemática en sección longitudinal.
Las figuras 2 y 3 muestran una configuración constructiva para la disposición de acuerdo con la figura 1.
La figura 4 muestra una máquina de acuerdo con la invención con estator atravesado axialmente por la corriente.
La figura 5 muestra una máquina de acuerdo con la invención con una refrigeración periférica del estator.
La figura 6 muestra la curva de la circulación para una refrigeración periférica de acuerdo con la figura 5, y
Las figuras 7 y 8 muestran máquinas con yugo de estator giratorio en realización refrigerada, en las que no se representan, sin embargo, las medidas de acuerdo con la invención para la consecución de la resistencia al impacto.
La figura 1 muestra el árbol de accionamiento 1 de un motor o generador tubular para una máquina de buque de la Marina (Armada), en el que el árbol de accionamiento 1 lleva en cada extremo una hélice 2 y 3, respectivamente. Solamente se representa en sección la mitad superior del motor eléctrico que acciona el árbol de accionamiento 1. Este motor eléctrico está constituido por un rotor 4 y un estator 5, presentando el rotor una capa activa 6 electromagnética en forma de imanes permanentes y estando dispuesto sobre un cuerpo de soporte 7 en forma de tubo. El estator 5 presenta una carcasa de soporte 8 de varias partes, que está fijada sobre cojinetes giratorios 9 en el cuerpo de soporte 7 del rotor.
La unidad estructural, que está constituida por el rotor 5 y el estator 6 se apoya por medio de elementos de amortiguación elástica 10, 11, por una parte, en el árbol de accionamiento 1 y, por otra parte, en una carcasa 12 que recibe el motor eléctrico y el árbol de accionamiento. El árbol de accionamiento 1 está alojado en este caso sobre cojinetes de fricción 13 en la carcasa 12.
A la carcasa 12 está asociada una caja de soporte (árbol) 14 para la fijación de la instalación de accionamiento en el casco de un buque. La caja de soporte 14 puede estar configurada de doble pared o puede estar provista con canales de refrigeración 16 que se extienden verticalmente, por ejemplo para la conducción de aire de refrigeración. La caja de soporte 14 está configurada, en general, como árbol giratorio, con el que se controla el buque. Para la refrigeración del estator 5, especialmente de las cabezas de arrollamiento 15, se puede alimentar aire de refrigeración, por ejemplo, en uno de los extremos del motor eléctrico desde la caja de soporte 14 en el espacio interior entre la carcasa de soporte 8 y el cuerpo de soporte 7 y se puede descargar en el otro extremo del motor eléctrico. El aire de refrigeración podría circular dentro del motor eléctrico entre la capa activa 6 electromagnéticamente del rotor y el cuerpo de soporte 7 en dirección axial. Para la refrigeración del estator o bien de los arrollamientos del estator, la carcasa del estator 8 podría presentar canales de circulación 8, que son atravesados por la corriente de agua de refrigeración alimentada desde la caja de soporte 14.
De acuerdo con la figura 2 y el fragmento un poco incrementado de acuerdo con la figura 3, el motor eléctrico, que está constituido por el rotor 24 y el estator 25, está dispuesto en una carcasa 32 configurada de una manera favorable para la circulación, que se puede colocar por medio de la caja de soporte 39 en forma de góndola debajo del casco de un buque. La carcasa de soporte 28 del estator está fijada sobre cojinetes giratorios 29, que están configurados como rodamientos oblicuos, en el cuerpo de soporte 27 del rotor 24. Este cuerpo de soporte se apoya sobre elementos de amortiguación 30 de una manera elástica en el árbol de accionamiento 21. Los elementos de amortiguación 30 están fijados axialmente en este caso en bridas anulares 18, 19.
La carcasa de soporte 28 del estator se apoya sobre elementos de amortiguación 31 en la carcasa 32. Estos elementos de amortiguación están constituidos en cada caso por un cuerpo de goma 17, que está acoplado a través de bulones 35', 36 mecánicamente con el cuerpo de soporte 28 y la carcasa 32. El árbol de accionamiento 21 que lleva el rotor está alojado por medio de cojinetes de fricción 33, 34 en la carcasa 32. Los cojinetes de fricción están cerrados herméticamente en este caso por medio de instalaciones de obturación 37, 38 contra el agua circundante.
En la figura 4, el número 40 designa un canal de refrigeración axial. Éste es recorrido por la corriente de agua de refrigeración retornada, que disipa de una manera ventajosa el calor desarrollado en el motor o generador -una forma de realización correspondiente es posible también para generadores-, de manera que el motor o generador no puede alcanzar una temperatura superficial alta.
Para la misma finalidad sirven canales de refrigeración que se designan con 45 en la figura 5. La cabeza de arrollamiento 44 está refrigerada en cada caso, como ya se ha desees de aire. Las máquinas presentan para la suspensión y para la amortiguación simultánea de los movimientos aplicados unos elementos de amortiguación de resorte 42, que están constituidos especialmente por material de elastómero o de goma. Como elementos adecuados se pueden utilizar los elementos de acoplamientos de alta elasticidad, por ejemplo del acoplamiento SPIROFLEX KS de la Firma Rexroth. Estos elementos tanto se pueden someter a altas cargas mecánicas como también se pueden proveer con las propiedades de amortiguación y de suspensión deseadas.
La circulación a través de los canales de refrigeración dispuestos especialmente en el exterior del estator se muestra en la figura 6. Sobre secciones de canal de desviación 47 se pone el agua de refrigeración en movimientos a contra corriente 48, 49. De esta manera se proporciona una refrigeración uniforme sobre la superficie del estator, que conduce en combinación con las cabezas de arrollamiento refrigeradas con agua para evitar nidos de calor en el motor.
La forma de realización constructiva de la refrigeración en combinación con un yugo del estator giratorio, que facilita en una medida considerable los trabajos de mantenimiento, se muestra en las figuras 7 y 8 en un motor, en las que no se representan, sin embargo, las medidas de acuerdo con la invención para la consecución de la resistencia al impacto. En este caso, el número 50 designa la cámara de agua en el extremo de los canales de refrigeración dele stator y el número 51 designa los conductos de alimentación de agua hacia los arrollamientos, que son posibles de una manera alternativa. El número 55 designa en cada caso un ventilador para la cabeza de arrollamiento 57, que se refrigera, en general, solamente a través del aire de refrigeración desde el ventilador 55. No obstante, como ya se ha indicado, también es posible una circulación a través de los arrollamientos con agua desionizada. Entonces se obtiene también de esta manera una refrigeración del arrollamiento del estator, que puede estar configurado, por ejemplo, de la forma que se muestra en la figura 6.
Los números 53 y 54 designan los canales de otras variantes de conducción del agua de refrigeración. Hay que prestar una atención especial a la disipación del calor de un estator, que está alojado en un yugo de estator y que es giratorio, por ejemplo, sobre la instalación de tornillos sin fin 52, puesto que la disipación del calor sobre la carcasa del motor es sólo reducida. Tampoco las correderas 56 contribuyen apenas a la disipación del calor. En general, a través de la configuración mostrada en las figuras 7 y 8 se consigue una configuración especialmente adecuada para la reparación de una máquina eléctrica, que conduce en combinación con una suspensión elástica sobre un bastidor de base y a través de una conexión elástica con el árbol de la máquina, utilizando la idea básica de acuerdo con la invención, a una forma de realización de la máquina marina eléctrica igualmente muy resistente al impacto.

Claims (15)

1. Máquina marina eléctrica resistente al impacto, por ejemplo un motor o generador, para un buque de la Marina o bien de la Armada, que presenta un estator (5) y un rotor (4) en una carcasa (12), en la que el rotor (4) está conectado con un árbol de accionamiento (1) y en la que el estator (5) y el rotor (4) están conectados de una manera móvil giratoria entre sí y radial/axial con juego limitado, de tal manera que forman una unidad de construcción móvil con relación a la carcasa (12), que tiene capacidad de desviación con relación a la carcasa (12) y en la que el rotor (4) está constituido por un cuerpo de soporte (7) del tipo de tubo y por una parte activa (6) colocada sobre el cuerpo de soporte (7), en la que el cuerpo de soporte (7) está apoyado de forma elástica sobre el árbol de accionamiento (1), y porque el estator (5) está alojado sobre el cuerpo de soporte (7) del rotor y se apoya elásticamente en la carcasa (12).
2. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la máquina está dispuesta en una carcasa (32) configurada de forma favorable a la circulación, dispuesta en el lado inferior del casco de un buque, en la que en el árbol de accionamiento (1, 21) conectado con el rotor está acoplada al menos una hélice (2, 3) y en la que el estator (5) está fijado sobre cojinetes giratorios en el rotor, y porque la unidad estructural formada por el estator (5) y el rotor (4) se apoya elásticamente tanto en la carcasa como también sobre el árbol de accionamiento (21) y en la que entre el rotor y el estator está configurado un intersticio de aire de 0,5 a 50 mm.
3. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la carcasa (12, 32) de la máquina está dispuesta en el interior del buque sobre un bastidor de base montado elásticamente, en la que el árbol de accionamiento (1, 21) presenta un acoplamiento elástico con un árbol de la hélice o con un árbol de hélice de chorro de agua.
4. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el apoyo del rotor sobre el árbol de accionamiento (1) es blando en dirección axial y radial y está diseñado de forma resistente al par de torsión en la dirección circunferencial.
5. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 1, 2. 3 ó 4, caracterizada porque los cojinetes giratorios están configurados como rodamientos.
6. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque los cojinetes para el alojamiento del árbol de accionamiento están configurados como cojinetes de fricción.
7. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el motor está configurado refrigerado por agua.
8. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada porque el estator presenta un dispositivo de refrigeración, en el que el agua de refrigeración para el motor es conducida a través de canales de refrigeración.
9. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque los canales de refrigeración están configurados como canales radiales.
10. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque los canales de refrigeración están configurados como canales circunferenciales, especialmente como canales en forma de meandro, que se extienden sobre la periferia del estator.
11. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, caracterizada porque los canales de refrigeración están configurados como canales axiales.
12. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 7, 8, 9, 10 u 11, caracterizada porque los canales de refrigeración están conectados con al menos una cámara de agua, que actúa como distribuidor.
13. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el estator presenta un arrollamiento con cabezas de arrollamiento, que son rodeadas por la corriente de aire de refrigera-
ción.
14. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el motor está configurado como motor excitado de forma permanente.
15. Máquina marina eléctrica resistente al impacto de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizada porque el estator está configurado de forma giratoria en la carcasa sobre corredera, por ejemplo por medio de un yugo del estator móvil giratorio.
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