ES2278164T3 - Disposicion de propulsion de barcos marinos y metodo de hacer funcionar una disposicion de propulsion de barcos marinos. - Google Patents
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Abstract
Sistema de propulsión de barcos marinos, que comprende un sistema de motor (2) para producir potencia de propulsión y varios medios de propulsión (3, 9) que incluyen al menos dos disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de gobierno y al menos un accionamiento (3) de hélice accionada por árbol en su sección de popa, caracterizado porque el al menos un accionamiento (3) de hélice accionada por árbol está provisto de una hélice de paso controlable (6) que puede ajustarse a condiciones de puesta sustancialmente en bandolera.
Description
Disposición de propulsión de barcos marinos y
método de hacer funcionar una disposición de propulsión de barcos
marinos.
La invención se refiere a sistemas de propulsión
de barcos marinos según el preámbulo de la reivindicación 1. La
invención se refiere también a un método de hacer funcionar un
sistema de propulsión de barcos marinos según el preámbulo de la
reivindicación 8.
Los objetivos generales del diseño de un sistema
de propulsión de un barco marino, por mencionar sólo unos pocos,
son buena eficiencia, fiabilidad, durabilidad y buenas capacidades
de maniobra a baja velocidad. El énfasis de las características
depende de la aplicación en cuestión.
Por ejemplo, en los barcos denominados ROPAX
(embarque/desembarque de pasajeros) existe la necesidad de
proporcionar un sistema de propulsión que sea simultáneamente
eficiente a velocidades de crucero, por ejemplo de alrededor de 25
nudos, y que proporcione también buenas posibilidades de maniobra en
puerto.
Se ha sugerido utilizar accionamientos de
propulsión en azimut, tales como los denominados accionamientos de
barquilla en lugar de la propulsión de árbol mecánico convencional.
Se hace una referencia a la publicación EP 590867 en la que se
muestra una disposición de propulsión que consta de una unidad de
accionamiento giratoria, dentro de la cual hay un motor eléctrico
que actúa como el motor de propulsión del barco y que está conectado
a una hélice en el extremo de la unidad de accionamiento. Los
accionamientos de barquilla son favorables en el sentido de que son
flexibles teniendo la posibilidad de control en azimut y
proporcionan también libertad en la ubicación de los motores
principales. Sin embargo, los accionamientos de barquilla son
altamente costosos y la transmisión de potencia eléctrica provoca
considerables pérdidas de transmisión.
El accionamiento de hélice mecánica como tal
tiene claras ventajas al ser de bajo coste y simple y tener pérdidas
de transmisión de potencia sustancialmente bajas. Sin embargo, la
hélice mecánica tiene también desventajas. La eficiencia de la
propulsión no es tan buena como se desea y, particularmente, en
condiciones de velocidad bajas hay un riesgo de cavitación lateral
de presión cuando se usa una hélice de paso controlable. Esta
situación se produce cuando se acciona la hélice en condiciones de
velocidad de rotación elevada con bajo paso, dando como resultado
una reducción de la presión local en la superficie de la pala de la
hélice. Asimismo, la maniobrabilidad es sustancialmente pobre.
Una combinación de accionamientos de barquilla y
accionamientos de hélice mecánica a nivel general como tales se han
sugerido en un documento "Hydrodynamics of fast ropax vessel"
("Hidrodinámica de barcos ropax rápidos") de Raimo Hämäläinen.
Se ha considerado que la combinación sugerida tiene diversos
beneficios. Sin embargo, se ha encontrado que la solución no se
traduce en una solución óptima como tal, particularmente en el caso
de un funcionamiento de baja velocidad/maniobra. Aunque la propuesta
parece ser prometedora en general, todavía hay ciertos problemas
prácticos que resolver.
En la publicación de patente japonesa JP 914
2391 se muestra un sistema de propulsión de barco marino que
comprende hélices de acción azimutal dirigibles dispuestas a ambos
lados de la hélice principal en la sección de popa del barco. Esta
clase de sistema tiene un efecto negativo en la eficiencia de la
propulsión, particularmente en el caso de funcionamiento de baja
velocidad/maniobra.
Es un objeto de la invención proporcionar un
sistema de propulsión de barcos marinos y un método de hacer
funcionar dicho sistema en el que se han minimizado los
inconvenientes de la técnica anterior. Particularmente, es un
objeto de la invención proporcionar un sistema de propulsión híbrido
de barcos marinos y un método de hacer funcionar dicho sistema que
den como resultado una eficiencia y un funcionamiento buenos en
general y, particularmente, en una operación a baja
velocidad/maniobra y también un reducido nivel de vibración y ruido
de propulsión.
Los objetos de la invención se alcanzan según se
describe en las reivindicaciones 1, 8 y según se describen más
claramente en las otras reivindicaciones.
Los objetos de la invención son conseguidos por
un sistema de propulsión de barcos marinos que comprende un sistema
de motor para producir potencia de propulsión y varios medios de
propulsión que incluyen al menos dos disposiciones de propulsión
capaces de una acción de gobierno y al menos un accionamiento de
hélice accionada por árbol en su sección de popa. La invención se
caracteriza por el hecho de que el al menos un accionamiento de
hélice accionada por árbol está provisto de una hélice de paso
controlable que puede ajustarse a condiciones de orientación
sustancialmente variable de las palas. Según la invención, el al
menos un accionamiento de hélice accionada por árbol está provisto
de una hélice de paso controlable que puede ajustarse a condiciones
de puesta sustancialmente en bandolera.
Según una realización preferida de la invención,
las al menos dos disposiciones de propulsión capaces de una acción
de gobierno son disposiciones de propulsión en azimut que pueden
estar provistas de sistemas de hélice de paso variable o constante.
Las disposiciones de propulsión en azimut son movidas
preferiblemente por un motor eléctrico, suministrándose la potencia
a éste por medio de un equipo generador de motor de pistones. El
accionamiento de hélice accionada por árbol está conectado
mecánicamente a un motor de pistones por medio de un sistema de
engranajes o similar. En algunos casos, pueden usarse también
sistemas de propulsión de chorros de agua como disposiciones de
propulsión capaces de una acción de gobierno.
El sistema de propulsión según la invención está
dispuesto para ser accionado de manera diferente en distintos modos
de funcionamiento, a saber, específicamente en un modo de
funcionamiento a velocidad normal/crucero y en un modo de
funcionamiento a velocidad baja/maniobra en puerto. En el modo de
funcionamiento a velocidad normal/crucero tanto las al menos dos
disposiciones de propulsión en azimut como el al menos un
accionamiento de hélice accionado por árbol están adaptados para
provocar al menos un empuje a fin de mover el barco. En el
funcionamiento a baja velocidad/maniobra en puerto únicamente las al
menos dos disposiciones de propulsión en azimut están adaptadas
para provocar empuje a fin de mover el barco. Este modo de
comportamiento de maniobra es más ventajoso. El gobierno del barco
se realiza siempre por medio de las al menos dos disposiciones de
propulsión capaces de una acción de gobierno, es decir, las
disposiciones de propulsión en azimut.
El ángulo de paso de las palas en la hélice del
accionamiento de hélice accionada por árbol puede ajustarse de modo
que sea un ángulo de \pm80º-100º con respecto a la normal al árbol
en el accionamiento de hélice accionada por árbol. En la práctica,
esto significa que las palas de la hélice se hacen girar hacia una
dirección cualquiera hasta que son sustancialmente paralelos al eje
longitudinal del barco. La dirección de giro puede seleccionarse
según la forma de los palas, de modo que se minimice la resistencia
de flujo. Preferiblemente, el sistema de motor comprende un
engranaje y unos medios de acoplamiento que conectan el árbol de
accionamiento de la hélice a un motor y que pueden desplazarse a
una posición desacoplada. Esto da como resultado un beneficio de
detención de la transmisión de potencia al árbol de accionamiento
antes y mientras la hélice está en condiciones de puesta en
bandolera. El hecho de dotar al accionamiento de la hélice de unos
medios de acoplamiento, se traduce también en la posibilidad de
mantener funcionando el motor mientras la transmisión de potencia
está desacoplada. Sin embargo, es ventajoso detener el motor, por
ejemplo a fin de reducir emisiones innecesarias.
Según el método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos que comprende en su sección de popa al
menos dos disposiciones de propulsión capaces de una acción de
gobierno y al menos un accionamiento de hélice accionada por árbol,
a velocidad normal/crucero el empuje de propulsión es facilitado por
el accionamiento de hélice accionada por árbol y las disposiciones
de propulsión capaces de una acción de gobierno. El empuje de
gobierno es proporcionado por las disposiciones de propulsión
capaces de una acción de gobierno. El sistema de propulsión
comprende además al menos un accionamiento de hélice accionada por
árbol que tiene una hélice de paso controlable y, a velocidades
normales/crucero, el empuje de la hélice accionada por árbol se
ajusta principalmente regulando el ángulo de paso de la hélice.
Además, en funcionamiento a baja velocidad y/o de maniobra en
puerto, el accionamiento de hélice accionada por árbol se ajusta
para que esté puesto en bandolera y se detiene la transmisión de
potencia a la hélice. Esto se realiza ajustando el ángulo de paso de
la hélice accionada por árbol.
Aunque se detenga el suministro de potencia al
accionamiento de la hélice desde el sistema de motor, las al menos
dos disposiciones de propulsión capaces de una acción de gobierno se
mantienen en funcionamiento. La transmisión de potencia al
accionamiento de hélice accionada por árbol se detiene desacoplando
el motor del árbol del accionamiento de hélice accionada por árbol
o, en caso de un único motor sin un sistema de engranajes,
deteniendo el motor antes de ajustar la hélice para ponerla en
bandolera.
El ángulo de paso de la hélice del accionamiento
de hélice accionada por árbol se ajusta de modo que sea
ventajosamente de +80-100º ó
-80-100º. Las al menos dos disposiciones de
propulsión capaces de una acción de gobierno son impulsadas
preferiblemente por motores eléctricos, a los cuales se suministra
potencia por medio de uno o más grupos generadores de motor de
pistones. Durante una operación a baja velocidad y/o de maniobra en
puerto los motores de pistones de los grupos generadores de motores
de pistones se hacen funcionar a mayor velocidad que la velocidad
de ralentí, sustancialmente a su velocidad constante más eficiente y
de preferencia sustancialmente con independencia del consumo de
potencia de dichas disposiciones de propulsión. De esta forma, los
motores pueden funcionar en circunstancias óptimas a pesar de la
demanda de potencia y de la velocidad predominante del barco.
La invención proporciona diversas ventajas sobre
la técnica anterior. En primer lugar, el sistema de propulsión
provoca costes de inversión menores en comparación con sistemas de
propulsión diesel-eléctricos convencionales.
Asimismo, proporciona excelentes características de maniobra y una
eficiencia de propulsión excelente para barcos a alta velocidad.
Con la presente invención, en funcionamiento de baja
velocidad/maniobra, los motores pueden funcionar en condiciones
óptimas y no hay riesgo de cavitación del accionamiento de hélice
accionada por árbol. Asimismo, una de las ventajas de la presente
invención es que el número de grupos generadores diesel conectados
a la red pueden variarse según la demanda de carga, es decir, los
motores pueden arrancarse y pararse. De esta forma, la carga del
motor puede mantenerse más próxima a la óptima.
A continuación, se describirá la invención a
modo de ejemplo con referencia a los dibujos adjuntos, en los
cuales:
- La figura 1 muestra esquemáticamente una
realización del sistema de propulsión según la invención en
funcionamiento normal, y
- La figura 2 muestra el sistema de propulsión
según la figura 1 en funcionamiento a baja velocidad/maniobra.
En las figuras se designa con el número de
referencia 1 un casco del barco, mostrándose únicamente la sección
de popa de éste. El barco está provisto de un sistema de motor 2 que
tiene una pluralidad de grupos generadores de motor de pistones 2.1
y una serie de motores de pistones 2.2 mecánicamente conectados a un
accionamiento 3 de hélice mecánica accionada por árbol. El
accionamiento 3 de hélice accionada por árbol comprende un engranaje
y un embrague 4 a través de los cuales están conectados los motores
2.2 a un árbol de accionamiento 5 del accionamiento 3 de la hélice.
En el extremo exterior del árbol de accionamiento 5 está conectada
una hélice 6 a éste. El accionamiento 3 del sistema de hélice
accionada por árbol comprende una hélice 6 de paso controlable y
una disposición 7 para ajustar su ángulo de paso A, lo que se
muestra aquí muy esquemáticamente. La disposición 7 para ajustar el
ángulo de paso puede ser un sistema accionado de forma hidráulica o
mecánica comercialmente disponible conocido como tal. Sin embargo,
la disposición 7 de ajuste del ángulo de paso es tal que el paso de
la hélice es ajustable a condiciones de puesta sustancialmente en
bandolera. En la práctica, esto significa que el mecanismo para
hacer girar las palas de la hélice permite conmutar éstas a un
ángulo mayor que en un ajuste de paso normal. Esto se describirá
más delante de manera más detallada con referencia a la figura
2.
Los grupos generadores de motores de pistones
2.1 producen potencia eléctrica y la suministran a una red 8 a
través de la cual puede transmitirse potencia a las disposiciones de
propulsión capaces de una acción de gobierno, tales como unidades
de accionamiento de barquilla 9. La unidad de accionamiento de
barquilla 9 es giratoria alrededor de su eje vertical como se
representa por las flechas en las figuras. Esta característica se
utiliza en la presente invención de modo que las unidades de
barquilla 9 funcionen como dispositivos de gobierno y el
accionamiento 3 de la hélice accionada por árbol lo haga sin ningún
sistema de timón.
El accionamiento 3 de la hélice accionada por
árbol está situado en la línea central del casco. En caso de que
haya varios accionamientos de hélice accionada por árbol, se desea
colocarlos simétricamente con respecto a la línea central del casco
1. En las figuras, las dos disposiciones de propulsión capaces de
una acción de gobierno, es decir, los accionamientos de barquilla
9, están situadas en ambos lados del accionamiento 3 de la hélice
accionada por árbol y, sustancialmente, en la misma posición
longitudinal que la hélice 6 del accionamiento 3 de la hélice
accionada por árbol.
En condiciones de velocidad de crucero normales,
el accionamiento 3 de la hélice accionada por árbol y los
accionamientos de barquilla 9 se utilizan para producir una fuerza
de empuje para mover el barco. Los accionamientos de barquilla 9
están provistos de sistemas de hélice de velocidad variable y la
fuerza de empuje de los accionamientos de barquilla 9 se ajusta
controlando la velocidad de giro de sus hélices. La fuerza de empuje
puede controlarse también controlando el ángulo de paso de la
hélice, en el caso de que estén provistos de hélices de paso
controlable. La fuerza de empuje del accionamiento 3 de la hélice
accionada por árbol se ajusta principalmente regulando el ángulo de
paso de la hélice. Naturalmente, es posible ajustar la velocidad de
giro regulando la velocidad del motor.
En el funcionamiento en el que se desea una
mejor maniobrabilidad y la velocidad es inferior, únicamente se
utilizan los accionamientos de barquilla 9 para propulsión. En este
modo de funcionamiento, el ángulo de paso del accionamiento de
hélice accionada por árbol se ajusta de tal modo que su resistencia
al flujo se reduzca sustancialmente. Esta situación se muestra en
la figura 2. De este modo, puede incrementarse la eficiencia total.
Preferiblemente, el ángulo de paso (A) del accionamiento 3 de la
hélice accionado por árbol se ajusta de tal modo que la hélice sea
puesta en bandolera. Por el término puesta en bandolera o
condiciones de puesta en bandolera se quiere decir aquí que el
ángulo (A) de las palas está situado de tal modo que las cuerdas, o
sea las líneas rectas entre el borde delantero y el borde trasero de
una pala, pasan a ser aproximadamente paralelas a la línea de
corriente del agua o al eje longitudinal del barco. El ángulo de
pala (A) significa un ángulo entre la normal al eje del árbol de
accionamiento y una dirección media de la línea recta que une los
bordes delantero y trasero de una pala.
Cuando se cambia al funcionamiento a baja
velocidad/maniobra en puerto, se detiene primero el suministro de
potencia al accionamiento 3 de la hélice accionada por árbol, lo que
puede realizarse desplazando el embrague 4 a una posición
desacoplada. Después de detener la transmisión de potencia, se
ajusta la hélice del accionamiento 3 a condiciones de puesta en
bandolera. De esta manera, es posible obtener propiedades ventajosas
para el sistema de propulsión durante el funcionamiento a baja
velocidad/maniobra. Los accionamientos de barquilla 9 se mantienen
en funcionamiento de tal manera que los motores de pistones de los
grupos 2.1 generadores de motor de pistones sean hechos funcionar a
velocidad mayor que la velocidad de ralentí, sustancialmente a su
velocidad constante más eficiente con sustancial independencia del
consumo de potencia de dichas disposiciones de propulsión 9. Esto
significa que la producción de potencia total puede ser mayor que la
demanda real de los accionamientos de barquilla 9. Asimismo, es
ventajoso parar el sistema de motor 2.2. Según la invención, en
este modo de funcionamiento, el sistema de motor 2 es hecho
funcionar de una manera sumamente ventajosa dando como resultado
bajas emisiones y vibraciones en las construcciones de casco del
barco.
La invención no está limitada a las
realizaciones mostradas, sino que son razonables varias
modificaciones de la invención dentro del alcance de las
reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Sistema de propulsión de barcos marinos, que
comprende un sistema de motor (2) para producir potencia de
propulsión y varios medios de propulsión (3, 9) que incluyen al
menos dos disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de
gobierno y al menos un accionamiento (3) de hélice accionada por
árbol en su sección de popa, caracterizado porque el al
menos un accionamiento (3) de hélice accionada por árbol está
provisto de una hélice de paso controlable (6) que puede ajustarse
a condiciones de puesta sustancialmente en bandolera.
2. Sistema de propulsión de barcos marinos según
la reivindicación 1, caracterizado porque las al menos dos
disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de gobierno
son disposiciones de propulsión en azimut.
3. Sistema de propulsión de barcos marinos según
la reivindicación 2, caracterizado porque las disposiciones
de propulsión en azimut (9) están provistas de sistemas de hélice de
paso constante y/o de sistemas de hélice de paso variable.
4. Sistema de propulsión de barcos marinos según
una cualquiera de las reivindicaciones 2-3,
caracterizado porque las disposiciones de propulsión en
azimut (9) son impulsadas por motores eléctricos, a los que se
suministra potencia por medio de un grupo (2.1) generador de motor
de pistones y porque el accionamiento de la hélice accionada por
árbol está conectado mecánicamente a un motor de pistones (2.2).
5. Sistema de propulsión de barcos marinos según
la reivindicación 2, caracterizado porque el sistema de
propulsión está dispuesto de manera que sea accionado en diferentes
modos de funcionamiento, y así cuando está en un modo de
funcionamiento a velocidad normal/crucero, tanto las al menos dos
disposiciones de propulsión en azimut (9) como el al menos un
accionamiento (3) de hélice accionada por árbol están adaptados para
provocar al menos un empuje a fin de mover el barco, y cuando está
en el modo de funcionamiento a baja velocidad/maniobra, únicamente
las al menos dos disposiciones de propulsión en azimut (9) están
adaptadas para provocar un empuje a fin de mover el barco.
6. Sistema de propulsión de barcos marinos según
la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo de paso
(A) de las palas en la hélice (6) del accionamiento de hélice
accionada por árbol es ajustable de modo que sea de +80º-100º o
-80º-100º.
7. Sistema de propulsión de barcos marinos según
una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el sistema de motor (2) comprende unos
medios de acoplamiento (4) que conectan el árbol (5) del
accionamiento (3) de la hélice a un motor (2.2) y que son
desplazables a una posición desacoplada.
8. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos, que comprende en su sección de popa
al menos dos disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción
de gobierno y al menos un accionamiento (3) de hélice accionada por
árbol, en el que a velocidad normal/crucero:
- el empuje de propulsión es proporcionado por
el accionamiento (3) de hélice accionada por árbol y dichas
disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de gobierno,
y
- el empuje de gobierno es proporcionado por las
disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de gobierno,
y
caracterizado porque el sistema de
propulsión comprende además al menos un accionamiento (3) de hélice
accionada por árbol que tiene una hélice de paso controlable (6) y
a velocidad normal/crucero el empuje del accionamiento de hélice
accionada por árbol se ajusta principalmente regulando el ángulo de
paso de la hélice (6), y en el funcionamiento a baja velocidad y/o
de maniobra en puerto se ajusta el accionamiento (3) de hélice
accionada por árbol para que sea puesto en bandolera y se detiene
la transmisión de potencia a la hélice (6).
9. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barco marino según la reivindicación 8,
caracterizado porque se detiene la transmisión de potencia
al accionamiento (3) de hélice accionada por árbol desacoplando el
motor (2.2) del árbol (5) del accionamiento (3) de hélice accionada
por árbol.
10. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos según la reivindicación 8 ó 9,
caracterizado porque se detiene la transmisión de potencia
al accionamiento (3) de hélice accionada por árbol parando el motor
(2.2).
11. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos según la reivindicación 8,
caracterizado porque mientras se detiene el suministro de
potencia al accionamiento de hélice (3) desde el sistema de motor
(2.2), se mantienen en funcionamiento las al menos dos disposiciones
de propulsión (9) capaces de una acción de gobierno.
12. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos según la reivindicación 8,
caracterizado porque durante el funcionamiento a baja
velocidad y/o maniobra se ajusta el ángulo de paso (A) de la hélice
de los medios (3) de hélice accionada por árbol de manera que sea
ventajosamente de +80-100º o
-80-100º.
13. Método de hacer funcionar un sistema de
propulsión de barcos marinos según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 8-12, en el que las al
menos dos disposiciones de propulsión (9) capaces de una acción de
gobierno son impulsadas por motores eléctricos, suministrándose la
potencia a estos por medio de uno o más grupos generadores de motor
de pistones (2.1), caracterizado porque durante el
funcionamiento a baja velocidad y/o maniobra en puerto, los motores
de pistones de los grupos (2.1) generadores de motor de pistones son
hechos funcionar a una velocidad mayor que la velocidad de ralentí,
sustancialmente a su velocidad constante más eficiente con
sustancial independencia del consumo de potencia de dichas
disposiciones de propulsión (9).
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